Algebra · real student question

Решите неравенство: x, умноженное на логарифм по основанию 1/3 от (1/2 − x), больше или равно модулю x.

Question

Решите неравенство

xlog13 ⁣(12x)  xx\log_{\frac13}\!\left(\frac12-x\right)\ \ge\ |x|

Step-by-step solution

  1. Сначала зафиксируем область допустимых значений. Аргумент логарифма должен быть строго положителен:

    12x>0x<12\frac12-x>0\quad\Longleftrightarrow\quad x<\frac12

    Всё дальнейшее мы ищем внутри промежутка (,12)\left(-\infty,\tfrac12\right); любой кандидат вне его отбрасывается автоматически.

  2. Разбираем случаи по знаку xx: от него зависят и x|x|, и направление неравенства. Обозначим L=log1/3 ⁣(12x)L=\log_{1/3}\!\left(\tfrac12-x\right). Неравенство имеет вид xLxxL\ge|x|. Естественный шаг — разделить на xx, но знак xx определяет и то, чему равен x|x|, и то, меняется ли знак неравенства, поэтому три случая x>0x>0, x=0x=0, x<0x<0 нужно разобрать по отдельности.

  3. Случай x>0x>0. Здесь x=x|x|=x, и деление на положительное число xx сохраняет направление:

    L1L\ge 1

    Основание 13\tfrac13 меньше 11, поэтому log1/3\log_{1/3}убывающая функция: неравенство log1/3t1\log_{1/3}t\ge 1 переворачивается в 0<t(13)1=130<t\le\left(\tfrac13\right)^{1}=\tfrac13. Значит,

    0<12x1316x<120<\frac12-x\le\frac13\quad\Longleftrightarrow\quad \frac16\le x<\frac12

    Вместе с условием x>0x>0 это даёт [16,12)\left[\tfrac16,\tfrac12\right).

  4. Случай x<0x<0. Теперь x=x|x|=-x, а деление неравенства xLxxL\ge-x на отрицательное число xx меняет знак на противоположный:

    L1L\le -1

    Снова пользуемся убыванием log1/3\log_{1/3}: неравенство log1/3t1\log_{1/3}t\le-1 превращается в t(13)1=3t\ge\left(\tfrac13\right)^{-1}=3:

    12x3x52\frac12-x\ge3\quad\Longleftrightarrow\quad x\le-\frac52

    Все такие xx отрицательны и лежат в области определения, поэтому подходит весь луч (,52]\left(-\infty,-\tfrac52\right].

  5. Случай x=0x=0 — его нельзя пропускать. Прямая подстановка даёт 0L=00\cdot L=0 и 0=0|0|=0, то есть неравенство превращается в верное 000\ge0. Изолированная точка x=0x=0 — настоящее решение, хотя она не попадает ни в один из промежутков; именно её и потеряло бы неаккуратное деление на xx.

  6. Собираем ответ и проверяем. Множество решений:

    x(,52]{0}[16,12)x\in\left(-\infty,-\frac52\right]\cup\{0\}\cup\left[\frac16,\frac12\right)

    Проверим две граничные точки: при x=52x=-\tfrac52 имеем 12x=3\tfrac12-x=3 и log1/33=1\log_{1/3}3=-1, так что левая часть равна (52)(1)=52=x(-\tfrac52)(-1)=\tfrac52=|x| — достигается равенство. При x=16x=\tfrac16 имеем 12x=13\tfrac12-x=\tfrac13 и log1/313=1\log_{1/3}\tfrac13=1, левая часть равна 16=x\tfrac16=|x| — снова равенство. Контрольное значение из отброшенной зоны, скажем x=1x=-1, даёт (1)log1/3320.369(-1)\log_{1/3}\tfrac32\approx0.369, что меньше x=1|x|=1, — значит, оно исключено правильно.

Answer

x(,52]{0}[16,12)x\in\left(-\infty,-\frac{5}{2}\right]\cup\{0\}\cup\left[\frac{1}{6},\frac{1}{2}\right)

Need to solve a different problem like this? Open the solver →