卡在這題?用 AI 解開它
Algebra · real student question

解以 2 為底 x 的對數,加上以 3 為底 x 的對數,等於 5。

Question

解出 xx:

log⁡2x+log⁡3x=5\log_2 x+\log_3 x=5

Step-by-step solution

  1. 把兩個對數換成同一個底。 底不同的對數不能直接相加,換底公式可以解決這件事:

    log⁡2x=ln⁡xln⁡2,log⁡3x=ln⁡xln⁡3\log_2 x=\frac{\ln x}{\ln 2},\qquad \log_3 x=\frac{\ln x}{\ln 3}

    (換成任何共同的底都可以;用自然對數可以讓記號比較簡潔。)

  2. 代換 t=ln⁡xt=\ln x,把它變成一次方程式。

    tln⁡2+tln⁡3=5\frac{t}{\ln 2}+\frac{t}{\ln 3}=5

    未知數只透過 tt 出現,而且只有一次方——這樣寫下來之後,方程式是一次的,不是對數的。

  3. 提出 tt 並把分數合併。

    t(1ln⁡2+1ln⁡3)=5⇒t⋅ln⁡3+ln⁡2ln⁡2 ln⁡3=5⇒t=5ln⁡2 ln⁡3ln⁡2+ln⁡3t\left(\frac{1}{\ln 2}+\frac{1}{\ln 3}\right)=5\quad\Rightarrow\quad t\cdot\frac{\ln 3+\ln 2}{\ln 2\,\ln 3}=5\quad\Rightarrow\quad t=\frac{5\ln 2\,\ln 3}{\ln 2+\ln 3}

    注意 ln⁡2+ln⁡3=ln⁡6\ln 2+\ln 3=\ln 6,所以也可以寫成 t=5ln⁡2 ln⁡3ln⁡6t=\dfrac{5\ln 2\,\ln 3}{\ln 6}。

  4. 算出 tt。 取 ln⁡2=0.6931472\ln 2=0.6931472、ln⁡3=1.0986123\ln 3=1.0986123:

    ln⁡2 ln⁡3=0.7615000,ln⁡6=1.7917595,t=3.80750011.7917595=2.1250062\ln 2\,\ln 3=0.7615000,\qquad \ln 6=1.7917595,\qquad t=\frac{3.8075001}{1.7917595}=2.1250062

  5. 取指數還原 xx。

    x=et=e2.1250062=8.3729497x=e^{t}=e^{2.1250062}=8.3729497

    因為 x>1x>1 而且兩個對數都是正的,這個結果是相容的——而且它必須大於 25/2≈5.662^{5/2}\approx 5.66,因為若 log⁡3x\log_3 x 為零,光靠 log⁡2x\log_2x 就得達到那麼大。

  6. 驗算,並否決 6.06 這個值。 log⁡28.3729497=3.0657\log_2 8.3729497=3.0657、log⁡38.3729497=1.9343\log_3 8.3729497=1.9343,相加得 5.00005.0000 ✓。相對地,x=6.06x=6.06 得到 2.5993+1.6400=4.23932.5993+1.6400=4.2393,離 55 還差將近 0.760.76,所以它不是解。

Answer

x=exp⁡ ⁣(5ln⁡2 ln⁡3ln⁡2+ln⁡3)≈8.3729x=\exp\!\left(\frac{5\ln 2\,\ln 3}{\ln 2+\ln 3}\right)\approx 8.3729

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