Подготовка к ГИА

Математика, 11 класс

Мендель Виктор Васильевич, доцент кафедры математики ДВГГУ

Метод рационализации при решении показательных и логарифмических неравенств

ВВЕДЕНИЕ

        В предыдущей статье мы подробно рассмотрели методы решения рациональных и дробно-рациональных неравенств. В основе этих методов лежит очевидный факт: непрерывная функция на отрезке между двумя нулевыми значениями не изменяет знак (положительна или отрицательна). Некоторые элементарные свойства многочленов, связанные с понятием кратного корня, позволяют быстро установить знак дробно-рациональной функции на каждом таком интервале монотонности. Заметим, что в общем случае требуется вычислять значения функции в «пробных» точках на каждом интервале, что более трудоемко.

        В этой статье мы рассмотрим примеры сведения логарифмических и показательных неравенств, у которых основание, выражение под знаком логарифма, степень – многочлены. Оказывается, такие неравенства эффективно сводятся к дробно-рациональным или рациональным, причем (что важно, например, на ЕГЭ) полученные решения будут более компактными по сравнению с традиционными.

Сведение логарифмического неравенства к системе рациональных неравенств

        Рассмотрим логарифмическое неравенство вида

,     (1)

где  - некоторые функции (об их природе будем говорить ниже).

        Стандартный метод решения такого неравенства предполагает разбор двух случаев на области допустимых значений неравенства.

        В первом случае, когда основания логарифмов удовлетворяют условию

, знак неравенства обращается: .

Во втором случае, когда основание удовлетворяет условию , знак неравенства сохраняется: .

        На первый взгляд – все логично, рассмотрим два случая и потом объединим ответы. Правда, при рассмотрении второго случая возникает определенный дискомфорт – приходится на 90 процентов повторять выкладки из первого случая (преобразовывать, находить корни вспомогательных уравнений, определять промежутки монотонности знака). Возникает естественный вопрос – можно ли все это как-нибудь рационализировать объединить?

        Ответ на этот вопрос содержится в следующей теореме.

Теорема 1. Логарифмическое неравенство

равносильно следующей системе неравенств:

       (2)

Доказательство. Начнем с того, что первые четыре неравенства системы (2) задают множество допустимых значений исходного логарифмического неравенства. Обратим теперь внимание на пятое неравенство. Если , то первый множитель этого неравенства будет отрицателен. При сокращении на него придется изменить знак неравенства на противоположный, тогда получится неравенство . Если же , то первый множитель пятого неравенства положителен, сокращаем его без изменения знака неравенства, получаем неравенство . Таким образом, пятое неравенство системы включает в себя оба случая предыдущего метода. Терема доказана.

Пример. Решить неравенство

.

Решение. Воспользуемся теоремой 1. получим следующую систему неравенств:

Решая первые четыре неравенства, практически находим ОДЗ исходного неравенства:

Откуда: .

Решим теперь пятое неравенство системы. После элементарных преобразований получим неравенство

.

Умножим второй сомножитель на -1 и поменяем знак неравенства:

.

Нетрудно заметить, что корнями второго множителя в этом неравенстве являются числа 1 и -2. Поэтому, раскладывая второй множитель на одночлены первого порядка, получаем:

.

Это неравенство легко решить методом интервалов: .

С учетом найденного ранее ОДЗ, получаем окончательный ответ.

Ответ:  .

Замечание. Обращаем внимание тех, кто собирается применять метод рационализации на ЕГЭ на следующее: критерии проверки таковы, что при ошибочном решении, но правильно найденном ОДЗ (при дополнительных условиях) можно получить балл. Поэтому рекомендуется сначала отдельно найти ОДЗ, а затем перейти к решению основного (пятого) неравенства.

Сведение показательного неравенства к системе рациональных неравенств

        Теперь рассмотрим показательное неравенство вида

                (3)

Так же, как в предыдущем пункте,  - некоторые функции.

И снова вспомним, что традиционное решение такого неравенства приводит к двум случаям. В первом основание степени положительно, но меньше единицы (знак неравенства обращается), во втором случае основание степени больше единицы (знак неравенства сохраняется).

        Как и в случае с логарифмическим неравенством, имеется возможность значительно укоротить решение задачи, используя метод рационализации. Этот метод основан на следующей теореме.

Теорема 2. Показательное неравенство

равносильно следующей системе неравенств:

       (4)

Нетрудно заметить, что система (4) аналогична системе (2) из теоремы 1 (правда, в ней нет требования положительности степеней).  Доказательство теоремы 2 легко получить теми же рассуждениями, что и в теореме 1.

Пример. Решить неравенство

.

Решение. Составим систему неравенств, аналогичную системе (4) из теоремы 2:

Решив два первых неравенства, найдем ОДЗ исходного показательного неравенства:

Откуда ОДЗ: .

Далее рассмотрим основное неравенство , которое упрощается к виду: .

Корни первого множителя этого неравенства мы нашли ранее: . Корни второго множителя равны: , , .

Теперь перед нами встала нетривиальная задача упорядочения корней. Так как , то . Применив метод интервалов, получим следующее решение основного неравенства: .

Учитывая найденную ранее ОДЗ, получаем окончательный ответ:

.

Контрольная работа №2 для учащихся 11 классов

Приведенные ниже задания являются контрольной работой №2 для учащихся 11 классов. Каждая задача оценивается в 7 баллов, для зачета нужно набрать не менее 35 баллов.

Правила оформления работ:

Решения по каждому предмету оформляется отдельно. Каждое задание имеет свой шифр (М 11.2.1 и т.д.), который указывается перед записью решения. Переписывать текст задачи не надо, достаточно краткой записи, если это необходимо. Оформлять решения в порядке следования заданий. Можно присылать нам столько решений, сколько удалось вам сделать, даже если оказалось невозможным выполнить всю работу.

Наш адрес: 680000, г. Хабаровск, ул. Дзержинского, 48, ХКЦТТ (ХКЗФМШ).

Подробнее познакомиться со школой, ее традициями можно на нашем сайте: www.khspu.ru/~khpms/. Там же, на форуме, можно проконсультироваться по вопросам, связанным с решением задач (и не только).

Решите следующие неравенства

20 задание БАЗА

1. На палке отмечены поперечные линии красного, жёлтого и зелёного цвета. Если распилить палку по красным линиям, получится 9 кусков, если по жёлтым — 12 кусков, а если по зелёным — 8 кусков. Сколько кусков получится, если распилить палку по линиям всех трёх цветов?

2. На палке отмечены поперечные линии красного, жёлтого и зелёного цвета. Если распилить палку по красным линиям, получится 5 кусков, если по жёлтым — 7 кусков, а если по зелёным — 11 кусков. Сколько кусков получится, если распилить палку по линиям всех трёх цветов?

3. Кузнечик прыгает вдоль координатной прямой в любом направлении на единичный отрезок за прыжок. Сколько существует различных точек на координатной прямой, в которых кузнечик может оказаться, сделав ровно 6 прыжков, начиная прыгать из начала координат?

4. Кузнечик прыгает вдоль координатной прямой в любом направлении на единичный отрезок за прыжок. Сколько существует различных точек на координатной прямой, в которых кузнечик может оказаться, сделав ровно 7 прыжков, начиная прыгать из начала координат?

5. В обменном пункте можно совершить одну из двух операций:

1) за 3 золотых монеты получить 4 серебряных и одну медную;

2) за 7 серебряных монет получить 4 золотых и одну медную.

У Николы были только серебряные монеты. После посещений обменного пункта серебряных монет у него стало меньше, золотых не появилось, зато появилось 42 медных. На сколько уменьшилось количество серебряных монет у Николы?

6. В обменном пункте можно совершить одну из двух операций:

1) за 4 золотых монеты получить 5 серебряных и одну медную;

2) за 7 серебряных монет получить 5 золотых и одну медную.

У Николы были только серебряные монеты. После посещений обменного пункта серебряных монет у него стало меньше, золотых не появилось, зато появилось 90 медных. На сколько уменьшилось количество серебряных монет у Николы?

7. В магазине бытовой техники объём продаж холодильников носит сезонный характер. В январе было продано 10 холодильников, и в три последующих месяца продавали по 10 холодильников. С мая продажи увеличивались на 15 единиц по сравнению с предыдущим месяцем. С сентября объём продаж начал уменьшаться на 15 холодильников каждый месяц относительно предыдущего месяца. Сколько холодильников продал магазин за год?

8. На кольцевой дороге расположены четыре бензоколонки: A, B, C и D. Расстояние между A и B — 60 км, между A и C — 45 км, между C и D — 40 км, между D и A — 35 км (все расстояния измеряются вдоль кольцевой дороги в кратчайшую сторону).

Найдите расстояние между B и C.

9. На кольцевой дороге расположены четыре бензоколонки: A, B, C и D. Расстояние между A и B — 75 км, между A и C — 50 км, между C и D — 40 км, между D и A —60 км (все расстояния измеряются вдоль кольцевой дороги в кратчайшую сторону).

Найдите расстояние между B и C.

10. Саша пригласил Петю в гости, сказав, что живёт в восьмом подъезде в квартире №468, а этаж сказать забыл. Подойдя к дому, Петя обнаружил, что дом двенадцатиэтажный. На каком этаже живёт Саша? (На каждом этаже число квартир одинаково, номера квартир в доме начинаются с единицы.)

11. Саша пригласил Петю в гости, сказав, что живёт в десятом подъезде в квартире № 333, а этаж сказать забыл. Подойдя к дому, Петя обнаружил, что дом девятиэтажный. На каком этаже живёт Саша? (На каждом этаже число квартир одинаково, номера квартир в доме начинаются с единицы.)

12. Во всех подъездах дома одинаковое число этажей, а на каждом этаже одинаковое число квартир. При этом число этажей в доме больше числа квартир на этаже, число квартир на этаже больше числа подъездов, а число подъездов больше одного. Сколько этажей в доме, если всего в нём 357 квартир?

13. Во всех подъездах дома одинаковое число этажей, а на каждом этаже одинаковое число квартир. При этом число этажей в доме больше числа квартир на этаже, число квартир на этаже больше числа подъездов, а число подъездов больше одного. Сколько этажей в доме, если всего в нём 110 квартир?

14. В корзине лежат 40 грибов: рыжики и грузди. Известно, что среди любых 17 грибов имеется хотя бы один рыжик, а среди любых 25 грибов хотя бы один груздь. Сколько рыжиков в корзине?

15. В корзине лежат 30 грибов: рыжики и грузди. Известно, что среди любых 12 грибов имеется хотя бы один рыжик, а среди любых 20 грибов хотя бы один груздь. Сколько рыжиков в корзине?

16. На глобусе фломастером проведены 17 параллелей (включая экватор) и 24 меридиана. На сколько частей проведённые линии разделяют поверхность глобуса?

17. На глобусе фломастером проведены 15 параллелей (включая экватор) и 20 меридианов. На сколько частей проведённые линии разделяют поверхность глобуса?

18. На глобусе фломастером проведены 13 параллелей (включая экватор) и 25 меридианов. На сколько частей проведённые линии разделяют поверхность глобуса?

19. Хозяин договорился с рабочими, что они копают колодец на следующих условиях: за первый метр он заплатит им 3500 рублей, а за каждый следующий метр — на 1600 рублей больше, чем за предыдущий. Сколько денег хозяин должен будет заплатить рабочим, если они выкопают колодец глубиной 9 метров?

20. Хозяин договорился с рабочими, что они выкопают ему колодец на следующих условиях: за первый метр он заплатит им 3700 рублей, а за каждый следующий метр — на 1700 рублей больше, чем за предыдущий. Сколько денег хозяин должен будет заплатить рабочим, если они выкопают колодец глубиной 8 метров?

21. Хозяин договорился с рабочими, что они выкопают ему колодец на следующих условиях: за первый метр он заплатит им 4200 рублей, а за каждый следующий метр — на 1300 рублей больше, чем за предыдущий. Сколько денег хозяин должен будет заплатить рабочим, если они выкопают колодец глубиной 11 метров?

22. Улитка за день заползает вверх по дереву на 2 м, а за ночь сползает на 1 м. Высота дерева 9 м. За сколько дней улитка впервые доползёт до вершины дерева?

23. Улитка за день заползает вверх по дереву на 4 м, а за ночь сползает на 1 м. Высота дерева 13 м. За сколько дней улитка впервые доползёт до вершины дерева?

24. В группе учится 30 студентов, из них 20 студентов получили зачёт по экономике и 20 студентов получили зачёт по английскому языку. Выберите утверждения, которые следуют из приведённых данных.

25. Каждую секунду бактерия делится на две новые бактерии. Известно, что весь объём одного стакана бактерии заполняют за 1 час. За сколько секунд бактерии заполняют половину стакана?

26. Тренер посоветовал Андрею в первый день занятий провести на беговой дорожке 15 минут, а на каждом следующем занятии увеличивать время, проведённое на беговой дорожке, на 7 минут. За сколько занятий Андрей проведёт на беговой дорожке в общей сложности 2 часа 25 минут, если будет следовать советам тренера?

27. В результате паводка котлован заполнился водой до уровня 2 метра. Строительная помпа непрерывно откачивает воду, понижая её уровень на 20 см в час. Подпочвенные воды, наоборот, повышают уровень воды в котловане на 5 см в час. За сколько часов работы помпы уровень воды в котловане опустится до 80 см?

28. При демонстрации летней одежды наряды каждой манекенщицы отличаются хотя бы одним из трёх элементов: блузкой, юбкой и туфлями. Всего модельер приготовил для демонстрации 5 видов блузок, З вида юбок и 4 вида туфель. Сколько различных нарядов будет показано на этой демонстрации?

29. Какое наименьшее число идущих подряд чисел нужно взять, что бы их произведение делилось на 9?

30. Врач прописал пациенту принимать лекарство по такой схеме: в первый день он должен принять 3 капли, а в каждый следующий день — на 3 капли больше, чем в предыдущий. Приняв 30 капель, он ещё 3 дня пьёт по 30 капель лекарства, а потом ежедневно уменьшает приём на 3 капли. Сколько пузырьков лекарства нужно купить пациенту на весь курс приёма, если в каждом содержится 20 мл лекарства (что составляет 250 капель)?

31. Произведение десяти идущих подряд чисел разделили на 7. Чему может быть равен остаток?

32. В бак объёмом 38 литров каждый час, начиная с 12 часов, наливают полное ведро воды объёмом 8 литров. Но в днище бака есть небольшая щель, и из неё за час вытекает 3 литра. В какой момент времени (в часах) бак будет заполнен полностью.

 Источники

1. ФИПИ. Математика. ЕГЭ.  Базовый уровень. Открытый банк задач. http://practice.opengia.ru/

2. Математика Базовый уровень. Типовые тестовые задания, под ред. И.В. Ященко, М: «Экзамен». 2015, - 168 стр.

1. Формулы сокращённого умножения

а) Квадрат суммы:

б) Квадрат разности:

Вообще, квадрат алгебраической суммы нескольких слагаемых равен сумме квадратов этих слагаемых плюс сумма удвоенных попарных произведений этих слагаемых (с учётом правила знаков).

в) Куб суммы:

г) Куб разности:

д) Разность квадратов:

е) Сумма кубов:

ж) Разность кубов:

з) Разность квадратов:

2. Свойства степеней:

1. аman=am+n
2. 
3. (am)n=amn

3. Свойства радикалов:

4.Линейные и квадратные уравнения

Уравнение вида ax + b=0, где х — переменная, a(a≠0) и b – любые числа, называется линейным.

Если:

1) a ≠ 0, уравнение ax + b=0 имеет единственное решение ;

2) а = 0, в этом случае уравнение имеет вид 0*x + b=0,

при b = 0 решением уравнения является любое число х;

при b ≠ 0 уравнение решений не имеет.

Уравнение вида ax2 + bx + c = 0, где х — переменная, а, b, с — некоторые числа, причем a ≠ 0, называется квадратным.

В уравнении ax2 + bx + c = 0 коэффициент а называют первым коэффициентом, b — вторым коэффициентом, с — свободным членом.

Формула корней квадратного уравнения имеет вид:

x1,2=(—b±√b2—4ac)/(2a).

Выражение D =b2 — 4ас называется дискриминантом квадратного уравнения.

Если D = 0, то существует только одно значение переменной, удовлетворяющее уравнению ax2 + bx + c = 0. Однако условились говорить, что в этом случае квадратное уравнение имеет два равных действительных корня, а само число —b/2a называют корнем кратности два.

Если D<0, то квадратное уравнение не имеет действительных корней.

Если D>0, то квадратное уравнение имеет два различных действительных корня.

5.Решение неравенств методом интервалов

Метод интервалов является основным методом решения неравенств. Он позволяет свести решение неравенства f(x)=>0 (<‚≤‚≥) к решению уравнения f(x)=0. Метод заключается в следующем.

1. Находится ОДЗ неравенства.

2. Неравенство приводится к виду f(x)=>0 (<‚≤‚≥) (т.е. правая часть переносится в влево) и упрощается.

3. Решается уравнение f(x)=0.

4. На числовой оси изображается: а) ОДЗ; б) непосторонние корни уравнения f(x)=0 (попавшие в ОДЗ). Они наносятся в виде полых кружков, если исходное неравенство строгое, и закрашенных, если оно не строгое.

5. Все точки, отмеченные на ОДЗ и ограничивающие его, разбивают это множество на так называемые интервалы знакопостоянства. На каждом таком интервале определяется знак функции f(x). Ответ записывается в виде объединения отдельных множеств, на которых f(x) имеет соответствующий знак. Точки, отмеченные закрашенными кружками, в ответ входят в ответ отмеченных пустыми – нет (подумайте, почему). Точки ОДЗ, являющиеся граничными, включаются (или не включаются) в ответ после дополнительной проверки.

6. Основные методы решения рациональных

уравнений с модулями

При решении уравнений, содержащих переменную под знаком модуля, используется определение модуля:

Пусть х и у – действительные числа. Приведем (в виде формул) свойства модуля.

1)      3)

4)  k = 2,4,…, в частности,

5)  k = 2,4,…, в частности,

6)   7)

 Основные методы решения уравнений с модулями

1. Попробовать "избавиться" от знака модуля, используя определение модуля.

2. Возвести уравнение (т.е. обе его части) в квадрат. Затем воспользоваться свойством 5.

3. Сделать постановку.

4. Самым универсальным методом решения уравнений, содержащих несколько знаков модулей, является следующий. Выражения, стоящие под знаками абсолютных величин, приравниваются к нулю. Корни полученных уравнений разбивают ОДЗ исходного уравнения на интервалы. На каждом таком интервале, используя определение модуля, удается освободиться от модулей.

7. Рациональные неравенства с модулями

Неравенства с модулями (как и все другие) можно решать методом интервалов. На этом пути, в частности, приходится решать уравнения с модулями. Однако, как правило, проще освободиться от модулей в самих неравенствах,а далее, если требуется, применять метод интервалов.

Обсудим, как это можно сделать.

1. Неравенства вида | f (x) > g (х)  (≥, <, ≤)  рекомендуем решать одним из двух способов, которые рассмотрены ниже.

1а. Из определения модуля следует, что изучаемые неравенства равносильны совокупности либо системе следующих неравенств:

| f (х)| > g (х)  

(*)

| f (х)| < g (х)  – g (х) < f (х) < g (х)

Если неравенства, находящиеся слева от знаков “  ”, являются нестрогими то и в правой части эквивалентностей все неравенства следует заменить соответствующими нестрогими (“направленными” в ту же сторону).

В частном случае, когда g (х)  a  = const,

1b. В ряде случаев (например, если g (х) –абсолютная величина), рассматриваемые неравенства удобнее всего решать  возведением  в квадрат.

Освобождение от модулей на подмножествах ОДЗ. Неравенство может содержать несколько модулей | fi (x)|. Самым универсальным методом освобождения от них является следующий. Функции, стоящие под знаками модулей, приравниваются к нулю. Корни этих вспомогательных уравнений разбивают ОДЗ неравенства на интервалы. На каждом таком интервале определяем знаки функций fi и освобождаемся от модулей, используя определение: | fi (x)| = ± fi  (x), в зависимости от знаков. Объединив решения, найденные на всех подмножествах ОДЗ, получаем окончательный ответ.

8. Иррациональные неравенства

Неравенства, в которых неизвестная содержится под знаком корня, называется иррациональным

При решении иррациональных неравенств используется следующее утверждение:

Если обе части неравенства на некотором множестве Х принимают только неотрицательные значения, то, возведя обе части неравенства в квадрат (или в любую четную степень) и сохранив знак исходного неравенства, получим неравенство, равносильное данному (на множестве X). Возведение обеих частей неравенства в одну и ту же нечетную степень (с сохранением знака неравенства) всегда является равносильным преобразованием неравенства.

Рассмотрим неравенство вида  

                                                   (1)

Ясно, что решение этого неравенства является в то же время решением неравенства f(x) ≥0 и решением неравенства g(x) >0 (из неравенства (1) следует, что g (х) > 0). Значит, неравенство (1) равносильно системе неравенств

Так как при выполнении условий, задаваемых первыми двумя неравенствами этой системы, обе части третьего неравенства системы определены и принимают только неотрицательные значения, то их возведение в квадрат есть равносильное преобразование неравенства. Выполнив это преобразование, придем к системе

Неравенстворавносильно системе неравенств

Рассмотрим теперь неравенство вида

                                                      (2)

Как и выше, заключаем, что f(x) ≥0 , но в отличие от предыдущего случая здесь g (х) может принимать как неотрицательные, так и отрицательные значения. Поэтому заданное неравенство (2) рассмотрим в каждом из следующих случаев:

g (х) < 0 и g (х) ≥ 0. Получим совокупность систем

В первой из этих систем можно опустить последнее неравенство — оно вытекает из первых двух неравенств системы. Во второй системе можно выполнить возведение в квадрат обеих частей последнего неравенства.

В итоге приходим к следующему результату: неравенство   равносильно совокупности двух систем

9. Тригонометрические функции

                           Знаки Sin α                            Знаки Cos α

Таблица значений тригонометрических функций

Основные тригонометрические тождества

Выражения одной функции через другую

Формулы отрицательного аргумента

Формулы приведения

Формулы суммы двух аргументов

Формулы двойного и тройного угла

Формулы преобразования

суммы тригонометрических функций

в произведения и произведения в суммы

Формулы половинного угла

10. Арифметическая прогрессия

Арифметической прогрессией называется такая последовательность, у которой каждый ее член, начиная со второго, равен предшествующему члену, сложенному с одним и тем же (определенным для данной последовательности) числом  d, называемым разностью прогрессии.

Формула n-го члена an = a1 + (n – 1) d.

Формула суммы n первых членов

11. Геометрическая прогрессия

Геометрической прогрессией называется такая последовательность, у которой каждый ее член, начиная со второго, равен предшествующему члену, умноженному на одно и то же (определенное для данной последовательности) число  q,  называемое знаменателем прогрессии.  Предполагается, что  q ≠ 0.

Если  число членов прогрессии конечно, то она называется конечной геометрической прогрессией; в противном случае она называется  бесконечной геометрической прогрессией.

Формула n-го члена  an= a1q n –1.

Формула суммы n первых членов.

12. Понятие производной

Производной функции  y= f (x)  в точке  x  называется предел отношения приращения функции к приращению аргумента, когда приращение аргумента стремится к нулю

Таблица производных

13. Показательная функция

Показательной функцией называется функция вида:

y=ax, где а - заданное число, a>0, а.

графики функций y=2x  и  y=(1/2)x

14. Логарифмы и их свойства

a-основание

с –показатель степени

Определение:

Логарифмом числа b по основанию а называется показатель степени с, в которую надо возвести а, чтобы получить b.

, (где b>0; a>0; a≠1)

Основное логарифмическое тождество: 

Свойства логарифмов

1.    
2. 
3. 
4. 
5. 
6. loga 1=0                

Формула перехода от одного основания к другому:

Логарифмическая функция

Логарифмической функцией называют функцию вида

 где

15. Показательные уравнения

Определение: Показательными называют уравнения, содержащие неизвестную величину в показателе степени (основание степени не содержит неизвестной величины.

Рассмотрим «простейшее» показательное уравнение вида

, а>0.

Если b0, то это уравнение решений не имеет.

Если b>0 и а1, то f(x)=logab.

          Если  а = 1, то при  b  1 данное уравнение не имеет решений.

при  b =1  решением является любое число из области определения.

16. Логарифмические  уравнения

Определение: Логарифмическим уравнением называют уравнение, содержащее неизвестную величину под знаком логарифма.

logax=b;  x>0; a>0; a≠1.   x=ab

Для успешного решения логарифмических уравнений и неравенств необходимо уверенное владение формулами для логарифмов и свойствами логарифмической функции.

Использование формул логарифма произведения, частного  и других без дополнительных оговорок может привести как к приобретению посторонних решений, так и к потере корней.

Поэтому необходимо внимательно следить за равносильностью совершаемых преобразований.  Так, к примеру, в формуле logаху=logах+logау

ОДЗ: xy>0

x>0

y>0

Запишем равносильное преобразование:

1)logaxy=loga|x|+loga|y|, xy>0

2)logax/y=loga|x|-loga|y|, xy>0

3)logax2p=2p loga|x|, x≠0 

17. Логарифмические неравенства

При решении логарифмических неравенств, так же как и при решении показательных неравенств, нужно четко представлять себе, что логарифмическая и показательная функции с основанием, большим единицы, монотонно возрастают, и монотонно убывают с основанием, меньшим единицы, но положительным.

Неравенство

при а > 1 равносильно системе неравенств

logax1ax2

x12

а при 0 < а < 1 — системе неравенств

logax1>logax2

x12

Неравенство

равносильно совокупности двух систем неравенств (переменное основание)

18. Первообразная

Функцию, от которой берут производную называется первообразной.

Таблица первообразных.

19. Неопределенный интеграл

Совокупность всех первообразных функций  f (x)  называется неопределенным интегралом данной функции и обозначается , при этом f(x) - подинтегральная функция , f(x)dx –подинтегральное выражение.

Таблица основных интегралов

Типовые и тренировочные задачи №4

1. В случайном эксперименте бросают две игральные кости. Найдите вероятность того, что в сумме выпадет 6 очков. Результат округлите до сотых.

Решение. В сумме 6 очков имеют следующие упорядоченные пары чисел: (1;5); (2;4); (3;3); (4;2); (5;1). Общее количество возможных исходов равно 36. Таким образом, .

2. В случайном эксперименте бросают три игральные кости. Найдите вероятность того, что в сумме выпадет 16 очков. Результат округлите до сотых. 

Решение.  В сумме 16 очков имеют следующие шесть упорядоченных троек чисел: (4;6;6); (6;4;6); (6;6;4); (6;5;5); (5;6;5); (5;5;6). Общее количество возможных исходов равно 216.  Таким образом, .

3. В чемпионате по гимнастике участвуют 20 спортсменок: 8 из России, 7 из США, остальные — из Китая. Порядок, в котором выступают гимнастки, определяется жребием. Найдите вероятность того, что спортсменка, выступающая первой, окажется из Китая.

Решение.  Элементарное событие - спортсменка, выступающая первой. Всего 20 возможных исходов, 5 благоприятных.  .

4. В соревнованиях по толканию ядра участвуют 4 спортсмена из Финляндии, 7 спортсменов из Дании, 9 спортсменов из Швеции и 5 — из Норвегии. Порядок, в котором выступают спортсмены, определяется жребием. Найдите вероятность того, что спортсмен, который выступает последним, окажется из Швеции.

Решение. Всего 25 возможных исходов, из них 9 -  благоприятных. .

5. Конкурс исполнителей проводится в 5 дней. Всего заявлено 80 выступлений — по одному от каждой страны. В первый день 8 выступлений, остальные распределены поровну между оставшимися днями. Порядок выступлений определяется жеребьёвкой. Какова вероятность, что выступление представителя России состоится в третий день конкурса?

Решение. Всего 80 исходов, благоприятных 18 – число выступлений, запланированных на третий день. .

6. В среднем из 1000 садовых насосов, поступивших в продажу, 5 подтекают. Найдите вероятность того, что один случайно выбранный для контроля насос не подтекает.

Решение. Не подтекают 995 насосов из 1000, следовательно, вероятность того, что один случайно выбранный для контроля насос не подтекает, равна 0,995.

7. Фабрика выпускает сумки. В среднем на 100 качественных сумок приходится восемь сумок со скрытыми дефектами. Найдите вероятность того, что купленная сумка окажется качественной. Результат округлите до сотых.

Решение.  Из каждых  108 сумок 100 не имеют дефектов. .

8. Перед началом первого тура чемпионата по бадминтону участников разбивают на игровые пары случайным образом с помощью жребия. Всего в чемпионате участвует 26 бадминтонистов, среди которых 10 участников из России, в том числе Руслан Орлов. Найдите вероятность того, что в первом туре Руслан Орлов будет играть с каким-либо бадминтонистом из России?

Решение. Всего 25 исходов, из них 9 - благоприятных. .

9. В сборнике билетов по математике всего 25 билетов, в 10 из них встречается вопрос по неравенствам. Найдите вероятность того, что в случайно выбранном на экзамене билете школьнику не достанется вопроса по неравенствам.

Решение. Всего 25 исходов, из них 15 - благоприятных. .

10. Монету бросают три раза. Найдите вероятность элементарного исхода ОРО.

Первое решение. Всего возможно 8 элементарных исходов: ООО, РОО, ОРО, ООР, ОРР, РОР, РРО, РРР. Таким образом, вероятность элементарного исхода ОРО равна 0,125.

Второе решение.  Произошли три независимых события: при первом бросании выпал орел, при втором – решка, при третьем – орел. Вероятность каждого из них равна 0,5.

11. Перед началом волейбольного матча капитаны команд тянут жребий, чтобы определить, какая из команд начнет игру с мячом. Команда «Старт» играет по очереди с командами «Динамо», «Локомотив» и «Спартак». Найдите вероятность того, что «Старт» будет начинать только первую и третью игры.

Решение. Поскольку перед началом матча капитаны бросают монету, то условие задачи аналогично предыдущей. Также требуется найти вероятность исхода ОРО. Ответ: 0,125.

12. Монету бросают четыре раза. Найдите вероятность того, что орел выпадет ровно два раза.

Решение.  Применим формулу Бернулли. .

13. Биатлонист пять раз стреляет по мишеням. Вероятность попадания в мишень при одном выстреле равна 0,8. Найдите вероятность того, что биатлонист первые три раза попал в мишень, а последние два раза промахнулся. Результат округлите до сотых.

Решение.  .

14. В классе 21 человек, среди них близнецы – Даша и Маша. Класс случайным образом делят на три группы по 7 человек в каждой. Найдите вероятность того, что Даша и Маша окажутся в разных группах. 

Решение.  Противоположное событие - Даша и Маша окажутся в одной группе (в первой, во второй или в третьей). Таким образом,  ;    .  

15. На фестивале органной музыки выступают 15 исполнителей, по одному от одной европейской страны. Порядок, в котором  они выступают, определяется жребием, Какова вероятность того, что представитель Венгрии будет выступать после представителя Сербии, но перед музыкантом из Австрии? 

Решение. Исполнители из трех указанных стран могут расположиться (не обязательно, подряд) шестью различными способами (число перестановок из трех). Благоприятствует данному условию только один из них. Ответ: .

Замечание  Ответ не зависит от общего числа исполнителей. Он определяется только числом участников, которых требуется расположить в заданном порядке.

16. В торговом центре два одинаковых автомата продают кофе. Вероятность того, что к концу дня в автомате закончится кофе, равна 0,3. Вероятность того, что кофе закончится в обоих автоматах, равна 0,12. Найдите вероятность того, что к концу дня кофе останется в обоих автоматах.

Решение.  Определим события: А – кофе закончится в первом автомате; В – кофе закончится во втором автомате. По условию задачи,  и (отметим, что эти события не являются независимыми, в противном случае ). По формуле вероятности суммы, . Следовательно, вероятность противоположного события «кофе останется в обоих автоматах»  .

17. В банке три окна работы с клиентами. Вероятность того, что в случайный момент окно свободно, равна 0,3. Окна работают независимо друг от друга. В банк заходит клиент. Найдите вероятность того, что в этот момент свободно хотя бы одно окно.

Решение .

18. Из районного центра в деревню ежедневно ходит автобус. Вероятность того, что в пятницу в автобусе окажется меньше 30 пассажиров, равна 0,72. Вероятность того, что пассажиров окажется меньше 20, равна 0,35. Найдите вероятность того, что число пассажиров будет от 20 до 29.

Решение.  Определим события: А - пассажиров будет меньше 20; В - пассажиров будет от 20 до 29; С - пассажиров будет меньше 30. Очевидно, что события А и В несовместны и . Тогда . .

19. При артиллерийской стрельбе автоматическая система делает выстрел по цели. Если цель не уничтожена, то система делает повторный выстрел. Выстрелы повторяются до тех пор, пока цель не будет уничтожена. Вероятность уничтожения некоторой цели при первом выстреле равна 0,4, а при каждом последующем — 0,6. Сколько выстрелов потребуется для того, чтобы вероятность уничтожения цели была не менее 0,98?

Решение.  Пусть  - искомое число выстрелов. Вероятность промаха при первом выстреле равна 0,6, при всех последующих – 0,4. Получим

 ;

;             ;     ;      .

Ответ: 5 выстрелов

20. Всем пациентам с подозрением на гепатит делают анализ крови. Если анализ выявляет гепатит, то результат анализа называется положительным. У больных гепатитом пациентов анализ даёт положительный результат с вероятностью 0,9. Если пациент не болен гепатитом, то анализ может дать ложный положительный результат с вероятностью 0,01. Известно, что 5% пациентов, поступающих с подозрением на гепатит, действительно больны гепатитом. Найдите вероятность того, что результат анализа у пациента, поступившего в клинику с подозрением на гепатит, будет положительным.

Решение. Возможны две гипотезы:  - пациент болен; - пациент здоров. По условию, ; .

Событие  - анализ крови дал положительный результат. Тогда ; . Согласно формуле полной вероятности,  , где . Следовательно, .

Ответ: 0,0545.

Примечание: задача могла бы быть решена с помощью графов.

21. В Волшебной стране бывает два типа погоды: хорошая и отличная, причём погода, установившись утром, держится неизменной весь день. Известно, что с вероятностью 0,8 погода завтра будет такой же, как и сегодня. Сегодня 3 июля, погода в Волшебной стране хорошая. Найдите вероятность того, что 6 июля в Волшебной стране будет отличная погода.

Решение. Вероятность того, что 4 июля будет хорошая погода равна , отличная - .

Вероятность того, что 5 июля будет хорошая погода, равна , отличная - .

Вероятность того, что 6 июля будет хорошая погода, равна , отличная - .

22. Агрофирма закупает куриные яйца в двух домашних хозяйствах. 40% яиц из первого хозяйства — яйца высшей категории, а из второго хозяйства — 20% яиц высшей категории. Всего высшую категорию получает 35% яиц. Найдите вероятность того, что яйцо, купленное у этой агрофирмы, окажется из первого хозяйства.

Решение. Пусть  - доля продукции первого хозяйства в общем объёме закупок. Тогда получим уравнение ;   .

.

23. Ковбой Джон попадает в муху на стене с вероятностью 0,9, если стреляет из пристрелянного револьвера. Если Джон стреляет из не пристрелянного револьвера, то он попадает в муху с вероятностью 0,2. На столе лежит 10 револьверов, из них только 4 пристрелянные. Ковбой Джон видит на стене муху, наудачу хватает первый попавшийся револьвер и стреляет в муху. Найдите вероятность того, что Джон промахнётся.

Решение. Возможны две гипотезы:  - револьвер пристреленный; - не пристреленный.  По условию, ; . Событие  - меткий выстрел. Тогда ; . Согласно формуле полной вероятности,  . .

Ответ: 0,52.

24. Автоматическая линия изготавливает батарейки. Вероятность того, что готовая батарейка неисправна, равна 0,02. Перед упаковкой каждая батарейка проходит систему контроля. Вероятность того, что система забракует неисправную батарейку, равна 0,99. Вероятность того, что система по ошибке забракует исправную батарейку, равна 0,01. Найдите вероятность того, что случайно выбранная изготовленная батарейка будет забракована системой контроля.

Решение. .

Ответ: 0,0296.

25. Чтобы поступить в институт на специальность «Лингвистика», абитуриент должен набрать на ЕГЭ не менее 70 баллов по каждому из трёх предметов — математика, русский язык и иностранный язык. Чтобы поступить на  специальность «Коммерция», нужно набрать не менее 70 баллов по каждому из трёх предметов — математика, русский язык и обществознание.

Вероятность того, что абитуриент З. получит не менее 70 баллов по математике, равна 0,6, по русскому языку — 0,8, по иностранному языку — 0,7 и по обществознанию — 0,5.

Найдите вероятность того, что З. сможет поступить хотя бы на одну из двух упомянутых специальностей.

Решение. Событие - абитуриент поступил  на специальность «Лингвистика», событие - абитуриент поступил  на специальность «Коммерция»,   событие - абитуриент поступил  хотя бы на одну из этих специальностей. ,  . , .

Ответ: 0,408.

26.  Механические часы с двенадцатичасовым циферблатом в какой-то момент сломались и перестали ходить. Найдите вероятность того, что часовая стрелка застыла, достигнув отметки 10, но не дойдя до отметки 1 час.
27. На рисунке изображён лабиринт. Паук заползает в лабиринт в точке «Вход». Развернуться и ползти назад паук не может, поэтому на каждом разветвлении паук выбирает один из путей, по которому ещё не полз. Считая, что выбор дальнейшего пути чисто случайный, определите, с какой вероятностью паук придёт к выходу .

28.  Если гроссмейстер А. играет белыми, то он выигрывает у гроссмейстера Б. с вероятностью 0,52. Если А. играет черными, то А. выигрывает у Б. с вероятностью 0,3. Гроссмейстеры А. и Б. играют две партии, причем во второй партии меняют цвет фигур. Найдите вероятность того, что А. выиграет оба раза.

29. В пачке лежат 10000 билетов с номерами от 0000 до 9999. Назовем билет интересным, если разность каких-либо двух соседних цифр его номера равна 5. Найдите вероятность того, что взятый наудачу билет из пачки окажется интересным.

Решение. Число вида . Для любого  существует только одно , удовлетворяющее условию . Так как и - любые, то имеем 1000 вариантов. Для каждого из 9 оставшихся значений   существует только одно , удовлетворяющее условию . Таким образом,  имеем ещё 900 вариантов.  при 9 значениях . Каждому из них удовлетворяет одно значение . Получаем ещё 810 вариантов. .

30.   Спортсмен стреляет по пяти мишеням. Вероятность попадания в мишень при одном выстреле равна . На каждую мишень спортсмен имеет две попытки.

а) Найдите вероятность того, что спортсмен попадёт в первую мишень.

б) Найдите вероятность того, что спортсмен попадёт ровно в четыре мишени.

Решение.

а) Спортсмен не попадёт в первую мишень, если обе его попытки будут неудачными. Вероятность этого равна . Значит, вероятность того, что он попадёт в первую мишень, равна .

б) Вероятность попадания в каждую мишеней равна . Число способов выбрать четыре мишени из пяти равно 5. Значит, искомая вероятность равна .

Ответ: а) ; б) .