未知数在次方上的方程,要么把底统一,要么两边取对数。未知数在对数里面的方程,先合并对数,再换成指数方程,最后舍去使真数为零或负数的答案。
这一课属于 SPM 附加数学:指数、根式与对数,要用到 对数定律与定义域检查。
应该选哪种方法?
方程的形式,决定了方法。
| 形式 | 方法 | 例子 |
|---|---|---|
| 两边都是同一个底的次方 | 令次方相等 | 4^x = 32 |
| 底不同,只有一个次方 | 两边取对数 | 3^(2x−1) = 20 |
| 关于 a^x 的二次式 | 代换 y = a^x | 2^(2x) − 5(2^x) + 4 = 0 |
| 底相同的对数 | 合并,再换成指数 | log₂(x+3) + log₂(x−3) = 4 |
示范:未知数在次方上
解 3^(2x−1) = 20,答案取三位小数。
两边取常用对数:(2x − 1) log 3 = log 20。
那么 2x − 1 = log 20 ÷ log 3 = 1.3010 ÷ 0.4771 = 2.7268。
所以 2x = 3.7268,x ≈ 1.863。检验:2(1.863) − 1 = 2.726,3^2.726 ≈ 20。
容易写错的捷径是 2x − 1 = 20 ÷ 3。这是把底当成可以除掉的数,但未知数在指数上,必须用对数。
示范:用定义域检查的对数方程
解 log₂(x + 3) + log₂(x − 3) = 4。
- 合并:log₂[(x + 3)(x − 3)] = 4,即 log₂(x² − 9) = 4。
- 换成指数:x² − 9 = 2⁴ = 16。
- 解方程:x² = 25,所以 x = 5 或 x = −5。
- 检查定义域。x + 3 和 x − 3 都必须是正数,所以 x > 3。
x = 5 接受,x = −5 舍去,因为 x − 3 = −8 是负数。代回检验:log₂ 8 + log₂ 2 = 3 + 1 = 4。
代换法
解 2^(2x) − 5(2^x) + 4 = 0。因为 2^(2x) = (2^x)²,设 y = 2^x。
那么 y² − 5y + 4 = 0,(y − 1)(y − 4) = 0,y = 1 或 y = 4。
换回去:2^x = 1 得 x = 0,2^x = 4 得 x = 2。两个答案都成立,因为 y = 2^x 必须是正数,而 1 和 4 都符合。
会丢分的错误
有两种常见的错误。第一种是上面说的除以底。第二种是对数方程忘了定义域,于是 x = 5 和 x = −5 都被写成答案。
一个能同时避免这两种错误的习惯:求出答案后,把它代回原方程,问自己每一个对数是否仍然有定义。
自我检查
解 log₃(x + 6) − log₃ x = 2。
答案
合并:log₃[(x + 6) ÷ x] = 2,所以 (x + 6) ÷ x = 3² = 9。
于是 x + 6 = 9x,8x = 6,x = 0.75。
定义域:x > 0 且 x + 6 > 0,所以 0.75 被接受。
检验:log₃ 6.75 − log₃ 0.75 = log₃ 9 = 2。
接下来学什么?
做 本章练习 里的混合题。如果对数和指数还是缠在一起,回去读 分数指数与指数定律。
如果希望老师陪你练习各种方程类型,请见 线上一对一附加数学补习。方程来自应用题时,应用题结构练习表 (英文) 也能帮上忙。