99В. Решите неравенство  \({\log _{3{x^2}}}\left( {9{x^5}} \right)-\log _3^2x \le 2\).

Ответ

ОТВЕТ: \(\left( {0;\frac{1}{3}} \right] \cup \left( {\frac{{\sqrt 3 }}{3};\,1} \right] \cup \left[ {\sqrt 3 ;\,\,\infty } \right).\)

Решение

\({\log _{3{x^2}}}\left( {9{x^5}} \right)-\log _3^2x \le 2.\)

Запишем ОДЗ:  \(\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{9{x^5} > 0,}\\{x > 0,\;\;\;}\\{3{x^2} > 0,}\\{3{x^2} \ne 1\;}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}{x > 0,\;\;\;\;\;\;}\\{x \ne  \pm \frac{{\sqrt 3 }}{3}.}\end{array}} \right.\)

Воспользуемся свойством перехода к новому основанию:  \({\log _a}b = \frac{{{{\log }_c}b}}{{{{\log }_c}a}}.\)

Тогда исходное неравенство примет вид:

\(\frac{{{{\log }_3}\left( {9{x^5}} \right)}}{{{{\log }_3}\left( {3{x^2}} \right)}}-\log _3^2x \le 2\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\frac{{2 + 5{{\log }_3}x}}{{1 + 2{{\log }_3}\left| x \right|}}-\log _3^2x \le 2.\)

Так как  \(x > 0,\)  то  \({\log _3}\left| x \right| = {\log _3}x.\)

Тогда полученное неравенство примет вид:  \(\frac{{2 + 5{{\log }_3}x}}{{1 + 2{{\log }_3}x}}-\log _3^2x \le 2.\)

Пусть  \({\log _3}x = t.\)  Тогда полученное неравенство примет вид:

\(\frac{{2 + 5t}}{{1 + 2t}}-{t^2} \le 2\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\frac{{2 + 5t-{t^2}-2{t^3}-2-4t}}{{1 + 2t}} \le 0\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\frac{{2{t^3} + {t^2}-t}}{{1 + 2t}} \ge 0\;\;\;\; \Leftrightarrow \)

\( \Leftrightarrow \;\;\;\;\frac{{t\left( {2{t^2} + t-1} \right)}}{{1 + 2t}} \ge 0\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\frac{{t\left( {t + 1} \right)\left( {2t-1} \right)}}{{1 + 2t}} \ge 0.\)

Решим полученное неравенство методом интервалов:

\(\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}{\begin{array}{*{20}{c}}{t \le -1,\;\;\;\;\;\,\;}\\{-\frac{1}{2} < t \le 0,}\end{array}}\\{t \ge \frac{1}{2}\;\;\;\;\;\,\;\;\;}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}{\begin{array}{*{20}{c}}{{{\log }_3}x \le -1,\;\;\;\,\;\;\;}\\{-\frac{1}{2} < {{\log }_3}x \le 0,}\end{array}}\\{{{\log }_3}x \ge \frac{1}{2}\;\;\;\;\,\;\;\;\;}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}{\begin{array}{*{20}{c}}{{{\log }_3}x \le {{\log }_3}\frac{1}{3},\;\;\;\,\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;}\\{{{\log }_3}\frac{{\sqrt 3 }}{3} < {{\log }_3}x \le {{\log }_3}1,}\end{array}}\\{{{\log }_3}x \ge {{\log }_3}\sqrt 3 \;\;\,\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \)

\( \Leftrightarrow \;\;\;\;\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}{\begin{array}{*{20}{c}}{0 < x \le \frac{1}{3},\;\;}\\{\frac{{\sqrt 3 }}{3} < x \le 1,}\end{array}}\\{x \ge \sqrt 3 \;\;\;\;\;\;}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \,\;\;\;x \in \left( {0;\frac{1}{3}} \right] \cup \left( {\frac{{\sqrt 3 }}{3};\,1} \right] \cup \left[ {\sqrt 3 ;\,\,\infty } \right).\)

Ответ:  \(\left( {0;\frac{1}{3}} \right] \cup \left( {\frac{{\sqrt 3 }}{3};\,1} \right] \cup \left[ {\sqrt 3 ;\,\,\infty } \right).\)