63В. Решите неравенство  \(\log _2^2\left( {3x-1} \right) + \log _{3x-1}^22-{\log _2}{\left( {3x-1} \right)^2}-{\log _{3x-1}}4 + 2 \le 0\).

Ответ

ОТВЕТ: \(1.\)

Решение

\(\log _2^2\left( {3x-1} \right) + \log _{3x-1}^22-{\log _2}{\left( {3x-1} \right)^2}-{\log _{3x-1}}4 + 2 \le 0.\)

Запишем ОДЗ: 

\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{3x-1 > 0,\;\;\;\;}\\{\begin{array}{*{20}{c}}{{{\left( {3x-1} \right)}^2} > 0,}\\{3x-1 \ne 1\;\;\;\;\;\,}\end{array}}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{3x-1 > 0,}\\{\begin{array}{*{20}{c}}{3x-1 \ne 0,}\\{3x-1 \ne 1\;\,}\end{array}}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \)

\( \Leftrightarrow \;\;\;\;\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{x > \frac{1}{3},}\\{x \ne \frac{2}{3}\;}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\,x\, \in \,\left( {\frac{1}{3};\frac{2}{3}} \right) \cup \left( {\frac{2}{3};\infty } \right).\)

Воспользуемся свойством:  \({\log _a}b = \frac{1}{{{{\log }_b}a}}.\)

\(\log _2^2\left( {3x-1} \right) + \log _{3x-1}^22-{\log _2}{\left( {3x-1} \right)^2}-{\log _{3x-1}}4 + 2 \le 0\;\;\;\; \Leftrightarrow \)

\( \Leftrightarrow \;\;\;\;\log _2^2\left( {3x-1} \right) + \frac{1}{{\log _2^2\left( {3x-1} \right)}}-2{\log _2}\left| {3x-1} \right|-\frac{2}{{{{\log }_2}\left( {3x-1} \right)}} + 2 \le 0.\)

Так как  ОДЗ  \(x\, \in \,\left( {\frac{1}{3};\frac{2}{3}} \right) \cup \left( {\frac{2}{3};\infty } \right),\)  то  \(\left| {3x-1} \right| = 3x-1.\)

Тогда полученное неравенство примет вид:

\(\log _2^2\left( {3x-1} \right) + \frac{1}{{\log _2^2\left( {3x-1} \right)}}-2{\log _2}\left( {3x-1} \right)-\frac{2}{{{{\log }_2}\left( {3x-1} \right)}} + 2 \le 0.\)

Пусть  \({\log _2}\left( {3x-1} \right) = t.\)  Тогда последнее неравенство примет вид:

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

Пусть  \(t + \frac{1}{t} = y.\)  Тогда  \({t^2} + 2t \cdot \frac{1}{t} + \frac{1}{{{t^2}}} = {y^2}\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\,{t^2} + \frac{1}{{{t^2}}} = {y^2}-2.\)

Последнее неравенство примет вид:

\({y^2}-2-2y + 2 \le 0\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;{y^2}-2y \le 0\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;y\left( {y-2} \right) \le 0\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;0 \le y \le 2.\)

Вернёмся к переменной  \(t:\)

\(0 \le t + \frac{1}{t} \le 2\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{t + \frac{1}{t} \ge 0,}\\{t + \frac{1}{t} \le 2}\end{array}} \right.\,\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\frac{{{t^2} + 1}}{t} \ge 0,\,\,\,\,\,\,\,\,}\\{\frac{{{t^2}-2t + 1}}{t} \le 0}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{t > 0,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,}\\{\frac{{{{\left( {t-1} \right)}^2}}}{t} \le 0}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;t = 1.\)

Вернёмся к исходной переменной:

\({\log _2}\left( {3x-1} \right) = 1\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;3x-1 = 2\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;x = 1.\)

Так как ОДЗ  \(x\, \in \,\left( {\frac{1}{3};\frac{2}{3}} \right) \cup \left( {\frac{2}{3};\infty } \right),\)  то решение исходного неравенства будет иметь вид:  \(x = 1.\)

Ответ:  \(1.\)