64В. Решите неравенство  \(\log _2^2\left( {3x + 1} \right) + \log _{3x + 1}^22-2{\log _2}{\left( {3x + 1} \right)^2}-2{\log _{3x + 1}}4 + 6 \le 0\).

Ответ

ОТВЕТ: \(\frac{1}{3}.\)

Решение

\(\log _2^2\left( {3x + 1} \right) + \log _{3x + 1}^22-2{\log _2}{\left( {3x + 1} \right)^2}-2{\log _{3x + 1}}4 + 6 \le 0.\)

Запишем ОДЗ:

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

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

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

\(\log _2^2\left( {3x + 1} \right) + \log _{3x + 1}^22-2{\log _2}{\left( {3x + 1} \right)^2}-2{\log _{3x + 1}}4 + 6 \le 0\;\;\;\; \Leftrightarrow \)

\( \Leftrightarrow \;\;\;\;\log _2^2\left( {3x + 1} \right) + \frac{1}{{\log _2^2\left( {3x + 1} \right)}}-4{\log _2}\left| {3x + 1} \right|-\frac{4}{{{{\log }_2}\left( {3x + 1} \right)}} + 6 \le 0.\)

Так как  ОДЗ  \(x\, \in \,\left( {-\frac{1}{3};0} \right) \cup \left( {0;\infty } \right),\)  то  \(\left| {3x + 1} \right| = 3x + 1.\)

Тогда полученное неравенство примет вид:

\(\log _2^2\left( {3x + 1} \right) + \frac{1}{{\log _2^2\left( {3x + 1} \right)}}-4{\log _2}\left( {3x + 1} \right)-\frac{4}{{{{\log }_2}\left( {3x + 1} \right)}} + 6 \le 0.\)

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

\({t^2} + \frac{1}{{{t^2}}}-4t-\frac{4}{t} + 6 \le 0\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;{t^2} + \frac{1}{{{t^2}}}-4\left( {t + \frac{1}{t}} \right) + 6 \le 0.\)

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:

\({y^2}-2-4y + 6 \le 0\,\,\,\,\, \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\,{y^2}-4y + 4 \le 0\,\,\,\,\,\, \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\,{\left( {y-2} \right)^2} \le 0\,\,\,\,\,\, \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\,y = 2.\)

Вернёмся к переменной  \(t:\)  \(t + \frac{1}{t} = 2\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;t = 1.\)

Вернёмся к исходной переменной:

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

Так как ОДЗ  \(x\, \in \,\left( {-\frac{1}{3};0} \right) \cup \left( {0;\infty } \right),\)  то решение исходного неравенства будет иметь вид:  \(x = \frac{1}{3}.\)

Ответ:  \(\frac{1}{3}.\)