27В (ЕГЭ 2014). Найдите все значения параметра a, при каждом из которых уравнение \({\left( {{{\log }_6}\left( {x + a} \right)-{{\log }_6}\left( {x-a} \right)} \right)^2}-4a\left( {{{\log }_6}\left( {x + a} \right)-{{\log }_6}\left( {x-a} \right)} \right) + 3{a^2} + 4a-4 = 0\)  имеет ровно два решения.

Ответ

ОТВЕТ: \(\left( {-\infty ;\,-2} \right) \cup \left( {\frac{2}{3};\,2} \right) \cup \left( {\,2;\,\infty } \right).\)

Решение

Запишем ОДЗ:

\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{x + a > 0,}\\{x-a > 0\;}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{x > -a,}\\{x > a.\;\;}\end{array}} \right.\)

Пусть  \({\log _6}\left( {x + a} \right)-{\log _6}\left( {x-a} \right) = t.\)  Тогда исходное уравнение примет вид:

\({t^2}-4at + 3{a^2} + 4a-4 = 0;\;\;\;\;\;D = 16{a^2}-12{a^2}-16a + 16\;\;\;\; \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,D = {\left( {2a-4} \right)^2}.\)

Если  \(2a-4 = 0\;\;\;\; \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,a = 2,\)  то:

\({t^2}-8t + 16 = 0\;\;\;\; \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,{\left( {t-4} \right)^2} = 0\;\;\;\; \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,t = 4.\)

Подставим  \(a = 2\)  и  \(t = 4\)  в уравнение  \({\log _6}\left( {x + a} \right)-{\log _6}\left( {x-a} \right) = t.\)

Тогда:

\({\log _6}\left( {x + 2} \right)-{\log _6}\left( {x-2} \right) = 4\;\;\;\; \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,{\log _6}\left( {x + 2} \right) = {\log _6}\left( {x-2} \right) + {\log _6}{6^4}\;\;\;\; \Leftrightarrow \)

\( \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,\left( {x + 2} \right) = {6^4}\left( {x-2} \right).\)

Полученное уравнение является линейным, значит оно не может иметь два решения. Поэтому  \(a = 2\)  не подходит.

Если  \(a \ne 2,\)  то:  \(\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}{t = \frac{{4a + 2a-4}}{2},}\\{t = \frac{{4a-2a + 4}}{2}\;}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}{t = 3a-2,}\\{t = a + 2.\,\;}\end{array}} \right.\)

Следовательно:

\(\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}{{{\log }_6}\left( {x + a} \right)-{{\log }_6}\left( {x-a} \right) = 3a-2,}\\{{{\log }_6}\left( {x + a} \right)-{{\log }_6}\left( {x-a} \right) = a + 2\,\,\;}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}{{{\log }_6}\left( {x + a} \right) = {{\log }_6}\left( {{6^{3a-2}} \cdot \left( {x-a} \right)} \right),}\\{{{\log }_6}\left( {x + a} \right) = {{\log }_6}\left( {{6^{a + 2}} \cdot \left( {x-a} \right)} \right)\,\,\;}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \)

\( \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}{x + a = {6^{3a-2}} \cdot \left( {x-a} \right),}\\{x + a = {6^{a + 2}} \cdot \left( {x-a} \right)\,\,\;}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}{x = \frac{{a\left( {{6^{3a-2}} + 1} \right)}}{{{6^{3a-2}}-1}},}\\{x = \frac{{a\left( {{6^{a + 2}} + 1} \right)}}{{{6^{a + 2}}-1}}.\;}\end{array}} \right.\)

Пусть  \(a > 0\)  и  \(a \ne 2.\) Тогда ОДЗ примет вид:  \(x > a.\)  Исходное уравнение будет иметь два решения, если:

\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\begin{array}{*{20}{c}}{a > 0,\;\;\;\;a \ne 2,\;\;\;}\\{\frac{{a\left( {{6^{3a-2}} + 1} \right)}}{{{6^{3a-2}}-1}} > a,}\end{array}}\\{\frac{{a\left( {{6^{a + 2}} + 1} \right)}}{{{6^{a + 2}}-1}} > a\;\;}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\begin{array}{*{20}{c}}{a > 0,\;\;\;\;a \ne 2,\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\,\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;}\\{\frac{{a\left( {{6^{3a-2}} + 1-{6^{3a-2}} + 1} \right)}}{{{6^{3a-2}}-1}} > 0\,\,\left| {:a > 0} \right.,}\end{array}}\\{\frac{{a\left( {{6^{a + 2}} + 1-{6^{a + 2}} + 1} \right)}}{{{6^{a + 2}}-1}} > 0\left| {:a > 0} \right.\;\;\;\;}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\begin{array}{*{20}{c}}{a > 0,\;\;\;\;a \ne 2,\;\;\;}\\{\frac{2}{{{6^{3a-2}}-1}} > 0,\;\;\;\;\;}\end{array}}\\{\frac{2}{{{6^{a + 2}}-1}} > 0\;\;\;\;\;\;\,\,}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \)

\( \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\begin{array}{*{20}{c}}{a > 0,\;\;\;\;a \ne 2,}\\{{6^{3a-2}}-1 > 0,\;\;}\end{array}}\\{{6^{a + 2}}-1 > 0\;\;\;\,\,}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{a > 0,\;\;\;\;a \ne 2,}\\{3a-2 > 0,\;\;\;\;\;}\\{a + 2 > 0\;\;\;\;\;\;\;\;}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \)

\( \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{a > 0,\;\;\;\;a \ne 2,}\\{a > \frac{2}{3},\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;}\\{a > -2\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,a \in \left( {\frac{2}{3};2} \right) \cup \left( {2;\infty } \right).\)

Пусть  \(a < 0.\)  Тогда ОДЗ примет вид:  \(x > -a.\)  Исходное уравнение будет иметь два решения, если:

\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\begin{array}{*{20}{c}}{a < 0,\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\,\;\;\;\;}\\{\frac{{a\left( {{6^{3a-2}} + 1} \right)}}{{{6^{3a-2}}-1}} > -a,}\end{array}}\\{\frac{{a\left( {{6^{a + 2}} + 1} \right)}}{{{6^{a + 2}}-1}} > -a\;\;}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\begin{array}{*{20}{c}}{a < 0,\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;}\\{\frac{{a\left( {{6^{3a-2}} + 1 + {6^{3a-2}}-1} \right)}}{{{6^{3a-2}}-1}} > 0\left| {:a < 0} \right.,}\end{array}}\\{\frac{{a\left( {{6^{a + 2}} + 1 + {6^{a + 2}}-1} \right)}}{{{6^{a + 2}}-1}} > 0\left| {:a < 0} \right.\;\;\;}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\begin{array}{*{20}{c}}{a < 0,\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;}\\{\frac{{2 \cdot {6^{3a-2}}}}{{{6^{3a-2}}-1}} < 0,}\end{array}}\\{\frac{{2 \cdot {6^{a + 2}}}}{{{6^{a + 2}}-1}} < 0\;\,\,}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \)

\( \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\begin{array}{*{20}{c}}{a < 0,\;\;\;\;\;\;\,\;\;\;}\\{{6^{3a-2}}-1 < 0,}\end{array}}\\{{6^{a + 2}}-1 < 0\;\,}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{a < 0,\;\;\;\;\;\;\;}\\{3a-2 < 0,}\\{a + 2 < 0\;\;\;}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{a < 0,}\\{a < \frac{2}{3},}\\{a < -2}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,a \in \left( {-\infty ;-2} \right).\)

Пусть  \(a = 0.\)  Тогда исходное уравнение примет вид:  \(-4 = 0,\)  то есть \(a = 0\)  не подходит.

Таким образом, при  \(a \in \left( {-\infty ;\,-2} \right) \cup \left( {\frac{2}{3};\,2} \right) \cup \left( {\,2;\,\infty } \right)\)  исходное уравнение будет иметь ровно два решения.

Ответ:  \(\left( {-\infty ;\,-2} \right) \cup \left( {\frac{2}{3};\,2} \right) \cup \left( {\,2;\,\infty } \right).\)