本题导读
本题考查对数的运算性质,以及指数方程与对数方程的分离。
📌【题干】
Question
(2004年北京卷(理)) 方程 的解是 .
🔍【思路分析】
破题导航
- 应用对数性质合并右侧:利用对数的加法法则 ,将等式右边的 合并为 。
- 脱去对数符号转化为指数方程:两边同时作为 10 的指数,由于对数函数的一致单调性,等价脱去 ,转化为代数方程 。
- 引入换元降维求解:识别出 。令 (限制条件 ),将超越方程转化为关于 的一元二次方程,解出 后再反解出自变量 。
✅【答案】
Success
或
✍【详细解析】
Abstract
根据对数的运算法则,等式右侧的两个对数项可以合并为积的对数:
将合并后的式子代入原方程中,得:
根据对数函数的单射性(两端底数相同,真数必然相等),脱去对数符号,得到标准的指数超越方程:
注意到基底之间的倍数关系: 。 设中间代数变量: 由于指数函数的定义域与值域特征,换元参数必须严格满足:
将 和 代入上述指数方程中,转化为关于 的一元二次方程: 移项整理为标准形式:
对左端的多项式实施因式分解(十字相乘法): 解得二次方程的两个根分别为: 经检验,两个根均严格满足 的物理约束,属于有效根。
下面将换元参数分别回代反解自变量 :
- 当 时:
- 当 时:
经回代检验, 与 均能使原对数方程的真数部分保持严格正数,方程有解。 所以,方程的解为 或 。
故答案为: 或 (或写为 )。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:对数的积与和转换公式;同底对数方程的真数化简;指数幂的换元降维。
- 核心方法:变量换元法。
- 避坑指南:
- 错将对数和写为对数商:部分学生容易将对数加法性质记错,误写为 。必须牢记“对数相加,真数相乘;对数相减,真数相除”。
- 忽视换元后的正负号约束:虽然本题解出的 均为正数,但在常规指数换元题中,若解出负数根(如 ),必须由于 恒成立而将其予以严格舍弃。解题时需养成先写出定义域约束的习惯。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 本题是 2004 年高考北京卷理科数学的第二道填空题(第 10 题位置),考查基本初等函数(指数与对数)的代数控算与方程求解。
- 结论推广: 本题涉及的代数方程属于标准的**准齐次指数方程(Quasi-homogeneous Exponential Equations)**模型。一般地,对于形如 的方程,其通过代数结构剥离后均可无缝映射为标准形式: 该换元降维技术构成了解决物理学中核衰变裂变、人口复合增长等动力学方程稳态解的通用数学工具。
🔗【关联脉络】
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