在不使用计算器的情况下,求满足 92x+381x=(13)1−5x\frac{9^{2x+3}}{\sqrt{81^x}} = \left(\frac{1}{3}\right)^{1-5x} 的 xx 的值。 解方程 1033x=3x+1\frac{10}{3} \sqrt{3^x} = 3^x + 1。

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完整解法

3(a)

1. Express the numerator and denominator of the left-hand side in base 3

Numerator: 92x+3=(32)2x+3=34x+69^{2x+3} = (3^2)^{2x+3} = 3^{4x+6}
Denominator: 81x=(81)x=9x=(32)x=32x\sqrt{81^x} = (\sqrt{81})^x = 9^x = (3^2)^x = 3^{2x}

2. Simplify the left-hand side using the quotient rule for indices

LHS=34x+632x=34x+6−2x=32x+6\text{LHS} = \frac{3^{4x+6}}{3^{2x}} = 3^{4x+6-2x} = 3^{2x+6}

3. Express the right-hand side in base 3

RHS=(13)1−5x=(3−1)1−5x=3−1+5x=35x−1\text{RHS} = \left(\frac{1}{3}\right)^{1-5x} = (3^{-1})^{1-5x} = 3^{-1+5x} = 3^{5x-1}

4. Equate the exponents and solve for $x$

32x+6=35x−13^{2x+6} = 3^{5x-1}
2x+6=5x−12x + 6 = 5x - 1
3x=73x = 7
x=73x = \frac{7}{3}

答案

x=73x = \frac{7}{3}

3(b)

1. Use a substitution to transform the exponential equation into a quadratic equation

Let y=3x=3x2y = \sqrt{3^x} = 3^{\frac{x}{2}}. Then 3x=y23^x = y^2.

The equation becomes:
103y=y2+1\frac{10}{3}y = y^2 + 1
3y2−10y+3=03y^2 - 10y + 3 = 0

2. Solve the quadratic equation for $y$

(3y−1)(y−3)=0(3y - 1)(y - 3) = 0
y=13y = \frac{1}{3} or y=3y = 3

3. Substitute back to find the values of $x$

When y=13y = \frac{1}{3}:
3x2=3−13^{\frac{x}{2}} = 3^{-1}
x2=−1  ⟹  x=−2\frac{x}{2} = -1 \implies x = -2

When y=3y = 3:
3x2=313^{\frac{x}{2}} = 3^1
x2=1  ⟹  x=2\frac{x}{2} = 1 \implies x = 2

答案

x=−2x = -2 or x=2x = 2

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