证明方程 32x+4×5x=33x×25x3^{2x+4}\times5^{x}=3^{3x}\times25^{x} 的解为 x=lg⁡81lg⁡15x=\dfrac{\lg81}{\lg15}。 将方程 log⁡2x+log⁡4(x+6)=2\log_{2} x + \log_{4} (x+6) = 2 表示为关于 xx 的三次方程。

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完整解法

12(a)

1. Express all terms with prime bases and apply index laws to separate the constant and variable powers.

32x⋅34⋅5x=33x⋅(52)x3^{2x} \cdot 3^4 \cdot 5^x = 3^{3x} \cdot (5^2)^x
32x⋅81⋅5x=33x⋅52x3^{2x} \cdot 81 \cdot 5^x = 3^{3x} \cdot 5^{2x}

2. Group the terms with $x$ on one side of the equation.

81=33x⋅52x32x⋅5x81 = \frac{3^{3x} \cdot 5^{2x}}{3^{2x} \cdot 5^x}
81=33x−2x⋅52x−x81 = 3^{3x-2x} \cdot 5^{2x-x}

3. Simplify the expression to a single base to the power of $x$.

81=3x⋅5x81 = 3^x \cdot 5^x
81=(3⋅5)x81 = (3 \cdot 5)^x
81=15x81 = 15^x

4. Take logarithms on both sides to solve for $x$.

lg⁡81=lg⁡(15x)\lg 81 = \lg(15^x)
lg⁡81=xlg⁡15\lg 81 = x \lg 15
x=lg⁡81lg⁡15x = \frac{\lg 81}{\lg 15}

答案

x = \frac{\lg 81}{\lg 15} \text{ (shown)}

12(b)

1. Change the base of the second logarithmic term to base 2

log⁡2x+log⁡2(x+6)log⁡24=2\log_{2} x + \frac{\log_{2} (x+6)}{\log_{2} 4} = 2

2. Evaluate the denominator and simplify the equation

log⁡24=2\log_{2} 4 = 2
log⁡2x+12log⁡2(x+6)=2\log_{2} x + \frac{1}{2}\log_{2} (x+6) = 2

3. Use logarithm laws to combine the terms

2log⁡2x+log⁡2(x+6)=42\log_{2} x + \log_{2} (x+6) = 4
log⁡2x2+log⁡2(x+6)=4\log_{2} x^2 + \log_{2} (x+6) = 4
log⁡2[x2(x+6)]=4\log_{2} [x^2(x+6)] = 4

4. Convert from logarithmic to exponential form and expand to get a cubic equation

x2(x+6)=24x^2(x+6) = 2^4
x3+6x2=16x^3 + 6x^2 = 16
x3+6x2−16=0x^3 + 6x^2 - 16 = 0

答案

x3+6x2−16=0x^3 + 6x^2 - 16 = 0

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