解方程 15(16x)−4x=615(16^x) - 4^x = 6。 解方程 lg⁡(2y)+2ln⁡(y)=2\lg(2y) + 2\ln(y) = 2。

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完整解法

5(a)

1. Express the equation as a quadratic in terms of $4^x$.

Let u=4xu = 4^x.
Since 16x=(42)x=(4x)2=u216^x = (4^2)^x = (4^x)^2 = u^2, the equation becomes:
15u2−u=615u^2 - u = 6
15u2−u−6=015u^2 - u - 6 = 0

2. Solve the quadratic equation for $u$.

(5u+3)(3u−2)=0(5u + 3)(3u - 2) = 0
u=−35oru=23u = -\frac{3}{5} \quad \text{or} \quad u = \frac{2}{3}

3. Substitute back $u = 4^x$ and reject the invalid solution.

4x=−35or4x=234^x = -\frac{3}{5} \quad \text{or} \quad 4^x = \frac{2}{3}
Since 4x>04^x > 0 for all real xx, 4x=−354^x = -\frac{3}{5} has no real solution.

4. Solve for $x$ using logarithms.

4x=234^x = \frac{2}{3}
Take ln⁡\ln on both sides:
xln⁡4=ln⁡(23)x \ln 4 = \ln \left(\frac{2}{3}\right)
x=ln⁡(2/3)ln⁡4x = \frac{\ln(2/3)}{\ln 4}
x≈−0.29248x \approx -0.29248
x=−0.292 (to 3 s.f.)x = -0.292 \text{ (to 3 s.f.)}

答案

x=−0.292x = -0.292

5(b)

1. Apply logarithm laws to separate the terms in $\lg(2y)$

lg⁡2+lg⁡y+2ln⁡y=2\lg 2 + \lg y + 2\ln y = 2

2. Change the base of $\lg y$ to base $e$ (or vice versa) to combine the terms involving $y$

lg⁡2+ln⁡yln⁡10+2ln⁡y=2\lg 2 + \frac{\ln y}{\ln 10} + 2\ln y = 2
ln⁡y(1ln⁡10+2)=2−lg⁡2\ln y \left( \frac{1}{\ln 10} + 2 \right) = 2 - \lg 2

3. Solve for $y$

ln⁡y=2−lg⁡21ln⁡10+2\ln y = \frac{2 - \lg 2}{\frac{1}{\ln 10} + 2}
y=e2−lg⁡21ln⁡10+2y = e^{\frac{2 - \lg 2}{\frac{1}{\ln 10} + 2}}
y≈1.91y \approx 1.91 (to 3 s.f.)

答案

y=e2−lg⁡2lg⁡e+2y = e^{\frac{2 - \lg 2}{\lg e + 2}} or y≈1.91y \approx 1.91

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