Третье задание ДВИ МГУ — это задача на решение неравенства. Как правило, оно оценивается как задача базового или среднего уровня сложности, но это не значит, что оно простое. В отличие от ЕГЭ, здесь редко встречаются стандартные логарифмические неравенства, которые решаются в один шаг.
На ДВИ проверяется твоё умение аккуратно работать с областью допустимых значений (ОДЗ), применять равносильные переходы, грамотно раскрывать модули и не терять изолированные решения.
Какие темы встречаются
В третьем номере банк ДВИ опирается на следующие типы неравенств:
Рациональные: дроби с многочленами высоких степеней.
Иррациональные: корни, в том числе вложенные друг в друга или умноженные на многочлен.
Показательные и логарифмические: чаще всего с переменным основанием, что требует аккуратного разбора случаев или метода рационализации.
Неравенства с модулем: модули могут находиться как в алгебраических выражениях, так и внутри логарифмов.
Иногда типы комбинируются: например, логарифм, аргумент которого содержит корень, или дробь с модулями и показательными функциями.
Главные формулы и равносильные переходы
Чтобы не запутаться в ОДЗ и не приобрести посторонних решений, на ДВИ принято использовать равносильные переходы (системы и совокупности). Это избавляет от необходимости отдельно выписывать сложное ОДЗ, если оно автоматически учитывается в системе. Все эти переходы собраны в справочнике (раздел «Неравенства и модули») — здесь мы приводим их в рабочем виде для № 3.
Общий алгоритм решения
Примеры решения задач
Разберём по одному характерному примеру на каждый заявленный тип неравенства, начиная с самого частого на ДВИ — дробно-рационального.
Пример 1. Дробно-рациональное неравенство
Реши неравенство: x2−9x2−5x+6⩾0.
Раскладываем числитель и знаменатель на множители
x2−5x+6=(x−2)(x−3),x2−9=(x−3)(x+3).
Неравенство принимает вид:
(x−3)(x+3)(x−2)(x−3)⩾0.
Переходим к произведению
Знак дроби равен знаку произведения. Знаменатель не должен обнуляться, поэтому сразу выписываем x=3 и x=−3. Сокращать множитель (x−3) «механически» нельзя — он несёт ограничение ОДЗ, поэтому учитываем его как выколотую точку. По равносильности:
(x−2)(x−3)⋅(x−3)(x+3)⩾0,x=3,x=−3.
(x−2)(x+3)(x−3)2⩾0,x=±3.
Метод интервалов
Нули: x=−3 (кратность 1, знаменатель — выколота), x=2 (кратность 1, числитель — включается, неравенство нестрогое), x=3 (кратность 2, знак не меняет, выколота). Так как (x−3)2⩾0 всегда, знак произведения определяется множителем (x−2)(x+3).
Решение неравенства: x∈(−∞;−3)∪[2;3)∪(3;+∞). Точка x=2 включена (числитель равен нулю, неравенство нестрогое), точки x=−3 и x=3 выколоты (знаменатель равен нулю).
Перейдём к показательно-логарифмическому неравенству, которое требует метода рационализации и очень точной работы с корнями многочлена.
Пример 2. Логарифм с переменным основанием
Реши неравенство: logx(2x2−3x+1)⩽2.
Выписываем ограничения (ОДЗ)
Основание логарифма: x>0,x=1.
Аргумент логарифма: 2x2−3x+1>0.
Корни квадратного трехчлена: x=1 и x=21. Неравенство выполняется при x∈(−∞;21)∪(1;+∞).
С учетом условия на основание получаем итоговую ОДЗ:
x∈(0;21)∪(1;+∞)
Преобразование и рационализация
Представим число 2 как логарифм по основанию x:
logx(2x2−3x+1)⩽logxx2
Применим равносильный переход (метод рационализации) на нашей ОДЗ. В справочной формуле он записан для ⩾ и даёт множитель (f−1)(g−h)⩾0; у нас неравенство ⩽, поэтому знак произведения разворачивается — получаем (f−1)(g−h)⩽0. Здесь основание f=x, аргумент слева g=2x2−3x+1, аргумент справа h=x2:
Нанесем корни на числовую ось. Поскольку 5≈2,23, оценим значения (показываем письменно, что 4<5<9, значит 2<5<3):
x1=23−2,23≈0,38 (это меньше 0,5, значит лежит в левой части ОДЗ).
x2=23+2,23≈2,61 (это больше 1).
Решение неравенства: x∈(−∞;23−5]∪[1;23+5].
Пересечение с ОДЗ
Пересечем полученный результат с множеством (0;21)∪(1;+∞):
Интервал (−∞;23−5] пересекается с (0;21), давая полуинтервал (0;23−5].
Разберем классическое иррациональное неравенство. Здесь важно не возводить слепо в квадрат, а использовать две системы.
Пример 3. Иррациональное неравенство
Реши неравенство: 2x2−3x−5>x−1.
Случай 1: правая часть отрицательна
Данное неравенство равносильно совокупности двух систем (см. формулы выше).
Правая часть отрицательна, подкоренное выражение неотрицательно.
{x−1<02x2−3x−5⩾0
Из первого неравенства x<1.
Корни уравнения 2x2−3x−5=0: x=25 и x=−1. Второе неравенство выполняется при x∈(−∞;−1]∪[25;+∞).
Пересекаем условия: x∈(−∞;−1].
Случай 2: правая часть неотрицательна
Правая часть неотрицательна, можно возводить в квадрат.
{x−1⩾02x2−3x−5>(x−1)2
Первое неравенство: x⩾1.
Раскроем скобки во втором:
2x2−3x−5>x2−2x+1
x2−x−6>0
Корни квадратного трехчлена: −2 и 3. Решение неравенства: x∈(−∞;−2)∪(3;+∞).
Пересекаем с условием x⩾1: получаем x∈(3;+∞).
Объединяем ответы
Собираем результаты первого и второго случаев в один ответ.
Когда под обоими знаками неравенства стоят корни, не нужно гадать о знаке правой части — достаточно сравнить подкоренные выражения, не забыв ОДЗ.
Пример 4. Корень против корня
Реши неравенство: x2−x−2⩽x+1.
Равносильный переход «корень против корня»
Обе части неотрицательны, поэтому работает прямой переход «корень против корня»: достаточно потребовать неотрицательности меньшего подкоренного выражения и неравенство между подкоренными.
x2−x−2⩽x+1⟺{x2−x−2⩾0x2−x−2⩽x+1
Первое неравенство (ОДЗ левого корня)
x2−x−2⩾0⟺(x−2)(x+1)⩾0⟺x∈(−∞;−1]∪[2;+∞).
(Условие x+1⩾0 отдельно писать не нужно: из x2−x−2⩾0 и x2−x−2⩽x+1 автоматически следует x+1⩾0.)
Второе неравенство
x2−x−2⩽x+1⟺x2−2x−3⩽0⟺(x−3)(x+1)⩽0⟺x∈[−1;3].
Пересечение
((−∞;−1]∪[2;+∞))∩[−1;3]={−1}∪[2;3].
Точка x=−1 входит изолированно: в ней оба подкоренных равны нулю, и неравенство 0⩽0 верно. Терять её нельзя.
Теперь покажем показательное неравенство с переменным основанием — рационализация работает по тому же множителю (a−1), что и для логарифмов.
Пример 5. Показательное неравенство с переменным основанием
Реши неравенство: xx+1>x3.
ОДЗ
Основание степени с переменной в показателе должно быть положительным: x>0.
Рационализация
Применяем показательный переход af>ag⟺(a−1)(f−g)>0 на a>0. Здесь a=x, f=x+1, g=3:
(x−1)((x+1)−3)>0⟺(x−1)(x−2)>0.
(Содержательно: при x>1 основание больше единицы, степень растёт, и неравенство равносильно x+1>3; при 0<x<1 основание меньше единицы, степень убывает, и нужно x+1<3. Оба случая дают (x−1)(x−2)>0.)
Метод интервалов
Для (x−1)(x−2)>0: решение x<1 или x>2.
Пересечение с ОДЗ
Пересекаем с ОДЗ x>0:
x∈(0;1)∪(2;+∞).
Точка x=1 выколота: при x=1 обе части равны 1, строгое неравенство 1>1 ложно.
Если в неравенство один и тот же блок входит несколько раз — это сигнал к замене переменной. Покажем технику на логарифмическом неравенстве, квадратном относительно нового выражения.
Пример 6. Замена переменной
Реши неравенство: log22x−3log2x+2⩽0.
ОДЗ
x>0 (аргумент логарифма).
Замена
Повторяющийся блок — log2x. Положим t=log2x, t∈R (логарифм пробегает все вещественные значения). Неравенство становится квадратным относительно t:
Основание 2>1 — логарифм возрастает, знаки неравенства сохраняются:
21⩽x⩽22⟺2⩽x⩽4.
Все эти x лежат в ОДЗ x>0.
Наконец, модуль. Когда модулей несколько и под ними разные выражения, надёжнее всего метод интервалов по точкам смены знака.
Пример 7. Неравенство с модулем (метод интервалов)
Реши неравенство: ∣x−1∣+∣x+2∣⩽5.
Точки смены знака подмодульных выражений
x−1=0⇒x=1; x+2=0⇒x=−2. Эти точки разбивают ось на три промежутка: (−∞;−2), [−2;1), [1;+∞).
Раскрываем модули на каждом промежутке
Промежуток x<−2: оба выражения отрицательны, ∣x−1∣=−(x−1), ∣x+2∣=−(x+2).
−(x−1)−(x+2)⩽5⟺−2x−1⩽5⟺−2x⩽6⟺x⩾−3.
Пересекаем с x<−2: получаем −3⩽x<−2, то есть [−3;−2).
Промежуток −2⩽x⩽1:x−1⩽0, x+2⩾0, поэтому ∣x−1∣=−(x−1), ∣x+2∣=x+2.
−(x−1)+(x+2)⩽5⟺3⩽5.
Верно всегда — весь промежуток [−2;1] входит в ответ.
Промежуток x>1: оба выражения положительны.
(x−1)+(x+2)⩽5⟺2x+1⩽5⟺x⩽2.
Пересекаем с x>1: получаем (1;2].
Объединяем все три части
[−3;−2)∪[−2;1]∪(1;2]=[−3;2].
Частые ошибки
Стратегия на экзамене
Оформление под рубрику ДВИ
ДВИ — письменный экзамен, оценка идёт по outcomes-рубрике «±»: важен не только верный ответ, но и полностью обоснованный ход решения. Ниже — эталон того, как должно выглядеть полное решение неравенства, и за что снимают «±».
Проверь себя
Какой множитель заменяет разность логарифмов logf(x)g(x)−logf(x)h(x) при рационализации (на ОДЗ)?
Неравенство f(x)<g(x) равносильно системе. Какое условие на g(x) в неё входит?
Чему равно решение неравенства (x−3)x+1⩽0?
Основание логарифма равно 0,5. Что происходит со знаком неравенства при переходе от логарифмов к аргументам?