题目
Problem
(a) Given that
2log4(x+3)+log4x=log4(4x+2)+21
show that
x3+6x2+x−4=0
(4)
(b) Given also that −1 is a root of the equation
x3+6x2+x−4=0
(i) use algebra to find the other two roots of the equation.
(3)
(ii) Hence solve
2log4(x+3)+log4x=log4(4x+2)+21
(1)
解答
(a)
解法一
思路
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先把 2log4(x+3) 写成 log4((x+3)2),再把 21 写成 log42。这样两边都可以合并成一个对数。
答题过程
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Start with
2log4(x+3)+log4x=log4(4x+2)+21.
Using 2log4(x+3)=log4((x+3)2) and 21=log42,
log4((x+3)2)+log4x=log4(4x+2)+log42.
So
log4(x(x+3)2)=log4(2(4x+2)).
Hence
x(x+3)2=x(x2+6x+9)=x3+6x2+9x=x3+6x2+x−4=2(4x+2)8x+48x+40.
This is the required result.
解法二
思路
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使用对数定义移项合并法。将所有含对数的项移项到左边,利用对数的性质合并为一个对数式,然后根据对数定义(logbN=c⟺N=bc)去掉對數符號求解。
答题过程
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Rearrange the equation to group all logarithm terms on the left:
2log4(x+3)+log4x−log4(4x+2)=21
Apply the laws of logarithms:
log4(x+3)2+log4x−log4(4x+2)=log4(4x+2x(x+3)2)=2121
By the definition of a logarithm:
4x+2x(x+3)2=4x+2x(x+3)2=x(x+3)2=x(x2+6x+9)=x3+6x2+9x=x3+6x2+x−4=41/222(4x+2)8x+48x+40.
This is the required result.
(b)(i)
解法一
思路
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−1 是根,所以 (x+1) 是因式。把三次式除以 (x+1),再解剩下的二次方程。
答题过程
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Since −1 is a root, (x+1) is a factor.
Divide x3+6x2+x−4 by (x+1):
x3+6x2+x−4=(x+1)(x2+5x−4).
Now solve
x2+5x−4=0.
Using the quadratic formula,
x===2−5±52−4(1)(−4)2−5±25+162−5±41.
So the other two roots are
2−5+41and2−5−41.
(b)(ii)
解法一
思路
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原来的对数方程要求 x>0。三个根中只有 2−5+41 是正数。
答题过程
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For the logarithmic equation, x>0 is required.
The roots of the cubic are
−1,2−5+41,2−5−41.
Only one of these is positive, so
x=2−5+41.