حل المعادلات اللوغاريتمية مع الحلول للصف الثاني عشر

هل تتطلع لفهم كيفية حل المعادلات اللوغاريتمية؟ يوفّر هذا الدليل الشامل حلولاً واضحة خطوة بخطوة للأنواع الشائعة من مسائل اللوغاريتمات. ستتعلم كيفية تطبيق القواعد والخصائص الأساسية للوغاريتمات لحل المعادلات بفعالية.

خصائص اللوغاريتمات

\[ \log_b A + \log_b B = \log_b (AB) \]
\[ \log_b A - \log_b B = \log_b \left( \dfrac{A}{B} \right) \]
\[ \log_b \left( A^n \right) = n \log_b A \]
إذا كان $\log_b A = \log_b B$، إذن $A = B$

⚠️ خطوة حاسمة: قيد المجال

تذكر دائماً أن ما بداخل اللوغاريتم يجب أن يكون موجباً تماماً ($A > 0$). عندما تحل معادلة لوغاريتمية، يجب عليك التحقق من أن حلولك تقع ضمن مجال المعادلة الأصلية. أي حل محسوب ينتج عنه صفراً أو عدداً سالباً داخل اللوغاريتم يُعد حلاً دخيلاً ويجب رفضه.

ملاحظة: تُعرض الحلول التقريبية بيانياً للمعادلات التي على صورة $f(x) = g(x)$ كنقاط تقاطع مع محور x لتمثيل الدالة $h(x) = f(x) - g(x)$.

الأسئلة: حل المعادلات اللوغاريتمية

السؤال 1: حل $\log(2x - 3) = \log(3 - x) - 2$

الخطوة 1: تحديد المجال.
يجب أن تكون ما بداخل اللوغاريتمات موجبة:
$2x - 3 > 0 \Rightarrow x > 1.5$
$3 - x > 0 \Rightarrow x < 3$
لذلك، المجال لهذه المعادلة هو $1.5 < x < 3$.

الخطوة 2: أعد كتابة المعادلة بحيث تكون حدود اللوغاريتم في طرف واحد:

\[ \log(2x - 3) - \log(3 - x) = -2 \]

الخطوة 3: استبدل $-2$ بـ $\log 10^{-2}$:

\[ \log(2x - 3) - \log(3 - x) = \log 10^{-2} \]

الخطوة 4: استخدم قاعدة القسمة $\log A - \log B = \log\left(\dfrac{A}{B}\right)$:

\[ \log\left( \dfrac{2x - 3}{3 - x}\right) = \log 10^{-2} \]

الخطوة 5: الدالة $\log(x)$ تقابلية (واحدة لواحد)، إذن نستنتج:

\[ \dfrac{2x - 3}{3 - x} = 10^{-2} = \dfrac{1}{100} \]

الخطوة 6: حل بالنسبة لـ $x$:

\[ 100(2x - 3) = 3 - x \]
\[ 200x - 300 = 3 - x \]
\[ 201x = 303 \Rightarrow x = \dfrac{303}{201} = \dfrac{101}{67} \]

الخطوة 7: التحقق مقابل المجال.
$\dfrac{101}{67} \approx 1.507$. بما أن $1.507$ يقع بين $1.5$ و $3$، فالصيغة صحيحة.
الإجابة النهائية: $x = \dfrac{101}{67}$

التمثيل البياني لحل المعادلة اللوغاريتمية في السؤال 1
السؤال 2: حل $\log x - \log(x^2 - 1) = -2 \log(x - 1)$

الخطوة 1: تحديد المجال.
$x > 0$
$x^2 - 1 > 0 \Rightarrow x > 1$ أو $x < -1$
$x - 1 > 0 \Rightarrow x > 1$
تقاطع هذه الشروط هو $x > 1$. المجال هو $(1, \infty)$.

الخطوة 2: استخدم قواعد اللوغاريتمات لإعادة كتابة كلا الطرفين (قاعدة القسمة على اليسار، وقاعدة القوة على اليمين):

\[ \log \left( \dfrac{x}{x^2 - 1}\right) = \log \left((x - 1)^{-2}\right) \]

الخطوة 3: احذف اللوغاريتمات (خاصية التقابل):

\[ \dfrac{x}{(x - 1)(x + 1)} = \dfrac{1}{(x - 1)^2} \]

الخطوة 4: بما أن $x > 1$، فإن $x - 1 \neq 0$. اضرب الطرفين في $(x - 1)^2(x + 1)$ لتبسيط المقامات:

\[ x(x - 1) = x + 1 \]

الخطوة 5: حل المعادلة التربيعية:

\[ x^2 - x = x + 1 \Rightarrow x^2 - 2x - 1 = 0 \]
الجذور: $x_1 = 1 + \sqrt{2} \approx 2.41$ و $x_2 = 1 - \sqrt{2} \approx -0.41$

الخطوة 6: التحقق مقابل المجال.
$x_2 = 1 - \sqrt{2}$ ليست أكبر من $1$، لذلك تُرفض (حل دخيل).
الإجابة النهائية: $x = 1 + \sqrt{2}$

التمثيل البياني لحل المعادلة اللوغاريتمية في السؤال 2
السؤال 3: حل $\log_2(2x - 9) = 2 - \log_2(x - 1)$

الخطوة 1: تحديد المجال.
$2x - 9 > 0 \Rightarrow x > 4.5$
$x - 1 > 0 \Rightarrow x > 1$
التقاطع هو $x > 4.5$. المجال هو $(4.5, \infty)$.

الخطوة 2: انقل اللوغاريتمات إلى طرف واحد واستبدل $2$ بـ $\log_2 4$:

\[ \log_2(2x - 9) + \log_2(x - 1) = \log_2 4 \]

الخطوة 3: طبق قاعدة الضرب:

\[ \log_2\left( (2x - 9)(x - 1) \right) = \log_2 4 \]

الخطوة 4: ساوي ما بداخل اللوغاريتم وفك الأقواس:

\[ (2x - 9)(x - 1) = 4 \]
\[ 2x^2 - 11x + 9 = 4 \Rightarrow 2x^2 - 11x + 5 = 0 \]

الخطوة 5: حل المعادلة التربيعية بالتحليل:

\[ (2x - 1)(x - 5) = 0 \]
الجذور: $x = \dfrac{1}{2}$ و $x = 5$.

الخطوة 6: التحقق مقابل المجال.
$x = \dfrac{1}{2}$ أصغر من $4.5$، لذا فهو حل دخيل. فقط $x = 5$ يقع ضمن المجال.
الإجابة النهائية: $x = 5$

التمثيل البياني لحل المعادلة اللوغاريتمية في السؤال 3
السؤال 4: حل $2 \ln(x + 3) - \ln(x + 1) = 3 \ln 2$

الخطوة 1: تحديد المجال.
$x + 3 > 0 \Rightarrow x > -3$
$x + 1 > 0 \Rightarrow x > -1$
التقاطع هو $x > -1$. المجال هو (-1, \infty)$.

الخطوة 2: طبق قاعدة القوة على الطرفين:

\[ \ln(x + 3)^2 - \ln(x + 1) = \ln(2^3) \]

الخطوة 3: طبق قاعدة القسمة:

\[ \ln \left( \dfrac{(x + 3)^2}{x + 1} \right) = \ln 8 \]

الخطوة 4: احذف اللوغاريتم الطبيعي وحل:

\[ \dfrac{(x + 3)^2}{x + 1} = 8 \Rightarrow (x + 3)^2 = 8(x + 1) \]
\[ x^2 + 6x + 9 = 8x + 8 \Rightarrow x^2 - 2x + 1 = 0 \]

الخطوة 5: تحليل المقدار التربيعي:

\[ (x - 1)^2 = 0 \Rightarrow x = 1 \]

الخطوة 6: التحقق مقابل المجال.
$x = 1$ أكبر من $-1$، إذن الحل صحيح.
الإجابة النهائية: $x = 1$

التمثيل البياني لحل المعادلة اللوغاريتمية في السؤال 4
السؤال 5: حل $\left( \log_2(x) \right)^2 - \log_2(x^2) = 8$

الخطوة 1: تحديد المجال.
من $\log_2(x)$، $x > 0$.
من $\log_2(x^2)$، $x^2 > 0 \Rightarrow x \neq 0$.
التقاطع هو $x > 0$. المجال هو $(0, \infty)$.

الخطوة 2: استخدم قاعدة القوة لتبسيط الحد الثاني:

\[ (\log_2(x))^2 - 2 \log_2(x) = 8 \]

الخطوة 3: استخدم التعويض. لتكن $u = \log_2(x)$:

\[ u^2 - 2u - 8 = 0 \]

الخطوة 4: حل بالنسبة لـ $u$ بالتحليل:

\[ (u - 4)(u + 2) = 0 \Rightarrow u = 4 \text{ أو } u = -2 \]

الخطوة 5: أعد التعويض لإيجاد قيمة $x$:

\[ \log_2(x) = 4 \Rightarrow x = 2^4 = 16 \]
\[ \log_2(x) = -2 \Rightarrow x = 2^{-2} = \dfrac{1}{4} \]

الخطوة 6: التحقق مقابل المجال.
كل من $16$ و $\dfrac{1}{4}$ أكبر تماماً من $0$.
الإجابة النهائية: $x = 16$ و $x = \dfrac{1}{4}$

التمثيل البياني لحل المعادلة اللوغاريتمية في السؤال 5
السؤال 6: حل $10 \log(\log(x)) = 1$

الخطوة 1: تحديد المجال.
للوغاريتم الداخلي: $x > 0$.
للوغاريتم الخارجي: $\log(x) > 0 \Rightarrow x > 1$.
التقاطع هو $x > 1$. المجال هو $(1, \infty)$.

الخطوة 2: اقسم الطرفين على $10$:

\[ \log(\log(x)) = 0.1 \]

الخطوة 3: حول اللوغاريتم الخارجي إلى الصورة الأسية (الأساس 10):

\[ \log(x) = 10^{0.1} \]

الخطوة 4: حول اللوغاريتم الداخلي إلى الصورة الأسية:

\[ x = 10^{\left(10^{0.1}\right)} \approx 10^{1.2589} \approx 18.15 \]

الخطوة 5: التحقق مقابل المجال.
$18.15 > 1$، إذن الحل صحيح.
الإجابة النهائية: $x = 10^{\left(10^{0.1}\right)}$

التمثيل البياني لحل المعادلة اللوغاريتمية في السؤال 6

مسائل التحدي للمزيد من التدريب

اختبر مهاراتك مع هذه المسائل المتقدمة للوغاريتمات والأسس (تذكر التحقق من مجالاتك!):

  1. التحدي 1: أوجد قيمة $x$: \[ \log_3(x) + \log_3(x-2) = 1 \]
  2. التحدي 2: أوجد قيمة $x$ (اتركها في صورة اللوغاريتم الطبيعي الدقيقة): \[ 2^x = 5^{x-1} \]
  3. التحدي 3: أوجد قيمة $x$: \[ \log(x^2) = (\log x)^2 \]
انقر هنا لعرض الإجابات النهائية
  • الإجابة 1: $x = 3$. (المجال هو $x > 2$، لذلك يُرفض الحل الجبري $x = -1$).
  • الإجابة 2: $x = \dfrac{\ln 5}{\ln 5 - \ln 2}$
  • الإجابة 3: $x = 1$ و $x = 100$. (المجال هو $x > 0$).

روابط ومراجع