условие

log6⁡(x2+1x2−10)log6⁡(x+1x)≥1

шаг 1.Логарифм с переменным основанием и замена

Отношение двух логарифмов по одному основанию 6 — это логарифм с новым основанием Преобразования логарифмов и ОДЗ
Главное правило
Сначала выписываем ОДЗ, потом преобразуем логарифмы. Каждое тождество ниже верно только на своей области — меняя её по ходу, легко потерять или добавить решения. Сам логарифм loga⁡b требует a>0,a≠1,b>0.
Степень выносим с модулем
Тождество loga⁡bn=nloga⁡b верно только при b>0. При чётном показателе b2k определено и для b<0, поэтому обязателен модуль:
loga⁡b2k=2kloga⁡|b|
У нас 16log3⁡(x+1)6=log3⁡|x+1|. Без модуля потеряли бы ветку x<−1 и корень x=−4.
Коэффициент внутрь — расширение ОДЗ
Обратный ход cloga⁡b=loga⁡bc при чётном c расширяет область: 2loga⁡x=loga⁡x2 — слева x>0, справа x≠0. Появляются посторонние корни x<0; держим исходное b>0 или сразу пишем модуль.
Свернуть в один — можно
loga⁡f+loga⁡g=loga⁡(fg)
loga⁡f−loga⁡g=loga⁡fg
ОДЗ уже требует f>0 и g>0 — держим его, свёртка ничего лишнего не вносит.
Развернуть в сумму/разность — опасно
loga⁡(fg) определён при fg>0, loga⁡fg — при fg>0 (в том числе оба множителя отрицательны). Разбивая на loga⁡f±loga⁡g, силой требуем f>0,g>0 и теряем эту ветку. Корректно — только с модулями:
loga⁡(fg)=loga⁡|f|+loga⁡|g|
Смена основания — безопасно
loga⁡b=logc⁡blogc⁡a и loga⁡b=1logb⁡a — область не меняется (нужно c>0,c≠1, для второй b≠1).
Основное тождество
aloga⁡b=b(b>0), loga⁡ak=k — удобно при потенцировании и записи числа как логарифма (c=loga⁡ac).
. Вводим замену t = x + 1/x; чтобы это основание было допустимым, нужно x + 1/x > 0, то есть x > 0, и тогда по неравенству о средних t ≥ 2 Неравенство Коши (AM-GM)
Для любых неотрицательных чисел среднее арифметическое всегда больше или равно их среднему геометрическому:
· среднее арифметическое a+b2
· среднее геометрическое ab
a+b2≥ab⟺a+b≥2ab
Равенство — только при a = b.
Доказательство:
a+b2−ab=a−2ab+b2=(a−b)22≥0
Квадрат всегда неотрицателен.
Пример. Возьмём два числа 2 и 8.
· среднее арифметическое 2+82=102=5
· среднее геометрическое 2⋅8=16=4
Результат: 5>4.

Популярный приём
взять a=t,b=1t при t>0: тогда ab=t⋅1t=1, поэтому t+1t≥2, равенство при t=1.
. Через t выражаем аргумент.
log6⁡Alog6⁡B=logB⁡A
t=x+1x,x>0 ⇒ t≥2
x2+1x2=t2−2
x2+1x2−10=t2−12
logt⁡(t2−12)≥1

шаг 2.Метод рационализации

Единицу справа записываем как log_t t — неравенство становится разностью логарифмов. Основание t переменное, поэтому знак задаём методом рационализации Метод рационализации
Если нужен только ЗНАК выражения (например, для метода интервалов), не решаем его напрямую — определяем знак по таблице: знак слева совпадает со знаком справа (на ОДЗ), а правое выражение проще. Третий столбец — ОДЗ.
loga⁡f−loga⁡g(a−1)(f−g)a>0,a≠1,f,g>0af−ag(a−1)(f−g)a>0,a≠1|f|−|g|(f−g)(f+g)любыеf−gf−gf,g≥0
Множитель (a−1) задаёт направление: при a>1 он положителен (знак как у f−g), при 0<a<1 — отрицателен, знак переворачивается.
: знак log_t A − log_t t совпадает со знаком (t − 1)(A − t). Замена сохраняет знак только на ОДЗ, поэтому неравенство сразу переходит в равносильную систему: рационализированное неравенство ① и ограничения ② и ③ на аргумент и основание.
logt⁡(t2−12)≥logt⁡t
⟺{(t−1)((t2−12)−t)≥01t2−12>02t>0,t≠13

Условие ② — аргумент логарифма, ③ — основание. Условие замены t ≥ 2 на осях показываем выноской.

шаг 3.Неравенство ①

Раскрываем скобку в ① и раскладываем получившийся квадратный трёхчлен по теореме Виета.

1(t−1)((t2−12)−t)≥0
(t−1)(t2−t−12)≥0
t2−t−12=(t−4)(t+3)
(t−1)(t−4)(t+3)≥0
−+−+①3−14
−∞
+∞
t

По теореме Виета для t² − t − 12 = 0: сумма корней должна равняться 1, произведение — −12. Подбираем t₁ = 4 и t₂ = −3, отсюда t² − t − 12 = (t − 4)(t + 3). Пробная точка t = 0: (0 − 1)(0 − 4)(0 + 3) = (−1)·(−4)·3 = 12 > 0 — знак «+» между −3 и 1; через простые корни знак чередуется. Все корни закрашены (нестрогое ≥). Решение ①: [−3; 1] ∪ [4; +∞).

шаг 4.Ограничения ② и ③

Условие ② — квадратное неравенство. Условие ③ выполнено автоматически: по замене t ≥ 2, значит основание положительно и единице не равно.

2t2−12>0
t2>12
t<−23илиt>23
3t>0,t≠1
верно, так как t≥2
+−+②−2√32√3
−∞
+∞
t

Ось рисуем только для ② — условие ③ верно на всём промежутке замены и ничего не отсекает. 2√3 ≈ 3,46. Решение ②: (−∞; −2√3) ∪ (2√3; +∞).

шаг 5.Пересечение

Сводим оси в одну. Кусок [−3; 1] лежит левее двойки и отсекается условием замены t ≥ 2, а промежуток (2√3; 4) не проходит по ①.

①3−14
−∞
+∞
t
②−2√32√3
−∞
+∞
t
пересечение4
−∞
+∞
t

Точка t = 4 закрашена: в ней аргумент равен основанию (4² − 12 = 4), логарифм равен единице — равенство входит. Решение в t: [4; +∞).

шаг 6.Обратная замена

Возвращаемся к x: t = x + 1/x ≥ 4 при x > 0. Домножаем на x > 0 и решаем квадратное неравенство.

x+1x≥4|⋅x
x2+1≥4x
x2−4x+1≥0
x2−4x+1=0
D=(−4)2−4⋅1⋅1=16−4=12
x=4±122=2±3
(x−(2−3))(x−(2+3))≥0
+−+ответ02−√32+√3
−∞
+∞
x

Домножаем на x > 0, знак сохраняется. Пробная точка x = 1: 1 − 4 + 1 = −2 < 0 — знак «−» между корнями, чередование «+, −, +». Оба корня закрашены (нестрогое ≥). Выноска от нуля — условие x > 0 из замены: 2 − √3 ≈ 0,27 > 0, поэтому левый кусок остаётся в виде (0; 2 − √3]; 2 + √3 ≈ 3,73.

ответ

x∈(0;2−3]∪[2+3;+∞)