условие

log5(81x2232x2+4422x222+x2+4)+3log3(22x21)>2log2(32x21)

шаг 1.Область допустимых значений

Правый показатель определён, когда 3^{2x²} − 1 > 0, то есть x ≠ 0. Средний множитель определён при 2·2^{x²} − 1 > 0 — это верно всегда. Аргумент log₅ положителен при любом x (см. шаг 2).

ОДЗ
32x21>032x2>1x0
22x21>0(верно при любом x)

При x ≠ 0 показатель 2x² > 0, поэтому 3^{2x²} > 1. Значение x = 0 выколото.

шаг 2.Числитель и знаменатель — полные квадраты плюс 3

Так как 81^{x²} = (3^{2x²})² и 2^{2x²} = (2^{x²})², и числитель, и знаменатель сворачиваются в «квадрат плюс 3». Обозначим p = 3^{2x²} − 1 и q = 2·2^{x²} − 1 (на ОДЗ оба положительны).

81x2232x2+4
=(32x2)2232x2+4
=(32x21)2+3=p2+3
422x222+x2+4
=4(2x2)242x2+4
=(22x21)2+3=q2+3

(a − 1)² + 3 = a² − 2a + 4 при a = 3^{2x²}; (2b − 1)² + 3 = 4b² − 4b + 4 при b = 2^{x²}.

шаг 3.Убираем показательно-логарифмические слагаемые

По основному тождеству a^{log_a t} = tПреобразования 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 logab требует a>0,a1,b>0.
Степень выносим с модулем
Тождество logabn=nlogab верно только при b>0. При чётном показателе b2k определено и для b<0, поэтому обязателен модуль:
logab2k=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 clogab=logabc при чётном c расширяет область: 2logax=logax2 — слева x>0, справа x0. Появляются посторонние корни x<0; держим исходное b>0 или сразу пишем модуль.
Свернуть в один — можно
logaf+logag=loga(fg)
logaflogag=logafg
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, logafg — при fg>0 (в том числе оба множителя отрицательны). Разбивая на logaf±logag, силой требуем f>0,g>0 и теряем эту ветку. Корректно — только с модулями:
loga(fg)=loga|f|+loga|g|
Смена основания — безопасно
logab=logcblogca и logab=1logba — область не меняется (нужно c>0,c1, для второй b1).
Основное тождество
alogab=b(b>0), logaak=k — удобно при потенцировании и записи числа как логарифма (c=logaac).
оба крайних слагаемых превращаются в дроби 1/q и 1/p. Неравенство записываем через p и q.
3log3(22x21)=122x21=1q
2log2(32x21)=132x21=1p
log5p2+3q2+3+1q>1p

a^{−log_a w} = 1/w. Здесь w = q для среднего слагаемого и w = p для правой части.

шаг 4.Собираем одну монотонную функцию

Переносим слагаемые так, чтобы слева всё зависело от p, а справа — от q. Получаем g(p) > g(q) для g(s) = log₅(s² + 3) − 1/s. При s > 0 оба слагаемых возрастают, значит g строго возрастает, и неравенство равносильно p > q.

log5(p2+3)1p>log5(q2+3)1q
g(s)=log5(s2+3)1s
g(p)>g(q)p>q

При s > 0 растёт и log₅(s² + 3), и −1/s (от −∞ к 0). Сумма двух возрастающих возрастает, поэтому g(p) > g(q) ⟺ p > q.

шаг 5.Решаем p > q

Возвращаем p и q, сокращаем −1. Делим на 2^{x²} > 0 и сравниваем степени с основанием 9/2 > 1Показательная функция и знак неравенства
Функция y=ax монотонна на ℝ. Направление зависит от основания: при a > 1 растёт, при 0 < a < 1 убывает.
a > 1: возрастает 0 1 x₁ ax₁ x₂ ax₂
x₁ < x₂ ax₁ < ax₂ знак сохраняется
0 < a < 1: убывает 0 1 x₁ ax₁ x₂ ax₂
x₁ < x₂ ax₁ > ax₂ знак переворачивается
Переход «значения → показатели» работает так:
· при a > 1: aAaBAB (знак сохраняется).
· при 0 < a < 1: aAaBAB (знак переворачивается).
. Получаем ограничение на x².
p>q:32x21>22x21
32x2>22x29x2>22x2
(92)x2>2x2>log4,52
|x|>log4,52
ответ
log4,52
log4,52
+
x

Всё выражено через x², поэтому решение симметрично относительно нуля.

ответ

x(;log4,52)(log4,52;+)