условие

log13⁡(51+log15⁡x−131+log15⁡x)≥−1+log15⁡x

шаг 1.Область допустимых значений

Логарифм log₁₅x определён при x > 0. Аргумент внешнего логарифма должен быть положителен; вводим замену u = log₁₅x и находим, когда он больше нуля.

ОДЗ
u=log15⁡x
51+u−131+u>0
51+u>3−(1+u)
51+u⋅31+u>1
151+u>150
1+u>0⇒u>−1
log15⁡x>−1⇒x>115

Условие x > 1/15 сильнее, чем x > 0, — берём его.

шаг 2.Правую часть — логарифмом с основанием 1/3

Представляем −1 + u как логарифм по основанию 1/3. Основание 1/3 < 1 — логарифм убываетЛогарифм и знак неравенства
Функция y=loga⁡x монотонна при x>0. При a > 1 возрастает, при 0 < a < 1 убывает.
Снятие логарифма (обе части — логарифмы одного основания):
· при a > 1: loga⁡A≶loga⁡B⟺A≶B (знак сохраняется).
· при 0 < a < 1: знак переворачивается, loga⁡A≤loga⁡B⟺A≥B.
Число c превращаем в логарифм того же основания: c=loga⁡ac — тогда сравниваем аргументы (не забывая A>0).
, поэтому при снятии знак неравенства меняется.
−1+u=log13⁡((13)−1+u)
(13)−1+u=31−u
51+u−131+u≤31−u

Аргумент положителен по ОДЗ, снятие log_{1/3} корректно; знак ≥ стал ≤.

шаг 3.Сводим к показательному неравенству

Раскрываем: слева 5·5ᵘ, справа выносим 3⁻ᵘ. Умножаем на 3ᵘ и делим на 5.

51+u≤31−u+3−1−u
5⋅5u≤3−u(3+13)
5⋅5u≤103⋅3−u
5⋅5u⋅3u≤103
5⋅15u≤103
15u≤23

5ᵘ·3ᵘ = 15ᵘ; делим обе части на 5.

шаг 4.Снимаем показательную и логарифм

Основание 15 > 1 — сравниваем показателиПоказательная 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: aA≤aB⟺A≤B (знак сохраняется).
· при 0 < a < 1: aA≤aB⟺A≥B (знак переворачивается).
; затем снимаем log₁₅ (тоже растёт) и пересекаем с ОДЗ.
15u≤23
u≤log15⁡23
log15⁡x≤log15⁡23
x≤23
неравенство
23
−∞
+∞
x
ОДЗ
115
−∞
+∞
x
ответ
115
23
−∞
+∞
x

Левая граница 1/15 выколота по ОДЗ, правая 2/3 закрашена (нестрогое ≤).

ответ

x∈(115;23]