условие

log(x2)25x4x1+log(x2)21x29x+20

шаг 1.Сводим к одному логарифму

Оба логарифма переносим влево: разность логарифмов с одинаковым основанием — логарифм частногоПреобразования 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).
. Деление на дробь 1 : (x² − 9x + 20) — это умножение на сам трёхчлен, а он раскладывается на (x − 4)(x − 5). Преобразование законно на ОДЗ, и всю ОДЗ мы выпишем в равносильной системе следующего шага.
log(x2)25x4xlog(x2)21x29x+201
log(x2)2(5x4x(x29x+20))1
x29x+20=(x4)(x5)
5x4x(x4)(x5)=x44x(5x)(x5)=
=(1)((x5)2)=(x5)2
log(x2)2(x5)21

По теореме Виета для x² − 9x + 20 = 0 сумма корней должна равняться 9, произведение — 20. Подбираем 4 и 5, отсюда x² − 9x + 20 = (x − 4)(x − 5). Дальше (x − 4) : (4 − x) = −1, а (5 − x)(x − 5) = −(x − 5)², поэтому произведение двух минусов даёт (x − 5)².

шаг 2.Метод рационализации

Единицу записываем как log_B B — обе части становятся логарифмами одного основания. Основание B переменное, поэтому знак разности задаём методом рационализацииМетод 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.
logaflogag(a1)(fg)a>0,a1,f,g>0afag(a1)(fg)a>0,a1|f||g|(fg)(f+g)любыеfgfgf,g0
Множитель (a1) задаёт направление: при a>1 он положителен (знак как у fg), при 0<a<1 — отрицателен, знак переворачивается.
: знак log_B A − log_B B совпадает со знаком (B − 1)(A − B). Замена сохраняет знак только на ОДЗ, поэтому неравенство сразу переходит в равносильную систему: рационализированное неравенство ① и ограничения ② и ③ на аргументы и основание.
A=(x5)2,B=(x2)2
logBAlogBB
{(B1)(AB)015x4x>0,1x29x+20>02B>0,B13

Условие ② — аргументы обоих логарифмов положительны, условие ③ — основание положительно и не равно единице. Дальше решаем ①, ② и ③ по очереди, в конце берём пересечение.

шаг 3.Неравенство ①

Вычисляем оба множителя ①: каждый из них — разность квадратов, раскладываем по формуле a² − b² = (a − b)(a + b).

1(B1)(AB)0
B1=(x2)21=(x21)(x2+1)=(x3)(x1)
AB=(x5)2(x2)2=
=((x5)(x2))((x5)+(x2))=(3)(2x7)
(x3)(x1)(3)(2x7)0
3(x1)(x3)(2x7)0
++133,5
+
x

Минус перед произведением оставляем — знак расставит пробная точка. Пробная точка x = 0: −3(0 − 1)(0 − 3)(2·0 − 7) = −3·(−1)·(−3)·(−7) = 63 > 0 → на интервале (−∞; 1) знак «+». Корни 1, 3 и 3,5 закрашены (нестрогое ≤), все простые, знаки чередуются. Решение ①: 1 ≤ x ≤ 3 или x ≥ 3,5.

шаг 4.Ограничение ②

Оба аргумента дают одно и то же условие. Знак дроби (5 − x) : (4 − x) совпадает со знаком произведения (5 − x)(4 − x), а дробь 1 : (x² − 9x + 20) положительна ровно тогда, когда положителен сам трёхчлен.

25x4x>0(5x)(4x)>0
2(5x)(4x)=(x5)(x4)
21x29x+20>0x29x+20>0
(x4)(x5)>0
++45
+
x

При замене дроби на произведение знак не меняется: числитель и знаменатель одного знака ровно тогда, когда их произведение положительно. Пробная точка x = 0: (0 − 5)(0 − 4) = 20 > 0 → на интервале (−∞; 4) знак «+». Точки 4 и 5 выколоты (строгое >). Решение ②: x < 4 или x > 5.

шаг 5.Ограничение ③

Основание B = (x − 2)² — чётная степень: оно положительно всюду, кроме x = 2. Ещё две точки выкалывает условие B ≠ 1.

3(x2)2>0x2
3(x2)21x2±1
x1,x3
123
+
x

Чётная степень (x − 2)² неотрицательна при любом x и обращается в ноль лишь при x = 2, поэтому (x − 2)² > 0 равносильно x ≠ 2. Из x − 2 = 1 и x − 2 = −1 получаем ещё две выколотые точки 3 и 1: при них основание логарифма равно единице. Решение ③: вся ось, кроме точек 1, 2 и 3.

шаг 6.Пересечение

Сводим три оси в одну — берём пересечение решений ①, ② и ③. Ограничение ② отрезает промежуток от 4 до 5, ограничение ③ выкалывает точки 1, 2 и 3, которые на оси ① были закрашены.

133,5
+
x
45
+
x
123
+
x
пересечение1233,545
+
x

Точка 3,5 остаётся закрашенной: она проходит все три условия. Границы 1 и 3 из ① выколоты ограничением ③, границы 4 и 5 — ограничением ②.

ответ

x(1;2)(2;3)[3,5;4)(5;+)