условие

log3x+7⁡(9+12x+4x2)+log2x+3⁡(6x2+23x+21)≤4

шаг 1.Область допустимых значений

Оба аргумента раскладываются через сами основания: первый — полный квадрат, второй — их произведение. Дальше выписываем стандартные условия: основания положительны и не равны единице, аргументы положительны.

ОДЗ
9+12x+4x2=(2x+3)2
(2x+3)(3x+7)=6x2+14x+9x+21=6x2+23x+21
{3x+7>03x+7≠1(2x+3)2>02x+3>02x+3≠1(2x+3)(3x+7)>0⟺{x>−73x≠−2x≠−1,5x>−1,5x≠−1(2x+3)(3x+7)>0
{x>−1,5x≠−1
ОДЗ1,5−1−
−∞
+∞
x

Оба разложения проверяются раскрытием скобок: (2x + 3)² = 4x² + 12x + 9, а множители 2x + 3 и 3x + 7 уже стоят в условии как основания логарифмов. Условие x > −1,5 строже, чем x > −7/3, и заодно снимает x ≠ −2 и x ≠ −1,5. При x > −1,5 оба множителя 2x + 3 и 3x + 7 положительны, поэтому их произведение положительно автоматически. Выколотая точка −1 — там основание 2x + 3 обращается в единицу.

шаг 2.Замена переменной

Оба логарифма выражаются через один: обозначим u = log_{3x+7}(2x + 3). Первый аргумент — квадрат основания второго логарифма, поэтому степень выносится множителемПреобразования 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).
, а второй логарифм по формуле перехода к новому основанию оказывается обратным к u.
u=log3x+7⁡(2x+3)
log3x+7⁡(2x+3)2=2log3x+7⁡(2x+3)=2u
log2x+3⁡((2x+3)(3x+7))=log2x+3⁡(2x+3)+log2x+3⁡(3x+7)=
=1+1u
2u+1+1u≤4

На ОДЗ 2x + 3 > 0, поэтому модуль при вынесении чётной степени не нужен. Логарифм основания по самому себе равен единице, а log_{2x+3}(3x + 7) = 1/log_{3x+7}(2x + 3) = 1/u. Деление на u законно: u = 0 означало бы 2x + 3 = 1, то есть x = −1, а это значение исключено ОДЗ.

шаг 3.Решаем неравенство в u

Переносим 4 влево и сводим к одной дроби. Числитель раскладываем через дискриминант.

2u+1u−3≤0
2u2−3u+1u≤0
2u2−3u+1=0
D=(−3)2−4⋅2⋅1=9−8=1
u=3±14=3±14=1=0,5
2(u−1)(u−0,5)u≤0
−+−+00,51
−∞
+∞
u

Пробная точка u = 2: 2(2 − 1)(2 − 0,5)/2 = 1,5 > 0 — знак «+». Все три точки простые, дальше знаки чередуются. Корни числителя 0,5 и 1 закрашены (нестрогое ≤), точка разрыва 0 выколота. Решение: u < 0 или 0,5 ≤ u ≤ 1 — разбираем эти два случая по отдельности.

шаг 4.Случай u < 0

На ОДЗ x > −1,5, поэтому основание 3x + 7 больше 2,5 — оно больше единицы. Логарифм с таким основанием отрицателенЛогарифм 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).
ровно тогда, когда аргумент лежит между нулём и единицей.
log3x+7⁡(2x+3)<0
0<2x+3<1
−1,5<x<−1
1,5−1−
−∞
+∞
x

Левое условие 0 < 2x + 3 — это ровно ОДЗ x > −1,5, поэтому пересечение с ОДЗ ничего не отнимает, а правый конец −1 и так выколот.

шаг 5.Случай 0,5 ≤ u ≤ 1

Основание 3x + 7 больше единицы, поэтому оба неравенства переносятся на аргументы без перемены знака. Правое число записываем как логарифм самого основания, левое — как логарифм квадратного корня из него.

log3x+7⁡(2x+3)≤1
log3x+7⁡(2x+3)≤log3x+7⁡(3x+7)
2x+3≤3x+7
x≥−4
log3x+7⁡(2x+3)≥0,5
log3x+7⁡(2x+3)≥log3x+7⁡3x+7
2x+3≥3x+7
(2x+3)2≥3x+7
4x2+12x+9≥3x+7
4x2+9x+2≥0
4x2+9x+2=0
D=92−4⋅4⋅2=81−32=49
x=−9±498=−9±78=−0,25=−2
4(x+0,25)(x+2)≥0
+−+неравенство2−0,25−
−∞
+∞
x
ОДЗ1,5−1−
−∞
+∞
x
пересечение0,25−
−∞
+∞
x

Условие x ≥ −4 выполняется на всей ОДЗ, поэтому ограничение u ≤ 1 ничего не отсекает. Обе части неравенства 2x + 3 ≥ √(3x + 7) неотрицательны на ОДЗ, поэтому его равносильно возвести в квадрат. Пробная точка x = 0 на интервале (−0,25; +∞): 4 · 0 + 9 · 0 + 2 = 2 > 0 — знак «+». Интервал x ≤ −2 лежит левее ОДЗ и целиком выпадает.

шаг 6.Объединение

Собираем ответ из двух случаев: интервал из шага 4 и луч из шага 5.

случай 11,5−1−
−∞
+∞
x
случай 20,25−
−∞
+∞
x
ответ1,5−1−0,25−
−∞
+∞
x

Проверка граничной точки: при x = −0,25 основания равны 6,25 и 2,5, а 2,5² = 6,25, поэтому u = 0,5 и левая часть равна 2 · 0,5 + 1 + 2 = 4 — равенство достигается, точка входит в ответ.

ответ

x∈(−1,5;−1)∪[−0,25;+∞)