условие

logx+1(2x5)+log2x5(x+1)2

шаг 1.Замена переменной

Два логарифма взаимно обратны: у них основание и аргумент меняются местами. Обозначаем первый через t — второй становится 1/t, и неравенство превращается в дробно-рациональное. Замена работает только на ОДЗ, поэтому сразу выписываем равносильную систему: неравенство ① и ограничения ② и ③.

log2x5(x+1)=1logx+1(2x5)
t=logx+1(2x5)
logx+1(2x5)+log2x5(x+1)2
{t+1t21x+1>0,x+1122x5>0,2x513

Формула перехода к новому основанию логарифма: log_b a = 1/log_a b. Выражение x + 1 работает и основанием, и аргументом логарифма, поэтому обязано быть положительным и не равным единице — это ②. То же для 2x − 5 — это ③.

шаг 2.Неравенство ①

Переносим двойку влево и сводим к одной дроби — в числителе появляется полный квадрат. Корень числителя t = 1 чётной кратности (петелька, знак через точку не меняется), он закрашен и войдёт в решение изолированной точкой; точка разрыва t = 0 выколота. Ровно это и утверждает неравенство КошиНеравенство Коши (AM-GM)
Для любых неотрицательных чисел среднее арифметическое всегда больше или равно их среднему геометрическому:
· среднее арифметическое a+b2
· среднее геометрическое ab
a+b2aba+b2ab
Равенство — только при a = b.
Доказательство:
a+b2ab=a2ab+b2=(ab)220
Квадрат всегда неотрицателен.
Пример. Возьмём два числа 2 и 8.
· среднее арифметическое 2+82=102=5
· среднее геометрическое 28=16=4
Результат: 5>4.

Популярный приём
взять a=t,b=1t при t>0: тогда ab=t1t=1, поэтому t+1t2, равенство при t=1.
: при t > 0 сумма t + 1/t не бывает меньше 2, а равенство достигается только при t = 1.
1t+1t2
t22t+1t0
(t1)2t0
++01
+
t
Пробная точка t = −1 на интервале (−∞; 0): (−1 − 1)²/(−1) = 4/(−1) = −4 < 0 — знак «−». Через петельку t = 1 знак не меняется, поэтому справа от нуля всюду «+». Петелька при чётной кратности
Возникает, когда корень выражения повторяется чётное количество раз.
Внутри петельки знак НЕ ставится.
Петелька показывает 0 функции и может быть только закрашенной или выколотой. Знака внутри петли быть не может, т.к. у нуля знака нет.
> 0
+ +
(;a)(a;+)
≥ 0
+ +
(;+)
< 0
+ +
≤ 0
+ +
{a}
Флаг или петелька означают «через эту точку знак выражения не меняется» — слева и справа от петли знаки одинаковые.
При знаках ≤/≥ значение петельки может быть выколото по ОДЗ.
Решение ①: t < 0 или t = 1.

шаг 3.Обратная замена

Возвращаемся к x. Знак логарифма определяем 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.
: log_f g имеет тот же знак, что (f − 1)(g − 1). Оба корня получившегося произведения выколоты — неравенство строгое. Случай t = 1 — это равенство аргумента основанию, он даёт одну изолированную точку.
t<0:logx+1(2x5)<0
((x+1)1)((2x5)1)<0
x(2x6)<0
2x(x3)<0
t=1:logx+1(2x5)=1
2x5=x+1
x=6
++случай t < 003
+
x
случай t = 16
+
x
036
+
x

Пробная точка x = −1 на интервале (−∞; 0): 2 · (−1) · (−1 − 3) = 2 · (−1) · (−4) = 8 > 0 — знак «+»; оба корня нечётной кратности, поэтому знаки чередуются. Во втором случае аргумент совпал с основанием: log₇ 7 = 1 при x = 6. Решение ①: (0; 3) ∪ {6}.

шаг 4.Ограничение ②

Условие ② — выражение x + 1 положительно и не равно единице.

2x+1>0,x+11
x>1,x0
++10
+
x

Точка x = 0 выколота: там x + 1 обращается в единицу и логарифм по такому основанию не определён. Знак самого выражения x + 1 через неё не меняется. Решение ②: (−1; 0) ∪ (0; +∞).

шаг 5.Ограничение ③

Условие ③ — выражение 2x − 5 положительно и не равно единице.

32x5>0,2x51
x>2,5,x3
++2,53
+
x

Точка x = 3 выколота: там 2x − 5 обращается в единицу. Решение ③: (2,5; 3) ∪ (3; +∞).

шаг 6.Пересечение

Сводим три оси в одну. Ограничение ③ поднимает левую границу интервала с 0 до 2,5, а изолированная точка x = 6 проходит все ограничения.

036
+
x
10
+
x
2,53
+
x
пересечение102,536
+
x

Проверка: x = 2,8 ⇒ основание 3,8 и аргумент 0,6, логарифм отрицателен, обратный к нему тоже — сумма меньше 2 ✓. Проверка: x = 6 ⇒ log₇ 7 + log₇ 7 = 1 + 1 = 2, нестрогое ≤ выполняется ✓.

ответ

x(2,5;3){6}