условие

20log42⁡(cos⁡x)+4log2⁡(cos⁡x)≤1

шаг 1.Область допустимых значений

Под логарифмами стоит cos x — аргумент логарифма должен быть положителен.

ОДЗ
cos⁡x>0

Косинус ограничен сверху единицей, поэтому на ОДЗ 0 < cos x ≤ 1. Это понадобится при замене.

шаг 2.Приводим логарифмы к основанию 2

Переходим от основания 4 к основанию 2Преобразования 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).
— оба логарифма становятся одинаковыми с точностью до множителя.
log4⁡(cos⁡x)=log2⁡(cos⁡x)log2⁡4=12log2⁡(cos⁡x)

Формула перехода к новому основанию: logₐ b = log_c b : log_c a. Здесь log₂4 = 2.

шаг 3.Замена t = log₂(cos x)

Логарифм по основанию 2 > 1 возрастает, поэтому из 0 < cos x ≤ 1 следует t ≤ log₂1 = 0. Подставляем и получаем квадратное неравенство.

t=log2⁡(cos⁡x),t≤0
20(12t)2+4t≤1
5t2+4t≤1
5t2+4t−1≤0

шаг 4.Метод интервалов в t

Раскладываем трёхчлен через дискриминант. Выноска слева — условие замены t ≤ 0; точка t = 0 в него входит, поэтому закрашена.

5t2+4t−1=0
D=42−4⋅5⋅(−1)=16+20=36
t=−4±3610=−4±610=0,2=−1
5(t+1)(t−0,2)≤0
+−−+1−00,2
−∞
+∞
t

Пробная точка t = 0: 5·0² + 4·0 − 1 = −1 < 0 — знак «−» в среднем интервале, чередование «+, −, +». Корни закрашены (нестрогое ≤). Пересекаем отрезок [−1; 0,2] с условием t ≤ 0 и получаем −1 ≤ t ≤ 0.

шаг 5.Обратная замена

Возвращаемся к x. Основание логарифма 2 > 1, логарифм возрастаетЛогарифм 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).
— знаки неравенств сохраняются.
−1≤log2⁡(cos⁡x)≤0
log2⁡12≤log2⁡(cos⁡x)≤log2⁡1
12≤cos⁡x≤1
cos⁡x≥12

Границы −1 и 0 записываем как log₂(1/2) и log₂1 — так все три части становятся логарифмами по одному основанию. Верхняя граница cos x ≤ 1 выполнена при любом x, поэтому остаётся одно условие.

шаг 6.Записываем серии решений

Косинус принимает значение 1/2 в точках ±π/3, а на дуге между ними (вокруг нуля) он больше 1/2. Дальше картина повторяется с периодом 2π.

cos⁡x=12⟺x=±π3+2πn
−π3+2πn≤x≤π3+2πn,n∈ℤ

Внутри отрезка [−π/3 + 2πn; π/3 + 2πn] косинус не меньше 1/2, вне его — меньше. Концы закрашены: там cos x = 1/2, что удовлетворяет нестрогому неравенству. Условие ОДЗ cos x > 0 выполнено автоматически: из cos x ≥ 1/2 следует cos x > 0.

ответ

x∈[−π3+2πn;π3+2πn],n∈ℤ