условие

2021log3⁡(2x2−x)2020+lg⁡10sin2⁡x+cos2⁡x≤12021−log3⁡(6x−3)+log32⁡x

шаг 1.Область допустимых значений

Все три логарифма по основанию 3 требуют положительного аргумента: 2x² − x, 6x − 3 и сам x. Решаем каждое условие на своей оси и берём пересечение.

ОДЗ
{2x2−x>06x−3>0x>0⟺{x(2x−1)>0x>0,5x>0
+−+I условие00,5
−∞
+∞
x
II условие0,5
−∞
+∞
x
III условие0
−∞
+∞
x
ОДЗ0,5
−∞
+∞
x

Пробная точка x = 1 в I условии: 1·(2·1 − 1) = 1 > 0 — знак «+» на правом интервале, чередование «+, −, +». Пересечение трёх условий даёт x > 0,5.

шаг 2.Упрощаем обе части

Показатель степени у десятки равен sin²x + cos²x = 1, поэтому знаменатель левой части — это просто число 2021. Правую часть переписываем без отрицательного показателя степени.

sin2⁡x+cos2⁡x=1
lg⁡10sin2⁡x+cos2⁡x=lg⁡10=1
2020+1=2021
12021−log3⁡(6x−3)+log32⁡x=2021log3⁡(6x−3)−log32⁡x
2021log3⁡(2x2−x)2021≤2021log3⁡(6x−3)−log32⁡x
2021log3⁡(2x2−x)−1≤2021log3⁡(6x−3)−log32⁡x

Основное тригонометрическое тождество: sin²x + cos²x = 1. Свойства степеней: 1 : aᴹ = a⁻ᴹ и aᴹ : a = aᴹ⁻¹.

шаг 3.Снимаем основание степени

Слева и справа стоят степени с одним и тем же основанием степени 2021 > 1, показательная функция возрастаетПоказательная 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).
— переходим к такому же неравенству между показателями степени.
log3⁡(2x2−x)−1≤log3⁡(6x−3)−log32⁡x

шаг 4.Раскладываем логарифмы

Оба аргумента раскладываем на множители и пользуемся тем, что логарифм произведения равен сумме логарифмовПреобразования 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).
. Общее слагаемое log₃(2x − 1) стоит в обеих частях и сокращается.
2x2−x=x(2x−1),6x−3=3(2x−1)
log3⁡(x(2x−1))=log3⁡x+log3⁡(2x−1)
log3⁡(3(2x−1))=1+log3⁡(2x−1)
log3⁡x+log3⁡(2x−1)−1≤1+log3⁡(2x−1)−log32⁡x
log32⁡x+log3⁡x−2≤0

На ОДЗ x > 0,5 оба множителя x и 2x − 1 положительны, поэтому разложение логарифма произведения законно. log₃3 = 1 — отсюда единица во второй строке.

шаг 5.Замена t = log₃x

Неравенство стало квадратным относительно логарифма — вводим новую переменную.

t=log3⁡x
t2+t−2≤0
(t+2)(t−1)≤0
+−+2−1
−∞
+∞
t

По теореме Виета для t² + t − 2 = 0: сумма корней должна равняться −1, произведение −2. Подбираем t₁ = −2 и t₂ = 1, отсюда t² + t − 2 = (t + 2)(t − 1). Пробная точка t = 0: (0 + 2)(0 − 1) = −2 < 0 — знак «−» в среднем интервале, чередование «+, −, +». Корни закрашены (нестрогое ≤).

шаг 6.Обратная замена и пересечение с ОДЗ

Возвращаемся к x. Основание логарифма 3 > 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. Полученный отрезок пересекаем с ОДЗ.
−2≤log3⁡x≤1
log3⁡3−2≤log3⁡x≤log3⁡3
19≤x≤3
неравенство3
19
−∞
+∞
x
ОДЗ0,5
−∞
+∞
x
ответ0,53
−∞
+∞
x

Границы −2 и 1 записываем как log₃3⁻² и log₃3 — так все три части становятся логарифмами по одному основанию. Левый конец 1/9 меньше 0,5 и отсекается ОДЗ; точка x = 0,5 выколота по ОДЗ.

ответ

x∈(0,5;3]