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マップ

置きかえで二次に帰着する指数方程式

置きかえで二次に帰着する指数方程式4
考えてみよう

指数方程式 4x32x+2=04^x-3\cdot2^x+2=0 を解きたいんだ。指数関数 y=2xy=2^x はこんな曲線(必ず (0,1)(0,1) を通る)。でも 4x4^x2x2^x がまざっていて、このままだと解きにくいね。

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  1. 考えてみよう
  2. 1

    指数方程式 4x32x+2=04^x-3\cdot2^x+2=0 を解きたいんだ。指数関数 y=2xy=2^x はこんな曲線(必ず (0,1)(0,1) を通る)。でも 4x4^x2x2^x がまざっていて、このままだと解きにくいね。

  3. 2

    ヒント: 4x4^x2x2^x を2回かけた (2x)2(2^x)^2 とも書けるよ。この関係を使うと、方程式は見慣れた形に化けそう。解 xx はどんな値になると思う?

  4. 考え方
  5. 3

    4x=(2x)24^x=(2^x)^2 だから、t=2xt=2^x とひとまとめに置きかえよう。すると 4x=t24^x=t^22x=t2^x=t で、方程式は t23t+2=0t^2-3t+2=0。見慣れた二次方程式に化けた!

  6. 4

    t23t+2=(t1)(t2)=0t^2-3t+2=(t-1)(t-2)=0 だから t=1,2t=1,\,2。グラフでも放物線が tt軸と t=1,2t=1,\,2 で交わるね。t=2xt=2^x は必ず正なので、1122 も正=どちらも使えるよ。

  7. 5

    最後に ttxx に戻すよ。t=2xt=2^x だったから、2x=12^x=12x=22^x=2。指数関数のグラフで横線と交わる xx を読むと、2x=12^x=1x=0x=02x=22^x=2x=1x=1 だね。

  8. 解答
  9. 6

    答えは x=0,1x=0,\,1。確かめると、x=0x=040320+2=13+2=04^0-3\cdot2^0+2=1-3+2=0 ✓、x=1x=146+2=04-6+2=0 ✓。ちゃんと両方とも成り立つね。

  10. 7

    axa^x が2乗で出てくる指数方程式は、t=axt=a^x とおくと二次に化ける。解いたら t>0t>0 を確かめ、xx に戻す。この「置きかえ→二次→戻す」が使いどころだよ。

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