Problemas de ecuaciones logarítmicas - problemas muy difíciles y soluciones

Solución:
La ecuación está definida para [tex]1+x>0[/tex], [tex]1-x>0[/tex] y [tex]1-x^2>0[/tex]. La tercera sigue a las dos primeras, por lo que podemos excluirla. Lo que queda es [tex]\begin{array}{|l}x>-1\\x<1\end{array}[/tex], o [tex]x \in (-1;1)[/tex].
[tex]2+lg\sqrt{1+x}+3lg\sqrt{1-x}=lg\sqrt{1-x}+lg\sqrt{1+x}[/tex]
[tex]2+2lg\sqrt{1-x}=0[/tex]
[tex]lg\sqrt{1-x}=-1[/tex]
[tex]\sqrt{1-x}=10^{-1}=\frac{1}{10}[/tex]
[tex]1-x=\frac{1}{100}[/tex]

[tex]x=\frac{99}{100}[/tex]

Solución:
[tex]0{,} 04=\dfrac{1}{25}=5^{-2} \Rightarrow 0{,} 04^{-28}=5^{56}[/tex]
[tex]2+4+6+\ldots+2x=2(1+2+\ldots+x)=x(x+1)[/tex]
[tex]5^{x(x+1)}=5^{56} \iff x^2+x-56=0 \Rightarrow x=7\ \ (x=-8\notin\mathbb{N})[/tex]
Respuesta: [tex]x=7[/tex]

Solución:
Comprobar si el sistema está definido para dos variables es una tarea difícil, por lo que encontraremos las soluciones posibles para el sistema y comprobaremos directamente si el sistema está definido para ellas. Sólo escribiremos [tex]\begin{array}{|l}x+y>0\\x-y>0\end{array}[/tex] por ahora.

[tex]\begin{array}{|l}\frac{x}{y}+\frac{y}{x}=log_432\\log_3(x^2-y^2)=1\end{array}[/tex]

[tex]\begin{array}{|l}\frac{x}{y}+\frac{y}{x}=\frac{1}{2}log_232\\x^2-y^2=3\end{array}[/tex]

[tex]\begin{array}{|l}\frac{x^2+y^2}{xy}=\frac{5}{2}\\x^2-y^2=3\end{array}[/tex]

[tex]\begin{array}{|l}x^2+y^2=\frac{5}{2}xy\\x^2-y^2=3\end{array}[/tex]

[tex]\begin{array}{|l}x^2-2xy+y^2=\frac{1}{2}xy\\(x-y)(x+y)=3\end{array}[/tex]

[tex]\begin{array}{|l}(x-y)^2=\frac{xy}{2}\\(x-y)(x+y)=3\end{array}[/tex], dividimos la primera con el cuadrado de la segunda:

[tex]\frac{1}{(x+y)^2}=\frac{xy}{18}[/tex], o [tex](x+y)^2=\frac{18}{xy}[/tex]. Obtenemos el sistema

[tex]\begin{array}{|l}x^2+2xy+y^2=\frac{18}{xy}\\x^2-2xy+y^2=\frac{xy}{2}\end{array}[/tex], ahora las restamos

[tex]4xy=\frac{18}{xy}-\frac{xy}{2}[/tex]

[tex]\frac{9}{2}xy=\frac{18}{xy}[/tex]

[tex](xy)^2=4[/tex]

[tex]xy = \pm 2[/tex]. Pero no puede ser negativo, porque [tex]2(x-y)^2=xy[/tex], por lo tanto [tex]xy=2[/tex]. Sustituyendo de nuevo en el sistema obtenemos

[tex]\begin{array}{|l}(x-y)^2=x^2-2xy+y^2=x^2+y^2-4=1\\x^2-y^2=3\end{array}[/tex]

[tex]\begin{array}{|l}x^2+y^2=5\\x^2-y^2=3\end{array}[/tex], las sumamos:

[tex]2x^2=8[/tex], así que [tex]x_1=2[/tex] y [tex]x_2=-2[/tex]. [tex]y_1=\frac{2}{x_1}=1[/tex] y [tex]y_2=\frac{2}{x_2}=-1[/tex]. Ahora debemos comprobar si son soluciones. [tex]x_1+y_1=3>0[/tex], [tex]x_1-y_1=1>0[/tex], por lo que [tex](2;1)[/tex] es una solución del sistema. [tex]x_2+y_2=-3<0[/tex], por lo tanto [tex](-2;-1)[/tex] no es una solución.
La solución final es [tex]x=2[/tex].

Solución:
[tex]log_23 \cdot \frac{log_24}{log_23}\cdot\frac{log_25}{log_24} \cdot \cdot \cdot \frac{log_2(n+1)}{log_2n} = 10[/tex]
Por lo tanto [tex]log_{2}(n + 1) = 10[/tex]
[tex]=>n + 1 = 2^{10} => n=1023[/tex]

Solución:
Dominio: [tex]x\gt 0[/tex].
Hacemos el cambio [tex]\log_3 x=2t[/tex]: [tex]x=9^t; \sqrt{x}=3^t[/tex]
[tex]\log_2\left(1+3^t\right)=2t \iff 1+3^t=4^t \iff \left(\dfrac{1}{4}\right)^t+\left(\dfrac{3}{4}\right)^t=1[/tex]
El miembro izquierdo es estrictamente decreciente, así que la ecuación tiene a lo sumo una raíz.
[tex]t=1:\ \dfrac{1}{4}+\dfrac{3}{4}=1\ \checkmark \Rightarrow x=9[/tex]
Comprobación: [tex]\log_2 4=2=\log_3 9\ \checkmark[/tex]

Solución:
[tex]2\times 3^{x+1}-9^x-5=6\times 3^x-9^x-5=4-\left(3^x-3\right)^2\le 4 \Rightarrow \log_2\left(2\times 3^{x+1}-9^x-5\right)\le 2[/tex]
Para [tex]x\lt 0[/tex]: [tex]0\lt 3^x\lt 1[/tex], así que [tex]\left(3^x-3\right)^2\gt 4[/tex] y el argumento es negativo. Para [tex]x\gt 0[/tex]: [tex]x+\dfrac{1}{x}\ge 2[/tex], con igualdad solo en [tex]x=1[/tex]. Por lo tanto, ambos miembros deben valer [tex]2[/tex], de donde [tex]x=1[/tex].
Comprobación: [tex]\log_2(18-9-5)=\log_2 4=2=1+1\ \checkmark[/tex]

Solución:
Dominio: [tex]x\gt 0; x\ne 1[/tex]. [tex]\log_3 x^2=2\log_3 x; 2\log_x 9=\dfrac{4}{\log_3 x}; 1-2x+x^2=|x-1|^2[/tex]
Caso [tex]|x-1|=1 \Rightarrow x=2[/tex] ([tex]x=0[/tex] no pertenece al dominio); [tex]1=1\ \checkmark[/tex]
Caso [tex]|x-1|\ne 1[/tex]: los exponentes son iguales: [tex]2\log_3 x-\dfrac{4}{\log_3 x}=2[/tex]
[tex]t=\log_3 x:\ t^2-t-2=0 \Rightarrow t=2; t=-1 \Rightarrow x=9; x=\dfrac{1}{3}[/tex]

Solución:
Dominio: [tex]x\gt 1[/tex]. Hacemos el cambio [tex]u=\log_2(x+1); v=\log_2(x-1)[/tex]: [tex]\log_4(x+1)=\dfrac{u}{2}; \log_2\left(x^2-1\right)=u+v[/tex]
Multiplicamos por [tex]6[/tex]: [tex]3(x+4)u-6(x-4)v=16u+16v \iff (3x-4)u-2(3x-4)v=0 \iff (3x-4)(u-2v)=0[/tex]
[tex]x=\dfrac{4}{3}\gt 1\ \checkmark[/tex]
[tex]u=2v \iff x+1=(x-1)^2 \iff x^2-3x=0 \Rightarrow x=3[/tex] ([tex]x=0[/tex] no pertenece al dominio)

Solución:
Dominio: [tex]x\gt 0[/tex].
[tex]x=1:\ 0=0\ \checkmark[/tex]
[tex]x\ne 1[/tex]: Dividimos entre [tex]\log_2 x\times \log_3 x\times \log_5 x[/tex]:
[tex]1=\dfrac{1}{\log_5 x}+\dfrac{1}{\log_3 x}+\dfrac{1}{\log_2 x}=\log_x 5+\log_x 3+\log_x 2=\log_x 30 \Rightarrow x=30[/tex]

Solución:
Dominio: [tex]x\gt 0; x\ne 2; x\ne \dfrac{1}{16}; x\ne \dfrac{1}{4}[/tex]. Hacemos el cambio [tex]t=\log_2 x; t\ne 1; t\ne -4; t\ne -2[/tex]:
[tex]\log_{0{,} 5x}x^2=\dfrac{2t}{t-1}; \log_{16x}x^3=\dfrac{3t}{t+4}; \log_{4x}\sqrt{x}=\dfrac{t}{2(t+2)}[/tex]
[tex]\dfrac{2t}{t-1}-\dfrac{42t}{t+4}+\dfrac{20t}{t+2}=0[/tex]
[tex]t=0 \Rightarrow x=1[/tex]
[tex]t\ne 0:\ \dfrac{1}{t-1}-\dfrac{21}{t+4}+\dfrac{10}{t+2}=0 \iff -10t^2+15t+10=0 \iff 2t^2-3t-2=0[/tex]
[tex]t=2 \Rightarrow x=4; t=-\dfrac{1}{2} \Rightarrow x=2^{-\frac{1}{2}}=\dfrac{\sqrt{2}}{2}[/tex]

Solución:
Dominio: [tex]x\gt 0; y\gt 0[/tex].
[tex]x^{\log_8 y}=8^{\log_8 x\times \log_8 y}=y^{\log_8 x}[/tex]
[tex]2x^{\log_8 y}=4 \Rightarrow x^{\log_8 y}=2 \Rightarrow \log_8 x\times \log_8 y=\dfrac{1}{3}[/tex]
[tex]\log_4\dfrac{x}{y}=1 \Rightarrow x=4y \Rightarrow \log_8 x=\log_8 y+\dfrac{2}{3}[/tex]
[tex]b=\log_8 y:\ b\left(b+\dfrac{2}{3}\right)=\dfrac{1}{3} \iff 3b^2+2b-1=0 \Rightarrow b=\dfrac{1}{3}; b=-1[/tex]
[tex]b=\dfrac{1}{3}:\ y=2; x=8[/tex]; [tex]b=-1:\ y=\dfrac{1}{8}; x=\dfrac{1}{2}[/tex]

Solución:
Dominio: [tex]x\gt 0[/tex]. Hacemos el cambio [tex]t=\log x; x=10^t; x^2=10^{2t}[/tex]; [tex]A=t^2-3; B=2t[/tex]:
[tex]\left(10^A-10^B\right)+10^t(A-B)=0[/tex]
Ambos sumandos tienen el signo de [tex]A-B[/tex], así que la suma es [tex]0[/tex] solo si [tex]A=B[/tex].
[tex]t^2-2t-3=0 \Rightarrow t=3; t=-1 \Rightarrow x=1000; x=\dfrac{1}{10}[/tex]

Solución:
Dominio: [tex]x\gt 0; x\ne 1; x^2+x+a\ne 0[/tex].
[tex]\left(x^2+x+a\right)^2=x^4 \iff x^2+x+a=\pm x^2[/tex]
[tex]x^2+x+a=x^2 \Rightarrow x=-a; a\lt 0; a\ne -1[/tex]
[tex]x^2+x+a=-x^2 \iff 2x^2+x+a=0[/tex]
La suma de sus raíces es [tex]-\dfrac{1}{2}[/tex], así que tiene una raíz positiva solo si [tex]a\lt 0[/tex], y exactamente una: [tex]x_0=\dfrac{-1+\sqrt{1-8a}}{4}[/tex]; [tex]x_0=1[/tex] para [tex]a=-3[/tex]. Para [tex]a\lt 0[/tex] los dos candidatos nunca coinciden. Por lo tanto, para [tex]a\ge 0[/tex] no hay solución, para [tex]a\lt 0; a\ne -1; a\ne -3[/tex] hay dos, y exactamente una para [tex]a=-1[/tex] [tex]\left(x=\dfrac{1}{2}\right)[/tex] y para [tex]a=-3[/tex] [tex](x=3)[/tex].
Respuesta: [tex]a\in\{-3; -1\}[/tex]

Solución:
Dominio: [tex]x\ne 0; \log_2 x^4\ge 0 \iff |x|\ge 1[/tex].
Hacemos el cambio [tex]s=\sqrt{\log_2 x^4}\ge 0; \log_2 x^2=\dfrac{s^2}{2}[/tex]: [tex]s^2-2as-2a+2=0\ \ (*)[/tex]
Cada raíz [tex]s\ge 0[/tex] da exactamente dos valores [tex]x=\pm 2^{\frac{s^2}{4}}[/tex], así que necesitamos dos raíces distintas [tex]s\ge 0[/tex] de [tex](*)[/tex]:
[tex]\dfrac{D}{4}=a^2+2a-2\gt 0; s_1+s_2=2a\gt 0; s_1s_2=2-2a\ge 0 \Rightarrow \sqrt{3}-1\lt a\le 1[/tex]
Respuesta: [tex]a\in\left(\sqrt{3}-1; 1\right][/tex]