Давайте решим уравнение ( 2^{1+x} + 2^{1-x} = 5 ) и найдем его корни на отрезке ([-3;0]).
Шаг 1: Перепишем уравнение
Мы можем начать с того, чтобы упростить выражение:
[ 2^{1+x} = 2 \cdot 2^x ]
[ 2^{1-x} = 2 \cdot 2^{-x} ]
Теперь подставим это в уравнение:
[ 2 \cdot 2^x + 2 \cdot 2^{-x} = 5 ]
Шаг 2: Упростим уравнение
Вынесем 2 за скобки:
[ 2(2^x + 2^{-x}) = 5 ]
Теперь разделим обе стороны на 2:
[ 2^x + 2^{-x} = \frac{5}{2} ]
Шаг 3: Введение новой переменной
Обозначим ( y = 2^x ). Тогда ( 2^{-x} = \frac{1}{y} ). Подставим это:
[ y + \frac{1}{y} = \frac{5}{2} ]
Шаг 4: Умножим на ( y )
Умножим обе стороны на ( y ) (предполагаем, что ( y > 0 )):
[ y^2 + 1 = \frac{5}{2}y ]
Шаг 5: Приведем к квадратному уравнению
Перепишем уравнение:
[ 2y^2 - 5y + 2 = 0 ]
Шаг 6: Решим квадратное уравнение
Теперь найдем корни с помощью дискриминанта:
[ D = b^2 - 4ac = (-5)^2 - 4 \cdot 2 \cdot 2 = 25 - 16 = 9 ]
Теперь считаем корни:
[ y_1 = \frac{-b + \sqrt{D}}{2a} = \frac{5 + 3}{4} = \frac{8}{4} = 2 ]
[ y_2 = \frac{-b - \sqrt{D}}{2a} = \frac{5 - 3}{4} = \frac{2}{4} = \frac{1}{2} ]
Шаг 7: Подставим обратно ( y )
Теперь вспомним, что ( y = 2^x ):
Для ( y_1 = 2 ):
[ 2^x = 2 ]
[ x = 1 ]
Для ( y_2 = \frac{1}{2} ):
[ 2^x = \frac{1}{2} ]
[ x = -1 ]
Шаг 8: Найдем корни на отрезке ([-3;0])
Теперь проверим, какие из найденных корней принадлежат отрезку ([-3;0]).
- Корень ( x = 1 ) не принадлежит этому отрезку.
- Корень ( x = -1 ) принадлежит отрезку ([-3;0]).
Ответ
Корень уравнения ( 2^{1+x} + 2^{1-x} = 5 ), который принадлежит отрезку ([-3;0]), равен ( x = -1 ).