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1º Bachillerato Matemáticas I · Ciencias y Tecnología

Lección 31 · Sentido algebraico

Ecuaciones exponenciales y logarítmicas

1º Bachillerato Matemáticas I · Ciencias y Tecnología

Saberes (Decreto 40/2022): resolución de ecuaciones exponenciales y logarítmicas (sentido algebraico).

Objetivos

  1. Resolver una exponencial con la misma base igualando exponentes.
  2. Usar el cambio y = 2x en una ecuación de segundo grado en 2x.
  3. Resolver un logaritmo cuidando el dominio (argumento > 0) y descartar lo que se salga.

Explicación

Misma base

Si au = av y a > 0, a ≠ 1, entonces u = v. Con base 2, las potencias exactas se reconocen sin calculadora:
23 = 8
20 = 1
22 = 4.

Cambio de variable

Si solo aparece 2x y 22x = (2x)2, se pone y = 2x. Como una potencia de 2 es siempre positiva, se exige y > 0. Se resuelve la cuadrática y se vuelve a la base.

Logaritmo

log2(A) + log2(B) = log2(A·B) solo cuando A > 0 y B > 0. Esa condición se escribe antes de operar. Si al final un candidato la incumple, se descarta aunque haya salido de la ecuación cuadrática.

Glosas de esta lección

2x Exponencial de base 2. Siempre es positiva. 2x+1 = 2·2x.

y = 2x Cambio de variable. 22x pasa a ser y2.

log2 Logaritmo en base 2: log2(2k) = k. El argumento tiene que ser > 0.

Dominio Conjunto de x donde la ecuación está definida, antes de despejar.

Ejemplo 1 · Misma base

2x+1 = 8.

  1. 8 = 23, así que 2x+1 = 23.
  2. x + 1 = 3, x = 2.
  3. Comprueba: 22+1 = 23
    23 = 8.

Ejemplo 2 · Cuadrática en 2x

22x − 5·2x + 4 = 0.

  1. y = 2x > 0. La ecuación queda y2 − 5y + 4 = 0.
  2. (y − 1)(y − 4) = y2 − 5y + 4, porque −1 − 4 = −5 y (−1)·(−4) = 4.
  3. y = 1 o y = 4. Las dos son positivas: no se descarta ninguna por el signo.
  4. 2x = 1
    1 = 20 da x
    20 da x = 0.2x = 4
    4 = 22 da x
    22 da x = 2.
  5. x = 0:
    2⁰ = 1
    2⁰ = 1
    5 · 1 = 5
    1 − 5 = −4
    −4 + 4 = 0
    1 − 5 = −4
    −4 + 4 = 0. x = 2:
    2 · 2 = 4
    4 · 2 = 8
    8 · 2 = 16
    2 · 2 = 4
    5 · 4 = 20
    16 − 20 = −4
    −4 + 4 = 0
    16 − 20 = −4
    −4 + 4 = 0.

Ejemplo 3 · Logaritmo y una solución fuera del dominio

log2(x + 2) + log2(x) = 3.

  1. Dominio: x > 0 y x + 2 > 0. Con x > 0 basta, porque entonces x + 2 > 2 > 0.
  2. log2(x(x + 2)) = 3, así que x(x + 2) = 23 = 8.
  3. x2 + 2x − 8 = 0.(x + 4)(x − 2) = x2 + (4 − 2)x + 4·(−2)
    x2 + (4 − 2)x + 4·(−2) = x2 + 2x − 8.
  4. x = 2 o x = −4. x = −4 no cumple x > 0: se descarta. log2(−2) no existe.
  5. x = 2:
    log2(4) + log2(2) = 2 + 1
    2 + 1 = 3. Solución única.

Error típico

Igualar las bases sin igualar los exponentes (dejar x + 1 = 8), o aceptar x = −4 en el logaritmo porque «salió de la cuadrática».

Corrección: 2x+1 = 23 obliga a x + 1 = 3, no a x + 1 = 8. Y el dominio se mira al principio: x = −4 hace negativo el argumento. Solo x = 2 cumple 2 + 1 = 3.

Práctica

La figura marca y = 1 e y = 4, las dos soluciones del cambio de variable, y la raíz logarítmica que no vale. Escribe las comprobaciones.

y = 1 → x = 0 y = 4 → x = 2 log: x = −4 fuera

Comprueba

Comprueba · 23 = 8

Por qué: x = 2 da el exponente 2 + 1 = 3, y 23 = 8. Se igualan los exponentes porque las dos potencias tienen la misma base, mayor que 0 y distinta de 1: si 2x+1 = 23, entonces x + 1 = 3. No se iguala el exponente con el 8, que es el valor de la potencia, no el exponente. La comprobación cierra el motivo: misma base, mismo exponente, y 23 vuelve a ser 8.

Comprueba · x = 0 y x = 2 en la cuadrática

Por qué: 1 − 5 = −4
−4 + 4 = 0 y 16 − 20 = −4
−4 + 4 = 0. Las dos y son potencias de 2: 20 = 1 y 22 = 4. El cambio y = 2x se hace porque en la ecuación solo aparece 2x y su cuadrado, y una potencia de 2 siempre es positiva, así que y = 1 e y = 4 se aceptan. Cada y vuelve a un exponente: x = 0 y x = 2. Sustituir esas x en la ecuación original es el motivo de la cuenta: confirma que el cambio no ha inventado raíces.

Comprueba · el logaritmo en x = 2

Por qué: log2(4) = 2 y log2(2) = 1; 2 + 1 = 3. x = −4 deja el argumento negativo y no pertenece al dominio.

Cierre

Misma base: se igualan exponentes. Una cuadrática en 2x se baja con y = 2x > 0. En los logaritmos el dominio va primero y puede eliminar una raíz.

Reto

Otra potencia exacta

Resuelve 2x = 32 escribiendo 32 como potencia de 2, y comprueba el resultado. Di por qué y = −1 no podría salir de un cambio y = 2x.

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