用相同底数解指数方程,就是把两边都写成同一个数的幂,然后让指数相等。这样,指数里含 x 的方程就变成普通的一次(或二次)方程。
它是代数方程与不等式中的技能之一,完整的对数解法则在指数与对数推理中学习。
指数律在这里起什么作用?
这里主要用到两条指数律。(a^m)^n = a^(mn),让你把 4^x 改写成 (2²)^x = 2^(2x)。还有 a^m × a^n = a^(m+n),让你把 2^x × 2^3 这样的乘积合并成 2^(x+3)。
关键事实是:两边底数相同时,指数必须相等。所以 2^(2x) = 2^(3x − 3) 就表示 2x = 3x − 3。
方法步骤
- 选一个共同底数,通常是两边都能作为其幂的最小底数(2、3、5 等)。
- 把每一边改写成该底数的单一幂,用指数律处理。
- 让指数相等,去掉底数。
- 解得到的方程。
- 检验:代回原方程。
例题详解
解 4^x = 8^(x − 1)。
第一步,选底数 2: 4 = 2²,8 = 2³。
第二步,改写: (2²)^x = (2³)^(x − 1),所以 2^(2x) = 2^(3(x − 1)) = 2^(3x − 3)。
第三步,让指数相等: 2x = 3x − 3。
第四步,求解: −x = −3,所以 x = 3。
检验: 4³ = 64,8² = 64,两边相等。
答案: x = 3。
要留意的错误
常见的失误是把不同的底数当成可以直接比较。
错误步骤: 4^x = 8^(x − 1),所以 4x = 8(x − 1)
学生把每个指数乘上自己的底数,得到 x = 2,检验失败:4² = 16,但 8^1 = 8。
指数和底数是两回事。必须先通过指数律把底数变成相同的,两边才能比较指数。
代入检验能立刻抓到这种错误。
自我检测
先自己做,再打开答案核对。
1. 解 3^(2x − 1) = 27。
查看答案
27 = 3³,所以 2x − 1 = 3,得 x = 2。检验:3^(4 − 1) = 3³ = 27。
x = 2
2. 解 9^x = 27^(x − 2)。
查看答案
底数取 3:(3²)^x = (3³)^(x − 2),所以 2x = 3(x − 2) = 3x − 6,得 x = 6。
检验:9^6 = 3^12,27^4 = 3^12。
x = 6
3. 解 2^(x + 3) = 1/16。
查看答案
1/16 = 2^(−4),所以 x + 3 = −4,得 x = −7。检验:2^(−4) = 1/16。
x = −7
下一步
如果出现的是几项的乘积,而不是单一的幂,因式分解之后,同样的改写方法依然适用。接着学习在处理分式之前先写出限制条件,再试试综合练习题组。无计算器运算训练适合在不用计算器的情况下练习精确的指数检验。
如果指数律单独看时很扎实,放进较长的题目里却乱了阵脚,我们的老师可以在附加数学线上一对一补习中逐步找出问题所在。