Marta

1 junio 2019

Temas

 

Una ecuación exponencial es aquella ecuación en la que la incógnita aparece en el exponente.

Para resolver una ecuación exponencial vamos a tener en cuenta:

 

Las propiedades de las potencias

 

  • a> 0
  • a\neq 0
  • a^{0}=1
  • a^{1}=a
  • a^{-n}=\cfrac{1}{a^{n}}
  • a^{m}\cdot a^{n}=a^{m+n}
  • a^{m}\div a^{n}=a^{m-n}
  • (a^{m})^{n}=a^{m\cdot n}
  • a^{n}\cdot b^{n}=(a\cdot b)^{n}
  • a^{n}\div b^{n}=(a\div b)^{n}
  • si a^{n}=a^{m} entonces m=n 

 

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Resolución de ecuaciones exponenciales

 

Caso 1:Ambos miembros pueden expresarse en la misma base

 

Realizar las operaciones necesarias para que en los miembros tengamos la misma base, de modo que podemos igualar los exponentes.

 

Ejemplos

 

1 \sqrt[3]{8^{x}}=65536

 

Reescribimos el lado derecho como 8^{\frac{x}{3}} y descomponemos el número 65536=2^{16}

 

8^{\frac{x}{3}}=2^{16}

 

Como 8=2^{3}, entonces:

 

(2^{3})^{\frac{x}{3}}=2^{16}

 

2^{x}=2^{16}

 

Igualamos las potencias

 

x=16

 

2 \sqrt[2x-1]{3^{x-3}}=\sqrt{27}

 

Trasformamos las raíces en potencias de exponente fraccionario e igualamos los exponentes

 

3^{\cfrac{x-3}{2x-1}}=3^{\cfrac{3}{2}}

 

\cfrac{x-3}{2x-1}=\cfrac{3}{2}

 

Resolvemos la ecuación resultante:

 

x=-\cfrac{3}{4}

 

3 2^{x+1}+2^{x}+2^{x-1}=28

 

Extraemos factor común 2^{x}

 

2^{x}(2+1+2^{-1})=28

 

Aplicamos la ley de potencia negativa y resolvemos las operaciones y despejamos 2^{x}

 

2^{x}\left (3+\cfrac{1}{2} \right )=28

 

2^{x}\left (\cfrac{7}{2} \right )=28

 

2^{x}=8

 

Reescribimos la ecuación con la misma base e igualamos los exponentes

 

2^{x}=2^{3}

 

x=3

 

Caso 2: La suma de los términos de una progresión geométrica

 

Si tenemos la suma de los n términos de una progresión geométrica, aplicamos la fórmula:

 

S_{n}=\cfrac{a_{n}\cdot r-a_{1}}{r-1}

 

Ejemplo

 

1+2+4+8+...+2^{x}=1023

 

Aplicando la fórmula de la suma de los términos de una progresión geométrica:

 

1023=\cfrac{2^{x}\cdot 2-1}{2-1}

 

Despejamos 2^{x} y expresamos ambos miembros con la misma base

 

512=2^{x}

 

2^{9}=2^{x}

 

x=9

Caso 3: Cambio de variable

 

Cuando tenemos una ecuación más compleja podemos recurrir a un cambio de variable.

 

Ejemplos

 

1 2^{2x+1}-3\cdot 2^{x}+1=0

 

En primer lugar aplicamos las propiedad del producto de potencias para quitar la suma del exponente.

 

2^{2x}\cdot 2-3\cdot 2^{x}+1=0

 

Aplicamos la propiedad de potencia de otra potencia

 

(2^{x})^{2}\cdot 2-3\cdot 2^{x}+1=0

 

Realizamos el cambio de variable t=2^{x}

 

2t^{2}-3t+1=0

 

Factorizando la ecuación y resolviendo

 

(2t-1)(t-1)=0

t_{1}=\cfrac{1}{2}\; \; \; \; \; t_{2}=1

 

Deshacemos el cambio de variable

 

\frac{1}{2}=2^{x}\; \; \; \Rightarrow \; \; \; x_{1}=-1

1=2^{x}\; \; \; \Rightarrow \; \; \; x_{2}=0

 

 

2 2-3^{-x}+3^{x+1}=0

 

Aplicamos las propiedades de las potencias del producto o el cociente, para quitar las sumas o restas de los exponentes

 

2-\cfrac{1}{3^{x}}+3^{x}\cdot 3=0

 

Hacemos el cambio de variable t=3^{x}

 

2-\cfrac{1}{t}+3t=0

 

Multiplicamos ambos miembros por t

 

2t-1+3t^{2}=0

 

Factorizamos y resolvemos la ecuación

 

(3t-1)(t+1)=0

t_{1}=\cfrac{1}{3}\; \; \; \; \; t_{2}=-1

 

Deshacemos el cambio de variable

 

\cfrac{1}{3}=3^{x}\; \; \; \Rightarrow \; \; \; x=-1

-1=3^{x}

 

De la segunda ecuación no se obtiene solución

 

3 4^{3x}=8^{x}+3

 

Descomponemos en factores 4=2^{2} y 8=2^{3}

 

(2^{2})^{3x}=2^{3x}+3

 

Realizamos el cambio de variable

 

2^{3x}=t

t^{2}-t-3=0

 

t=\cfrac{1\pm \sqrt{13}}{2}

 

Deshacemos el cambio de variable solo con la solución positiva.

 

2^{3x}=\cfrac{1+\sqrt{13}}{2}

 

Como no podemos igualar exponentes tomamos logaritmos en los dos miembros y en el primer miembro aplicamos la propiedad:

 

\log _{a}(x^{n})=n\log _{a}x

 

\log 2^{3x}=\log \cfrac{1+\sqrt{13}}{2}

3x\log 2=\log \cfrac{1+\sqrt{13}}{2}

 

Despejamos la x

 

x=\cfrac{\log \cfrac{1+\sqrt{13}}{2}}{3\log 2}=0,441

 

Para la otra solución de signo negativo no tendríamos solución porque al aplicar logaritmos en el segundo miembro nos encontraríamos con el logaritmo de un número negativo, que no existe.

 

Caso 4: No se pueden expresar ambos miembros con la misma base

 

Para despejar una incógnita que está en el exponente de una potencia, se toman logaritmos cuya base es la base de la potencia.

 

a^{x}=b

 

\log_{a}a^{x}=\log_{a}b\; \; \; \; \; x\log_{a}a=\log_{a}b\; \; \; \; \; x=\log_{a}b

 

Ejemplo

 

1 10^{x+2}=5

 

Tomamos logaritmos en los dos miembros

 

\log 10^{x+2}=\log 5

 

Aplicamos la propiedad del logaritmo de una potencia

 

(x+2)\log 10=\log 5

 

Como \log10=1

 

x+2=\log 5

 

Despejamos x

 

x=\log5 -2 = -1,3010

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Marta

➗ Licenciada en Químicas da clase de Matemáticas, Física y Química -> Comparto aquí mi pasión por las matemáticas ➗