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Teoria

Equazioni e disequazioni esponenziali

La funzione a^x con le sue proprietà, e i metodi per risolvere equazioni e disequazioni in cui l'incognita compare all'esponente.

In questa pagina
  1. La funzione esponenziale
  2. Le regole delle potenze
  3. Equazioni con la stessa base
  4. Equazioni risolte con il logaritmo
  5. Equazioni con sostituzione
  6. Disequazioni esponenziali
  7. Disequazioni con sostituzione

La funzione esponenziale

Funzione esponenziale

Per , , la funzione esponenziale di base associa a ogni il numero . Proprietà:

  • per ogni : il grafico sta sopra l’asse e la retta è asintoto orizzontale;
  • , quindi il grafico passa per il punto qualunque sia la base;
  • la funzione è iniettiva: esponenti diversi danno potenze diverse;
  • per la funzione è strettamente crescente; per è strettamente decrescente.

Su iniettività e monotonia si fondano tutti i metodi risolutivi di questo capitolo: l’iniettività giustifica il passaggio dalle potenze agli esponenti nelle equazioni, la monotonia governa il verso nelle disequazioni.

I due grafici di base

Per la funzione cresce; per decresce, poiché .

x y -3-2-112312345678 O
y = 2^x: base maggiore di 1, funzione crescente
x y -3-2-112312345678 O
y = (1/2)^x: base tra 0 e 1, funzione decrescente

Le regole delle potenze

Regole delle potenze

Per e :

Servono a riscrivere i due membri di un’equazione o di una disequazione come potenze della stessa base. Per esempio e .

Equazioni con la stessa base

Uguaglianza di potenze con la stessa base

Per , :

Se le due potenze coincidono; viceversa, poiché la funzione esponenziale è iniettiva, da segue . L’equazione sugli esponenti è un’equazione algebrica e si risolve con i metodi ordinari.

Esempio

Il numero è stato riscritto come potenza di , quindi l’uguaglianza delle potenze equivale all’uguaglianza degli esponenti.

Equazioni risolte con il logaritmo

Equazione con basi diverse

Per , e :

Il logaritmo è per definizione l’esponente da dare ad per ottenere , perciò e l’equazione si riscrive , equivalente ad per l’uguaglianza di potenze con la stessa base. Il metodo si usa quando non è una potenza di con esponente razionale riconoscibile.

Esempio

Nel secondo caso il logaritmo dà il valore dell’intero esponente , quindi la soluzione si ottiene risolvendo l’equazione di primo grado .

Attenzione

L’equazione con non ha soluzioni, perché per ogni . Per esempio e non hanno soluzioni: una potenza di base positiva non è mai negativa né nulla.

Equazioni con sostituzione

Metodo di sostituzione

Se nell’equazione compaiono e , la sostituzione la trasforma in un’equazione algebrica in . Poiché per ogni , la nuova incognita è soggetta alla condizione , quindi le eventuali soluzioni con vanno scartate. Per ogni valore accettabile di , l’equazione si risolve con l’uguaglianza di potenze con la stessa base oppure con il logaritmo.

Esempio

Poiché , con la sostituzione , , l’equazione diventa , con soluzioni e , entrambe positive e quindi accettabili. Da segue ; da segue .

Disequazioni esponenziali

Disequazioni con la stessa base

Per , :

  • se , allora : il verso si mantiene, perché la funzione esponenziale di base è strettamente crescente;
  • se , allora : il verso si rovescia, perché la funzione è strettamente decrescente.

Le stesse regole valgono con i simboli , , . Una disequazione del tipo con si riconduce a questa forma scrivendo come potenza di , eventualmente con il logaritmo: .

Base maggiore di 1

La base è maggiore di , quindi il verso si mantiene nel passaggio agli esponenti.

Base tra 0 e 1

Poiché e la base è compresa tra e , nel passaggio agli esponenti il verso si rovescia.

Disequazioni con sostituzione

Osservazione

In una disequazione la sostituzione si usa come nelle equazioni, con la stessa condizione : l’insieme delle soluzioni della disequazione in va intersecato con prima di tornare alla variabile . Ogni condizione ottenuta su si traduce poi in una disequazione esponenziale con la stessa base.

Esempio

Con , , la disequazione è soddisfatta per oppure ; l’intersezione con dà oppure . Da segue , poiché la base è maggiore di ; da segue . Le soluzioni sono oppure .

Esercizi svolti su questo argomento

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