การแก้สมการเอกซ์โพเนนเชียล, การแก้สมการเลขยกกำลัง

(solving exponential equality)

ม. ปลาย / คณิตศาสตร์ / เอกซ์โพเนนเชียลและลอการิทึม

การแก้สมการเอกซ์โพเนนเชียล

สมการเอกซ์โพเนนเชียลจะมีหลักการแก้ที่สำคัญดังนี้

1. ทำฐานให้เท่ากัน

หลักการคือเมื่อทำฐานทั้งสองข้างได้เท่ากันแล้ว จะได้ว่าเลขชี้กำลังของทั้งสองข้างต้องเท่ากันด้วย

ตัวอย่างการแก้สมการเอกซ์โพเนนเชียลโดยการทำฐานให้เท่ากัน

$2^x = 16$

ทำฐานทั้งสองข้างให้เท่ากัน นั่นคือฐาน $2$ ดังนี้

$\begin{eqnarray*} 2^x &=& 16\\ 2^x &=& 2^4 \end{eqnarray*}$

เมื่อฐานทั้งสองข้างเท่ากัน แสดงว่าเลขชี้กำลังต้องเท่ากันด้วย จะได้

$\begin{eqnarray*} x &=& 4 \end{eqnarray*}$

$x = 4$

$\displaystyle 3^x = \frac{1}{27}$

ทำให้เป็นฐาน $3$ เท่ากัน

$\begin{eqnarray*} 3^x &=& \frac{1}{27}\\ 3^x &=& \frac{1}{3^3}\\ 3^x &=& 3^{-3} \end{eqnarray*}$

จะได้ว่า

$x = -3$

$8 (2^{9x}) = 64^{x+3}$

ทำฐานให้เป็น $2$ เหมือนกัน

$\begin{eqnarray*} 8 (2^{9x}) &=& 64^{x+3}\\ 2^3 \cdot 2^{9x} &=& (2^6)^{x+3}\\ 2^{3 + 9x} &=& 2^{6(x+3)} \end{eqnarray*}$

จะได้ว่า

$\begin{eqnarray*} 3 + 9x &=& 6(x+3)\\ 3 + 9x &=& 6x + 18\\ 3x &=& 15\\ x &=& 5 \end{eqnarray*}$

$x = 5$

ข้อนี้อาจทำให้ฐานเป็น $8$ ก็ได้เช่นกัน คือเปลี่ยน

$2^{9x} = (2^3)^{3x} = 8^{3x}$ และ

$64^{x+3} = (8^2)^{x+3}$

2. ทำเลขชี้กำลังให้เท่ากัน

เมื่อเลขชี้กำลังทั้งสองข้างเท่ากัน แต่ฐานกลับไม่เท่ากัน เช่น

$a^x = b^x$ จะได้ว่าเป็นจริงเพียงกรณีเดียวคือ

$x = 0$ เพราะ

$a^0 = 1 = b^0$

ตัวอย่างการแก้สมการเอกซ์โพเนนเชียลโดยการทำเลขชี้กำลังให้เท่ากัน

$3^{x-5} = 7^{10 - 2x}$

จะเห็นว่า ฐานเป็นจำนวนเฉพาะไม่สามารถจัดรูปได้แล้ว จึงจัดเลขชี้กำลัง

$\begin{eqnarray*} 3^{x-5} &=& 7^{10 - 2x}\\ 3^{x-5} &=& 7^{-2(x - 5)}\\ 3^{x-5} &=& (7^{-2})^{x-5}\\ 3^{x-5} &=& \left( \frac{1}{49} \right)^{x-5} \end{eqnarray*}$

ดังนั้น

$\begin{eqnarray*} x - 5 &=& 0\\ x &=& 5 \end{eqnarray*}$

$x = 5$

3. จัดให้อยู่ในรูปสมการพหุนามกำลังสอง

เราจะทำให้อยู่ในรูปสมการพหุนามกำลังสอง เพื่อแยกตัวประกอบหรือใช้สูตร $\displaystyle x = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}$

ตัวอย่างการแก้สมการเอกซ์โพเนนเชียลโดยการทำให้อยู่ในรูปสมการพหุนามกำลังสอง

$2^{2x} + 4 \cdot 2^x - 5 = 0$

จะเห็นว่า $2^{2x}$ สามารถจัดให้อยู๋ในรูป $(2^x)^2$ ได้ ดังนั้น

$\begin{eqnarray*} (2^x)^2 + 4 \cdot 2^x - 5 &=& 0\\ (2^x + 5) (2^x - 1) &=& 0\\ 2^x &=& -5 , 1 \end{eqnarray*}$

แต่ $2^x$ ติดลบไม่ได้ ดังนั้น

$\begin{eqnarray*} 2^x &=& 1\\ x &=& 0 \end{eqnarray*}$

$x = 0$

เทคนิคการแยกตัวประกอบคือถ้าใครไม่ถนัดแยกในรูป $2^x$ ก็สามารถกำหนดสัญลักษณ์ เช่นให้ $2^x = A$ จะได้สมการ

$A^2 + 4 A - 5 = 0$

ซึ่งสามารถแยกตัวประกอบได้ง่ายกว่า แต่ข้อควรระวังคือเมื่อแก้หา $A$ ได้แล้ว ยังไม่ใช่คำตอบ ต้องแทนค่า $A$ ด้วย $2^x$ กลับไป แล้วหา $x$ อีกครั้ง

$3^{2x+3} - 55 = 28 (3^x - 2)$

ข้อนี้เราเห็นว่ามี $3^{2x}$ และ $3^x$ อยู่ จึงจัดรูปโดยการแยกเลขชี้กำลังดังนี้

$\begin{eqnarray*} 3^{2x} \cdot 3^3 - 55 &=& 28 \cdot 3^x - 56\\ 27 \cdot (3^x)^2 - 28 \cdot 3^x + 1 &=& 0\\ (27 \cdot 3^x -1)(3^x - 1) &=& 0\\ 3^x &=& \frac{1}{27} , 1 \end{eqnarray*}$

จาก $\displaystyle 3^x = \frac{1}{27}$ จะได้

$\begin{eqnarray*} 3^x &=& \frac{1}{3^3}\\ 3^x &=& 3^{-3}\\ x &=& -3 \end{eqnarray*}$

จาก $3^x = 1$ จะได้

$\begin{eqnarray*} x &=& 0 \end{eqnarray*}$

$x = -3$ หรือ $x = 0$

4. ใช้การ take log

จะใช้วิธีนี้เมื่อไม่สามารถจัดทั้งฐานและเลขชี้กำลังให้เท่ากันได้เลย แต่วิธีนี้จำเป็นต้องรู้ค่า $\log$ ด้วย

ตัวอย่างการแก้สมการเอกซ์โพเนนเชียลโดยการ take log

$3^x = 7^{x+2}$

จะเห็นว่า เราไม่สามารถจัดฐานให้เท่ากันได้ และไม่สามารถจัดเลขชี้กำลังให้เท่ากันได้เช่นกัน

จึงทำการ take log ทั้งสองข้าง เพื่อให้ $x$ ลงมาอยู่ด้านล่าง

$\begin{eqnarray*} \log 3^x &=& \log 7^{x+2}\\ x \log 3 &=& (x+2) \log 7\\ (\log 3)x &=& (\log 7) x + 2 \log 7\\ -2 \log 7 &=& (\log 7 - \log 3) x \end{eqnarray*}$

แทนค่า $\log 3 = 0.4771$ และ $\log 7 = 0.8451$

$\begin{eqnarray*} -2 (0.8451) &=& (0.8451 - 0.4771) x\\ -1.6902 &=& 0.3680 x\\ -4.5929 &=& x \end{eqnarray*}$

$x = -4.5929$

ค่า $\log$ เราหาได้จากการเปิดตารางลอการิทึม หรือการใช้เครื่องคำนวณเช่นเครื่องคิดเลขวิทยาศาสตร์ เป็นต้น

ในกรณีของการสอบ ถ้าต้องใช้โจทย์จะกำหนดมาให้ หรือไม่ก็ให้เราตอบในรูปติด $\log$

คำคล้าย : การแก้สมการเอกซ์โพเนนเชียล, การแก้สมการเลขยกกำลัง

Under Growing

"คลังความรู้" กำลังอยู่ในระหว่างการพัฒนา พี่ๆ กำลังทยอยเพิ่มบทความและปรับปรุงรูปแบบให้อ่านง่าย ใช้ทบทวนความรู้ได้จริง รีเควสหัวข้อ หรือมีข้อเสนอแนะ ทวีตมาคุยกับพี่ๆ ได้เลยจ้า

@Opendurian

คอร์สแนะนำ

หนังสือแนะนำ