次の方程式・不等式を解く問題です。 (1) $\sqrt[3]{9^x} = 3 \sqrt[4]{9^x}$ (2) $9^{x+1} + 80 \cdot 3^{x-1} - 1 = 0$ (3) $2^{2x} - 2^{x+1} - 48 < 0$ (4) $32(\frac{1}{4})^x - 18(\frac{1}{2})^x + 1 \le 0$

代数学指数不等式方程式指数関数対数関数
2025/4/20

1. 問題の内容

次の方程式・不等式を解く問題です。
(1) 9x3=39x4\sqrt[3]{9^x} = 3 \sqrt[4]{9^x}
(2) 9x+1+803x11=09^{x+1} + 80 \cdot 3^{x-1} - 1 = 0
(3) 22x2x+148<02^{2x} - 2^{x+1} - 48 < 0
(4) 32(14)x18(12)x+1032(\frac{1}{4})^x - 18(\frac{1}{2})^x + 1 \le 0

2. 解き方の手順

(1) 9x3=39x4\sqrt[3]{9^x} = 3 \sqrt[4]{9^x}
両辺を指数で表すと、
(9x)13=3(9x)14(9^x)^{\frac{1}{3}} = 3 (9^x)^{\frac{1}{4}}
9x3=39x49^{\frac{x}{3}} = 3 \cdot 9^{\frac{x}{4}}
32x3=332x43^{\frac{2x}{3}} = 3 \cdot 3^{\frac{2x}{4}}
32x3=31+x23^{\frac{2x}{3}} = 3^{1 + \frac{x}{2}}
2x3=1+x2\frac{2x}{3} = 1 + \frac{x}{2}
2x3x2=1\frac{2x}{3} - \frac{x}{2} = 1
4x3x6=1\frac{4x - 3x}{6} = 1
x6=1\frac{x}{6} = 1
x=6x = 6
(2) 9x+1+803x11=09^{x+1} + 80 \cdot 3^{x-1} - 1 = 0
99x+803x31=09 \cdot 9^x + 80 \cdot \frac{3^x}{3} - 1 = 0
9(32)x+8033x1=09 \cdot (3^2)^x + \frac{80}{3} \cdot 3^x - 1 = 0
9(3x)2+8033x1=09 \cdot (3^x)^2 + \frac{80}{3} \cdot 3^x - 1 = 0
3x=t3^x = t とおくと、
9t2+803t1=09t^2 + \frac{80}{3} t - 1 = 0
両辺に3をかけると、
27t2+80t3=027t^2 + 80t - 3 = 0
(27t1)(t+3)=0(27t - 1)(t + 3) = 0
t=127,3t = \frac{1}{27}, -3
3x=127,33^x = \frac{1}{27}, -3
3x>03^x > 0 より 3x=127=333^x = \frac{1}{27} = 3^{-3}
x=3x = -3
(3) 22x2x+148<02^{2x} - 2^{x+1} - 48 < 0
(2x)222x48<0(2^x)^2 - 2 \cdot 2^x - 48 < 0
2x=t2^x = t とおくと、
t22t48<0t^2 - 2t - 48 < 0
(t8)(t+6)<0(t - 8)(t + 6) < 0
6<t<8-6 < t < 8
6<2x<8-6 < 2^x < 8
2x>02^x > 0 なので、 0<2x<80 < 2^x < 8
2x<232^x < 2^3
x<3x < 3
(4) 32(14)x18(12)x+1032(\frac{1}{4})^x - 18(\frac{1}{2})^x + 1 \le 0
32((12)2)x18(12)x+1032((\frac{1}{2})^2)^x - 18(\frac{1}{2})^x + 1 \le 0
32((12)x)218(12)x+1032((\frac{1}{2})^x)^2 - 18(\frac{1}{2})^x + 1 \le 0
(12)x=t(\frac{1}{2})^x = t とおくと、
32t218t+1032t^2 - 18t + 1 \le 0
(4t1)(8t1)0(4t - 1)(8t - 1) \le 0
18t14\frac{1}{8} \le t \le \frac{1}{4}
18(12)x14\frac{1}{8} \le (\frac{1}{2})^x \le \frac{1}{4}
(12)3(12)x(12)2(\frac{1}{2})^3 \le (\frac{1}{2})^x \le (\frac{1}{2})^2
3x23 \ge x \ge 2
2x32 \le x \le 3

3. 最終的な答え

(1) x=6x = 6
(2) x=3x = -3
(3) x<3x < 3
(4) 2x32 \le x \le 3

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