Determinare il dominio di una funzione con equazione logaritmica

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Determinare il dominio di una funzione con equazione logaritmica #33372

avt
Rita
Punto
Salve, avrei bisogno di un aiutino per trovare il dominio di questa funzione.

Calcolare il dominio della funzione

f(x) = √((log_a(x^2+2x)-log_a(x^2+3x-4))/(a^(x^2+3x-1)-a^(x^2+2)))

al variare del parametro reale positivo e diverso da 1 a.

In teoria, credo che dovrei mettere a sistema gli argomenti dei logaritmi, ho provato a svolgerla ma finisco in un abisso senza uscita!

Grazie a chi mi aiuterà.
 
 

Re: Determinare il dominio di una funzione con equazione logaritmica #33378

avt
Danni
Sfera
Ciao Rita,

seguiamo le indicazioni della lezione sul dominio.

Il nostro compito consiste nel determinare l'insieme di definizione della funzione con parametro a

f(x) = √((log_a(x^2+2x)-log_a(x^2+3x-4))/(a^(x^2+3x-1)-a^(x^2+2)))

Proprio perché siamo in presenza di una radice con indice pari dobbiamo richiedere che il suo radicando sia maggiore o al più uguale a zero: ciò si traduce nella disequazione fratta con parametro

(log_a(x^2+2x)-log_a(x^2+3x-4))/(a^(x^2+3x-1)-a^(x^2+2)) ≥ 0

In accordo alla teoria delle disequazioni esponenziali e quelle logaritmiche, dobbiamo distinguere due casi: analizziamo la disequazione per a > 1 e 0 < a < 1.

Il perché di questa distinzione è presto detto: le disequazioni con esponenziali e logaritmi si risolvono in modo differente a seconda dei valori che le basi assumono.

Cominciamo con il caso a > 1 e studiamo la disequazione

(log_a(x^2+2x)-log_a(x^2+3x-4))/(a^(x^2+3x-1)-a^(x^2+2)) ≥ 0

analizzando separatamente il segno del numeratore e quello del denominatore.

Lo studio del segno del denominatore conduce alla disequazione logaritmica

N ≥ 0 → log_a(x^2+2x)-log_a(x^2+3x-4) ≥ 0

che possiamo riscrivere come

log_(a)(x^2+2x) ≥ log_(a)(x^2+3x-4)

Poiché a > 1, essa è equivalente al sistema di disequazioni

x^2+2x > 0 ; x^2+3x-4 > 0 ; x^2+2x ≥ x^2+3x-4

dove la prima e la seconda disequazione rappresentano le condizioni di esistenza dei due logaritmi, mentre l'ultima scaturisce dal confronto degli loro argomenti.

Affrontiamo singolarmente le condizioni, partendo dalla disequazione di secondo grado

x^2+2x > 0 → x < -2 ∨ x > 0

e continuando con

x^2+3x-4 > 0 → x < -4 ∨ x > 1

Per quanto concerne la disequazione

x^2+2x ≥ x^2+3x-4

scriviamola prima di tutto in forma normale, sommando tra loro i termini simili ricavando così la disequazione

4-x ≥ 0 → x ≤ 4

Con le informazioni a nostra disposizione, possiamo scrivere il sistema equivalente a quello dato

x < -2 ∨ x > 0 ; x < -4 ∨ x > 1 ; x ≤ 4

la cui soluzione individua l'insieme su cui il numeratore è non negativo

x < -4 ∨ 1 < x ≤ 4

mentre è negativo nell'insieme x > 4.

Studiamo il segno del denominatore sempre per a > 1, impostando la disequazione esponenziale

a^(x^2+3x-1)-a^(x^2+2) > 0

Nota: non abbiamo inserito il simbolo di uguaglianza giacché il denominatore non può annullarsi.

Scriviamo in forma normale isolando un'esponenziale al primo membro

a^(x^2+3x-1) > a^(x^2+2)

e, poiché a > 1, possiamo tralasciare la base e confrontare gli esponenti senza invertire il verso.

x^2+3x-1 > x^2+2 → 3x > 3 → x > 1

Una volta rappresentati i segni su un'opportuna tabella, scopriamo che per a > 1 la disequazione

(log_a(x^2+2x)-log_a(x^2+3x-4))/(a^(x^2+3x-1)-a^(x^2+2)) ≥ 0

ha per soluzioni

1 < x ≤ 4

e rappresenta il dominio della funzione, vale a dire:

Dom(f) = (1,4]

Il caso a > 1 è completo.

Per 0 < a < 1 le disequazioni che abbiamo analizzato cambiano verso: più precisamente

 log_a(x^2+2x)-log_a(x^2+3x-4) ≥ 0 → ; → log_(a)(x^2+2x) ≥ log_a(x^2+3x-4)

è equivalente al sistema

x^2+2x > 0 ; x^2+3x-4 > 0 ; x^2+2x ≤ x^2+3x-4

Attenzione al verso dell'ultima relazione, in accordo con la teoria delle disequazioni logaritmiche siamo stati costretti a invertirlo proprio perché la base del logaritmo è compresa tra 0 e 1.

Analizzando le disequazioni, scopriamo che il sistema ammette come soluzioni x ≥ 4, insieme nel quale il numeratore è positivo o nullo.

Per quanto concerne il denominatore, la disequazione

a^(x^2+3x-1)-a^(x^2+2) > 0

diventa

a^(x^2+3x-1) > a^(x^2+2)

La base a è per ipotesi compresa tra 0 e 1, ecco perché quando la semplifichiamo dobbiamo ricordarci di cambiare verso

x^2+3x-1 < x^2+2 → 3x < 3 → x < 1

Il denominatore è positivo per x < 1.

Una volta costruita la tabella dei segni, in cui riportiamo il segno del numeratore e quello del denominatore, scopriamo che la disequazione è soddisfatta se 1 < x ≤ 4. Possiamo, pertanto, concludere che il dominio della funzione è

Dom(f) = (1,4]

anche nel caso 0 < a < 1.
Ringraziano: Omega, Pi Greco, Ifrit
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