Решите неравенство
\[\log_8\left(x^3-3x^2+3x-1\right) \geqslant \log_2\left(x^2-1\right) - 5.\]
Идея решения
Основания \(8\) и \(2\) разные, поэтому сравнивать логарифмы напрямую нельзя. Но \(8 = 2^3\), а под левым логарифмом спрятан полный куб \((x-1)^3\) — и эти две тройки взаимно уничтожатся. Останется обычное линейное неравенство.
Шаг 1. Узнаём куб разности
Коэффициенты \(1,\ -3,\ 3,\ -1\) — это формула куба разности:
\[x^3-3x^2+3x-1 = (x-1)^3.\]
Важно! Этот шаг решает всю задачу. Признак, по которому куб узнают мгновенно: первый и последний члены — точные кубы (\(x^3\) и \(1^3\)), а коэффициенты идут как \(1,\ 3,\ 3,\ 1\) со знаками через один.
Шаг 2. Область допустимых значений
\[\begin{cases}(x-1)^3 > 0,\\ x^2-1 > 0.\end{cases}\]
Куб положителен тогда же, когда и его основание, поэтому первое условие даёт \(x > 1\). Второе: \((x-1)(x+1) > 0\), то есть \(x < -1\) или \(x > 1\).
Пересечение:
\[\text{ОДЗ}:\quad x > 1.\]
Шаг 3. Приводим логарифмы к одному основанию
Переходим от основания \(8 = 2^3\) к основанию \(2\):
\[\log_8(x-1)^3 = \frac{\log_2 (x-1)^3}{\log_2 8} = \frac{3\log_2(x-1)}{3} = \log_2(x-1).\]
Важно! Тройка сверху и тройка снизу сократились только потому, что показатель степени под логарифмом и показатель в основании совпали. Если бы стояло, например, \(\log_8(x-1)^2\), никакого сокращения не было бы.
Шаг 4. Убираем пятёрку
Число \(5\) запишем как логарифм: \(5 = \log_2 32\). Тогда
\[\log_2\left(x^2-1\right) - 5 = \log_2\left(x^2-1\right) - \log_2 32 = \log_2\frac{x^2-1}{32}.\]
Неравенство принимает вид
\[\log_2(x-1) \geqslant \log_2\frac{x^2-1}{32}.\]
Шаг 5. Снимаем логарифмы
Основание \(2 > 1\), функция возрастает, знак сохраняется:
\[x-1 \geqslant \frac{x^2-1}{32} = \frac{(x-1)(x+1)}{32}.\]
На ОДЗ \(x > 1\), значит \(x - 1 > 0\), и на это положительное число можно поделить обе части, ничего не меняя:
\[1 \geqslant \frac{x+1}{32},\qquad x+1 \leqslant 32,\qquad x \leqslant 31.\]
Важно! Делить на \(x-1\) разрешено именно потому, что на ОДЗ этот множитель строго положителен. Если бы знак был неизвестен, пришлось бы переносить всё влево и раскладывать на множители.
Шаг 6. Пересекаем с ОДЗ
\[x \in (1;\ 31].\]
Ответ
\[x \in (1;\ 31].\]
Ответ: \(x \in (1;\ 31]\)