冷启动:两个条件,一个管对数、一个管幂
题给两个数 a>b>1,压了两句话:
logab+logba=25,ab=ba.
第一句里两个对数互为倒数(logab=logba1),所以它其实只含一个未知量;
第二句是个幂等式,看上去和对数不搭界,但两边取一次对数就也变成了 logba 的话。
换句话说,两句话讲的是同一个量,先把这个量算出来,再回到 a、b 本身。
a>b>1 这句不是背景板:它一会儿要用来在两个根里挑一个,也用来堵住
「ab=ba 所以 a=b」这条走不通的近路。

解法一:换元 t=logba,第一式变成 t+t1=25
第一步:认出两个对数互为倒数,换成一个字母
换底公式的推论给出
logab=logbalogbb=logba1.
于是令
t=logba,
第一个条件就成了
t1+t=25.
换元的同时把范围也换过去:b>1 说明以 b 为底的对数是增的,而 a>b,所以
t=logba>logbb=1.
这个 t>1 待会儿要用,别丢。
第二步:解出 t,用 t>1 取舍
两边乘 2t(t>1>0,不会丢根也不会变号):
2t2−5t+2=0 ⟹ (2t−1)(t−2)=0 ⟹ t=21 或 t=2.
两个根互为倒数——这是 t1+t 这种式子的必然:t 与 t1 代进去结果一样。
正因为如此,方程本身分不出哪个是 logba、哪个是 logab,只能靠范围来分。
t>1 把 21 挡在门外,所以
t=logba=2 ⟹ a=b2.
第三步:把 a=b2 塞进第二个条件
ab=ba ⟹ (b2)b=ba ⟹ b2b=ba.
(这里用的是幂的乘方:(b2)b=b2⋅b。)
底数 b>1,所以 y=bx 是严格增的,一个值只对应一个指数,因此两边指数必须相等:
2b=a.
第四步:两个关系一起解,再回头验
现在 a 有两个表达式:a=b2 与 a=2b。它们相等:
b2=2b ⟹ b(b−2)=0 ⟹ b=0 或 b=2.
b>1,故 b=2,进而 a=b2=4。
回验(三个条件一条不落):
- a>b>1:4>2>1,成立;
- log42+log24=21+2=25,成立;
- 42=16,24=16,ab=ba 成立。
a=4,b=2
解法二:先把 ab=ba 化成 logba=ba,第一式成齐次二次式
这条路把两个条件的使用顺序倒过来:先拿幂等式榨出一个比例关系,再代进对数那一句,
于是全程只和 a、b 本身打交道,不引进新字母。
第一步:幂等式两边取对数,得到 logba=ba
a>1、b>1,两边取以 b 为底的对数(b>1,取对数是等价变形):
logb(ab)=logb(ba).
左边由「幂的对数等于指数乘对数」得 blogba,右边是 alogbb=a,所以
blogba=a ⟹ logba=ba.
顺带也就有
logab=logba1=ab.
这一步已经堵死了「a=b」:若 a=b,则 logba=1,代回第一个条件得
1+1=2=25。所以 ab=ba 绝不意味着两数相等。
第二步:代进第一个条件,得到关于 a,b 的齐次二次方程
logab+logba=ab+ba=25.
两边乘 2ab>0:
2b2+2a2=5ab ⟹ 2a2−5ab+2b2=0.
左边关于 a、b 是齐次的(每一项都是二次),所以能像一元二次那样分解:
2a2−5ab+2b2=(2a−b)(a−2b)=0.
于是 b=2a 或 a=2b。前者给 b>a,与 a>b 矛盾,舍去;故
a=2b.
第三步:把比例送回第一步的结论
第一步已经有 logba=ba,而现在 ba=2,所以
logba=2 ⟹ a=b2.
再与 a=2b 联立:
b2=2b ⟹ b=2 (已排除 b=0),a=2b=4.
回验:4>2>1;log42+log24=21+2=25;42=24=16。三条都对。
a=4,b=2
两条路的分工
| 解法一 | 解法二 |
|---|
| 先用哪个条件 | 对数那句 | 幂那句 |
| 引进的新量 | t=logba | 不引进,直接用比 ba |
| 取舍靠什么 | t>1 砍掉 t=21 | a>b 砍掉因式 2a−b |
| 收尾 | a=b2 与 a=2b 撞出 b=2 | 同上 |
两条路最后都落到同一对关系 a=b2 与 a=2b 上——这不是巧合:题目给的就是两个独立条件,
一个条件定一个关系,谁先谁后不影响交点。