Ecuaciones exponenciales

Una ecuación exponencial es aquella en la que la incógnita aparece en el exponente de una potencia. Por ejemplo:

$$ 2^{x+1} = 16, \qquad 3^{2x} - 4 \cdot 3^x + 3 = 0 $$

Para resolverlas necesitamos dominar las propiedades de las potencias.

Propiedades de las potencias

PropiedadFórmula
Producto de potencias$a^m \cdot a^n = a^{m+n}$
Cociente de potencias$a^m : a^n = a^{m-n}$
Potencia de una potencia$(a^m)^n = a^{m \cdot n}$
Exponente negativo$a^{-n} = \frac{1}{a^n}$
Exponente cero$a^0 = 1$ (con $a \neq 0$)
Raíz como potencia$\sqrt[n]{a} = a^{1/n}$

Método 1: Igualar las bases

Si conseguimos escribir los dos miembros como potencias de la misma base, aplicamos que la función exponencial es inyectiva:

$$ a^{f(x)} = a^{g(x)} \Rightarrow f(x) = g(x) \qquad (a > 0, \, a \neq 1) $$
resuelto: $2^{x+1} = 16$

1. Escribimos 16 como potencia de 2: $16 = 2^4$. 2. La ecuación queda $2^{x+1} = 2^4$. 3. Igualamos los exponentes: $x + 1 = 4$. 4. Solución: $x = 3$. Comprobación: $2^{3+1} = 2^4 = 16$ ✓

resuelto: $3^{2x-1} = \frac{1}{9}$

1. Expresamos ambos miembros con base 3: $\frac{1}{9} = 3^{-2}$. 2. Queda $3^{2x-1} = 3^{-2}$. 3. Igualamos exponentes: $2x - 1 = -2$. 4. Solución: $2x = -1 \Rightarrow x = -\frac{1}{2}$. Comprobación: $3^{-1-1} = 3^{-2} = \frac{1}{9}$ ✓

Método 2: Cambio de variable

Cuando la ecuación es de la forma $a^{2x} + b \cdot a^x + c = 0$, hacemos el cambio $t = a^x$ (con $t > 0$), teniendo en cuenta que $a^{2x} = (a^x)^2 = t^2$. Resolvemos la ecuación de segundo grado en $t$ y, después, deshacemos el cambio.

resuelto: $4^x - 5 \cdot 2^x + 4 = 0$

1. Como $4^x = (2^2)^x = 2^{2x} = (2^x)^2$, escribimos $(2^x)^2 - 5 \cdot 2^x + 4 = 0$. 2. Cambio $t = 2^x$: $t^2 - 5t + 4 = 0$. 3. Resolvemos: $t = \frac{5 \pm \sqrt{25 - 16}}{2} = \frac{5 \pm 3}{2}$, luego $t = 4$ o $t = 1$. 4. Deshacemos el cambio: - $2^x = 4 \Rightarrow 2^x = 2^2 \Rightarrow x = 2$. - $2^x = 1 \Rightarrow 2^x = 2^0 \Rightarrow x = 0$. 5. Soluciones: $x = 2$ y $x = 0$. Comprobación: $4^2 - 5 \cdot 2^2 + 4 = 16 - 20 + 4 = 0$ ✓ y $4^0 - 5 \cdot 2^0 + 4 = 1 - 5 + 4 = 0$ ✓

Recuerda: si tras el cambio resultara $t \leq 0$, no habría solución, porque $a^x > 0$ para todo $x$ real.

Método 3: Uso de logaritmos

Si no es posible igualar las bases, tomamos logaritmos en ambos miembros y aplicamos $\log(a^n) = n \cdot \log a$.

resuelto: $3^x = 5$

1. Tomamos logaritmos: $\log(3^x) = \log 5$. 2. Aplicamos la propiedad: $x \cdot \log 3 = \log 5$. 3. Despejamos: $x = \frac{\log 5}{\log 3} \approx \frac{0{,}699}{0{,}477} \approx 1{,}465$. 4. Comprobación aproximada: $3^{1{,}465} \approx 5$ ✓

Errores comunes

ErrorIncorrectoCorrecto
No reducir a la misma base$2^{x+1} = 8 \Rightarrow x + 1 = 8$$2^{x+1} = 2^3 \Rightarrow x + 1 = 3 \Rightarrow x = 2$
Olvidar deshacer el cambiollegar a $t = 4$ y parar$2^x = 4 \Rightarrow x = 2$
Aplicar mal la propiedad del logaritmo$\log(3^x) = x + \log 3$$\log(3^x) = x \cdot \log 3$
Confundir potencias$2^x \cdot 2^3 = 2^{3x}$$2^x \cdot 2^3 = 2^{x+3}$

Consejo: comprueba siempre la solución sustituyéndola en la ecuación original, sobre todo cuando hayas aplicado un cambio de variable.

1. ¿Cuál es la solución de la ecuación $2^{x-1} = 8$? (1 puntos)

2. La solución de $3^{2x} = 81$ es: (1 puntos)

3. Resuelve la ecuación $5^x = 125$. ¿Cuánto vale $x$? (1 puntos)

4. Si $a > 0$, $a \neq 1$ y se cumple $a^{f(x)} = a^{g(x)}$, entonces: (1 puntos)

5. Resuelve las siguientes ecuaciones exponenciales: (1 puntos)

a ) $2^{x+3} = 32$

b ) $3^{x-1} = 9$

c ) $7^{2x} = 49$

6. Las soluciones de $4^x - 3 \cdot 2^x + 2 = 0$ son: (1 puntos)

7. Resuelve $2^x = \frac{1}{8}$. ¿Cuánto vale $x$? (1 puntos)