¿Cómo se resuelve [matemáticas] x ^ n + c = b ^ x [/ matemáticas] para x?

Encontrar soluciones precisas para ecuaciones de este tipo generalmente es impredecible. Obviamente, hay algunos casos que son más fáciles (es decir, c = 1), pero normalmente tendrán que hacerse soluciones aproximadas. Incluso las ecuaciones de diofantina (que son más simples en comparación con estas) no se comprenden especialmente bien, a pesar de que el enunciado del problema es generalmente accesible. Dicho esto, si bien las soluciones exactas son difíciles de encontrar, es muy fácil encontrar muy buenas (es decir, tan buenas como realmente podría desear en la práctica y algunas) aproximaciones de las soluciones.

Con solo un poco de cálculo / cálculo numérico, uno puede usar herramientas como el método de Newton para aproximar los ceros de la función f (x) = x ^ n – b ^ x + c. Este método funciona muy rápidamente (típicamente 7 iteraciones o menos para una “buena” aproximación), y existen métodos más avanzados (y más complicados) si se necesita precisión adicional. Cuando n es par, debería obtener como máximo 2 soluciones dependiendo de c y, a menos que me equivoque, no más de tres soluciones siempre que n sea impar (y generalmente menos que eso), por lo que no debería preocuparse por la falta de soluciones.

Diría que depende de si necesita solo algunos de estos resueltos o muchos. Hoy en día puede obtener soluciones rápidas y precisas gráficamente.

Hice una elección arbitraria de [matemática] n = 5, c = 0 [/ matemática] y [matemática] b = 2.5 [/ matemática] y luego tracé la ecuación usando la biblioteca de sympy de Python. Al acercarme a la trama pude ver esto.

Con el cursor del mouse colocado sobre la raíz pude leer un valor de x ~ 1.24. (Se podría lograr una mayor precisión haciendo un zoom adicional). Aquí está el diagrama general de la ecuación. Parece obvio que es necesario examinar solo el intervalo x de aproximadamente -4 a 4 para las raíces.

Se necesita muy poco código de Python para obtener esto.

Bueno, en primer lugar, la ecuación final que obtuvo para c = 0 es incorrecta. Está
[matemáticas] x ^ {\ frac {1} {x}} = b ^ {\ frac {1} {n}} [/ matemáticas]
Ahora deje que [math] \ alpha = b ^ {\ frac {1} {n}} [/ math]
Entonces podemos reescribir la ecuación anterior como [matemáticas] x = \ alpha ^ {x} [/ matemáticas]
Entonces, una solución a esta ecuación es equivalente a encontrar el límite de la siguiente secuencia:
[math] h_ {m + 1} = \ alpha ^ {h_ {m}} [/ math] con [math] h_ {0} = \ alpha [/ math].
Ahora se conocen los criterios de convergencia de esta secuencia. La secuencia converge iff [matemáticas] \ alpha \ varepsilon [e ^ {- e}, e ^ {\ frac {1} {e}}] [/ matemáticas].
Por lo tanto, esto relaciona b & n para que la ecuación tenga soluciones reales.

Como regla, no hago tareas, pero aquí hay una gran pista:

En este caso, la variable x se ha puesto en el exponente. El inverso de los exponenciales son logaritmos, por lo que deberá deshacer el exponente tomando el registro de ambos lados de la ecuación.