Квадратное неравенство – «ОТ и ДО». В этой статье мы с вами рассмотрим решение квадратных неравенств что называется до тонкостей. Изучать материал статьи рекомендую внимательно ничего не пропуская. Осилить статью сразу не получится, рекомендую сделать это за несколько подходов, информации много.
Содержание:
Вступление. Важно!
Алгоритм решения квадратного неравенства. Метод интервалов. Примеры.
Использование графика квадратичной функции. Рекомендую!
Решение квадратного неравенства. Все случаи…
Вступление. Важно!
Рекомендую повторить формулы для решения квадратного уравнения и научиться быстро его решать. Без этого о решении квадратных неравенств речи быть не может.
Квадратное неравенство – это неравенство вида:
Если взять квадратное уравнение и заменить знак равенства на любой из указанных выше, то получится квадратное неравенство. Решить неравенство — это значит ответить на вопрос, при каких значениях х данное неравенство будет верно. Примеры:
10x2– 6x+12 ≤ 0
2x2+ 5x –500 > 0
– 15x2– 2x+13 > 0
8x2– 15x+45≠ 0
Квадратное неравенство может быть задано в неявном виде, например:
10x2– 6x+14x2 –5x +2≤ 56
2x2 > 36
8x2<–15x2– 2x+13
0> – 15x2– 2x+13
В этом случае необходимо выполнить алгебраические преобразования и привести его к стандартному виду (1).
*Коэффициенты могут быть и дробными и иррациональными, но в школьной программе такие примеры редкость, а в заданиях ЕГЭ не встречаются вообще. Но вы не пугайтесь, если, например, встретите:
Это тоже квадратное неравенство.
Сначала рассмотрим простой алгоритм решения, не требующий понимания того, что такое квадратичная функция и как её график выглядит на координатной плоскости относительно осей координат. Если вы способны запоминать информацию крепко и надолго, при этом регулярно подкрепляете её практикой, то алгоритм вам поможет. Так же если вам, как говорится, нужно решить такое неравенство «наразок», то алгоритм вам в помощь. Следуя ему вы без труда осуществите решение.
Если же вы учитесь в школе, то настоятельно рекомендую вам начать изучение статьи со второй части, где рассказывается весь смысл решения (смотрите ниже с пункта – использование графика квадратичной функции). Если будет понимание сути, то не учить, не запоминать указанный алгоритм будет не нужно, вы без труда быстро решите любое квадратное неравенство.
Конечно, следовало бы сразу начать разъяснение именно с графика квадратичной функции и oбъяснения самого смысла, но решил «построить» статью именно так.
Ещё один теоретический момент! Посмотрите формулу разложения квадратного трёхчлена на множители:
где х1 и х2 — корни квадратного уравнения ax2+bx+c=0
*Для того, чтобы решить квадратное неравенство, необходимо будет квадратный трёхчлен разложить на множители.
Представленный ниже алгоритм называют ещё методом интервалов. Он подходит для решения неравенств вида f(x)>0, f(x)<0, f(x)≥0 и f(x)≤0. Обратите внимание, что множителей может более двух, например:
(х–10)(х+5)(х–1)(х+104)(х+6)(х–1)<0
Алгоритм решения. Метод интервалов. Примеры.
Дано неравенство ax2 + bx + с > 0 (знак любой).
1. Записываем квадратное уравнение ax2 + bx + с = 0 и решаем его. Получаем х1 и х2 – корни квадратного уравнения.
2. Подставляем в формулу (2) коэффициент a и корни. Записываем неравенство в виде:
a (x – x1)(x – x2)>0
3. Определяем интервалы на числовой прямой (корни уравнения делят числовую ось на интервалы):
4. Определяем «знаки» на интервалах (+ или –) путём подстановки произвольного значения «х» из каждого полученного интервала в выражение:
a (x – x1)(x – x2)
и отмечаем их.
5. Остаётся лишь выписать интересующие нас интервалы, они отмечены:
— знаком «+», если в неравенстве стояло «>0» или «≥0».
— знаком «–», если в неравенстве было «<0» или «≤0».
Далее записываем ответ.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!!! Сами знаки в неравенстве могут быть:
строгими – это «>», «<» и нестрогими – это «≥», «≤».
Как это влияет на результат решения?
При строгих знаках неравенства границы интервала НЕ ВХОДЯТ в решение, при этом в ответе сам интервал записывается в виде (x1;x2) – скобки круглые.
При нестрогих знаках неравенства границы интервала ВХОДЯТ в решение, и ответ записывается в виде [x1;x2] – скобки квадратные.
*Это касается не только квадратных неравенств. Квадратная скобка означает, что сама граница интервала включена в решение.
На примерах вы это увидите. Давайте разберём несколько, чтобы снять все вопросы по этому поводу. В теории алгоритм может показаться несколько сложным, на самом деле всё просто.
ПРИМЕР 1: Решить x2– 60x+500 ≤ 0
Решаем квадратное уравнение x2–60x+500=0
D = b2–4ac = (–60)2–4∙1∙500 = 3600–2000 = 1600
Находим корни:
Подставляем коэффициент a и корни в формулу (2), получаем:
x2–60x+500 = (х–50)(х–10)
Записываем неравенство в виде (х–50)(х–10) ≤ 0
Корни уравнения делят числовую ось на интервалы. Покажем их на числовой прямой:
Мы получили три интервала (–∞;10), (10;50) и (50;+∞).
Определяем «знаки» на интервалах, делаем это путём подстановки в выражение (х–50)(х–10) произвольных значений их каждого полученного интервала и смотрим соответствие полученного «знака» знаку в неравенстве (х–50)(х–10) ≤ 0:
при х=2 (х–50)(х–10) = 384 > 0 неверно
при х=20 (х–50)(х–10) = –300 < 0 верно
при х=60 (х–50)(х–10) = 500 > 0 неверно
Решением будет являться интервал [10;50].
При всех значениях х из этого интервала неравенство будет верным.
*Обратите внимание, что мы поставили квадратные скобки.
При х = 10 и х = 50 неравенство также будет верно, то есть границы входят в решение.
Ответ: x∊[10;50]
Ещё раз:
— Границы интервала ВХОДЯТ в решение неравенства тогда, когда в условии стоит знак ≤ или ≥ (нестрогое неравенство). При этом на эскизе принято полученные корни отображать ЗАШТРИШОВАННЫМ кружком.
— Границы интервала НЕ ВХОДЯТ в решение неравенства тогда, когда в условии стоит знак < или > (строгое неравенство). При этом на эскизе принято корень отображать НЕЗАШТРИХОВАННЫМ кружком.
ПРИМЕР 2: Решить x2+ 4x–21 > 0
Решаем квадратное уравнение x2+ 4x–21 = 0
D = b2–4ac = 42–4∙1∙(–21) =16+84 = 100
Находим корни:
Подставляем коэффициент a и корни в формулу (2), получаем:
x2+ 4x–21 = (х–3)(х+7)
Записываем неравенство в виде (х–3)(х+7) > 0.
Корни уравнения делят числовую ось на интервалы. Отметим их на числовой прямой:
*Неравенство нестрогое, поэтому обозначения корней НЕзаштрихованы. Получили три интервала (–∞;–7), (–7;3) и (3;+∞).
Определяем «знаки» на интервалах, делаем это путём подстановки в выражение (х–3)(х+7) произвольных значений их этих интервалов и смотрим соответствие неравенству (х–3)(х+7)> 0:
при х= –10 (–10–3)( –10 +7) = 39 > 0 верно
при х= 0 (0–3)(0 +7) = –21 < 0 неверно
при х=10 (10–3)(10 +7) = 119 > 0 верно
Решением будут являться два интервала (–∞;–7) и (3;+∞). При всех значениях х из этих интервалов неравенство будет верным.
*Обратите внимание, что мы поставили круглые скобки. При х = 3 и х = –7 неравенство будет неверным – границы не входят в решение.
Ответ: x∊(–∞;–7) U (3;+∞)
ПРИМЕР 3: Решить –x2–9x–20 > 0
Решаем квадратное уравнение –x2–9x–20 = 0.
a = –1 b = –9 c = –20
D = b2–4ac = (–9)2–4∙(–1)∙ (–20) =81–80 = 1.
Находим корни:
Подставляем коэффициент a и корни в формулу (2), получаем:
–x2–9x–20 =–(х–(–5))(х–(–4))= –(х+5)(х+4)
Записываем неравенство в виде –(х+5)(х+4) > 0.
Корни уравнения делят числовую ось на интервалы. Отметим на числовой прямой:
*Неравенство строгое, поэтому обозначения корней незаштрихованы. Получили три интервала (–∞;–5), (–5; –4) и (–4;+∞).
Определяем «знаки» на интервалах, делаем это путём подстановки в выражение –(х+5)(х+4) произвольных значений их этих интервалов и смотрим соответствие неравенству –(х+5)(х+4)>0:
при х= –10 – (–10+5)( –10 +4) = –30 < 0 неверно
при х= –4,5 – (–4,5+5)(–4,5+4) = 0,25 > 0 верно
при х= 0 – (0+5)(0 +4) = –20 < 0 неверно
Решением будут являться интервал (–5;–4). При всех значениях «х» принадлежащих ему неравенство будет верным.
*Обратите внимание, что границы не входят в решение. При х = –5 и х = –4 неравенство будет неверным.
ЗАМЕЧАНИЕ!
При решении квадратного уравнения у нас может получится один корень или корней не будет вовсе, тогда при использовании данного метода вслепую могут возникнуть затруднения в определении решения.
Небольшой итог! Метод хорош и использовать его удобно, особенно если вы знакомы с квадратичной функцией и знаете свойства её графика. Если нет, то прошу ознакомиться, приступим к следующему разделу.
Использование графика квадратичной функции. Рекомендую!
Квадратичная это функция вида:
Её графиком является парабола, ветви параболы направлены вверх, либо вниз:
График может быть расположен следующим образом: может пересекать ось х в двух точках, может касаться её в одной точке (вершиной), может не пересекать. Об этом подробнее в дальнейшем.
Теперь рассмотрим этот подход на примере. Весь процесс решения состоит из трёх этапов. Решим неравенство x2+2x –8 >0.
Первый этап
Решаем уравнение x2+2x–8=0.
D = b2–4ac = 22–4∙1∙(–8) = 4+32 = 36
Находим корни:
Получили х1=2 и х2 = – 4.
Второй этап
Строим параболу у= x2+2x–8 по точкам:
Точки – 4 и 2 это точки пересечения параболы и оси ох. Всё просто! Что сделали? Мы решили квадратное уравнение x2+2x–8=0. Посмотрите его запись в таком виде:
0 = x2+2x – 8
Ноль у нас это значение «у». При у = 0, мы получаем абсциссы точек пересечения параболы с осью ох. Можно сказать, что нулевое значение «у» это есть ось ох.
Теперь посмотрите при каких значениях х выражение x2+2x – 8 больше (или меньше) нуля? По графику параболы это определить несложно, как говорится, всё на виду:
1. При х < – 4 ветвь параболы лежит выше оси ох. То есть при указанных х трёхчлен x2+2x –8 будет положительным.
2. При –4 < х < 2 график ниже оси ох. При этих х трёхчлен x2+2x –8 будет отрицательным.
3. При х > 2 ветвь параболы лежит выше оси ох. При указанных х трёхчлен x2+2x –8 будет положительным.
Третий этап
По параболе нам сразу видно, при каких х выражение x2+2x–8 больше нуля, равно нулю, меньше нуля. В этом заключается суть третьего этапа решения, а именно увидеть и определить положительные и отрицательные области на рисунке. Сопоставляем полученный результат с исходным неравенством и записываем ответ. В нашем примере необходимо определить все значения х при которых выражение x2+2x–8 больше нуля. Мы это сделали во втором этапе.
Остаётся записать ответ.
Ответ: x∊(–∞;–4) U (2;∞).
Подведём итог: вычислив в первом шаге корни уравнения, мы можем отметить полученные точки на оси ох (это точки пересечения параболы с осью ох). Далее схематично строим параболу и уже можем увидеть решение. Почему схематично? Математически точный график нам не нужен. Да и представьте, например, если корни получатся 10 и 1500, попробуй-ка построй точный график на листе в клетку с таким разбегом значений. Возникает вопрос! Ну получили мы корни, ну отметили их на оси ох, а зарисовать расположение самой парабола – ветвями вверх или вниз? Тут всё просто! Коэффициент при х2 вам подскажет:
— если он больше нуля, то ветви параболы направлены вверх.
— если меньше нуля, то ветви параболы направлены вниз.
В нашем примере он равен единице, то есть положителен.
*Примечание! Если в неравенстве будет стоять знак нестрогий, то есть ≤ или ≥, то корни на числовой прямой следует заштриховать, этим условно обозначается, что сама граница интервала входит в решение неравенства. В данном случае корни не заштрихованы (выколоты), так как неравенство у нас строгое (стоит знак «>»). При чем в ответе, в данном случае, ставятся круглые скобки, а не квадратные (границы не входят в решение).
Написано много, кого-то запутал, наверное. Но если вы решите минимум 5 неравенств с использованием парабол, то восхищению вашему предела не будет. Всё просто!
Итак, кратко:
1. Записываем неравенство, приводим к стандартному.
2. Записываем квадратное уравнение и решаем его.
3. Рисуем ось ох, отмечаем полученные корни, схематично рисуем параболу, ветвями вверх, если коэффициент при х2 положителен, или ветвями вниз, если он отрицателен.
4. Определяем визуально положительные или отрицательные области и записываем ответ по исходному неравенству.
Рассмотрим примеры.
ПРИМЕР 1: Решить x2–15x+50 > 0
Первый этап.
Решаем квадратное уравнение x2–15x+50=0
D = b2–4ac = (–15)2–4∙1∙50 = 225–200 = 25
Находим корни:
Второй этап.
Строим ось ох. Отмечем полученные корни. Так как неравенство у нас строгое, то заштриховывать их не будем. Схематично строим параболу, расположена она ветвями вверх, так как коэффициент при х2 положительный:
Третий этап.
Определяем визуально положительные и отрицательные области, здесь мы их отметили разными цветами для наглядности, можно этого и не делать.
Записываем ответ.
Ответ: x∊(–∞;5) U (10;∞).
*Знак U обозначает объёдинение решение. Образно можно выразиться так, решением является «этот» И « ещё этот» интервал.
ПРИМЕР 2: Решить –x2+x+20 ≤ 0
Первый этап.
Решаем квадратное уравнение –x2+x+20=0
D = b2–4ac = 12–4∙(–1)∙20 = 1+80 = 81
Находим корни:
Второй этап.
Строим ось ох. Отмечем полученные корни. Так как неравенство у нас нестрогое, то заштрихуем обозначения корней. Схематично строим параболу, расположена она ветвями вниз, так как коэффициент при х2 отрицательный (он равен –1):
Третий этап.
Определяем визуально положительные и отрицательные области. Сопоставляем с исходным неравенством (знак у нас ≤ 0). Неравенство будет верно при х ≤ – 4 и х ≥ 5.
Записываем ответ.
Ответ: x∊(–∞;–4] U [5;∞).
*Указаны квадратные скобки – это обозначает, что границы интервала входят в решение. Ось оу мы на эскизах не указали, так как она в данной ситуации не играет никакой роли, то есть при построении эскиза ось оу строить необязательно.
Теперь ещё один важный момент! Мы рассмотрели примеры, в которых при решении квадратного уравнения получается два корня, то есть парабола пересекает ось ох в двух точках. Процесс решения понятен. Но возникают вопросы: а если при решении квадратного уравнения получится один корень или вообще не будет корней (дискриминант отрицательный), то как это осмыслить и как определить есть ли решение?
Некоторые ответы очевидны:
- Если получится один корень (дискриминант равен нулю), то парабола будет касаться оси ох в одной точке, а именно своей вершиной.
- Если решения квадратного уравнения нет (дискриминант отрицательный), то парабола вообще не будет касаться оси ох.
Тогда возникает вопрос, что делать в этих ситуациях и как определять ответ?
И вот тут прошу вас обратить внимание на один ключевой момент, который уже оговаривался в этой статье! В неравенстве при х2 у нас может стоять положительный или отрицательный коэффициент. При положительном коэффициенте ветви параболы направлены вверх, при отрицательном вниз. А теперь переходим к следующему разделу статьи.
Решение квадратного неравенства. Все случаи!
Ниже для вас представлены все варианты расположения парабол, которые могут иметь место при решении квадратных неравенств:
Первая группа графиков
(коэффициент а > 0, то есть ветви параболы направлены вверх)
Вторая группа графиков
(коэффициент а < 0, то есть ветви параболы направлены вниз)
Что касается оговоренных выше вопросов по поводу случая, когда квадратное уравнение не имеет решения, обратите внимание на рисунки 9,10,11,12, 21,22,23,24 и всё поймёте. Подробнее:
Например, при решении квадратного уравнения вы обнаружили, что дискриминант отрицательный, то есть коней нет. Что это означает? А то, что ветви параболы не пересекают ось ох, то есть она расположена либо выше оси ох и её ветви направлены вверх, либо ниже оси и её ветви направлены вниз. И тут нам необходимо разобраться куда в вашем случае направлены ветви. Смотрим на коэффициент при х2:
- если он положительный, то схематично рисуем параболу выше оси ох с ветвями направленными вверх.
- если он отрицательный, то схематично рисуем параболу ниже оси ох с ветвями направленными вниз.
Далее только остаётся сопоставить наш рисунок с данным неравенством и учитывая знак в нём просто записать ответ. Всё!!!
Пример: х2 +2х+16 < 0
Решаем квадратное уравнение x2+2x+16=0
D = b2–4ac = 22–4∙2∙16 = 4–128 = –124
Дискриминант отрицательный, коней нет. Значит парабола не пересекает ось ох.
Коэффициент при х2 положительный (равен 1), значит парабола расположена следующим образом – её ветви направлены вверх и расположена она выше оси ох (как на рис. 12).
Нам необходимо записать значения х, при которых х2 +2х+16 отрицательно. Таких "х" нет, это видно по графику (рис 12).
Ответ: x∊∅ (решения нет).
*Если бы знак в этом неравенстве был «>», то решением были бы все действительные числа (рис. 10).
Теперь завершающий момент который стороной никак обойти нельзя, мы ещё не рассматривали решение неравенства вида:
Тут всё просто. Если вы детально изучили материал изложенный выше в статье и пропустили информацию, что называется, через себя, то здесь на эти вопросы вы ответите без труда.
Возможны три случая, если при решении aх2+bх+c = 0 получаем:
1. Два корня, то решением неравенства будет x∊(–∞;х1) U (х1;х2) U (х2;+∞).
2. Один корень, то решением будет x∊(–∞;х) U (х;+∞).
3. Нет корней, то решением будет вся числовая ось x∊(–∞;+∞).
Получить материал статьи в PDF
Понравилась статья — делитесь с коллегами и друзьями, социальные кнопки к вашим услугам. Также можете скачанный файл свободно распространять в сети.
На этом всё, благодарю за внимание. Ёмкая получилась статейка.
С уважением, Александр крутицких
P.S: Буду благодарен Вам, если расскажите о сайте в социальных сетях.
Большое спасибо, тема очень актуальна, особенно полезна для учащихся , собирающихся сдавать ЕГЭ и ГИА.
Ваш сайт и его статьи являются очень полезным подспорьем не только для учащихся, но и в работе учителя. Спасибо за помощь!
Спасибо . Очень полезный материал . Обязательно порекомендую ученикам
Спасибо за компактный, содержательный материал. Очень удобно с ним работать.
Спасибо Александр! Всегда с нетерпением жду Ваших публикаций! А пособие о квадратных уравнениях и неравенствах просто находка. Удачи Вам! Надеюсь на дальнейшее удовольствие от общения с Вами. С уважением, Елена.
Молодец автор, хорошо написал. Все такие бестолковые, редко найдешь хороший материал. Спасибо!