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2.2 不等式的解法

2.2.1 区间的概念​

区间 可用于表示不等式的解集。 下面介绍区间的概念:

设 a,ba,b 是 实数,且 a<ba<b 。

满足 a≤x≤ba \le x \le b 的实数 xx 的全体,叫做 闭区间,记作 [a,b]\Large [a, b] 。

满足 a<x<ba < x < b 的实数 xx 的全体,叫做 开区间,记作 (a,b)\Large (a, b) 。

满足 a≤x<ba \le x < b 或 a<x≤ba < x \le b 的实数 xx 的全体,叫做 半开半闭区间,记作 [a,b)\Large [a, b) 或 (a,b]\Large (a, b] 。

aa 和 bb 叫做区间的 端点。 在数轴上表示一个区间时,区间包括端点,则端点用实心点表示; 区间不包括端点,则端点用空心点表示。

全体实数也可以用区间表示为 (−∞,+∞)\Large (- \infty , + \infty ) , 符号 “ +∞+ \infty ” 读作“正无穷大” ,符号 “ −∞- \infty ” 读作“负无穷大”。

2.2.2 一元一次不等式(组)的解法​

在不等式中,有 1 个未知数,且次数为 1,这样的不等式叫做 一元一次不等式。

由多个一元一次不等式所组成的不等式组,叫做 一元一次不等式组。

使不等式成立的未知数的值的全体,通常称为这个 不等式的解集。

解由多个不等式组成的不等式组,就是求这几个不等式的解集的公共部分(取交集)。

解不等式​

0.6x<50+0.4x0.6x−0.4x<50(移项)0.2x<50(同类项合并)x<250(两边同除以 0.2,不等号方向不变)\Large \begin{align*} 0.6x &< 50 + 0.4x \\ 0.6x - 0.4x &< 50 &\text{(移项)} \\ 0.2x &< 50 &\text{(同类项合并)} \\ x &< 250 &\text{(两边同除以 0.2,不等号方向不变)} \end{align*}

2(x+1)+x−23>7x212(x+1)+2(x−2)>21x−6(原式两边乘 6)12x+12+2x−4>−12+4−6(分配律)12x+2x−21x>−12+4−6(移项)−7x>−14(合并同类项)x<2(不等式性质)\Large \begin{align*} 2(x+1) + \frac{x-2}{3} &> \frac{7x}{2} \\ 12(x+1) + 2(x-2) &> 21x - 6 &\text{(原式两边乘 6)} \\ 12x + 12 + 2x - 4 &> -12 + 4 - 6 &\text{(分配律)} \\ 12x + 2x -21x &> -12 + 4 -6 &\text{(移项)} \\ -7x &> -14 &\text{(合并同类项)} \\ x &< 2 &\text{(不等式性质)} \\ \end{align*}

答:原不等式的解集是 {x∣x<2}\{ x | x<2 \} ,即 (−∞,2)(- \infty , 2) 。

解一元一次不等式的步骤归纳​

  1. 去分母
  2. 去括号
  3. 移项
  4. 合并同类项,化成不等式 ax>b(a≠0)ax > b (a \not = 0) 的形式
  5. 不等式两边都除以未知数的系数,得出不等式的解集为 {x∣x>ba}\{ x | x > \frac{b}{a} \} 或 {x∣x<ba}\{ x | x < \frac{b}{a} \}

解不等式组​

{x≥4000x≤4100x≤5040\Large \begin{cases} x \ge 4000 \\ x \le 4100 \\ x \le 5040 \end{cases}

xx 的取值范围应为同时满足这三个不等式的整数,容易看出 xx 的取值范围是满足 4000≤x≤4100\large 4000 \le x \le 4100 的整数。


{−3x+2x≥5x+13x≤−1\Large \begin{cases} -3x + 2x \ge 5 \\ x + \frac{1}{3}x \le -1 \end{cases}

解: 由原不等式组可得:{−x≥543x≤−1\begin{cases} -x \ge 5 \\ \frac{4}{3} x \le -1 \end{cases} 即 {−x≤−5x≤−43\begin{cases} -x \le -5 \\ x \le - \frac{4}{3} \end{cases}

所以 x≤−5x \le -5 即原不等式的解集为 {x∣x≤−5}\large \{ x | x \le -5 \}


{5x−7x≤−4x−212x−13x+2>0\Large \begin{cases} 5x - 7x \le -4x - 2 \\ \frac{1}{2}x - \frac{1}{3}x + 2 > 0 \end{cases}

解: 由原不等式组可得 {2x≤−216x>−2\begin{cases} 2x \le -2 \\ \frac{1}{6}x > -2 \end{cases} 即 {x≤−1x>−12\begin{cases} x \le -1 \\ x > -12 \end{cases}

所以 −12<x≤−1-12 < x \le -1

即原不等式组的解集为 {x∣−12<x≤−1}\large \{ x | -12 < x \le -1 \}

即 (−12,−1]\large (-12, -1]

解一元一次不等式组的步骤归纳​

  1. 求出这个不等式组中各个不等式的解集
  2. 求出这些不等式的解集的公共部分,即求出了这个不等式组的解集

2.2.3 一元二次不等式的解法​

一元二次不等式的一般形式是:

ax2+bx+c>0或ax2+bx+c<0(a>0)\Large ax^2 + bx + c > 0 \qquad \text{或} \qquad ax^2 + bx + c < 0 \quad (a > 0)

含有一个未知数,并且未知数的最高次数是二次的不等式叫做 一元二次不等式。 满足一元二次的未知数的取值范围,通常叫做这个不等式的解集。

解一元二次不等式​

(30+2x)(300−10x)≥10000−20x2+600x−300x+9000≥10000x2−15x+50≤0(x−5)(x−10)≤0\Large \begin{align} (30 + 2x)(300 - 10x) &\ge 10000 \\ -20x^2 + 600x - 300x + 9000 &\ge 10000 \\ x^2 - 15x + 50 &\le 0 \\ (x -5)(x - 10) &\le 0 \end{align}

已知两数乘积小于 0 时,相乘的两数异号,所以解上述不等式 (4)(4) ,相当于解下面两个不等式组:

(I){x−5≥0x−10≤0或(II){x−5≤0x−10≥0\large (I) \begin{cases} x - 5 \ge 0 \\ x - 10 \le 0 \end{cases} \quad \text{或} \quad (II) \begin{cases} x - 5 \le 0 \\ x - 10 \ge 0 \end{cases}

解不等式 (I)(I) 得:5≤x≤10\large 5 \le x \le 10

解不等式 (II)(II) :

  1. 可以看出同时满足 (II)(II) 中的不等式的未知数不存在。
  2. 考虑到 300−10x≥0300 - 10x \ge 0 ,即 x≤30x \le 30 。
  3. 综上,问题中的未知数 xx 的取值范围是:
    5≤x≤10\Large 5 \le x \le 10

(1)x2−x−12>0(2)x2−x−12<0\Large \begin{align*} & (1) \quad x^2 - x - 12 > 0 \qquad & (2) \quad x^2 - x - 12 < 0 \end{align*}

方程 x2−x−12=0x^2 - x - 12 = 0 的判别式:

Δ=(−1)2−4×1×(−12)=49>0\large \Delta = (-1)^2 - 4 \times 1 \times (-12) = 49 > 0

于是可求出它的两个根为 −3,4-3, 4。

把二次三项式 x2−x−12x^2 - x - 12 进行 因式分解,得:

x2−x−12=(x+3)(x−4)\large x^2 - x - 12 = (x + 3)(x - 4)
  • 把 (x+3)(x + 3) 与 (x−4)(x - 4) 看成两个实数,根据两个实数相乘的运算法则:

    • 两数的积大于 0 时,它们同号(同为正或同为负)。
    • 两数的积小于 0 时,它们异号。
  • 因此,解原不等式 (1)(1) 就可以转化为解下列两组不等式组:

    (I){x+3>0x−4>0 或 (II){x+3<0x−4<0\large (I) \begin{cases} x + 3 > 0 \\ x - 4 > 0 \end{cases} \quad \text{ 或 } \quad (II) \begin{cases} x + 3 < 0 \\ x - 4 < 0 \end{cases}

    (I)(I) 的解集是 {x∣x>4}\large \{ x | x > 4 \}; (II)(II) 的解集是 {x∣x<−3}\large \{ x | x < -3 \};

    所以原不等式的解集为 {x∣x>4 或 x<−3}\large \{ x | x > 4 \text{ 或 } x < -3 \},即:

    (−∞,−3)∪(4,+∞)\Large (- \infty , -3) \cup (4, + \infty )
  • 因此,解原不等式 (2)(2) 就可以转化为解下列两组不等式组:

    (III){x+3>0x−4<0 或 (IV){x+3<0x−4>0\large (III) \begin{cases} x + 3 > 0 \\ x - 4 < 0 \end{cases} \quad \text{ 或 } \quad (IV) \begin{cases} x + 3 < 0 \\ x - 4 > 0 \end{cases}

    (III)(III) 的解集是 {x∣−3<x<4}\large \{ x | -3 < x < 4 \}; (IV)(IV) 的解集是 ∅\large \varnothing;

    所以原不等式的解集为 {x∣−3<x<4}\large \{ x | -3 < x < 4 \},即:

    (−3,4)\Large (-3, 4)

(1)x2−4x+4>0(2)x2−4x+4<0\Large (1) \quad x^2 - 4x + 4 > 0 \qquad (2) \quad x^2 - 4x + 4 < 0

方程 x2−4x+4=0x^2 - 4x + 4 = 0 的判别式:

Δ=(−4)2−4×1×4=0\large \Delta = (-4)^2 - 4 \times 1 \times 4 = 0

即方程 x2−4x+4>0x^2 - 4x + 4 > 0 有两个相等的根 x=2x = 2。 用配方法,(1)(1) 和 (2)(2) 中的不等式可分别化为:

(1)(x−2)2>0(2)(x−2)2<0\large (1) \quad(x - 2)^2 > 0 \qquad (2) \quad(x - 2)^2 < 0
  • (1)(1) 因为任何一个实数的平方大于等于 0,所以当 x≠2x \not = 2 时,都有 (x−2)2>0\large (x - 2)^2 > 0

    所以 (1)(1) 的解集是 {x∈R∣x≠2}\Large \{ x \in \mathbf{R} | x \not = 2 \}, 即 (−∞,2)∪(2,+∞)\Large (- \infty , 2) \cup (2, + \infty)。

  • (2)(2) 由 (1)(1) 可知,没有一个实数 xx 使得不等式 (x−2)2(x - 2)^2 成立,所以 (2)(2) 的解集是 ∅\Large \varnothing 。


(1)x2−2x+3>0(2)x2−2x+3<0\Large (1) \quad x^2 - 2x + 3 > 0 \qquad (2) \quad x^2 - 2x + 3 < 0

方程 x2−2x+3=0x^2 -2x + 3 = 0 的判别式:

Δ=(−2)2−4×1×3=−8<0\large \Delta = (-2)^2 - 4 \times 1 \times 3 = -8 < 0

方程 x2−2x+3=0x^2 -2x + 3 = 0 无解。

用配方法原不等式分别可转化为:

(1)(x−1)2+2>0(2)(x−1)2+2<0\large (1) \quad (x - 1)^2 + 2 > 0 \qquad (2) \quad (x - 1)^2 + 2 < 0
  • (1)(1) 对于一个实数 xx ,都有 x2−2x+3=(x−1)2+2>0\large x^2 - 2x + 3 = (x - 1)^2 + 2 > 0 即不等式对任何实数都成立,所以原不等式的解集是 R\Large \mathbf{R}

  • (2)(2) 对于任意一个实数 xx ,不等式 (x−1)2+2<0\large (x - 1)^2 + 2 < 0 都不成立, 所以原不等式的解集是 ∅\Large \varnothing

解一元二次不等式的步骤归纳​

可以把解一元二次不等式 ax2+bx+c>0ax^2 + bx + c > 0 或 ax2+bx+c<0(a>0)ax^2 + bx + c < 0 (a>0) 的步骤归纳如下:

  1. 求出方程 ax2+bx+c=0\huge ax^2 + bx + c =0 的 判别式 Δ=b2−4ac\huge \Delta = b^2 - 4ac 的值。

    • 如果 Δ>0\Delta > 0,则二次方程 ax2+bx+c=0(a>0)ax^2 + bx + c = 0 (a > 0) 有两个不等式的根 x1x_1 、 x2x_2 (设 x1<x2x_1 < x_2),则

      ax2+bx+c=a(x−x1)(x−x2)\Large ax^2 + bx + c = a(x - x_1)(x - x_2)

      不等式 a(x−x1)(x−x2)>0a(x - x_1)(x - x_2) > 0 的解集是:

      (−∞,x1)∪(x2,+∞)(- \infty , x_1) \cup (x_2, + \infty)

      不等式 a(x−x1)(x−x2)<0a(x - x_1)(x - x_2) < 0 的解集是:

      (x1,x2)(x_1, x_2)
    • 如果 Δ=0\Delta = 0,通过配方得

      a(x+b2a)2+4ab−b24a=a(x+b2x)2\Large a(x + \frac{b}{2a})^2 + \frac{4ab - b^2}{4a} = a(x + \frac{b}{2x})^2

      由此可知,ax2+bx+c>0ax^2 + bx +c > 0 的解集是

      (−∞,−b2a)∪(−b2a,+∞)(- \infty , - \frac{b}{2a}) \cup (- \frac{b}{2a} , + \infty)

      ax2+bx+c<0ax^2 + bx +c < 0 的解集是 ∅\varnothing

    • 如果 Δ<0\Delta < 0,通过配方得

      (−∞,−b2a)2+4ac−b24a(4ac−b24a>0)\Large (- \infty , - \frac{b}{2a})^2 + \frac{4ac - b^2}{4a} (\frac{4ac - b^2}{4a} > 0)

      由此可知,ax2+bx+c>0ax^2 + bx + c > 0 的解集是 R\mathbf{R}

      ax2+bx+c<0ax^2 + bx + c < 0 的解集是 ∅\varnothing

对于 a<0a<0 的情况,通过在已知不等式两端乘以 −1-1,可化为 a>0a>0

2.2.4 含有绝对值的不等式​

在实数集中,对任何实数 aa :

∣a∣={a(当 a > 0 时)0(当 a = 0 时)−a(当 a < 0 时)\Large |a| = \begin{cases} a \text{(当 a > 0 时)} \\ 0 \text{(当 a = 0 时)} \\ -a \text{(当 a < 0 时)} \\ \end{cases}

实数 aa 的绝对值 ∣a∣|a| ,在数轴上等于对应实数 aa 的点到原点的距离。

由 ∣a∣|a| 的这一几何意义可知,不等式 ∣x∣≤3\Large |x| \le 3 的解集是, 与原点的距离小于或等于 3 的所有点所对应的实数全体构成的集合,即:

{x∣∣x∣≤3}={x∣x≥−3 ,且 x≤3} ,或 [−3,3]\Large \{ x | |x| \le 3 \} = \{ x | x \ge -3 \text{ ,且 } x \le 3 \} \text{ ,或 } [-3, 3]

不等式 ∣x∣>3\Large |x| > 3 的解集是,与原点距离大于 3 的所有点所对应的实数全体构成的集合。即:

{x∣x<−3或x>3}即(−∞,−3)∪(3,+∞)\Large \{ x | x < -3 \text{或} x > 3 \} \text{即} (- \infty , -3) \cup (3, + \infty)

一般地,如果 a>0a > 0 ,则:

∣x∣≤a⇔−a≤x≤a∣x∣>a⇔x<−a 或 x>a\Large \begin{align*} |x| \le a & \hArr - a \le x \le a \\ |x| > a & \hArr x < -a \text{ 或 } x > a \end{align*}

解含有绝对值的不等式​

∣2x−3∣<5\Huge |2x -3| < 5
−5<2x−3<5−5+3<2x−3+3<5+3−2<2x<8−2×12<2x×12<8×12−1<x<4\Large \begin{align*} & -5 &<& 2x - 3 &<& 5 \\ & -5 + 3 &<& 2x - 3 + 3 &<& 5 + 3 \\ & -2 &<& 2x &<& 8 \\ & -2 \times \frac{1}{2} &<& 2x \times \frac{1}{2} &<& 8 \times \frac{1}{2} \\ & -1 &<& x &<& 4 \end{align*}

因此,原不等式的解集是 (−1,4)\Large (-1, 4) 。


∣2x−3∣≥5\Huge |2x - 3| \ge 5

原不等式等价于:

2x−3≥5或2x−3≤5\Large 2x - 3 \ge 5 \quad \text{或} \quad 2x - 3 \le 5

2x−3≥52x - 3 \ge 5 的解集是 [4,+∞)[4, + \infty ) ; 2x−3≤52x - 3 \le 5 的解集是 (−∞,−1](- \infty , -1];

所以原不等式的解集是 (−∞,−1]∪[4,+∞)\Large (- \infty , -1] \cup [4, + \infty)