教材 · 数学 Course 2 · 函数 · 二次函数
二次不等式
2次不等式
3 2次関数 / 2次関数のグラフと2次不等式
一句话结论解二次不等式先解等于 0 的方程,再看抛物线在 x 轴上方还是下方。x2 的系数化成正数后,>0 取两个解的外侧,<0 取两个解之间;判别式 D≤0 时图像(除切点外)整条在 x 轴上方。对所有 x 成立的条件是 a>0、D<0;只在区间上成立,则看区间里的最小值。
x2−x−6<0 这样的式子叫二次不等式(2次不等式)。它其实在问一个图像问题:抛物线 y=x2−x−6 在哪些 x 处位于 x 轴下方。EJU 很少只让你解一道不等式,更常把它当工具:求参数的范围、数满足条件的整数、判断式子是否对所有 x 都成立。看着图写解,这些问题都是同一件事。
为什么是这样
把左边看成函数 y=ax2+bx+c,>0 就是图像在 x 轴上方,<0 就是在下方。上下的分界处函数值为 0,所以第一步总是解方程 ax2+bx+c=0,找出图像与 x 轴的交点。设 a>0,两个交点 α<β:开口向上的抛物线只有两交点之间那一段沉到 x 轴下面,于是 >0 的解是 x<α 或 β<x,<0 的解是 α<x<β。
用符号也看得出来:x 在两个解的外侧时,x−α 与 x−β 同号,积为正;夹在中间时异号,积为负。
D≤0 时不能套「外侧、之间」。D=0 时抛物线只在 x=α 碰到 x 轴:>0 的解是 α 以外的全体实数,≥0 是全体实数,<0 无解,≤0 只有 x=α。D<0 时整条抛物线悬在 x 轴上方:>0、≥0 都是全体实数,<0、≤0 都无解。方程没有实数解,不等式却可能对所有 x 都成立。
a<0 时开口向下,上面的结论全部翻转。省事的办法是两边同乘 −1,不等号随之反向,始终只用开口向上这一套。
定量表达
解法三步:① 移项使右边为 0,x2 的系数化成正数;② 解 ax2+bx+c=0,能因式分解就分解,不能就用求根公式,例如 3x2−2x−2≤0 的两个解是 31±7,所以解为 31−7≤x≤31+7;③ 按图写解,带等号就把交点也算进去。
「对所有实数 x 成立」就是整条抛物线在 x 轴上方:开口向上且不碰 x 轴,即下面公式块的条件;带等号(≥0)时允许相切,D<0 放宽为 D≤0。系数里有字母时,先看 x2 的系数会不会是 0,那时左边只剩一次式或常数,要单独判断。
只要求在区间上成立(如 0≤x≤3 时 f(x)>0),就不能再用 D<0:抛物线可以和 x 轴相交,只要交点在区间外。这时条件是「区间里的最小值 >0」,照「二次函数的最大与最小」的办法,按轴在区间左外、内、右外分情况求最小值。
换元与绝对值。
x4−5x2+4<0 设
x2=t,新字母要写范围
t≥0;解
(t−1)(t−4)<0 得
1<t<4,回到
1<x2<4,即
−2<x<−1 或
1<x<2。
y=∣x2−2x−3∣ 先解
x2−2x−3≥0 找出分段点
x=−1、
3,图像就是把
−1<x<3 那段(
x 轴下方的部分)关于
x 轴翻到上方。
怎么用
EJU 里二次不等式多半是中间一步。最常见的是判别式之后再解一次:「x2+kx+k+3=0 有两个不同的实数解」得 D=k2−4k−12>0,即 (k+2)(k−6)>0,所以 k<−2 或 k>6。两个方程时照此组合:「都有实数解」取 D1≥0 与 D2≥0 的公共部分,「至少一个有」取两者合并,「恰好一个有」是合并去掉公共部分。
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