Метод интервалов - это универсальный способ решения практически любых неравенств, которые встречаются в школьном курсе алгебры. Он основан на следующих свойствах функций:
1. Непрерывная функция g(x) может изменить знак только в той точке, в которой она равна 0. Графически это означает, что график непрерывной функции может перейти из одной полуплоскости в другую, только если пересечет ось абсцисс (мы помним, что ордината любой точки, лежащей на оси ОХ (оси абсцисс) равна нулю, то есть значение функции в этой точке равно 0):
Мы видим, что функция y=g(x), изображенная на графике пересекает ось ОХ в точках х= -8, х=-2, х=4, х=8. Эти точки называются нулями функции. И в этих же точках функция g(x) меняет знак.
2. Функция также может менять знак в нулях знаменателя - простейший пример хорошо известная функция :
Мы видим, что функция меняет знак в корне знаменателя, в точке , но при этом не обращается в ноль ни в одной точке. Таким образом, если функция содержит дробь, она может менять знак в корнях знаменателя.
2. Однако, функция не всегда меняет знак в корне числителя или в корне знаменателя. Например, функция y=x 2 не меняет знак в точке х=0:
Т.к. уравнение x 2 =0 имеет два равных корня х=0, в точке х=0 функция как бы дважды обращается в 0. Такой корень называется корнем второй кратности.
Функция 
меняет знак в нуле числителя,
, но не меняет знак в нуле знаменателя:
, так как корень
- корень второй кратности, то есть четной кратности:
Важно! В корнях четной кратности функция знак не меняет.
Обратите внимание! Любое нелинейное неравенство школьного курса алгебры, как правило, решается с помощью метода интервалов.
Предлагаю вам подробный , следуя которому вы сможете избежать ошибок при решении нелинейных неравенств .
1. Для начала необходимо привести неравенство к виду
Р(х)V0,
где V- знак неравенства: <,>,≤ или ≥. Для этого необходимо:
а) перенести все слагаемые в левую часть неравенства,
б) найти корни получившегося выражения,
в) разложить левую часть неравенства на множители
г) одинаковые множители записать в виде степени.
Внимание! Последнее действие необходимо сделать, чтобы не ошибиться с кратностью корней - если в результате получится множитель в четной степени, значит, соответствующий корень имеет четную кратность.
2. Нанести найденные корни на числовую ось.
3. Если неравенство строгое, то кружки, обозначающие корни на числовой оси оставляем "пустыми", если неравенство нестрогое, то кружки закрашиваем.
4. Выделяем корни четной кратности - в них Р(х) знак не меняет.
5. Определяем знак Р(х) на самом правом промежутке. Для этого берем произвольное значение х 0 , которое больше большего корня и подставляем в Р(х) .
Если P(x 0)>0 (или ≥0), то в самом правом промежутке ставим знак "+".
Если P(x 0)<0 (или ≤0), то в самом правом промежутке ставим знак "-".
При переходе через точку, обозначающую корень четной кратности знак НЕ МЕНЯЕТСЯ.
7. Еще раз смотрим на знак исходного неравенства, и выделяем промежутки нужного нам знака.
8. Внимание! Если наше неравенство НЕСТРОГОЕ, то условие равенства нулю проверяем отдельно.
9. Записываем ответ.
Если исходное неравенство содержит неизвестное в знаменателе , то также переносим все слагаемых влево, и приводим левую часть неравенства к виду
(где V- знак неравенства: < или >)
Строгое неравенство такого вида равносильно неравенству
НЕстрогое неравенство вида
равносильно системе :
На практике, если функция имеет вид , то поступаем следующим образом:
- Находим корни числителя и знаменателя.
- Наносим их на ось. Все кружки оставляем пустыми. Затем, если неравенство не строгое, то корни числителя закрашиваем, а корни знаменателя всегда оставляем пустыми.
- Далее следуем общему алгоритму:
- Выделяем корни четной кратности (если числитель и знаменатель содержат одинаковые корни, то считаем, сколько раз встречаются одинаковые корни). В корнях четной кратности смены знака не происходит.
- Выясняем знак на самом правом промежутке.
- Расставляем знаки.
- В случае нестрого неравенства условие равенства условие равенства нулю проверяем отдельно.
- Выделяем нужные промежутки и отдельно стоящие корни.
- Записываем ответ.
Чтобы лучше понять алгоритм решения неравенств методом интервалов , посмотрите ВИДЕОУРОК, в котором подробно разбирается пример решения неравенства методом интервалов .
Метод интервалов принято считать универсальным для решения неравенств. Иногда этот метод также называют методом промежутков. Применим он как для решения рациональных неравенств с одной переменной, так и для неравенств других видов. В нашем материале мы постарались уделить внимание всем аспектам вопроса.
Что ждет вас в данном разделе? Мы разберем метод промежутков и рассмотрим алгоритмы решения неравенств с его помощью. Затронем теоретические аспекты, на которых основано применение метода.
Особое внимание мы уделяем нюансам темы, которые обычно не затрагиваются в рамках школьной программы. Например, рассмотрим правила расстановки знаков на интервалах и сам метод интервалов в общем виде без его привязки к рациональным неравенствам.
Yandex.RTB R-A-339285-1
Алгоритм
Кто помнит, как происходит знакомство с методом промежутков в школьном курсе алгебры? Обычно все начинается с решения неравенств вида f (x) < 0 (знак неравенства может быть использован любой другой, например, ≤ , > или ≥). Здесь f (x) может быть многочленом или отношением многочленов. Многочлен, в свою очередь, может быть представлен как:
- произведение линейных двучленов с коэффициентом 1 при переменной х;
- произведение квадратных трехчленов со старшим коэффициентом 1 и с отрицательным дискриминантом их корней.
Приведем несколько примеров таких неравенств:
(x + 3) · (x 2 − x + 1) · (x + 2) 3 ≥ 0 ,
(x - 2) · (x + 5) x + 3 > 0 ,
(x − 5) · (x + 5) ≤ 0 ,
(x 2 + 2 · x + 7) · (x - 1) 2 (x 2 - 7) 5 · (x - 1) · (x - 3) 7 ≤ 0 .
Запишем алгоритм решения неравенств такого вида, как мы привели в примерах, методом промежутков:
- находим нули числителя и знаменателя, для этого числитель и знаменатель выражения в левой части неравенства приравниваем к нулю и решаем полученные уравнения;
- определяем точки, которые соответствуют найденным нулям и отмечаем их черточками на оси координат;
- определяем знаки выражения f (x) из левой части решаемого неравенства на каждом промежутке и проставляем их на графике;
- наносим штриховку над нужными участками графика, руководствуясь следующим правилом: в случае, если неравенство имеет знаки < или ≤ изображается, штрихуются «минусовые» промежутки, если же мы работаем с неравенством, имеющим знаки > или ≥ , то выделяем штриховкой участки, отмеченные знаком « + ».
Четреж, с которым мы будем работать, может иметь схематический вид. Излишние подробности могут перегружать рисунок и затруднять решение. Нас будет мало интересовать маштаб. Достаточно будет придерживаться правильного расположения точек по мере роста значений их координат.
При работе со строгими неравенствами мы будем использовать обозначение точки в виде круга с незакрашенным (пустым) центром. В случае нестрогих неравенств точки, которые соответствуют нулям знаменателя, мы будем изображать пустыми, а все остальные обычными черными.
Отмеченные точки разбивают координатную прямую на несколько числовых промежутков. Это позволяет нам получить геометрическое представление числового множества, которое фактически является решением данного неравенства.
Научные основы метода промежутков
Основан подход, положенный в основу метода промежутков, основан на следующем свойстве непрерывной функции: функция сохраняет постоянный знак на интервале (a , b) , на котором эта функция непрерывна и не обращается в нуль. Это же свойство характерно для числовых лучей (− ∞ , a) и (a , + ∞) .
Приведенное свойство функции подтверждается теоремой Больцано-Коши, которая приведена во многих пособиях для подготовки к вступительным испытаниям.
Обосновать постоянство знака на промежутках также можно на основе свойств числовых неравенств. Например, возьмем неравенство x - 5 x + 1 > 0 . Если мы найдем нули числителя и знаменателя и нанесем их на числовую прямую, то получим ряд промежутков: (− ∞ , − 1) , (− 1 , 5) и (5 , + ∞) .
Возьмем любой из промежутков и покажем на нем, что на всем промежутке выражение из левой части неравенства будет иметь постоянный знак. Пусть это будет промежуток (− ∞ , − 1) . Возьмем любое число t из этого промежутка. Оно будет удовлетворять условиям t < − 1 , и так как − 1 < 5 , то по свойству транзитивности, оно же будет удовлетворять и неравенству t < 5 .
Используя оба полученных неравенства и свойство числовых неравенств, мы можем предположить, что t + 1 < 0 и t − 5 < 0 . Это значит, что t + 1 и t − 5 – это отрицательные числа независимо от значения t на промежутке (− ∞ , − 1) .
Используя правило деления отрицательных чисел, мы можем утверждать, что значение выражения t - 5 t + 1 будет положительным. Это значит, что значение выражения x - 5 x + 1 будет положительным при любом значении x из промежутка (− ∞ , − 1) . Все это позволяет нам утверждать, что на промежутке, взятом для примера, выражение имеет постоянный знак. В нашем случае это знак « + ».
Нахождение нулей числителя и знаменателя
Алгоритм нахождения нулей прост: приравниваем выражения из числителя и знаменателя к нулю и решаем полученные уравнения. При возникновении затруднений можно обратиться к теме «Решение уравнений методом разложения на множители». В этом разделе мы ограничимся лишь рассмотрением примера.
Рассмотрим дробь x · (x - 0 , 6) x 7 · (x 2 + 2 · x + 7) 2 · (x + 5) 3 . Для того, чтобы найти нули числителя и знаменателя, приравняем их к нулю для того, чтобы получить и решить уравнения: x · (x − 0 , 6) = 0 и x 7 · (x 2 + 2 · x + 7) 2 · (x + 5) 3 = 0 .
В первом случае мы можем перейти к совокупности двух уравнений x = 0 и x − 0 , 6 = 0 , что дает нам два корня 0 и 0 , 6 . Это нули числителя.
Второе уравнение равносильно совокупности трех уравнений x 7 = 0 , (x 2 + 2 · x + 7) 2 = 0 , (x + 5) 3 = 0 . Проводим ряд преобразований и получаем x = 0 , x 2 + 2 · x + 7 = 0 , x + 5 = 0 . Корень первого уравнения 0 , у второго уравнения корней нет, так как оно имеет отрицательный дискриминант, корень третьего уравнения - 5 . Это нули знаменателя.
0 в данном случае является одновременно и нулем числителя, и нулем знаменателя.
В общем случае, когда в левой части неравенства дробь, которая не обязательно является рациональной, числитель и знаменатель точно также приравниваются к нулю для получения уравнений. Решение уравнений позволяет найти нули числителя и знаменателя.
Определить знак интервала просто. Для этого можно найти значение выражения из левой части неравенства для любой произвольно выбранной точки из данного интервала. Полученный знак значения выражения в произвольно выбранной точке промежутка будет совпадать со знаком всего промежутка.
Рассмотрим это утверждение на примере.
Возьмем неравенство x 2 - x + 4 x + 3 ≥ 0 . Нулей числителя выражение, расположенное в левой части неравенства, нулей не имеет. Нулем знаменателя будет число - 3 . Получаем два промежутка на числовой прямой (− ∞ , − 3) и (− 3 , + ∞) .
Для того, чтобы определить знаки промежутков, вычислим значение выражения x 2 - x + 4 x + 3 для точек, взятых произвольно на каждом из промежутков.
Из первого промежутка (− ∞ , − 3) возьмем − 4 . При x = − 4 имеем (- 4) 2 - (- 4) + 4 (- 4) + 3 = - 24 . Мы получили отрицательное значение, значит весь интервал будет со знаком « - ».
Для промежутка (− 3 , + ∞) проведем вычисления с точкой, имеющей нулевую координату. При x = 0 имеем 0 2 - 0 + 4 0 + 3 = 4 3 . Получили положительное значение, что значит, что весь промежуток будет иметь знак « + ».
Можно использовать еще один способ определения знаков. Для этого мы можем найти знак на одном из интервалов и сохранить его или изменить при переходе через нуль. Для того, чтобы все сделать правильно, необходимо следовать правилу: при переходе через нуль знаменателя, но не числителя, или числителя, но не знаменателя мы можем поменять знак на противоположный, если степень выражения, дающего этот нуль, нечетная, и не можем поменять знак, если степень четная. Если мы получили точку, которая является одновременно нулем числителя и знаменателя, то поменять знак на противоположный можно только в том случае, если сумма степеней выражений, дающих этот нуль, нечетная.
Если вспомнить неравенство, которое мы рассмотрели в начале первого пункта этого материала, то на крайнем правом промежутке мы можем поставить знак « + ».
Теперь обратимся к примерам.
Возьмем неравенство (x - 2) · (x - 3) 3 · (x - 4) 2 (x - 1) 4 · (x - 3) 5 · (x - 4) ≥ 0 и решим его методом интервалов. Для этого нам необходимо найти нули числителя и знаменателя и отметить их на координатной прямой. Нулями числителя будут точки 2 , 3 , 4 , знаменателя точки 1 , 3 , 4 . Отметим их на оси координат черточками.
Нули знаменателя отметим пустыми точками.
Так как мы имеем дело с нестрогим неравенством, то оставшиеся черточки заменяем обычными точками.
Теперь расставим точки на промежутках. Крайний правый промежуток (4 , + ∞) будет знак + .
Продвигаясь справа налево будем проставлять знаки остальных промежутков. Переходим через точку с координатой 4 . Это одновременно нуль числителя и знаменателя. В сумме, эти нули дают выражения (x − 4) 2 и x − 4 . Сложим их степени 2 + 1 = 3 и получим нечетное число. Это значит, что знак при переходе в данном случае меняется на противоположный. На интервале (3 , 4) будет знак минус.
Переходим к интервалу (2 , 3) через точку с координатой 3 . Это тоже нуль и числителя, и знаменателя. Мы его получили благодаря двум выражениям (x − 3) 3 и (x − 3) 5 , сумма степеней которых равна 3 + 5 = 8 . Получение четного числа позволяет нам оставить знак интервала неизменным.
Точка с координатой 2 – это нуль числителя. Степень выражения х - 2 равна 1 (нечетная). Это значит, что при переходе через эту точку знак необходимо изменить на противоположный.
У нас остался последний интервал (− ∞ , 1) . Точка с координатой 1 – это нуль знаменателя. Он был получен из выражения (x − 1) 4 , с четной степенью 4 . Следовательно, знак остается прежним. Итоговый рисунок будет иметь вот такой вид:
Применение метода интервалов особенно эффективно в случаях, когда вычисление значения выражения связано с большим объемом работы. Примером может стать необходимость вычисления значения выражения
x + 3 - 3 4 3 · x 2 + 6 · x + 11 2 · x + 2 - 3 4 (x - 1) 2 · x - 2 3 5 · (x - 12)
в любой точке интервала 3 - 3 4 , 3 - 2 4 .
Теперь займемся применением полученных знаний и навыков на практике.
Пример 1
Решите неравенство (x - 1) · (x + 5) 2 (x - 7) · (x - 1) 3 ≤ 0 .
Решение
Целесообразно применить для решения неравенства метод интервалов. Находим нули числителя и знаменателя. Нули числителя 1 и - 5 , нули знаменателя 7 и 1 . Отметим их на числовой прямой. Мы имеем дело с нестрогим неравенством, поэтому нули знаменателя отметим пустыми точками, нуль числителя - 5 отметим обычной закрашенной точкой.
Проставим знаки промежутков, используя правила изменения знака при переходе через нуль. Начнем с крайнего правого промежутка, для которого вычислим значение выражения из левой части неравенства в точке, произвольно взятой из промежутка. Получим знак « + ». Перейдем последовательно через все точки на координатной прямой, расставляя знаки, и получим:
Мы работаем с нестрогим неравенством, имеющим знак ≤ . Это значит, что нам необходимо отметить штриховкой промежутки, отмеченные знаком « - ».
Ответ: (- ∞ , 1) ∪ (1 , 7) .
Решение рациональных неравенств в большинстве случаев требует их предварительного преобразования к нужному виду. Только после этого появляется возможность использовать метод интервалов. Алгоритмы проведения таких преобразований рассмотрены в материале «Решение рациональных неравенств».
Рассмотрим пример преобразования квадратных трехчленов в записи неравенств.
Пример 2
Найдите решение неравенства (x 2 + 3 x + 3) (x + 3) x 2 + 2 · x - 8 > 0 .
Решение
Давайте посмотрим, действительно ли дискриминанты квадратных трехчленов в записи неравенства отрицательны. Это позволит нам определить, позволяет ли вид данного неравенства применить для решения метод интервалов.
Вычислим дискриминант для трехчлена x 2 + 3 · x + 3: D = 3 2 − 4 · 1 · 3 = − 3 < 0 . Теперь вычислим дискриминант для трехчлена x 2 + 2 · x − 8: D ’ = 1 2 − 1 · (− 8) = 9 > 0 . Как видите, неравенство требует предварительного преобразования. Для этого представим трехчлен x 2 + 2 · x − 8 как (x + 4) · (x − 2) , а потом применим метод интервалов для решения неравенства (x 2 + 3 · x + 3) · (x + 3) (x + 4) · (x - 2) > 0 .
Ответ: (- 4 , - 3) ∪ (2 , + ∞) .
Обобщенный метод промежутков применяется для решения неравенств вида f (x) < 0 (≤ , > , ≥) , где f (x) – произвольное выражение с одной переменной x .
Все действия проводятся по определенному алгоритму. При этом алгоритм решения неравенств обобщенным методом интервалов будет несколько отличаться от того, что мы разобрали ранее:
- находим область определения функции f и нули этой функции;
- отмечаем на координатной оси граничные точки;
- наносим на числовую прямую нули функции;
- определяем знаки промежутков;
- наносим штриховку;
- записываем ответ.
На числовой прямой необходимо отмечать в том числе и отдельные точки области определения. К примеру, областью определения функции служит множество (− 5 , 1 ] ∪ { 3 } ∪ [ 4 , 7) ∪ { 10 } . Это значит, что нам необходимо отметить точки с координатами − 5 , 1 , 3 , 4 , 7 и 10 . Точки − 5 и 7 изобразим пустыми, остальные можно выделить цветным карандашом для того, чтобы отличать их затем от нулей функции.
Нули функции в случае нестрогих неравенств наносятся обычными (закрашенными) точками, строгих – пустыми точками. Если нули совпадают с граничными точками или отдельными точками области определения, то их можно перекрасить в черный цвет, сделав пустыми или закрашенными в зависимости от вида неравенства.
Запись ответа представляет собой числовое множество, которое включает в себя:
- промежутки со штриховкой;
- отдельные точки области определения со знаком плюс, если мы имеем дело с неравенством, знак которого > или ≥ или со знаком минус, если в неравенстве есть знаки < или ≤ .
Теперь стало понятно, что тот алгоритм, который мы привели в самом начале темы, является частным случаем алгоритма применения обобщенного метода интервалов.
Рассмотрим пример применения обобщенного метода интервалов.
Пример 3
Решите неравенство x 2 + 2 · x - 24 - 3 4 · x - 3 x - 7 < 0 .
Решение
Вводим функцию f такую, что f (x) = x 2 + 2 · x - 24 - 3 4 · x - 3 x - 7 . Найдем область определения функции f :
x 2 + 2 · x - 24 ≥ 0 x ≠ 7 D (f) = (- ∞ , - 6 ] ∪ [ 4 , 7) ∪ (7 , + ∞) .
Теперь найдем нули функции. Для этого проведем решение иррационального уравнения:
x 2 + 2 · x - 24 - 3 4 · x - 3 = 0
Получаем корень x = 12 .
Для обозначения граничных точек на оси координат используем оранжевый цвет. Точки - 6 , 4 у нас будут закрашенными, а 7 оставляем пустой. Получаем:
Отметим ноль функции пустой точкой черного цвета, так как мы работаем со строгим неравенством.
Определяем знаки на отдельных промежутках. Для этого возьмем по одной точке из каждого промежутка, например, 16 , 8 , 6 и − 8 , и вычислим в них значение функции f :
f (16) = 16 2 + 2 · 16 - 24 - 3 4 · 16 - 3 16 - 7 = 264 - 15 9 > 0 f (8) = 8 2 + 2 · 8 - 24 - 3 4 · 8 - 3 8 - 7 = 56 - 9 < 0 f (6) = 6 2 + 2 · 6 - 24 - 3 4 · 6 - 3 6 - 7 = 24 - 15 2 - 1 = = 15 - 2 · 24 2 = 225 - 96 2 > 0 f (- 8) = - 8 2 + 2 · (- 8) - 24 - 3 4 · (- 8) - 3 - 8 - 7 = 24 + 3 - 15 < 0
Расставляем только что определенные знаки, и наносим штриховку над промежутками со знаком минус:
Ответом будет являться объединение двух промежутков со знаком « - »: (− ∞ , − 6 ] ∪ (7 , 12) .
В ответ мы включили точку с координатой - 6 . Это не нуль функции, который мы бы не включили в ответ при решении строгого неравенства, а граничная точка области определения, которая входит в область определения. Значение функции в этой точке отрицательное, это значит, что она удовлетворяет неравенству.
Точку 4 мы в ответ не включили, точно также, как не включили весь промежуток [ 4 , 7) . В этой точке, точно также, как и на всем указанном промежутке значение функции положительно, что не удовлетворяет решаемому неравенству.
Запишем это еще раз для более четкого понимания: цветные точки необходимо включать в ответ в следующих случаях:
- эти точки являются частью промежутка со штриховкой,
- эти точки являются отдельными точками области определения функции, значения функции в которых удовлетворяют решаемому неравенству.
Ответ: (− ∞ , − 6 ] ∪ (7 , 12) .
Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter
Метод интервалов – простой способ решения дробно-рациональных неравенств. Так называются неравенства, содержащие рациональные (или дробно-рациональные) выражения, зависящие от переменной.
1. Рассмотрим, например, такое неравенство
Метод интервалов позволяет решить его за пару минут.
В левой части этого неравенства – дробно-рациональная функция. Рациональная, потому что не содержит ни корней, ни синусов, ни логарифмов – только рациональные выражения. В правой – нуль.
Метод интервалов основан на следующем свойстве дробно-рациональной функции.
Дробно-рациональная функция может менять знак только в тех точках, в которых она равна нулю или не существует.
Напомним, как раскладывается на множители квадратный трехчлен, то есть выражение вида .
Где и - корни квадратного уравнения .
Рисуем ось и расставляем точки, в которых числитель и знаменатель обращаются в нуль.
Нули знаменателя и - выколотые точки, так как в этих точках функция в левой части неравенства не определена (на нуль делить нельзя). Нули числителя и - закрашены, так как неравенство нестрогое. При и наше неравенство выполняется, так как обе его части равны нулю.
Эти точки разбивают ось на промежутков.
Определим знак дробно-рациональной функции в левой части нашего неравенства на каждом из этих промежутков. Мы помним, что дробно-рациональная функция может менять знак только в тех точках, в которых она равна нулю или не существует. Это значит, что на каждом из промежутков между точками, где числитель или знаменатель обращаются в нуль, знак выражения в левой части неравенства будет постоянным - либо "плюс", либо "минус".
И поэтому для определения знака функции на каждом таком промежутке мы берем любую точку, принадлежащую этому промежутку. Ту, которая нам удобна.
. Возьмем, например, и проверим знак выражения в левой части неравенства. Каждая из "скобок" отрицательная. Левая часть имеет знак .
Следующий промежуток: . Проверим знак при . Получаем, что левая часть поменяла знак на .
Возьмем . При выражение положительно - следовательно, оно положительно на всем промежутке от до .
При левая часть неравенства отрицательна.
И, наконец, class="tex" alt="x>7"> . Подставим и проверим знак выражения в левой части неравенства. Каждая "скобочка" положительна. Следовательно, левая часть имеет знак .
Мы нашли, на каких промежутках выражение положительно. Осталось записать ответ:
Ответ: .
Обратите внимание: знаки на промежутках чередуются. Это произошло потому, что при переходе через каждую точку ровно один из линейных множителей поменял знак, а остальные сохранили его неизменным .
Мы видим, что метод интервалов очень прост. Чтобы решить дробно-рациональное неравенство методом интервалов, приводим его к виду:
Или class="tex" alt="\genfrac{}{}{}{0}{\displaystyle P\left(x \right)}{\displaystyle Q\left(x \right)} > 0"> , или , или .
(в левой части - дробно-рациональная функция, в правой - нуль).
Затем - отмечаем на числовой прямой точки, в которых числитель или знаменатель обращаются в нуль.
Эти точки разбивают всю числовую прямую на промежутки, на каждом из которых дробно-рациональная функция сохраняет свой знак.
Остается только выяснить ее знак на каждом промежутке.
Мы делаем это, проверяя знак выражения в любой точке, принадлежащей данному промежутку. После этого - записываем ответ. Вот и всё.
Но возникает вопрос: всегда ли знаки чередуются? Нет, не всегда! Надо быть внимательным и не расставлять знаки механически и бездумно.
2. Рассмотрим еще одно неравенство.
Class="tex" alt="\genfrac{}{}{}{0}{\displaystyle \left(x-2 \right)^2}{\displaystyle \left(x-1 \right)\left(x-3 \right)}>0">
Снова расставляем точки на оси . Точки и - выколотые, поскольку это нули знаменателя. Точка - тоже выколота, поскольку неравенство строгое.
При числитель положителен, оба множителя в знаменателе отрицательны. Это легко проверить, взяв любое число с данного промежутка, например, . Левая часть имеет знак :
При числитель положителен; первый множитель в знаменателе положителен, второй множитель отрицателен. Левая часть имеет знак :
При ситуация та же! Числитель положителен, первый множитель в знаменателе положителен, второй отрицателен. Левая часть имеет знак :
Наконец, при class="tex" alt="x>3">
все множители положительны, и левая часть имеет знак :
Ответ: .
Почему нарушилось чередование знаков? Потому что при переходе через точку "ответственный" за неё множитель не изменил знак . Следовательно, не изменила знак и вся левая часть нашего неравенства.
Вывод: если линейный множитель стоит в чётной степени (например, в квадрате), то при переходе через точку знак выражения в левой части не меняется . В случае нечётной степени знак, разумеется, меняется.
3. Рассмотрим более сложный случай. От предыдущего отличается тем, что неравенство нестрогое:
Левая часть та же, что и в предыдущей задаче. Та же будет и картина знаков:
Может, и ответ будет тем же? Нет! Добавляется решение Это происходит потому, что при и левая, и правая части неравенства равны нулю - следовательно, эта точка является решением.
Ответ: .
В задаче на ЕГЭ по математике такая ситуация встречается часто. Здесь абитуриенты попадают в ловушку и теряют баллы. Будьте внимательны!
4. Что делать, если числитель или знаменатель не удается разложить на линейные множители? Рассмотрим такое неравенство:
Квадратный трехчлен на множители разложить нельзя: дискриминант отрицателен, корней нет. Но ведь это и хорошо! Это значит, что знак выражения при всех одинаков, а конкретно - положителен. Подробнее об этом можно прочитать в статье о свойствах квадратичной функции .
И теперь мы можем поделить обе части нашего неравенства на величину , положительную при всех . Придём к равносильному неравенству:
Которое легко решается методом интервалов.
Обратите внимание - мы поделили обе части неравенства на величину, о которой точно знали, что она положительна. Конечно, в общем случае не стоит умножать или делить неравенство на переменную величину, знак которой неизвестен.
5 . Рассмотрим еще одно неравенство, на вид совсем простое:
Так и хочется умножить его на . Но мы уже умные, и не будем этого делать. Ведь может быть как положительным, так и отрицательным. А мы знаем, что если обе части неравенства умножить на отрицательную величину - знак неравенства меняется.
Мы поступим по другому - соберём всё в одной части и приведём к общему знаменателю. В правой части останется нуль:
Class="tex" alt="\genfrac{}{}{}{0}{\displaystyle x-2}{\displaystyle x}>0">
И после этого - применим метод интервалов .
На этом уроке мы продолжим решение рациональных неравенств методом интервалов для более сложных неравенств. Рассмотрим решение дробно-линейных и дробно-квадратичных неравенств и сопутствующие задачи.
Теперь возвращаемся к неравенству
Рассмотрим некоторые сопутствующие задачи.
Найти наименьшее решение неравенства.
Найти число натуральных решений неравенства
Найти длину интервалов, составляющих множество решений неравенства.
2. Портал Естественных Наук ().
3. Электронный учебно-методический комплекс для подготовки 10-11 классов к вступительным экзаменам по информатике, математике, русскому языку ().
5. Центр образования «Технология обучения» ().
6. Раздел College.ru по математике ().
1. Мордкович А.Г. и др. Алгебра 9 кл.: Задачник для учащихся общеобразовательных учреждений / А. Г. Мордкович, Т. Н. Мишустина и др. — 4-е изд. — М. : Мнемозина, 2002.-143 с.: ил. №№ 28(б,в); 29(б,в); 35(а,б); 37(б,в); 38(а).
Как решать неравенства методом интервалов (алгоритм с примерами)
Пример
. (задание из ОГЭ)
Решите неравенство методом интервалов \((x-7)^2< \sqrt{11}(x-7)\)
Решение:
Ответ : \((7;7+\sqrt{11})\)
Пример
. Решите неравенство методом интервалов \(≥0\)
Решение:
|
\(\frac{(4-x)^3 (x+6)(6-x)^4}{(x+7,5)}\) \(≥0\) |
Здесь на первый взгляд все кажется нормальным, а неравенство изначально приведенным к нужному виду. Но это не так – ведь в первой и третьей скобке числителя икс стоит со знаком минус. Преобразовываем скобки, с учетом того, что четвертая степень - четная (т.е. уберет знак минус), а третья – нечетная (т.е. не уберет). |
|
|
\(\frac{-(x-4)^3 (x+6)(x-6)^4}{(x+7,5)}\) \(≥0\) |
Теперь все скобки выглядят как надо (первым идет иск без знака и только потом число). Но перед числителем появился минус. Убираем его, умножая неравенство на \(-1\), не забыв при этом перевернуть знак сравнения |
|
|
\(\frac{(x-4)^3 (x+6)(x-6)^4}{(x+7,5)}\) \(≤0\) |
Готово. Вот теперь неравенство выглядит как надо. Можно применять метод интервалов. |
|
|
\(x=4;\) \(x=-6;\) \(x=6;\) \(x=-7,5\) |
Расставим точки на оси, знаки и закрасим нужные промежутки. |
|
 |
В промежутке от \(4\) до \(6\), знак не надо менять, потому что скобка \((x-6)\) в четной степени (см. пункт 4 алгоритма). Флажок будет напоминанием о том, что шестерка - тоже решение неравенства. |
Ответ : \((-∞;7,5]∪[-6;4]∪\left\{6\right\}\)
Пример.
(Задание из ОГЭ)
Решите неравенство методом интервалов \(x^2 (-x^2-64)≤64(-x^2-64)\)
Решение:
|
\(x^2 (-x^2-64)≤64(-x^2-64)\) |
Слева и справа есть одинаковые – это явно не случайно. Первое желание – поделить на \(-x^2-64\), но это ошибка, т.к. есть шанс потерять корень. Вместо этого перенесем \(64(-x^2-64)\) в левую сторону |
|
|
\(x^2 (-x^2-64)-64(-x^2-64)≤0\) |
||
|
\((-x^2-64)(x^2-64)≤0\) |
Вынесем минус в первой скобки и разложим на множители вторую |
|
|
\(-(x^2+64)(x-8)(x+8)≤0\) |
Обратите внимание: \(x^2\) либо равно нулю, либо больше нуля. Значит, \(x^2+64\) – однозначно положительно при любом значении икса, то есть это выражение никак не влияет на знак левой части. Поэтому можно смело делить обе части неравенства на это выражение. |
|
|
\((x-8)(x+8)≥0\) |
Теперь можно применять метод интервалов |
|
|
\(x=8;\) \(x=-8\) |
Запишем ответ |
Ответ : \((-∞;-8]∪}
