Решение неравенств способом параболы

Решение квадратных неравенств с помощью квадратичной функции

Урок 30. Подготовка к ОГЭ по математике 9 класс

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Решение квадратных неравенств с помощью квадратичной функции»

· повторить, какие неравенства называются квадратичными;

· подробно рассмотреть такой способ решения квадратных неравенств как графический;

· вспомнить алгоритм решения таких неравенств.

Напомним, что квадратным неравенством называется неравенство вида:

Для решения такого рода неравенств как правило используют два основных метода решения: графический и аналитический метод или по-другому, метод интервалов. В любом случае, чтобы решить квадратное неравенство сначала надо решить соответствующее квадратное уравнение.

Сегодня мы с вами повторим графический метод решения квадратных неравенств.

Для того, чтобы применить этот способ, давайте вспомним, что графиком квадратичной функции является парабола.

Мы знаем, что если рассматривать не неравенство, а квадратное уравнение, то, в зависимости от знака дискриминанта у уравнения может не быть корней, быть один или два корня.

Графически решениями уравнения будут абсциссы точек пересечения параболы и оси Ох.

То есть можно составить таблицу, в которой графически будут изображены все случаи, пересечения параболы и оси Ох.

Найдя корни соответствующего квадратного уравнения, решить квадратное неравенство нетрудно.

Рассмотрим несколько примеров.

Для того, чтобы не заучивать таблицу, которую мы заполняли выше, давайте вспомним алгоритм решения квадратного неравенства.

1. Определить направление ветвей параболы.

2. Найти корни соответствующего квадратного уравнения или установить, что это уравнение не имеет корней.

3. Схематично изобразить график квадратичной функции, отмечая абсциссы точек пересечения графика с осью Ох.

4. По графику определить промежутки, которые будут решениями неравенства.

Рассмотрим ещё один пример.

Рассмотрим ещё один пример.

Сегодня на уроке мы вспомнили какие неравенства называются квадратными, подробнее рассмотрели такой способ решения квадратных неравенств как графический. Вспомнили алгоритм решения таких неравенств.

Источник

Решение квадратных неравенств графически

Графический метод является одним из основных методов решения квадратных неравенств. В статье мы приведем алгоритм применения графического метода, а затем рассмотрим частные случаи на примерах.

Суть графического метода

Метод применим для решения любых неравенств, не только квадратных. Суть его вот в чем: правую и левую части неравенства рассматривают как две отдельные функции y = f ( x ) и y = g ( x ) , их графики строят в прямоугольной системе координат и смотрят, какой из графиков располагается выше другого, и на каких промежутках. Оцениваются промежутки следующим образом:

• решениями неравенства f ( x ) > g ( x ) являются интервалы, где график функции f выше графика функции g ;
• решениями неравенства f ( x ) ≥ g ( x ) являются интервалы, где график функции f не ниже графика функции g ;
• решениями неравенства f ( x ) g ( x ) являются интервалы, где график функции f ниже графика функции g ;
• решениями неравенства f ( x ) ≤ g ( x ) являются интервалы, где график функции f не выше графика функции g ;
• абсциссы точек пересечения графиков функций f и g являются решениями уравнения f ( x ) = g ( x ) .

Рассмотрим приведенный выше алгоритм на примере. Для этого возьмем квадратное неравенство a · x 2 + b · x + c 0 ( ≤ , > , ≥ ) и выведем из него две функции. Левая часть неравенства будет отвечать y = a · x 2 + b · x + c (при этом f ( x ) = a · x 2 + b · x + c ) , а правая y = 0 (при этом g ( x ) = 0 ).

Графиком первой функции является парабола, второй прямая линия, которая совпадает с осью абсцисс О х . Проанализируем положение параболы относительно оси О х . Для этого выполним схематический рисунок.

Решение с двумя корнями у квадратного трехчлена

Ветви параболы направлены вверх. Она пересекает ось О х в точках x 1 и x 2 . Коэффициент а в данном случае положительный, так как именно он отвечает за направление ветвей параболы. Дискриминант положителен, что указывает на наличие двух корней у квадратного трехчлена a · x 2 + b · x + c . Корни трехчлена мы обозначили как x 1 и x 2 , причем приняли, что x 1 x 2 , так как на оси О х изобразили точку с абсциссой x 1 левее точки с абсциссой x 2 .

Части параболы, расположенные выше оси О х обозначим красным, ниже – синим. Это позволит нам сделать рисунок более наглядным.

Выделим промежутки, которые соответствуют этим частям и отметим их на рисунке полями определенного цвета.

Красным мы отметили промежутки ( − ∞ , x 1 ) и ( x 2 , + ∞ ) , на них парабола выше оси О х . Они являются решением квадратного неравенства a · x 2 + b · x + c > 0 . Синим мы отметили промежуток ( x 1 , x 2 ) , который является решением неравенства a · x 2 + b · x + c 0 . Числа x 1 и x 2 будут отвечать равенству a · x 2 + b · x + c = 0 .

Сделаем краткую запись решения. При a > 0 и D = b 2 − 4 · a · c > 0 (или D ‘ = D 4 > 0 при четном коэффициенте b ) мы получаем:

• решением квадратного неравенства a · x 2 + b · x + c > 0 является ( − ∞ , x 1 ) ∪ ( x 2 , + ∞ ) или в другой записи x x 1 , x > x 2 ;
• решением квадратного неравенства a · x 2 + b · x + c ≥ 0 является ( − ∞ , x 1 ] ∪ [ x 2 , + ∞ ) или в другой записи x ≤ x 1 , x ≥ x 2 ;
• решением квадратного неравенства a · x 2 + b · x + c 0 является ( x 1 , x 2 ) или в другой записи x 1 x x 2 ;
• решением квадратного неравенства a · x 2 + b · x + c ≤ 0 является [ x 1 , x 2 ] или в другой записи x 1 ≤ x ≤ x 2 ,

где x 1 и x 2 – корни квадратного трехчлена a · x 2 + b · x + c , причем x 1 x 2 .

Решение с одним корнем у квадратного трехчлена

На данном рисунке парабола касается оси O х только в одной точке, которая обозначена как x 0 . Ветви параболы направлены вверх, что означает, что a > 0 . D = 0 , следовательно, квадратный трехчлен имеет один корень x 0 .

Парабола расположена выше оси O х полностью, за исключением точки касания координатной оси. Обозначим цветом промежутки ( − ∞ , x 0 ) , ( x 0 , ∞ ) .

Запишем результаты. При a > 0 и D = 0 :

• решением квадратного неравенства a · x 2 + b · x + c > 0 является ( − ∞ , x 0 ) ∪ ( x 0 , + ∞ ) или в другой записи x ≠ x 0 ;
• решением квадратного неравенства a · x 2 + b · x + c ≥ 0 является ( − ∞ , + ∞ ) или в другой записи x ∈ R ;
• квадратное неравенство a · x 2 + b · x + c 0 не имеет решений (нет интервалов, на которых парабола расположена ниже оси O x );
• квадратное неравенство a · x 2 + b · x + c ≤ 0 имеет единственное решение x = x 0 (его дает точка касания),

где x 0 — корень квадратного трехчлена a · x 2 + b · x + c .

Решение квадратного трехчлена, не имеющего корней

Рассмотрим третий случай, когда ветви параболы направлены вверх и не касаются оси O x . Ветви параболы направлены вверх, что означает, что a > 0 . Квадратный трехчлен не имеет действительных корней, так как D 0 .

На графике нет интервалов, на которых парабола была бы ниже оси абсцисс. Это мы будем учитывать при выборе цвета для нашего рисунка.

Получается, что при a > 0 и D 0 решением квадратных неравенств a · x 2 + b · x + c > 0 и a · x 2 + b · x + c ≥ 0 является множество всех действительных чисел, а неравенства a · x 2 + b · x + c 0 и a · x 2 + b · x + c ≤ 0 не имеют решений.

Нам осталось рассмотреть три варианта, когда ветви параболы направлены вниз. На этих трех вариантах можно не останавливаться подробно, так как при умножении обеих частей неравенства на − 1 мы получаем равносильное неравенство с положительным коэффициентом при х 2 .

Алгоритм решения неравенств с использованием графического способа

Рассмотрение предыдущего раздела статьи подготовило нас к восприятию алгоритма решения неравенств с использованием графического способа. Для проведения вычислений нам необходимо будет каждый раз использовать чертеж, на котором будет изображена координатная прямая O х и парабола, которая отвечает квадратичной функции y = a · x 2 + b · x + c . Ось O у мы в большинстве случаев изображать не будем, так как для вычислений она не нужна и будет лишь перегружать чертеж.

Для построения параболы нам необходимо будет знать две вещи:

• направление ветвей, которое определяется значением коэффициента a ;
• наличие точек пересечения параболы и оси абсцисс, которые определяются значением дискриминанта квадратного трехчлена a · x 2 + b · x + c .

Точки пересечения и касания мы будет обозначать обычным способом при решении нестрогих неравенств и пустыми при решении строгих.

Наличие готового чертежа позволяет перейти к следующему шагу решения. Он предполагает определение промежутков, на которых парабола располагается выше или ниже оси O х . Промежутки и точки пересечения и являются решением квадратного неравенства. Если точек пересечения или касания нет и нет интервалов, то считается, что заданное в условиях задачи неравенство не имеет решений.

Теперь решим несколько квадратных неравенств, используя приведенный выше алгоритм.

Необходимо решить неравенство 2 · x 2 + 5 1 3 · x — 2 графическим способом.

Решение

Нарисуем график квадратичной функции y = 2 · x 2 + 5 1 3 · x — 2 . Коэффициент при x 2 положительный, так как равен 2 . Это значит, что ветви параболы будут направлены вверх.

Вычислим дискриминант квадратного трехчлена 2 · x 2 + 5 1 3 · x — 2 для того, чтобы выяснить, имеет ли парабола с осью абсцисс общие точки. Получаем:

D = 5 1 3 2 — 4 · 2 · ( — 2 ) = 400 9

Как видим, D больше нуля, следовательно, у нас есть две точки пересечения: x 1 = — 5 1 3 — 400 9 2 · 2 и x 2 = — 5 1 3 + 400 9 2 · 2 , то есть, x 1 = − 3 и x 2 = 1 3 .

Мы решаем нестрогое неравенство, следовательно проставляем на графике обычные точки. Рисуем параболу. Как видите, рисунок имеет такой же вид как и в первом рассмотренном нами шаблоне.

Наше неравенство имеет знак ≤ . Следовательно, нам нужно выделить промежутки на графике, на которых парабола расположена ниже оси O x и добавить к ним точки пересечения.

Нужный нам интервал − 3 , 1 3 . Добавляем к нему точки пересечения и получаем числовой отрезок − 3 , 1 3 . Это и есть решение нашей задачи. Записать ответ можно в виде двойного неравенства: − 3 ≤ x ≤ 1 3 .

Ответ: − 3 , 1 3 или − 3 ≤ x ≤ 1 3 .

Решите квадратное неравенство − x 2 + 16 · x − 63 0 графическим методом.

Решение

Квадрат переменной имеет отрицательный числовой коэффициент, поэтому ветви параболы будут направлены вниз. Вычислим четвертую часть дискриминанта D ‘ = 8 2 − ( − 1 ) · ( − 63 ) = 64 − 63 = 1 . Такой результат подсказывает нам, что точек пересечения будет две.

Вычислим корни квадратного трехчлена: x 1 = — 8 + 1 — 1 и x 2 = — 8 — 1 — 1 , x 1 = 7 и x 2 = 9 .

Получается, что парабола пересекает ось абсцисс в точках 7 и 9 . Отметим эти точки на графике пустыми, так как мы работаем со строгим неравенством. После этого нарисуем параболу, которая пересекает ось O х в отмеченных точках.

Нас будут интересовать промежутки, на которых парабола располагается ниже оси O х . Отметим эти интервалы синим цветом.

Получаем ответ: решением неравенства являются промежутки ( − ∞ , 7 ) , ( 9 , + ∞ ) .

Ответ: ( − ∞ , 7 ) ∪ ( 9 , + ∞ ) или в другой записи x 7 , x > 9 .

В тех случаях, когда дискриминант квадратного трехчлена равен нулю, необходимо внимательно подходить к вопросу о том, стоит ли включать в ответ абсциссы точки касания. Для того, чтобы принять правильное решение, необходимо учитывать знак неравенства. В строгих неравенствах точка касания оси абсцисс не является решением неравенства, в нестрогих является.

Решите квадратное неравенство 10 · x 2 − 14 · x + 4 , 9 ≤ 0 графическим методом.

Решение

Ветви параболы в данном случае будут направлены вверх. Она будет касаться оси O х в точке 0 , 7 , так как

Построим график функции y = 10 · x 2 − 14 · x + 4 , 9 . Ее ветви направлены вверх, так как коэффициент при x 2 положительный, и она касается оси абсцисс в точке с абсциссой 0 , 7 , так как D ‘ = ( − 7 ) 2 − 10 · 4 , 9 = 0 , откуда x 0 = 7 10 или 0 , 7 .

Поставим точку и нарисуем параболу.

Мы решаем нестрогое неравенство со знаком ≤ . Следовательно. Нас будут интересовать промежутки, на которых парабола располагается ниже оси абсцисс и точка касания. На рисунке нет интервалов, которые удовлетворяли бы нашим условиям. Есть лишь точка касания 0 , 7 . Это и есть искомое решение.

Ответ: Неравенство имеет только одно решение 0 , 7 .

Решите квадратное неравенство – x 2 + 8 · x − 16 0 .

Решение

Ветви параболы направлены вниз. Дискриминант равен нулю. Точка пересечения x 0 = 4 .

Отмечаем точку касания на оси абсцисс и рисуем параболу.

Мы имеем дело со строгим неравенством. Следовательно, нас интересуют интервалы, на которых парабола расположена ниже оси O х . Отметим их синим.

Точка с абсциссой 4 не является решением, так как в ней парабола не расположена ниже оси O x . Следовательно, мы получаем два интервала ( − ∞ , 4 ) , ( 4 , + ∞ ) .

Ответ: ( − ∞ , 4 ) ∪ ( 4 , + ∞ ) или в другой записи x ≠ 4 .

Не всегда при отрицательном значении дискриминанта неравенство не будет иметь решений. Есть случаи, когда решением будет являться множество всех действительных чисел.

Решите квадратное неравенство 3 · x 2 + 1 > 0 графическим способом.

Решение

Коэффициент а положительный. Дискриминант отрицательный. Ветви параболы будут направлены вверх. Точек пересечения параболы с осью O х нет. Обратимся к рисунку.

Мы работаем со строгим неравенством, которое имеет знак > . Это значит, что нас интересуют промежутки, на которых парабола располагается выше оси абсцисс. Это как раз тот случай, когда ответом является множество всех действительный чисел.

Ответ: ( − ∞ , + ∞ ) или так x ∈ R .

Необходимо найти решение неравенства − 2 · x 2 − 7 · x − 12 ≥ 0 графическим способом.

Решение

Ветви параболы направлены вниз. Дискриминант отрицательный, следовательно, общих точек параболы и оси абсцисс нет. Обратимся к рисунку.

Мы работаем с нестрогим неравенством со знаком ≥ , следовательно, интерес для нас представляют промежутки, на которых парабола располагается выше оси абсцисс. Судя по графику, таких промежутков нет. Это значит, что данное у условии задачи неравенство не имеет решений.

Источник