Matematyka dla liceum/Funkcja kwadratowa/Nierówności kwadratowe

Z testwiki
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

W poprzednim rozdziale opisane zostały sposoby rozwiązywania równań kwadratowych. Nierówności kwadratowe rozwiązuję się w nieco odmienny sposób.

Znalezienie rozwiązania nierówności polega na
  • obliczeniu miejsc zerowych,
  • narysowaniu szkicu wykresu funkcji,
  • wyznaczeniu przedziału, który spełnia nierówność, przy pomocy wykresu.
Dla nierówności dwukwadratowych
  • rozwiązujemy nierówność ze zmienną pomocniczą (np. t=x2),
  • uzyskane rozwiązania dla t zamieniamy na nierówności i podstawiamy x2. Rozwiązania otrzymanych nierówności są rozwiązaniem nierówności dwukwadratowej.
  • np.   t(4;5)t>4,t<5x2>4,x2<5     i obliczamy.

Przykłady - nierówności kwadratowe

Szablon:Indeksuj

  • Przykład 1. x22x15>0
  • Przykład 2. x24x+450
  • Przykład 3. x25x+8<0
  • Przykład 4. x26x10<0
  • Przykład 5. x413x2+36>0
  • Przykład 6. x2+4x12<0



  • Przykład 1

x22x15>0

Jak przy równaniach liczymy deltę i miejsca zerowe:

Δ=(2)241(15)=64

x1=(2)642=3

x2=(2)+642=5

Teraz naszkicujmy prowizoryczny wykres wyrażenia po lewej stronie nierówności. Rysujemy parabole, wiemy o niej, że ramiona są skierowane w górę (a>0) oraz że przecina oś OX w 2 miejscach (Δ>0), wcześniej obliczonych:

Plik:Nierownosc1.jpg

Szablon:Infobox

Patrzymy na wykres i odczytujemy z niego, kiedy wykres funkcji znajdują się nad osią OX (rozwiązujemy bowiem nierówność f(x)>0), czyli kiedy funkcja przyjmuje wartości dodatnie. Oczywiście wówczas gdy x jest mniejszy od -3 lub większy od 5 (na wykresie -tam, gdzie występuje znak "+"). Zapisujemy to więc:

x(,3)(5,+)

W tym miejscu trzeba zwrócić uwagę na parę istotnych szczegółów:

-Nawiasy są "otwarte" ponieważ 0 nie należy do zbioru rozwiązań (f(-3)=0 nie spełnia nierówności f(x)>0),

- - nawias po stronie tego oznaczenia jest zawsze otwarty,

-W równaniach rozwiązaniami były pojedyncze liczby. Tutaj rozwiązaniami jest ich cały zbiór.


  • Przykład 2

x24x+450

Podany przykład rozwiążemy podobnie jak poprzedni (według tego samego schematu).

Δ=(4)24(1)(45)=16+180=196

x1=(4)1962=4142=5

x2=(4)+1962=4+142=9

Robimy szkic (a<0 więc ramiona są skierowane w dół):

Plik:Nierownosc2.jpg

Widzimy, że wykres jest ponad osią OX w przedziale od -9 do 5. Rozwiązaniem jest więc:

x<9,5>

Nawiasy są domknięte, ponieważ 0 należy do zbioru rozwiązań nierówności (f(-9)=0 spełnia nierówność f(x)0.


  • Przykład 3

x25x+8<0

Δ=(5)2418=2532=7

Δ<0  - czyli wykres nie ma punktów wspólnych z osią OX. Naszkicujmy wykres:

Plik:Wykres3.PNG

Parabola w całości znajduję się ponad osią OX. Stąd wniosek, że nierówność nigdy nie jest spełniona. Nie ma rozwiązań, więc:

x


  • Przykład 4

x26x10<0

Δ=(6)24(1)(10)=3640=4

Δ<0  - znowu nie ma miejsc wspólnych z osią OX. Szkicujemy pomocniczy wykres (a < 0):

Plik:Wykres4.PNG

Wykres w całości znajduję się pod osią OX. Oznacza to, że nierówność jest spełniona zawsze.

xR


  • Przykład 5 (R)

Szablon:MDL:Rozszerzony

x413x2+36>0

Przy okazji omawiania równań kwadratowych poznałeś równanie dwukwadratowe. Teraz rozwiążemy nierówność dwukwadratową, w podobny sposób jak równanie.

t=x2;t0

t213t+36>0

Δ=(13)24136=25

Δ=5

t1=1352=4

t2=13+52=9

Szablon:Infobox

Szkicujemy wykres funkcji t213t+36>0 i zaznaczamy część dodatnią:

Plik:Wykres5.PNG

Rozwiązaniem jest:

t(,4)(9,+)

Rozwiązaliśmy nierówność ze zmienną pomocniczą t. Potrzeba nam jednak rozwiązać nierówność ze zmienną x. Zapiszmy powyższe rozwiązanie jako alternatywę dwóch nierówności (zamiast przedziałów):

t<4   lub  t>9 

Podstawiamy  t=x2  i rozwiązujemy dwie nierówności:

x2<4   lub  x2>9 

1.   x2<4 

(x2)(x+2)<0 
x(2,2) (pomijamy rysowanie wykresu)

2.   x2>9 

(x3)(x+3)>0 
x(,3)(3,+) (także pomijamy rysowanie wykresu)

Rozwiązaniem jest suma rozwiązań 1. i 2.:

x(,3)(2,2)(3,+)

Szablon:Infobox


  • Przykład 6 (R)

Szablon:MDL:Rozszerzony

x2+4x12<0

Ten przykład rozwiążemy nieco innym sposobem niż poprzednie - bez szkicowania wykresu, za pomocą alternatywy układów. Zanim go jednak zaczniesz analizować, przeczytaj informacje o postaci iloczynowej, bowiem właśnie ten element wykorzystamy przy rozwiązaniu tej nierówności.

Δ=4241(12)=64

Δ=8

x1=482=6

x2=4+82=2

Teraz zamieniamy nierówność na postać iloczynową:

(x(x1))(xx2)<0

(x+6)(x2)<0

Całe wyrażenie jest ujemne gdy:

  1. (x+6) jest dodatnie i (x-2) ujemne lub
  2. (x+6) jest ujemne i (x-2) dodatnie

(iloczyn dowolnej liczby ujemnej, przez liczbę dodatnią jest zawsze ujemny, i na odwrót). Tworzymy w ten sposób alternatywę układów, która wygląda następująco:

{x+6>0x2<0 lub {x+6<0x2>0

czyli

{x>6x<2 lub {x<6x>2

Rozwiązaniem pierwszego układu jest x(6,2), natomiast drugi układ jest sprzeczny. Rozwiązaniem jest więc:

x(6,2)

Możesz podane wyniki sprawdzić szkicując wykres.



Szablon:Nawigacja