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用符号区间解二次不等式

对应的方程几秒就能解出,答案的形状却写错,分数就这样丢了。

本页内容
  1. 为什么根会把数轴分成几段?
  2. 方法步骤
  3. 例题详解
  4. 要留意的错误
  5. 自我检测
  6. 下一步

解二次不等式的方法是:先求对应方程的根,再检验根之间的各个区域,看式子在哪里符合你要的正负号。当题目要求 x 的范围时,例如问“x 取何值时某个量为正”,就会用到这项技能。

它是代数方程与不等式的核心技能之一,也与二次结构与判别式直接相关。

为什么根会把数轴分成几段?

二次式要从正变成负,只能经过零。所以根是正负号唯一可能改变的地方。在相邻两个根之间,符号保持不变;越过一个根,符号就反转。

这意味着你不必检验每一个值。每个区域取一个检验值,就能知道整个区域的正负号。

方法步骤

  1. 把所有项移到一边,使不等式变成二次式与 0 比较。
  2. 因式分解(或用公式)求根。
  3. 在数轴上标出根,得到三个区域。
  4. 每个区域取一个值代入因式分解后的式子,记下 + 或 −。
  5. 选出符合不等号的区域。< 或 > 用不含端点的区间,≤ 或 ≥ 则包含根。
  6. 写出 x 的解,两段分开的解用“或”连接。

例题详解

解 2x² − 5x ≥ 3。

第一步,与零比较: 2x² − 5x − 3 ≥ 0。

第二步,因式分解: 2x² − 5x − 3 = (2x + 1)(x − 3),根为 x = −1/2 和 x = 3。

第三步,区域: x < −1/2,然后 −1/2 < x < 3,然后 x > 3。

第四步,检验值:

区域检验 x(2x + 1)(x − 3)符号
x < −1/2−1(−1)(−4) = 4+
−1/2 < x < 30(1)(−3) = −3−
x > 34(9)(1) = 9+

第五步,选择: 我们要式子 ≥ 0,所以取正的区域并包含根。

答案: x ≤ −1/2 或 x ≥ 3。

核对: x = 0 在两根之间,2(0) − 0 = 0,不大于等于 3,所以 0 确实应排除。x = 4 时 32 − 20 = 12 ≥ 3,正确。

要留意的错误

常见的失误是把两段答案写成一条连写的不等式。

错误答案: 3 ≤ x ≤ −1/2

学生按根出现的顺序抄下来,再用 ≤ 连起来,这样写出来根本不代表任何数。

a ≤ x ≤ b 只有在 a 小于 b 时才成立,而且表示“在两者之间”。当答案是外侧区域时,要分成两个陈述,用或连接:x ≤ −1/2 或 x ≥ 3。检验值表能看清区别,因为中间区域是负的,必须排除。

另一个失误是两边除以负数时忘了反转不等号。像第一步那样先把各项集中到一边,就能完全避免这个问题。

自我检测

先自己做,再打开答案核对。

1. 解 x² − 4x − 5 < 0。

查看答案

x² − 4x − 5 = (x − 5)(x + 1),根为 −1 和 5。式子在两根之间为负(取 x = 0 得 −5)。

−1 < x < 5

2. 解 x² + 2x ≥ 15。

查看答案

改写成 x² + 2x − 15 ≥ 0,因式分解为 (x + 5)(x − 3) ≥ 0。根为 −5 和 3。式子在两根外侧为正(取 x = 0 得 −15,所以中间为负)。

x ≤ −5 或 x ≥ 3

3. 解 (x − 3)² > 0。

查看答案

平方只在 x = 3 时为零,其他地方都为正。严格不等号排除 x = 3 本身。

除 x = 3 以外的所有实数(写成 x < 3 或 x > 3)

下一步

当符号区间变成例行步骤后,可以学习解含绝对值的方程,它同样把数轴分成几种情况。二次结构探索器会画出曲线,让你看到哪些区域在 x 轴上方;无计算器运算训练能帮助你处理检验步骤中的分数运算。准备好后,试试综合练习题组。

如果你明白方法,却总因为符号或不等号的小失误丢掉最后的答案,这种模式值得仔细观察,可以在附加数学线上一对一补习中处理。

常见问题

什么时候答案是一个区间,什么时候是两段?

先把二次式写成 ax² + bx + c 与 0 比较,且 a 为正。如果不等式要求小于零(< 或 ≤),答案是两根之间的一个区间;如果要求大于零(> 或 ≥),答案是两段外侧区间,中间用“或”连接。

一定要画图吗?

画一个简单草图有帮助,但不是必须的。符号区间法不需要图:求出根,在每个区域取一个值检验,记下正负号。不少学生会画一条开口向上的 U 形曲线来核对,因为它能立刻显示哪些区域在 x 轴上方。

如果二次式没有实根怎么办?

曲线从不与 x 轴相交,所以这个式子在任何地方的正负号都相同。例如 x² + 4 > 0 对所有实数 x 都成立,而 x² + 4 < 0 无解。如果不确定有没有实根,先检查判别式(discriminant)。

要先展开括号吗?

只有在不等式还没有与零比较时才需要。先把所有项移到一边,再因式分解。直接把 (x − 1)(x + 3) > 5 的两个括号分别处理是常见错误,因为右边必须是零,因式的正负号才有意义。

更新于:

下一步

如果你很容易求出根,但最后的范围仍然写错,一对一的老师可以观察你判断正负号的过程,并修正出错的那一步。

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