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  • 2021-06-15 发布

高科数学专题复习课件:7_2 一元二次不等式及其解法

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§7.2  一元二次不等式及其解法 基础知识   自主学习 课时作业 题型分 类  深度剖析 内容索引 基础知识 自主学习 1. “ 三个二次 ” 的关系 知识梳理 判别式 Δ = b 2 - 4 ac Δ >0 Δ = 0 Δ <0 二次函数 y = ax 2 + bx + c ( a >0) 的图象 一元二次方程 ax 2 + bx + c = 0 ( a >0) 的根 有两相异实根 x 1 , x 2 ( x 1 < x 2 ) 有两相等实根 x 1 = x 2 = 没有实数根 一元二次不等式 ax 2 + bx + c >0 ( a >0) 的解集 ____________ _____________ __________ 一元二次 不等式 ax 2 + bx + c <0 ( a >0) 的解集 ___________ ____ ____ { x | x < x 1 或 x > x 2 } { x | x ∈ R } { x | x 1 < x < x 2 } ∅ ∅ ( x - a )( x - b )>0 或 ( x - a )( x - b )<0 型不等式的解法 2. 常用结论 不等式 解集 a < b a = b a > b ( x - a )·( x - b )>0 { x | x < a 或 x > b } ________ ____________ ( x - a )·( x - b )<0 __________ ___ { x | b < x < a } { x | x ≠ a } { x | x < b 或 x > a } { x | a < x < b } ∅ 口诀:大于取两边,小于取中间 . (1 ) > 0(<0) ⇔ f ( x )· g ( x )>0(<0). (2 ) ≥ 0( ≤ 0) ⇔ f ( x )· g ( x ) ≥ 0( ≤ 0) 且 g ( x ) ≠ 0. 以上两式的核心要义是将分式不等式转化为整式不等式 . 知识 拓展 判断下列结论是否正确 ( 请在括号中打 “√” 或 “×” ) (1) 若不等式 ax 2 + bx + c <0 的解集为 ( x 1 , x 2 ) ,则必有 a >0.(    ) (2) 若不等式 ax 2 + bx + c >0 的解集是 ( - ∞ , x 1 ) ∪ ( x 2 ,+ ∞ ) ,则方程 ax 2 + bx + c = 0 的两个根是 x 1 和 x 2 .(    ) (3) 若方程 ax 2 + bx + c = 0( a ≠ 0) 没有实数根,则不等式 ax 2 + bx + c >0 的解集为 R .(    ) 思考辨析 √ √ × (4) 不等式 ax 2 + bx + c ≤ 0 在 R 上恒成立的条件是 a <0 且 Δ = b 2 - 4 ac ≤ 0.(    ) (5) 若二次函数 y = ax 2 + bx + c 的图象开口向下,则不等式 ax 2 + bx + c <0 的解集一定不是空集 .(    ) √ × 1.( 教材改编 ) 不等式 x 2 - 3 x - 10>0 的解集 是 A .( - 2,5) B .(5 ,+ ∞ ) C.( - ∞ ,- 2) D .( - ∞ ,- 2) ∪ (5 ,+ ∞ ) 考点自测 答案 解析 解方程 x 2 - 3 x - 10 = 0 得 x 1 =- 2 , x 2 = 5 , 由于 y = x 2 - 3 x - 10 的 图象 开口 向上 , 所以 x 2 - 3 x - 10>0 的解集 为 ( - ∞ ,- 2) ∪ (5 ,+ ∞ ). 2. 设集合 M = { x | x 2 - 3 x - 4<0} , N = { x |0 ≤ x ≤ 5} ,则 M ∩ N 等于 A .(0,4] B .[0,4) C. [ - 1,0) D .( - 1,0] 答案 解析 ∵ M = { x | x 2 - 3 x - 4<0} = { x | - 1< x <4} , ∴ M ∩ N = [0,4). 3.( 教材改编 ) y = log 2 (3 x 2 - 2 x - 2) 的定义域 是 ___________________ ___ ______. 答案 解析 由题意,得 3 x 2 - 2 x - 2>0 , 4.( 教材改编 ) 若关于 x 的不等式 ax 2 + bx + 2>0 的解集 是 , 则 a + b = ________. 答案 解析 - 14 5. 不等式 x 2 + ax + 4 ≤ 0 的解集不是空集,则实数 a 的取值范围是 _______________ _ _______. 答案 解析 ( - ∞ ,- 4] ∪ [4 ,+ ∞ ) ∵ x 2 + ax + 4 ≤ 0 的解集不是空集,则 x 2 + ax + 4 = 0 一定有解 . ∴ Δ = a 2 - 4 × 1 × 4 ≥ 0 ,即 a 2 ≥ 16 , ∴ a ≥ 4 或 a ≤ - 4. 题型分类 深度剖析 题型一 一元二次不等式的求解 例 1   求不等式- 2 x 2 + x + 3<0 的解集 . 解答 命题点 1  不含参的不等式 化- 2 x 2 + x + 3<0 为 2 x 2 - x - 3>0 , 例 2  解关于 x 的不等式: x 2 - ( a + 1) x + a <0. 解答 命题点 2  含参不等式 由 x 2 - ( a + 1) x + a = 0 ,得 ( x - a )( x - 1) = 0 , ∴ x 1 = a , x 2 = 1 , ① 当 a >1 时, x 2 - ( a + 1) x + a <0 的解集为 { x |1< x < a } , ② 当 a = 1 时, x 2 - ( a + 1) x + a <0 的解集为 ∅ , ③ 当 a <1 时, x 2 - ( a + 1) x + a <0 的解集为 { x | a < x <1}. 引申 探究 将原不等式改为 ax 2 - ( a + 1) x + 1<0 ,求不等式的解集 . 解答 若 a = 0 ,原不等式等价于- x + 1<0 ,解得 x >1. 当 a = 0 时,解集为 { x | x >1} ; 当 a = 1 时,解集为 ∅ ; 思维 升华 含有参数的不等式的求解,往往需要对参数进行分类讨论 . (1) 若二次项系数为常数,首先确定二次项系数是否为正数,再考虑分解因式,对参数进行分类讨论,若不易分解因式,则可依据判别式符号进行分类讨论; (2) 若二次项系数为参数,则应先考虑二次项系数是否为零,确定不等式是不是二次不等式,然后再讨论二次项系数不为零的情形,以便确定解集的形式; (3) 对方程的根进行讨论,比较大小,以便写出解集 . 跟踪训练 1   解下列不等式: (1)0< x 2 - x - 2 ≤ 4 ; 解答 原不等式等价于 借助于数轴,如图所示, 所以原不等式的解集为 { x | - 2 ≤ x < - 1 或 2< x ≤ 3}. (2) 求不等式 12 x 2 - ax > a 2 ( a ∈ R ) 的解集 . 解答 ∵ 12 x 2 - ax > a 2 , ∴ 12 x 2 - ax - a 2 > 0 , 即 (4 x + a )(3 x - a ) > 0 ,令 (4 x + a )(3 x - a ) = 0 , 当 a = 0 时, x 2 > 0 ,解集为 { x | x ∈ R 且 x ≠ 0} ; 当 a = 0 时,不等式的解集为 { x | x ∈ R 且 x ≠ 0} ; 题型二 一元二次不等式恒成立问题 命题点 1  在 R 上的恒成立问题 例 3   (1) 若一元二次不等式 2 kx 2 + kx - < 0 对一切实数 x 都成立,则 k 的取值范围 为 A .( - 3,0] B .[ - 3,0) C. [ - 3,0] D .( - 3,0) 答案 解析 ∴ k ≠ 0 , (2) 设 a 为常数,对于 ∀ x ∈ R , ax 2 + ax + 1>0 ,则 a 的取值范围 是 A.(0,4) B .[0,4) C.(0 ,+ ∞ ) D .( - ∞ , 4) 答案 解析 命题点 2  在给定区间上的恒成立问题 例 4   设函数 f ( x ) = mx 2 - mx - 1. 若对于 x ∈ [1,3] , f ( x )< - m + 5 恒成立,求 m 的取值范围 . 解答 要使 f ( x )< - m + 5 在 x ∈ [1,3] 上恒成立, 有以下两种方法: 当 m >0 时, g ( x ) 在 [1,3] 上是增函数, 所以 g ( x ) max = g (3) ⇒ 7 m - 6<0 , 当 m = 0 时,- 6<0 恒成立; 当 m <0 时, g ( x ) 在 [1,3] 上是减函数, 所以 g ( x ) max = g (1) ⇒ m - 6<0 ,所以 m <6 ,所以 m <0. 命题点 3  给定参数范围的恒成立问题 例 5   对任意 m ∈ [ - 1,1 ] ,函数 f ( x ) = x 2 + ( m - 4) x + 4 - 2 m 的值恒大于零,求 x 的取值范围 . 解答 由 f ( x ) = x 2 + ( m - 4) x + 4 - 2 m = ( x - 2) m + x 2 - 4 x + 4 , 令 g ( m ) = ( x - 2) m + x 2 - 4 x + 4. 由题意知在 [ - 1,1 ] 上, g ( m ) 的值恒大于零, 解得 x <1 或 x >3. 故当 x 的取值范围为 ( - ∞ , 1) ∪ (3 ,+ ∞ ) 时,对任意的 m ∈ [ - 1,1 ] ,函数 f ( x ) 的值恒大于零 . 思维 升华 (1) 对于一元二次不等式恒成立问题,恒大于 0 就是相应的二次函数的图象在给定的区间上全部在 x 轴上方,恒小于 0 就是相应的二次函数的图象在给定的区间上全部在 x 轴下方 . 另外常转化为求二次函数的最值或用分离参数法求最值 . (2) 解决恒成立问题一定要搞清谁是主元,谁是参数,一般地,知道谁的范围,谁就是主元,求谁的范围,谁就是参数 . 跟踪训练 2   (1) 已知函数 f ( x ) = x 2 + mx - 1 ,若对于任意 x ∈ [ m , m + 1 ] , 都 有 f ( x )<0 成立,则实数 m 的取值范围是 ________ __ . 答案 解析 作出二次函数 f ( x ) 的草图,对于任意 x ∈ [ m , m + 1 ] ,都 有 f ( x )<0 , (2) 已知不等式 mx 2 - 2 x - m + 1<0 ,是否存在实数 m 对所有的实数 x ,使不等式恒成立?若存在,求出 m 的取值范围;若不存在,请说明理由 . 解答 不等式 mx 2 - 2 x - m + 1<0 恒成立, 即函数 f ( x ) = mx 2 - 2 x - m + 1 的图象全部在 x 轴下方 . 当 m ≠ 0 时,函数 f ( x ) = mx 2 - 2 x - m + 1 为二次函数 , 需满足开口向下且方程 mx 2 - 2 x - m + 1 = 0 无解, 综上可知,不存在这样的 m . 题型三 一元二次不等式的应用 例 6   某商品每件成本价为 80 元,售价为 100 元,每天售出 100 件 . 若售价降低 x 成 (1 成= 10%) ,售出商品数量就 增加 x 成 . 要求售价不能低于成本价 . (1) 设该商店一天的营业额为 y ,试求 y 与 x 之间的函数关系式 y = f ( x ) ,并写出定义域; 解析 所以 y = f ( x ) = 40(10 - x )(25 + 4 x ) ,定义域为 x ∈ [0,2]. (2) 若再要求该商品一天营业额至少为 10 260 元,求 x 的取值范围 . 解 答 由题意得 40(10 - x )(25 + 4 x ) ≥ 10 260 , 思维 升华 求解不等式应用题的四个步骤 (1) 阅读理解,认真审题,把握问题中的关键量,找准不等关系 . (2) 引进数学符号,将文字信息转化为符号语言,用不等式表示不等关系,建立相应的数学模型 . (3) 解不等式,得出数学结论,要注意数学模型中自变量的实际意义 . (4) 回归实际问题,将数学结论还原为实际问题的结果 . 跟踪训练 3   甲厂以 x 千克 / 小时的速度匀速生产某种产品 ( 生产条件要求 1 ≤ x ≤ 10) ,每小时可获得的利润是 100·(5 x + 1 - ) 元 . (1) 要使生产该产品 2 小时获得的利润不低于 3 000 元,求 x 的取值范围; 解 答 即 5 x 2 - 14 x - 3 ≥ 0 , 又 1 ≤ x ≤ 10 ,可解得 3 ≤ x ≤ 10. 即要使生产该产品 2 小时获得的利润不低于 3 000 元, x 的取值范围是 [3,10]. (2) 要使生产 900 千克该产品获得的利润最大,问:甲厂应该选取何种生产速度?并求最大利润 . 解答 设利润为 y 元,则 故当 x = 6 时, y max = 457 500 元 . 即甲厂以 6 千克 / 小时的生产速度生产 900 千克该产品时获得的利润最大,最大利润为 457 500 元 . 典例  (1) 已知函数 f ( x ) = x 2 + ax + b ( a , b ∈ R ) 的值域为 [0 ,+ ∞ ) ,若关于 x 的不等式 f ( x )< c 的解集为 ( m , m + 6) ,则实数 c 的值为 _____. (2) 已知函数 f ( x ) = , 若对任意 x ∈ [1 ,+ ∞ ) , f ( x )>0 恒成立,则实数 a 的取值范围是 ________ _ _. 转化 与化归思想在不等式中的应用 思想与方法系列 14 函数的值域和不等式的解集转化为 a , b 满足的条件;不等式恒成立可以分离常数,转化为函数值域问题 . 9 { a | a > - 3} 答案 解析 思想方法指 导 (1) 由 题意 知 f ( x ) = x 2 + ax + b ∵ f ( x ) 的值域为 [0 ,+ ∞ ) , 即 x 2 + 2 x + a >0 恒成立 . 即当 x ≥ 1 时, a > - ( x 2 + 2 x ) = g ( x ) 恒成立 . 而 g ( x ) =- ( x 2 + 2 x ) =- ( x + 1) 2 + 1 在 [1 ,+ ∞ ) 上单调递减, ∴ g ( x ) max = g (1) =- 3 ,故 a > - 3. ∴ 实数 a 的取值范围是 { a | a > - 3}. 课时作业 A.{ x |1 ≤ x ≤ 2} B .{ x | x ≤ 1 或 x ≥ 2} C.{ x |1< x <2} D .{ x | x <1 或 x >2} 1. 不等式 ( x - 1)(2 - x ) ≥ 0 的解集为 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 解析 由 ( x - 1)(2 - x ) ≥ 0 可知 ( x - 2)( x - 1) ≤ 0 , 所以不等式的解集为 { x |1 ≤ x ≤ 2}. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A.( - ∞ , 1) ∪ (3 ,+ ∞ ) B .(1,3) C.( - ∞ , 2) ∪ (2 ,+ ∞ ) D .(1,2) ∪ (2,3) √ 答案 解析 由题意得- x 2 + 4 x - 3>0 ,即 x 2 - 4 x + 3<0 , ∴ 1< x <3 , 又 ln( - x 2 + 4 x - 3) ≠ 0 ,即- x 2 + 4 x - 3 ≠ 1 , ∴ x 2 - 4 x + 4 ≠ 0 , ∴ x ≠ 2. 故函数定义域为 (1,2) ∪ (2,3). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3. 若集合 A = { x | ax 2 - ax + 1<0} = ∅ ,则实数 a 的取值范围 是 A .{ a |0< a <4} B .{ a |0 ≤ a <4} C.{ a |0< a ≤ 4} D .{ a |0 ≤ a ≤ 4} √ 答案 解析 由题意知 a = 0 时,满足条件 . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A.( - 3,1) ∪ (3 ,+ ∞ ) B.( - 3,1) ∪ (2 ,+ ∞ ) C.( - 1,1) ∪ (3 ,+ ∞ ) D.( - ∞ ,- 3) ∪ (1,3) √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 5. 已知不等式 x 2 - 2 x - 3<0 的解集为 A ,不等式 x 2 + x - 6<0 的解集为 B ,不等式 x 2 + ax + b <0 的解集为 A ∩ B ,那么 a + b 等于 A . - 3 B.1 C. - 1 D.3 √ 答案 解析 由题意, A = { x | - 1< x <3} , B = { x | - 3< x <2} , A ∩ B = { x | - 1< x <2} , 则不等式 x 2 + ax + b <0 的解集为 { x | - 1< x <2}. 由根与系数的关系可知, a =- 1 , b =- 2 , 所以 a + b =- 3 ,故选 A. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 6. 若关于 x 的不等式 x 2 - 2 ax - 8 a 2 <0( a >0) 的解集为 ( x 1 , x 2 ) ,且 x 2 - x 1 = 15 ,则 a 等于 √ 答案 解析 由 x 2 - 2 ax - 8 a 2 <0 , 得 ( x + 2 a )( x - 4 a )<0 ,因为 a >0 , 所以不等式的解集为 ( - 2 a, 4 a ) , 即 x 2 = 4 a , x 1 =- 2 a ,由 x 2 - x 1 = 15 , 得 4 a - ( - 2 a ) = 15 ,解得 a = . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解得 a =- 6 , b = 5 ,不等式 x 2 - bx - a <0 即为 x 2 - 5 x + 6<0 ,解集为 (2,3). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 *8. 已知函数 f ( x ) =- x 2 + ax + b 2 - b + 1( a ∈ R , b ∈ R ) ,对任意实数 x 都有 f (1 - x ) = f (1 + x ) 成立,当 x ∈ [ - 1,1 ] 时, f ( x )>0 恒成立,则 b 的取值范围 是 A. - 1< b <0 B. b >2 C. b < - 1 或 b >2 D. 不能确定 √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 由 f (1 - x ) = f (1 + x ) 知 f ( x ) 图象的对称轴为直线 x = 1 , 由 f ( x ) 的图象可知 f ( x ) 在 [ - 1,1] 上为增函数 . ∴ x ∈ [ - 1,1 ] 时, f ( x ) min = f ( - 1) =- 1 - 2 + b 2 - b + 1 = b 2 - b - 2 , 令 b 2 - b - 2>0 ,解得 b < - 1 或 b >2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 9. 若不等式- 2 ≤ x 2 - 2 ax + a ≤ - 1 有唯一解,则 a 的值为 ________. 答案 解析 若不等式- 2 ≤ x 2 - 2 ax + a ≤ - 1 有唯一解,则 x 2 - 2 ax + a =- 1 有两个相等的实根,所以 Δ = 4 a 2 - 4( a + 1) = 0 ,解得 a = . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 10. 设 f ( x ) 是定义在 R 上的以 3 为周期的奇函数,若 f (1)>1 , f (2) = , 则 实数 a 的取值范围是 ________. 答案 解析 ∵ f ( x + 3) = f ( x ) , ∴ f (2) = f ( - 1 + 3) = f ( - 1) =- f (1)< - 1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 *11. 已知 f ( x ) 是定义域为 R 的偶函数,当 x ≥ 0 时, f ( x ) = x 2 - 4 x ,那么,不等式 f ( x + 2)<5 的解集是 ____________. 答案 解析 { x | - 7< x <3} 令 x <0 ,则- x >0 , ∵ x ≥ 0 时, f ( x ) = x 2 - 4 x , ∴ f ( - x ) = ( - x ) 2 - 4( - x ) = x 2 + 4 x ,又 f ( x ) 为偶函数, ∴ f ( - x ) = f ( x ) , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 得- 5< x <0 ,即 f ( x )<5 的解集为 ( - 5,5). 由于 f ( x ) 向左平移两个单位即得 f ( x + 2) , 故 f ( x + 2)<5 的解集为 { x | - 7< x <3}. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 12. 设二次函数 f ( x ) = ax 2 + bx + c ,函数 F ( x ) = f ( x ) - x 的两个零点为 m , n ( m < n ). (1) 若 m =- 1 , n = 2 ,求不等式 F ( x )>0 的解集; 解答 由题意知, F ( x ) = f ( x ) - x = a ( x - m )( x - n ). 当 m =- 1 , n = 2 时,不等式 F ( x )>0 , 即 a ( x + 1)( x - 2)>0. 当 a >0 时,不等式 F ( x )>0 的解集为 { x | x < - 1 或 x >2} ; 当 a <0 时,不等式 F ( x )>0 的解集为 { x | - 1< x <2}. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解答 f ( x ) - m = F ( x ) + x - m = a ( x - m )( x - n ) + x - m = ( x - m )( ax - an + 1) , ∴ x - m <0,1 - an + ax >0. ∴ f ( x ) - m <0 ,即 f ( x )< m . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解答 因为 ( a + b ) x + (2 a - 3 b )<0 , 所以 ( a + b ) x <3 b - 2 a , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解得 a = 3 b <0 , 则不等式 ( a - 2 b ) x 2 + 2( a - b - 1) x + ( a - 2)>0. 等价为 bx 2 + (4 b - 2) x + (3 b - 2)>0 , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13