Как найти количество целочисленных решений неравенства

Сколько целых решений имеет неравенство -18

Для того, чтобы определить сколько целых решений имеет неравенство — 18 < х < 174 выполним следующие действия.

Алгоритм решения задачи

• вспомним определение целого числа;
• выясним входят ли концы отрезка в решение неравенства;
• найдем число отрицательных решений неравенства;
• найдем число положительных решений неравенства;
• найдем количество целых решений неравенства.

Определение целого числа

Давайте вспомним определение целого числа в математике.

Натуральные числа, противоположные им числа и 0 называются целыми числами.

Теперь выясним входят ли концы отрезка в решение неравенства.

Знаки в заданном неравенстве — 18 < х < 174 строгие и при изображении этих точек на координатной прямой они будут выколотыми и не будут являться решением неравенства.

Найдем количество целых решений неравенства — 18 < х < 174

Чтобы посчитать число целых решений неравенства можно поступить двумя способами:

1) выписать все целые числа удовлетворяющие неравенству и сосчитать их;

2) методом логических рассуждений вычислить число отрицательных решений, число положительных решений и не забыть про ноль.

Давайте решим наше задание вторым способом.

Рассмотрим отрезок (- 18; 0). На нем целых чисел, удовлетворяющих нашему неравенству будет 17 (так как -18 не входит и число 0 мы посчитаем отдельно).

0 будем считать за 1 решение неравенства.

Рассмотрим отрезок (0; 174). На нем целых чисел, удовлетворяющих неравенству 173.

Сложим число всех найденных решений на каждом из рассмотренных отрезков и получим:

Что значит найти целые решения системы неравенств. Найти целые цешения системы неравенств. Соблюдение вашей конфиденциальности на уровне компании

В алгебре часто требуется не просто решить систему неравенств, но выбрать из полученного множества решений решения, удовлетворяющие некоторым дополнительным условиям.

Найти целые решения системы неравенств — одно из заданий такого рода.

1) Найти целые решения системы неравенств:

Неизвестные переносим в одну сторону, известные — в другую с противоположным знаком:

Title=»Rendered by QuickLaTeX.com»>

После упрощения разделим обе части каждого неравенства на . При делении на положительное число знак неравенства не меняется:

Title=»Rendered by QuickLaTeX.com»>

Title=»Rendered by QuickLaTeX.com»>

Отмечаем решения неравенств на числовых прямых. является пересечение решений (то есть та часть, где штриховка есть на обеих прямых).

Оба неравенства строгие, поэтому -4 и 2 изображаются выколотыми точками и в решение не входят:

Из промежутка (-4;2) выбираем целые решения.

Ответ: -3; -2; -1; 0; 1.

2) Какие целые решения имеет система неравенств?

Title=»Rendered by QuickLaTeX.com»>

Переносим неизвестные в одну сторону, известные — в другую с противоположным знаком

Title=»Rendered by QuickLaTeX.com»>

Упрощаем и делим обе части на число, стоящее перед иксом. Первое неравенство делим на положительное число, поэтому знак неравенства не меняется, второе — на отрицательное число, поэтому знак неравенства изменяется на противоположный:

Title=»Rendered by QuickLaTeX.com»>

Отмечаем решения неравенств на числовых прямых. Первое неравенство нестрогое, поэтому -2 изображаем закрашенной точкой. Второе неравенство нестрогое, соответственно, 5 изображается выколотой точкой:

Целые решения на промежутке [-2;5) — это -2; -1; 0; 1; 2; 3; 4.

Ответ: -2; -1; 0; 1; 2; 3; 4.

В некоторых примерах не требуется перечислять целые решения, нужно лишь указать их количество.

3) Сколько целых решений имеет система неравенств?

Переносим неизвестные в одну сторону, известные — в другую:

Title=»Rendered by QuickLaTeX.com»>

Обе части первого неравенства делим на отрицательное число, поэтому знак неравенства изменяется на противоположный. Обе части второго неравенства делим на положительное число, знак неравенства при этом не меняется:

Решение неравенств отмечаем на числовых прямых. Оба неравенства нестрогие, поэтому -3,5 и 1,7 изображаем закрашенными точками:

Решением системы является промежуток [-3,5; 1,7]. Целые числа, которые входят в данный промежуток — это -3; -2; -1; 0; 1. Всего их 5.

4) Сколько целых чисел являются решениями системы неравенств?

Неравенство это выражение с, ≤, или ≥. Например, 3x — 5 Решить неравенство означает найти все значения переменных, при которых это неравенство верно. Каждое из этих чисел является решением неравенства, а множество всех таких решений является его множеством решений . Неравенства, которые имеют то же множество решений, называются эквивалентными неравенствами .

Линейные неравенства

Принципы решения неравенств
Для любых вещественных чисел a, b, и c :
Принцип прибавления неравенств : Если a Принцип умножения для неравенств : Если a 0 верно, тогда ac Если a bc также верно.
Подобные утверждения также применяются для a ≤ b.

Когда обе стороны неравенства умножаются на отрицательное число, необходимо полностью изменить знак неравенства.
Неравенства первого уровня, как в примере 1 (ниже), называются линейными неравенствами .

Пример 1 Решите каждое из следующих неравенств. Затем изобразите множество решений.
a) 3x — 5 b) 13 — 7x ≥ 10x — 4
Решение
Любое число, меньше чем 11/5, является решением.
Множество решений есть Чтобы сделать проверку, мы можем нарисовать график y 1 = 3x — 5 и y 2 = 6 — 2x. Тогда отсюда видно, что для x
Множеством решений есть , или (-∞, 1]. График множества решений изображён ниже.

Двойные неравенства

Когда два неравенства соединены словом и , или , тогда формируется двойное неравенство . Двойное неравенство, как
-3 и 2x + 5 ≤ 7
называется соединённым , потому что в нём использовано и . Запись -3 Двойные неравенства могут быть решены с использованием принципов прибавления и умножения неравенств.

Пример 2 Решите -3 Решение У нас есть

Множество решений или x > 3>. Мы можем также написать решение с использованием обозначения интервала и символ для объединения или включения обоих множеств: (-∞ -1] (3, ∞). График множества решений изображен ниже.

Для проверки, нарисуем y 1 = 2x — 5, y 2 = -7, и y 3 = 1. Заметьте, что для или x > 3>, y 1 ≤ y 2 или y 1 > y 3 .

Неравенства с абсолютным значением (модулем)

Неравенства иногда содержат модули. Следующие свойства используются для их решения.
Для а > 0 и алгебраического выражения x:
|x| |x| > a эквивалентно x или x > a.
Подобные утверждения и для |x| ≤ a и |x| ≥ a.

Например,
|x| |y| ≥ 1 эквивалентно y ≤ -1 или y ≥ 1;
и |2x + 3| ≤ 4 эквивалентно -4 ≤ 2x + 3 ≤ 4.

Пример 4 Решите каждое из следующих неравенств. Постройте график множества решений.
a) |3x + 2| b) |5 — 2x| ≥ 1

Решение
a) |3x + 2|

Множеством решением есть
b) |5 — 2x| ≥ 1
Множеством решением есть или x ≥ 3>, или (-∞, 2] .

Весь выше прописанный алгоритм записывается так:

3 · x + 12 ≤ 0 ; 3 · x ≤ − 12 ; x ≤ − 4 .

Ответ: x ≤ − 4 или (− ∞ , − 4 ] .

Указать все имеющиеся решения неравенства − 2 , 7 · z > 0 .

Решение

Из условия видим, что коэффициент a при z равняется — 2 , 7 , а b в явном виде отсутствует или равняется нулю. Первый шаг алгоритма можно не использовать, а сразу переходить ко второму.

Производим деление обеих частей уравнения на число — 2 , 7 . Так как число отрицательное, необходимо поменять знак неравенства на противоположный. То есть получаем, что (− 2 , 7 · z) : (− 2 , 7) 0 ; z , ≥) :

Числовое неравенство вида b , ≥) верно, тогда исходное неравенство имеет решение при любом значении, а неверно тогда, когда исходное неравенство не имеет решений.

Решить неравенство 0 · x + 7 > 0 .

Решение

Данное линейное неравенство 0 · x + 7 > 0 может принимать любое значение x . Тогда получим неравенство вида 7 > 0 . Последнее неравенство считается верным, значит любое число может быть его решением.

Ответ : промежуток (− ∞ , + ∞) .

Найти решение неравенства 0 · x − 12 , 7 ≥ 0 .

Решение

При подстановке переменной x любого числа получим, что неравенство получит вид − 12 , 7 ≥ 0 . Оно является неверным. То есть 0 · x − 12 , 7 ≥ 0 не имеет решений.

Ответ: решений нет.

Рассмотрим решение линейных неравенств, где оба коэффициента равняется нулю.

Определить не имеющее решение неравенство из 0 · x + 0 > 0 и 0 · x + 0 ≥ 0 .

Решение

При подстановке любого числа вместо x получим два неравенства вида 0 > 0 и 0 ≥ 0 . Первое является неверным. Значит, 0 · x + 0 > 0 не имеет решений, а 0 · x + 0 ≥ 0 имеет бесконечное количество решений, то есть любое число.

Ответ : неравенство 0 · x + 0 > 0 не имеет решений, а 0 · x + 0 ≥ 0 имеет решения.

Данный метод рассматривается в школьном курсе математики. Метод интервалов способен разрешать различные виды неравенств, также и линейные.

Метод интервалов применяется для линейных неравенств при значении коэффициента x не равному 0 . Иначе придется вычислять при помощи другого метода.

Метод интервалов – это:

• введение функции y = a · x + b ;
• поиск нулей для разбивания области определения на промежутки;
• определение знаков для понятия их на промежутках.

Соберем алгоритм для решения линейных уравнений a · x + b , ≥) при a ≠ 0 с помощью метода интервалов:

• нахождение нулей функции y = a · x + b , чтобы решить уравнение вида a · x + b = 0 . Если a ≠ 0 , тогда решением будет единственный корень, который примет обозначение х 0 ;
• построение координатной прямой с изображением точки с координатой х 0 , при строгом неравенстве точка обозначается выколотой, при нестрогом – закрашенной;
• определение знаков функции y = a · x + b на промежутках, для этого необходимо находить значения функции в точках на промежутке;
• решение неравенства со знаками > или ≥ на координатной прямой добавляется штриховка над положительным промежутком, 0 .

Решение

Из алгоритма следует, что для начала нужно найти корень уравнения − 3 · x + 12 = 0 . Получаем, что − 3 · x = − 12 , x = 4 . Необходимо изобразить координатную прямую, где отмечаем точку 4 . Она будет выколотой, так как неравенство является строгим. Рассмотрим чертеж, приведенный ниже.

Нужно определить знаки на промежутках. Чтобы определить его на промежутке (− ∞ , 4) , необходимо произвести вычисление функции y = − 3 · x + 12 при х = 3 . Отсюда получим, что − 3 · 3 + 12 = 3 > 0 . Знак на промежутке является положительным.

Определяем знак из промежутка (4 , + ∞) , тогда подставляем значение х = 5 . Имеем, что − 3 · 5 + 12 = − 3 , причем штриховка выполняется над положительным промежутком. Рассмотрим чертеж, приведенный ниже.

Из чертежа видно, что искомое решение имеет вид (− ∞ , 4) или x 0 и 0 , 5 · x − 1 ≥ 0 . Их решениями будут значения x 2 и x ≥ 2 . Для этого изобразим график линейной функции y = 0 , 5 · x − 1 , приведенный ниже.

• решением неравенства 0 , 5 · x − 1 0 считается промежуток, гре функция располагается выше О х;
• решением 0 , 5 · x − 1 ≥ 0 считается промежуток, где график выше О х или совпадает.

Смысл графического решения неравенств заключается в нахождении промежутков, которое необходимо изображать на графике. В данном случае получаем, что левая часть имеет y = a · x + b , а правая – y = 0 , причем совпадает с О х.

Построение графика функции y = a · x + b производится:

• во время решения неравенства a · x + b 0 производится определение промежутка, где график изображается выше О х;
• во время решения неравенства a · x + b ≥ 0 производится определение промежутка, где график находится выше О х или совпадает.

Решить неравенство — 5 · x — 3 > 0 при помощи графика.

Решение

Необходимо построить график линейной функции — 5 · x — 3 > 0 . Данная прямая является убывающей, потому как коэффициент при x является отрицательным. Для определения координат точки его пересечения с О х — 5 · x — 3 > 0 получим значение — 3 5 . Изобразим графически.

Решение неравенства со знаком > , тогда необходимо обратить внимание на промежуток выше О х. Выделим красным цветом необходимую часть плоскости и получим, что

Необходимый промежуток является частью О х красного цвета. Значит, открытый числовой луч — ∞ , — 3 5 будет решением неравенства. Если бы по условию имели нестрогое неравенство, тогда значение точки — 3 5 также являлось бы решением неравенства. И совпадало бы с О х.

Ответ : — ∞ , — 3 5 или x 0 , 7 · (x − 1) + 3 ≤ 4 · x − 2 + x , x — 3 5 — 2 · x + 1 > 2 7 · x .

Неравенства, приведенные выше, всегда приводятся к виду линейного уравнения. После чего раскрываются скобки и приводятся подобные слагаемые, переносятся из разных частей, меняя знак на противоположный.

При сведении неравенства 5 − 2 · x > 0 к линейному, представляем его таким образом, чтобы оно имело вид − 2 · x + 5 > 0 , а для приведения второго получаем, что 7 · (x − 1) + 3 ≤ 4 · x − 2 + x . Необходимо раскрыть скобки, привести подобные слагаемые, перенести все слагаемые в левую часть и привести подобные слагаемые. Это выглядит таким образом:

7 · x − 7 + 3 ≤ 4 · x − 2 + x 7 · x − 4 ≤ 5 · x − 2 7 · x − 4 − 5 · x + 2 ≤ 0 2 · x − 2 ≤ 0

Это приводит решение к линейному неравенству.

Эти неравенства рассматриваются как линейные, так как имеют такой же принцип решения, после чего возможно приведение их к элементарным неравенствам.

Для решения такого вида неравенства такого вида необходимо свести его к линейному. Это следует делать таким образом:

• раскрыть скобки;
• слева собрать переменные, а справа числа;
• привести подобные слагаемые;
• разделить обе части на коэффициент при x .

Решить неравенство 5 · (x + 3) + x ≤ 6 · (x − 3) + 1 .

Решение

Производим раскрытие скобок, тогда получим неравенство вида 5 · x + 15 + x ≤ 6 · x − 18 + 1 . После приведения подобных слагаемых имеем, что 6 · x + 15 ≤ 6 · x − 17 . После перенесения слагаемых с левой в правую, получим, что 6 · x + 15 − 6 · x + 17 ≤ 0 . Отсюда имеет неравенство вида 32 ≤ 0 из полученного при вычислении 0 · x + 32 ≤ 0 . Видно, что неравенство неверное, значит, неравенство, данное по условию, не имеет решений.

Ответ : нет решений.

Стоит отметить, что имеется множество неравенств другого вида, которые могут сводится к линейному или неравенству вида, показанного выше. Например, 5 2 · x − 1 ≥ 1 является показательным уравнением, которое сводится к решению линейного вида 2 · x − 1 ≥ 0 . Эти случаи будут рассмотрены при решении неравенств данного вида.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

Решение целых и дробно рациональных неравенств

Продолжаем разбирать способы решения неравенств, имеющих в составе одну переменную. Мы уже изучили линейные и квадратные неравенства, которые представляют из себя частные случаи рациональных неравенств. В этой статье мы уточним, неравенства какого типа относятся к рациональным, расскажем, на какие виды они делятся (целые и дробные). После этого покажем, как правильно их решать, приведем нужные алгоритмы и разберем конкретные задачи.

Понятие рациональных равенств

Когда в школе изучают тему решения неравенств, то сразу берут рациональные неравенства. На них приобретаются и оттачиваются навыки работы с этим видом выражений. Сформулируем определение данного понятия:

Рациональное неравенство представляет из себя такое неравенство с переменными, которое содержит в обоих частях рациональные выражения.

Отметим, что определение никак не затрагивает вопрос количества переменных, значит, их может быть сколь угодно много. Следовательно, возможны рациональные неравенства с 1 , 2 , 3 и более переменными. Чаще всего приходится иметь дело с выражениями, содержащими всего одну переменную, реже две, а неравенства с большим количеством переменных обычно в рамках школьного курса не рассматривают вовсе.

Таким образом, мы можем узнать рациональное неравенство, посмотрев на его запись. И с правой, и с левой стороны у него должны быть расположены рациональные выражения. Приведем примеры:

x > 4 x 3 + 2 · y ≤ 5 · ( y − 1 ) · ( x 2 + 1 ) 2 · x x — 1 ≥ 1 + 1 1 + 3 x + 3 · x 2

А вот неравенство вида 5 + x + 1 < x · y · z не относится к рациональным, поскольку слева у него есть переменная под знаком корня.

Все рациональные неравенства делятся на целые и дробные.

Целое рациональное равенство состоит из целых рациональных выражений (в обеих частях).

Дробно рациональное равенство – это такое равенство, которое содержит дробное выражение в одной или обеих своих частях.

Например, неравенства вида 1 + x — 1 1 3 2 2 + 2 3 + 2 11 — 2 · 1 3 · x — 1 > 4 — x 4 и 1 — 2 3 5 — y > 1 x 2 — y 2 являются дробно рациональными, а 0 , 5 · x ≤ 3 · ( 2 − 5 · y ) и 1 : x + 3 > 0 – целыми.

Мы разобрали, что из себя представляют рациональные неравенства, и выделили их основные типы. Можем переходить дальше, к обзору способов их решения.

Как решать целые неравенства

Допустим, что нам требуется найти решения целого рационального неравенства r ( x ) < s ( x ) , которое включает в себя только одну переменную x . При этом r ( x ) и s ( x ) представляют собой любые целые рациональные числа или выражения, а знак неравенства может отличаться. Чтобы решить это задание, нам нужно преобразовать его и получить равносильное равенство.

Начнем с перенесения выражения из правой части в левую. Получим следующее:

вида r ( x ) − s ( x ) < 0 ( ≤ , > , ≥ )

Мы знаем, что r ( x ) − s ( x ) будет целым значением, а любое целое выражение допустимо преобразовать в многочлен. Преобразуем r ( x ) − s ( x ) в h ( x ) . Это выражение будет тождественно равным многочленом. Учитывая, что у r ( x ) − s ( x ) и h ( x ) область допустимых значений x одинакова, мы можем перейти к неравенствам h ( x ) < 0 ( ≤ , > , ≥ ) , которое будет равносильно исходному.

Зачастую такого простого преобразования будет достаточно для решения неравенства, поскольку в итоге может получиться линейное или квадратное неравенство, значение которого вычислить несложно. Разберем такие задачи.

Условие: решите целое рациональное неравенство x · ( x + 3 ) + 2 · x ≤ ( x + 1 ) 2 + 1 .

Решение

Начнем с переноса выражения из правой части в левую с противоположным знаком.

x · ( x + 3 ) + 2 · x − ( x + 1 ) 2 − 1 ≤ 0

Теперь, когда мы выполнили все действия с многочленами слева, можно переходить к линейному неравенству 3 · x − 2 ≤ 0 , равносильному тому, что было дано в условии. Решить его несложно:

Ответ: x ≤ 2 3 .

Условие: найдите решение неравенства ( x 2 + 1 ) 2 − 3 · x 2 > ( x 2 − x ) · ( x 2 + x ) .

Решение

Переносим выражение из левой части в правую и выполняем дальнейшие преобразования с помощью формул сокращенного умножения.

( x 2 + 1 ) 2 − 3 · x 2 − ( x 2 − x ) · ( x 2 + x ) > 0 x 4 + 2 · x 2 + 1 − 3 · x 2 − x 4 + x 2 > 0 1 > 0

В итоге наших преобразований мы получили неравенство, которое будет верным при любых значениях x , следовательно, решением исходного неравенства может быть любое действительное число.

Ответ: любое действительно число.

Условие: решите неравенство x + 6 + 2 · x 3 − 2 · x · ( x 2 + x − 5 ) > 0 .

Решение

Из правой части мы ничего переносить не будем, поскольку там 0 . Начнем сразу с преобразования левой части в многочлен:

x + 6 + 2 · x 3 − 2 · x 3 − 2 · x 2 + 10 · x > 0 − 2 · x 2 + 11 · x + 6 > 0 .

Мы вывели квадратное неравенство, равносильное исходному, которое легко решить несколькими методами. Применим графический способ.

Начнем с вычисления корней квадратного трехчлена − 2 · x 2 + 11 · x + 6 :

D = 11 2 — 4 · ( — 2 ) · 6 = 169 x 1 = — 11 + 169 2 · — 2 , x 2 = — 11 — 169 2 · — 2 x 1 = — 0 , 5 , x 2 = 6

Теперь на схеме отметим все необходимые нули. Поскольку старший коэффициент меньше нуля, ветви параболы на графике будут смотреть вниз.

Нам будет нужна область параболы, расположенная над осью абсцисс, поскольку в неравенстве у нас стоит знак > . Нужный интервал равен ( − 0 , 5 , 6 ) , следовательно, эта область значений и будет нужным нам решением.

Ответ: ( − 0 , 5 , 6 ) .

Бывают и более сложные случаи, когда слева получается многочлен третьей или более высокой степени. Чтобы решить такое неравенство, рекомендуется использовать метод интервалов. Сначала мы вычисляем все корни многочлена h ( x ) , что чаще всего делается с помощью разложения многочлена на множители.

Условие: вычислите ( x 2 + 2 ) · ( x + 4 ) < 14 − 9 · x .

Решение

Начнем, как всегда, с переноса выражения в левую часть, после чего нужно будет выполнить раскрытие скобок и приведение подобных слагаемых.

( x 2 + 2 ) · ( x + 4 ) − 14 + 9 · x < 0 x 3 + 4 · x 2 + 2 · x + 8 − 14 + 9 · x < 0 x 3 + 4 · x 2 + 11 · x − 6 < 0

В итоге преобразований у нас получилось равносильное исходному равенство, слева у которого стоит многочлен третьей степени. Применим метод интервалов для его решения.

Сначала вычисляем корни многочлена, для чего нам надо решить кубическое уравнение x 3 + 4 · x 2 + 11 · x − 6 = 0 . Имеет ли оно рациональные корни? Они могут быть лишь в числе делителей свободного члена, т.е. среди чисел ± 1 , ± 2 , ± 3 , ± 6 . Подставим их по очереди в исходное уравнение и выясним, что числа 1 , 2 и 3 будут его корнями.

Значит, многочлен x 3 + 4 · x 2 + 11 · x − 6 может быть описан в виде произведения ( x − 1 ) · ( x − 2 ) · ( x − 3 ) , и неравенство x 3 + 4 · x 2 + 11 · x − 6 < 0 может быть представлено как ( x − 1 ) · ( x − 2 ) · ( x − 3 ) < 0 . С неравенством такого вида нам потом будет легче определить знаки на промежутках.

Далее выполняем оставшиеся шаги интервального метода: рисуем числовую прямую и точки на ней с координатами 1 , 2 , 3 . Они разбивают прямую на 4 промежутка, в которых нужно определить знаки. Заштрихуем промежутки с минусом, поскольку исходное неравенство имеет знак < .

Нам осталось только записать готовый ответ: ( − ∞ , 1 ) ∪ ( 2 , 3 ) .

Ответ: ( − ∞ , 1 ) ∪ ( 2 , 3 ) .

В некоторых случаях выполнять переход от неравенства r ( x ) − s ( x ) < 0 ( ≤ , > , ≥ ) к h ( x ) < 0 ( ≤ , > , ≥ ) , где h ( x ) – многочлен в степени выше 2 , нецелесообразно. Это распространяется на те случаи, когда представить r ( x ) − s ( x ) как произведение линейных двучленов и квадратных трехчленов проще, чем разложить h ( x ) на отдельные множители. Разберем такую задачу.

Условие: найдите решение неравенства ( x 2 − 2 · x − 1 ) · ( x 2 − 19 ) ≥ 2 · x · ( x 2 − 2 · x − 1 ) .

Решение

Данное неравенство относится к целым. Если мы перенесем выражение из правой части влево, раскроем скобки и выполним приведение слагаемых, то получим x 4 − 4 · x 3 − 16 · x 2 + 40 · x + 19 ≥ 0 .

Решить такое неравенство непросто, поскольку придется искать корни многочлена четвертой степени. Оно не имеет ни одного рационального корня (так, 1 , − 1 , 19 или − 19 не подходят), а искать другие корни сложно. Значит, воспользоваться этим способом мы не можем.

Но есть и другие способы решения. Если мы перенесем выражения из правой части исходного неравенства в левую, то сможем выполнить вынесение за скобки общего множителя x 2 − 2 · x − 1:

( x 2 − 2 · x − 1 ) · ( x 2 − 19 ) − 2 · x · ( x 2 − 2 · x − 1 ) ≥ 0 ( x 2 − 2 · x − 1 ) · ( x 2 − 2 · x − 19 ) ≥ 0 .

Мы получили неравенство, равносильное исходному, и его решение даст нам искомый ответ. Найдем нули выражения в левой части, для чего решим квадратные уравнения x 2 − 2 · x − 1 = 0 и x 2 − 2 · x − 19 = 0 . Их корни – 1 ± 2 , 1 ± 2 5 . Переходим к равенству x — 1 + 2 · x — 1 — 2 · x — 1 + 2 5 · x — 1 — 2 5 ≥ 0 , которое можно решить методом интервалов:

Согласно рисунку, ответом будет — ∞ , 1 — 2 5 ∪ 1 — 2 5 , 1 + 2 ∪ 1 + 2 5 , + ∞ .

Ответ: — ∞ , 1 — 2 5 ∪ 1 — 2 5 , 1 + 2 ∪ 1 + 2 5 , + ∞ .

Добавим, что иногда нет возможности найти все корни многочлена h ( x ) , следовательно, мы не можем представить его в виде произведения линейных двучленов и квадратных трехчленов. Тогда решить неравенство вида h ( x ) < 0 ( ≤ , > , ≥ ) мы не можем, значит, решить исходное рациональное неравенство тоже нельзя.

Как решать дробно рациональные неравенства

Допустим, надо решить дробно рационально неравенств вида r ( x ) < s ( x ) ( ≤ , > , ≥ ) , где r ( x ) и s ( x ) являются рациональными выражениями, x – переменной. Хотя бы одно из указанных выражений будет дробным. Алгоритм решения в этом случае будет таким:

1. Определяем область допустимых значений переменной x .
2. Переносим выражение из правой части неравенства налево, а получившееся выражение r ( x ) − s ( x ) представляем в виде дроби. При этом где p ( x ) и q ( x ) будут целыми выражениями, которые являются произведениями линейных двучленов, неразложимых квадратных трехчленов, а также степеней с натуральным показателем.
3. Далее решаем полученное неравенство методом интервалов.
4. Последним шагом является исключение точек, полученных в ходе решения, из области допустимых значений переменной x , которую мы определили в начале.

Это и есть алгоритм решения дробно рационального неравенства. Большая часть его понятна, небольшие пояснения требуются только для п. 2 . Мы перенесли выражение из правой части налево и получили r ( x ) − s ( x ) < 0 ( ≤ , > , ≥ ) , а как потом привести его к виду p ( x ) q ( x ) < 0 ( ≤ , > , ≥ ) ?

Сначала определим, всегда ли можно выполнить данное преобразование. Теоретически, такая возможность имеется всегда, поскольку в рациональную дробь можно преобразовать любое рациональное выражение. Здесь же у нас есть дробь с многочленами в числителе и знаменателе. Вспомним основную теорему алгебры и теорему Безу и определим, что любой многочлен n -ной степени, содержащий одну переменную, может быть преобразован в произведение линейных двучленов. Следовательно, в теории мы всегда можем преобразовать выражение таким образом.

На практике разложение многочленов на множители зачастую оказывается довольно трудной задачей, особенно если степень выше 4 . Если мы не сможем выполнить разложение, то не сможем и решить данное неравенство, однако в рамках школьного курса такие проблемы обычно не изучаются.

Далее нам надо решить, будет ли полученное неравенство p ( x ) q ( x ) < 0 ( ≤ , > , ≥ ) равносильным по отношению к r ( x ) − s ( x ) < 0 ( ≤ , > , ≥ ) и к исходному. Есть вероятность, что оно может оказаться и неравносильным.

Равносильность неравенства будет обеспечена тогда, когда область допустимых значений p ( x ) q ( x ) совпадет с областью значений выражения r ( x ) − s ( x ) . Тогда последний пункт инструкции по решению дробно рациональных неравенств выполнять не нужно.

Но область значений для p ( x ) q ( x ) может оказаться шире, чем у r ( x ) − s ( x ) , например, за счет сокращения дробей. Примером может быть переход от x · x — 1 3 x — 1 2 · x + 3 к x · x — 1 x + 3 . Либо это может происходить при приведении подобных слагаемых, например, здесь:

x + 5 x — 2 2 · x — x + 5 x — 2 2 · x + 1 x + 3 к 1 x + 3

Для таких случаев и добавлен последний шаг алгоритма. Выполнив его, вы избавитесь от посторонних значений переменной, которые возникают из-за расширения области допустимых значений. Возьмем несколько примеров, чтобы было более понятно, о чем идет речь.

Условие: найдите решения рационального равенства x x + 1 · x — 3 + 4 x — 3 2 ≥ — 3 · x x — 3 2 · x + 1 .

Решение

Действуем по алгоритму, указанному выше. Сначала определяем область допустимых значений. В данном случае она определяется системой неравенств x + 1 · x — 3 ≠ 0 x — 3 2 ≠ 0 x — 3 2 · ( x + 1 ) ≠ 0 , решением которой будет множество ( − ∞ , − 1 ) ∪ ( − 1 , 3 ) ∪ ( 3 , + ∞ ) .

Далее нам надо сделать так, чтобы в правой части неравенства получился 0 . Выполняем перенос выражения из правой части влево с противоположным знаком и получаем неравенство, равносильное исходному:

x x + 1 · x — 3 + 4 ( x — 3 ) 2 + 3 · x ( x — 3 ) 2 · ( x + 1 ) ≥ 0

После этого нам нужно преобразовать его так, чтобы было удобно применить метод интервалов. Первым делом приводим алгебраические дроби к наименьшему общему знаменателю ( x − 3 ) 2 · ( x + 1 ) :

x x + 1 · x — 3 + 4 ( x — 3 ) 2 + 3 · x ( x — 3 ) 2 · ( x + 1 ) = = x · x — 3 + 4 · x + 1 + 3 · x x — 3 2 · x + 1 = x 2 + 4 · x + 4 ( x — 3 ) 2 · ( x + 1 )

Сворачиваем выражение в числителе, применяя формулу квадрата суммы:

x 2 + 4 · x + 4 x — 3 2 · x + 1 = x + 2 2 x — 3 2 · x + 1

Областью допустимых значений получившегося выражения является ( − ∞ , − 1 ) ∪ ( − 1 , 3 ) ∪ ( 3 , + ∞ ) . Мы видим, что она аналогична той, что была определена для исходного равенства. Заключаем, что неравенство x + 2 2 x — 3 2 · x + 1 ≥ 0 является равносильным исходному, значит, последний шаг алгоритма нам не нужен.

Используем метод интервалов:

Видим решение ∪ ( − 1 , 3 ) ∪ ( 3 , + ∞ ) , которое и будет решением исходного рационального неравенства x x + 1 · x — 3 + 4 x — 3 2 ≥ — 3 · x ( x — 3 ) 2 · ( x + 1 ) .

Ответ: ∪ ( − 1 , 3 ) ∪ ( 3 , + ∞ ) .

Условие: вычислите решение x + 3 x — 1 — 3 x x + 2 + 2 x — 1 > 1 x + 1 + 2 · x + 2 x 2 — 1 .

Решение

Определяем область допустимых значений. В случае с этим неравенством она будет равна всем действительным числам, кроме − 2 , − 1 , 0 и 1 .

Переносим выражения из правой части в левую:

x + 3 x — 1 — 3 x x + 2 + 2 x — 1 — 1 x + 1 — 2 · x + 2 x 2 — 1 > 0

Далее выполняем преобразование левой части. Сначала преобразуем первую дробь:

x + 3 x — 1 — 3 x x + 2 = x + 3 — x — 3 x x + 2 = 0 x x + 2 = 0 x + 2 = 0

Учитывая получившийся результат, запишем:

x + 3 x — 1 — 3 x x + 2 + 2 x — 1 — 1 x + 1 — 2 · x + 2 x 2 — 1 = = 0 + 2 x — 1 — 1 x + 1 — 2 · x + 2 x 2 — 1 = = 2 x — 1 — 1 x + 1 — 2 · x + 2 x 2 — 1 = = 2 x — 1 — 1 x + 1 — 2 · x + 2 ( x + 1 ) · x — 1 = = — x — 1 ( x + 1 ) · x — 1 = — x + 1 ( x + 1 ) · x — 1 = — 1 x — 1

Для выражения — 1 x — 1 областью допустимых значений будет множество всех действительных чисел, за исключением единицы. Мы видим, что область значений расширилась: в нее были добавлены − 2 , − 1 и 0 . Значит, нам нужно выполнить последний шаг алгоритма.

Поскольку мы пришли к неравенству — 1 x — 1 > 0 , можем записать равносильное ему 1 x — 1 < 0 . С помощью метода интервалов вычислим решение и получим ( − ∞ , 1 ) .

Исключаем точки, которые не входят в область допустимых значений исходного равенства. Нам надо исключить из ( − ∞ , 1 ) числа − 2 , − 1 и 0 . Таким образом, решением рационального неравенства x + 3 x — 1 — 3 x x + 2 + 2 x — 1 > 1 x + 1 + 2 · x + 2 x 2 — 1 будут значения ( − ∞ , − 2 ) ∪ ( − 2 , − 1 ) ∪ ( − 1 , 0 ) ∪ ( 0 , 1 ) .

Ответ: ( − ∞ , − 2 ) ∪ ( − 2 , − 1 ) ∪ ( − 1 , 0 ) ∪ ( 0 , 1 ) .

В заключение приведем еще один пример задачи, в котором окончательный ответ зависит от области допустимых значений.

Условие: найдите решение неравенства 5 + 3 x 2 x 3 + 1 x 2 — x + 1 — x 2 — 1 x — 1 ≥ 0 .

Решение

Область допустимых значений неравенства, заданного в условии, определяет система x 2 ≠ 0 x 2 — x + 1 ≠ 0 x — 1 ≠ 0 x 3 + 1 x 2 — x + 1 — x 2 — 1 x — 1 ≠ 0 .

Решений у этой системы нет, поскольку

x 3 + 1 x 2 — x + 1 — x 2 — 1 x — 1 = = ( x + 1 ) · x 2 — x + 1 x 2 — x + 1 — ( x — 1 ) · x + 1 x — 1 = = x + 1 — ( x + 1 ) = 0

Значит, исходное равенство 5 + 3 x 2 x 3 + 1 x 2 — x + 1 — x 2 — 1 x — 1 ≥ 0 не имеет решения, поскольку нет таких значений переменной, при которой оно имело бы смысл.