Как найти промежуток числа дроби

Обычно вопрос стоит так:

Найдите 1 (2, 3) рациональных числа между дробями, например, 2/7 и 1/3.

Нужно сделать вот что.

1) Привести их к общему знаменателю.

2/7 = 6/21; 1/3 = 7/21.

2) Смотрим на числители. Они идут подряд: 6 и 7. Между ними целых чисел нет.

3) Умножаем числители и знаменатели обеих дробей на какое-нибудь число, например, на 5.

6/21 = 30/105; 7/21 = 35/105.

Теперь между числами 30 и 35 появился промежуток.

4) Можно писать решение:

Между 2/7 и 1/3 есть числа 31/105; 32/105; 33/105=11/35; 34/105.

5) Выбираете, сколько чисел вам надо, и пишете ответ.

Если после 1) пункта получатся числа, между которыми сразу есть промежуток, например, 5/21 и 8/21, то 2) пункт можно пропустить.

Евгений ФёдоровГений (57858)

4 года назад

Я забанен на БВ, очевидно, по просьбе автора задачи про бильярд. Ответ мой был удалён.
Там считают, что я “зачищаю конкурентов””
Повторите то, что я писал. Или дайте это своим ответом, в своей редакции.
“При n = 1, m = 3
(193n + 44)² + (93m + 37)² = 395².
Это даёт 2-ю лузу.”
Спасибо.

§2. Рациональные неравенства. Метод интервалов.

Напомним, что дробь называют рациональной, если она представляет собой отношение многочленов (например, `(2x-1)/(x^2+3)`, `(5x^3)/(1-x)` и т. д.). Если обе части неравенства являются суммами рациональных дробей и многочленов, то такие неравенства называют рациональными. Для их решения применяют следующий алгоритм: все члены переносят в одну сторону, приводят их к общему знаменателю, а далее у полученной дроби числитель и знаменатель раскладывают на множители. После этого на числовой прямой отмечают точки, в которых числитель и знаменатель обращаются в ноль, а затем на полученных промежутках расставляют знаки, которые принимает дробь – далее остаётся записать ответ.

Покажем, как работает метод интервалов на нескольких примерах.

Решите неравенства:

а) `((x^2+5x+6)(x-4))/(x^2-x)>=0`; 

б) `(x-3)^2(x-4)^3(x-5)(x-6)^4<=0`;

в) `1/x<1/3`;

г) `((x^2-x-2)(2x-3-x^2))/((x^2+4x+5)(2x^2-x-6))<=0`;

д) `3/(x^3-3x^2+4)-10/(x^3-7x^2+4x+12)>1/(x^2-5x-6)`.

а) Раскладывая числитель и знаменатель дроби на множители, получаем

`((x+2)(x+3)(x+4))/(x(x-1))>=0`.                                                                      (1)

Точки, в которых числитель обращается в ноль (нули числителя), обозначаем на числовой прямой маленькими закрашенными кружочками – они будут включены в ответ, так как в них неравенство выполняется. Точки, в которых знаменатель обращается в ноль (нули знаменателя), обозначаем на числовой прямой маленькими пустыми кружочками (такие точки называются выколотыми) – они не будут включены в ответ, так как в них левая часть не определена (рис. 2).

 

Отмеченные точки делят числовую прямую на шесть промежутков, на каждом из которых знак левой части неравенства (1) постоянен. Чтобы определить знаки, сначала определим знак левой части (1) на крайнем правом промежутке `(4; +oo)`. Для этого можно подставить какое-либо значение переменной `x` из этого промежутка в (1), например, `x=1000`. Несложно видеть, что при этом каждый из множителей в числителе и знаменателе положителен, поэтому дробь больше нуля, и на промежутке `(4; +oo)` можем поставить знак `«+»`.

Теперь переместимся в соседний промежуток `(1; 4)`. Заметим, что при переходе через точку `x=4` только один из множителей в (1) меняет знак (это `(x-4)`), а все остальные знаки остаются неизменными, поэтому дробь меняет знак, и на промежутке `(1; 4)` ставим знак `«-»`. При переходе к каждому следующему промежутку ровно один множитель в числителе или знаменателе (1) меняет знак, поэтому меняет знак и вся дробь, то есть знаки чередуются. Получаем такую расстановку знаков:

 

`x in [-3; -2]uu(0; 1)uu[4; +oo)`.

б) Здесь левая часть уже разложена на множители, и нам остаётся лишь расставить знаки. Для этого отмечаем на числовой прямой точки `x=3`, `x=4`, `x=5`, `x=6` (все они невыколотые и являются решениями неравенства) и приступаем к расстановке знаков. Принципиальное отличие этого примера от предыдущего в том, что некоторые из множителей возводятся в степень. На что это влияет? Если показатель степени чётный, то соответствующий множитель не меняет знак при переходе через ту точку, в которой он обращается в ноль (например, `(x-3)^2>=0` при любых `x`, поэтому с обеих сторон от точки `x=3` выражение `(x-3)^2` положительно). Если показатель степени нечётный, то множитель меняет знак при переходе через ту точку, в которой он равен нулю. В итоге получаем следующую расстановку знаков:

 

Не забываем также включить в ответ все точки, отмеченные на прямой жирными кружочками.

`x in {3}uu[4;5]uu{6}`.

в) Переносим `1/3` влево и приводим дроби к общему знаменателю: `(3-x)/(3x)<0`. Расставляем знаки левой части на числовой прямой (для строгого неравенства все точки на прямой выколотые, так как нули числителя решениями неравенства не являются (рис. 5)).

 `x in (-oo; 0)uu(3;+oo)`. 

При решении этой задачи часто допускают следующие ошибки.

1) Умножают обе части неравенства на `x`. Этого делать нельзя, так как если мы умножаем обе части неравенства на отрицательное число, то знак неравенства надо поменять, если на положительное, то знак надо оставить таким, какой он и был. Поскольку знак `x` нам неизвестен, то мы не можем корректно выбрать знак нового неравенства.

2) В исходном неравенстве требуется сравнить две дроби с одинаковыми числителями. Значит больше та дробь, у которой знаменатель меньше. Так рассуждать нельзя, поскольку это свойство справедливо лишь для тех дробей, у которых числитель и знаменатель положительны. Если числитель или знаменатель отрицательны, то это свойство неверно (например, `-3<3` и `1/(-3)<1/3`).   

г) Находим нули числителя и знаменателя. Получаем:

1. `x^2-x-2=0 iff x=2` или `x=-1` (поэтому `x^2-x-2=(x-2)(x+1)`); 

2. `2x-3-x^2-x^2=0 iff O/` (т. к. дискриминант отрицателен). Следовательно, выражение `-x^2+2x-3` отрицательно при всех `x` (графиком функции `f(x)=-x^2+2x-3` является парабола с ветвями вниз, при этом она не пересекает ось абсцисс, так как у уравнения `f(x)=0` нет корней; значит, эта парабола целиком расположена ниже оси абсцисс, то есть  `f(x)<0` при всех `x`).    

3. `x^2+4x+5=0 iff O/`, поэтому `x^2+4x+5>0` при всех `x`.

4. `2x^2-x-6=0 iff x=2` или `x=-3/2`. Значит, 

`2x^2-x-6=2(x-2)(x+3/2)=(x-2)(2x+3)`.

Исходное неравенство равносильно следующему

`((x-2)(x+1)(2x-3-x^2))/((x^2+4x+5)(x-2)(2x+3))<=0`.

Отбросив множители `(2x-3-x^2)` и `(x^2+4x+5)`, знаки которых не зависят от `x` получаем

$$ {displaystyle frac{left(x-2right)left(x+1right)}{left(x-2right)left(2x+3right)}}ge 0iff left{begin{array}{l}{displaystyle frac{x+1}{2x+3}}ge 0,\ xne 2.end{array}right.$$

Решая первое неравенство системы методом интервалов, получаем

С учётом второго неравенства `x in (-oo; -3/2)uu[-1; 2)uu(2; +oo)`.

`x in (-oo; -3/2)uu[-1; 2)uu(2; +oo)`.

д) Прежде всего,  необходимо привести дроби к общему знаменателю. Чтобы сделать это, раскладываем знаменатели дробей на множители.

Заметим, что `x=-1` является корнем каждого из знаменателей в левой части неравенства. Выполняя деление на `(x+1)`,  получаем следующие разложения на множители:

`x^3-3x^2+4=(x+1)(x^2-4x+4)=(x+1)(x-2)^2`;

`x^3-7x^2+4x+12=(x+1)(x^2-8x+12)=(x+1)(x-2)(x-6)`;

`x^2-5x-6=(x+1)(x-6)`. 

Преобразуем исходное неравенство:

`3/((x+1)(x-2)^2)-10/((x+1)(x-2)(x-6))>1/((x+1)(x-6)) iff`

`iff (3(x-6)-10(x-2)-(x-2)^2)/((x+1)(x-2)^2(x-6))>0 iff`

`iff (-x^2-3x-2)/((x+1)(x-2)^2(x-6))>0 iff`

`iff (-(x+1)(x+2))/((x+1)(x-2)^2(x-6))>0 iff`

$$left{begin{array}{l}dfrac{x+2}{left(x-2right)^2left(x-6right)}<0,\xneq-1end{array}right.Leftrightarrowleft{begin{array}{l}dfrac{x+2}{x-6}<0,\xneq-1,;xneq2.end{array}right.$$

Решая первое неравенство системы методом интервалов, находим, что `x in (-2; 6)`. Исключая точки `x=-1` и `x=2`, получаем `x in (-2;-1)uu(-1;2)uu(2;6)`.

`x in (-2;-1)uu(-1;2)uu(2;6)`.

Заметим, что знаки следующих выражений совпадают:

`|a|-|b|` и `a^2-b^2`,

`a^(2n)-b^(2n)(n in NN)` и `a^2-b^2`,                                                                  (2)

`a^(2n+1)-b^(2n+1)(n in NN)` и `a-b`.

Это свойство иногда оказывается полезным при решении неравенств. Когда мы решаем дробно-рациональное неравенство (возможно, содержащее знак модуля), мы приводим его к виду «дробь `>0`» (или «дробь `>=0`»), после чего числитель и знаменатель дроби раскладываем на множители. Так как мы сравниваем дробь с нулём, то нас интересуют только знаки каждого из множителей в числителе и знаменателе. Следовательно, если мы некоторые из них заменим на выражения тех же самых знаков по формулам (2), то получим равносильное неравенство.

Решите неравенство  

`((x^8-256)(|3x+4|-|2x-7|))/(243-x^5)>=0`.

Заменим множитель `x^8-256=x^8-2^8` на `x^2-x^2`; 

множитель `|3x+4|-|2x-7|` на `(3x+4)^2-(2x-7)^2`; 

множитель  `243-x^5=3^5-x^5` на `3-x`. Получаем

 `((x^2-2^2)((3x+4)^2-(2x-7)^2))/(3-x)>=0`.

Каждую из скобок в числителе раскладываем на множители по формуле разности квадратов.

`((x-2)(x+2)(3x+4+2x-7)(3x+4-2x+7))/(3-x)>=0 iff`

`iff ((x-2)(x+2)(5x-3)(x+11))/(x-3)<=0 iff x in (-oo;-11]uu[-2;3/5]uu[2;3)`.

`x in (-oo;-11]uu[-2;3/5]uu[2;3)`.

Метод интервалов

Метод интервалов – простой способ решения дробно-рациональных неравенств. Так называются неравенства, содержащие рациональные (или дробно-рациональные) выражения, зависящие от переменной.

1. Рассмотрим неравенство: genfrac{}{}{}{0}{displaystyle x^2+2x-3}{displaystyle left( x-7 right)left( x+5 right)} geqslant 0.

Метод интервалов позволяет решить его за пару минут.

В левой части этого неравенства – дробно-рациональная функция. Рациональная, потому что не содержит ни корней, ни синусов, ни логарифмов – только рациональные выражения. В правой – нуль.

Метод интервалов основан на следующем свойстве дробно-рациональной функции.

Дробно-рациональная функция может менять знак только в тех точках, в которых она равна нулю или не существует.

Найдем нули функции в левой части нашего неравенства. Для этого разложим числитель на множители. (Если вы не помните, что такое нули функции и знак функции на промежутке – смотрите статью «Исследование графика функции»).

Напомним, как раскладывается на множители квадратный трехчлен, то есть выражение вида  ax^2+bx+c.

ax^2+bx+c=aleft( x-x_1 right)left( x-x_2 right), где x_1 и x_2 — корни квадратного уравнения ax^2+bx+c=0.

Получим:

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle left( x-1 right)left( x+3 right)}{displaystyle left( x-7 right)left( x+5 right)} geqslant 0.

Рисуем ось X и расставляем точки, в которых числитель и знаменатель обращаются в нуль.

Нули знаменателя -5 и 7 — выколотые точки, так как в этих точках функция в левой части неравенства не определена (на нуль делить нельзя).

Напомним, что мы изображаем точку на числовой прямой выколотой (пустой), если соответствующее значение переменной никак не может быть решением неравенства. В нашем примере точки -5 и 7 выколотые, потому что в них знаменатель обращается в ноль.

Нули числителя -3 и 1 — закрашены, так как неравенство нестрогое. При x=-3 и x=1 наше неравенство выполняется, так как обе его части равны нулю.

Эти точки разбивают ось X на 5 промежутков.

Определим знак дробно-рациональной функции в левой части нашего неравенства на каждом из этих промежутков. Мы помним, что дробно-рациональная функция может менять знак только в тех точках, в которых она равна нулю или не существует. Это значит, что на каждом из промежутков между точками, где числитель или знаменатель обращаются в нуль, знак выражения в левой части неравенства будет постоянным — либо “плюс”, либо “минус”.

И поэтому для определения знака функции на каждом таком промежутке мы берем любую точку, принадлежащую этому промежутку. Ту, которая нам удобна.
1) x<-5. Возьмем, например, x=-10 и проверим знак выражения genfrac{}{}{}{0}{displaystyle left( x-1 right)left( x+3 right)}{displaystyle left( x-7 right)left( x+5 right)} в левой части неравенства. Каждая из “скобок” отрицательная. Левая часть имеет знак left( + right).

2) Следующий промежуток: -5<x<-3. Проверим знак при x=-4. Получаем, что левая часть поменяла знак на left( - right).

3) -3<x<1. Возьмем x=0. При x=0 выражение положительно — следовательно, оно положительно на всем промежутке от -3 до 1.

4) При 1<x<7 левая часть неравенства отрицательна. 

5) И, наконец, x>7. Подставим x=10 и проверим знак выражения в левой части неравенства. Каждая “скобочка” положительна. Следовательно, левая часть имеет знак left( + right).

Мы нашли, на каких промежутках выражение genfrac{}{}{}{0}{displaystyle left( x-1 right)left( x+3 right)}{displaystyle left( x-7 right)left( x+5 right)} положительно. Осталось записать ответ:

Ответ: left( -infty ;-5 right)cup left[ -3 ;1 right]cup left( 7 ;+ infty right).

Обратите внимание: знаки на промежутках чередуются. Это произошло потому, что при переходе через каждую точку ровно один из линейных множителей поменял знак, а остальные сохранили его неизменным.

Мы видим, что метод интервалов очень прост. Чтобы решить дробно-рациональное неравенство методом интервалов, приводим его к виду:

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle Pleft( x right)}{displaystyle Qleft( x right)} geqslant 0, или genfrac{}{}{}{0}{displaystyle Pleft( x right)}{displaystyle Qleft( x right)} > 0, или genfrac{}{}{}{0}{displaystyle Pleft( x right)}{displaystyle Qleft( x right)} leqslant 0, или genfrac{}{}{}{0}{displaystyle Pleft( x right)}{displaystyle Qleft( x right)} < 0

(в левой части — дробно-рациональная функция, в правой — нуль).

Затем — отмечаем на числовой прямой точки, в которых числитель или знаменатель обращаются в нуль.
Эти точки разбивают всю числовую прямую на промежутки, на каждом из которых дробно-рациональная функция сохраняет свой знак.
Остается только выяснить ее знак на каждом промежутке.
Мы делаем это, проверяя знак выражения genfrac{}{}{}{0}{displaystyle Pleft( x right)}{displaystyle Qleft( x right)} в любой точке, принадлежащей данному промежутку. После этого — записываем ответ. Вот и всё.

Но возникает вопрос: всегда ли знаки чередуются? Нет, не всегда! Надо быть внимательным и не расставлять знаки механически и бездумно.

2. Рассмотрим еще одно неравенство: genfrac{}{}{}{0}{displaystyle left( x-2 right)^2}{displaystyle left( x-1 right)left( x-3 right)}>0.

Решение:

Снова расставляем точки на оси X. Точки 1 и 3 — выколотые, поскольку это нули знаменателя. Точка 2 — тоже выколота, поскольку неравенство строгое, и значение переменной x=2 не может быть решением неравенства.

При x<1 числитель положителен, оба множителя в знаменателе отрицательны. Это легко проверить, взяв любое число с данного промежутка, например, x=0. Левая часть имеет знак left( + right):

При 1<x<2 числитель положителен; первый множитель в знаменателе положителен, второй множитель отрицателен. Левая часть имеет знак left( - right):

При 2<x<3 ситуация та же! Числитель положителен, первый множитель в знаменателе положителен, второй отрицателен. Левая часть имеет знак left( - right):

Наконец, при x>3 все множители положительны, и левая часть имеет знак left( + right):

Ответ: left( -infty ;1 right)cup left( 3 ;+ infty right).

Почему нарушилось чередование знаков? Потому что при переходе через точку 2 “ответственный” за неё множитель left( x-2 right)^2 не изменил знак. Следовательно, не изменила знак и вся левая часть нашего неравенства.

Вывод: если линейный множитель (x-c) стоит в чётной степени (например, в квадрате), то при переходе через точку x=c знак выражения в левой части не меняется. В случае нечётной степени знак, разумеется, меняется.

3. Рассмотрим более сложный случай. От предыдущего отличается тем, что неравенство нестрогое:

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle left( x-2 right)^2}{displaystyle left( x-1 right)left( x-3 right)} geqslant 0.

Решение:

Левая часть та же, что и в предыдущем примере. Та же будет и картина знаков:

Может, и ответ будет тем же? Нет! Добавляется решение x=2. Это происходит потому, что при x=2 и левая, и правая части неравенства равны нулю – следовательно, эта точка является решением.

Ответ: left( -infty ;1 right)cup {2} cup left( 3 ;+ infty right).

В задачах C3 на ЕГЭ по математике такая ситуация встречается часто. Здесь абитуриенты попадают в ловушку и теряют баллы. Будьте внимательны!

4. Что делать, если числитель или знаменатель не удается разложить на линейные множители? Рассмотрим такое неравенство:

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle left( x+2 right)left( x^2-4x+7 right)}{displaystyle x-5}<0.

Решение:

Квадратный трехчлен x^2-4x+7 на множители разложить нельзя: дискриминант отрицателен, корней нет. Но ведь это и хорошо! Это значит, что знак выражения x^2-4x+7 при всех x одинаков, а конкретно — положителен. Подробнее об этом можно прочитать в статье о свойствах квадратичной функции.

И теперь мы можем поделить обе части нашего неравенства на величину x^2-4x+7, положительную при всех x.

Придём к равносильному неравенству: genfrac{}{}{}{0}{displaystyle x+2}{displaystyle x-5}<0.

Решим неравенство методом интервалов. Действуем по алгоритму: числитель левой части равен нулю при x=-2, а знаменатель обращается в ноль при x=5. Отметим эти точки на координатной прямой. Точки выколоты, потому что неравенство строгое. Эти точки разбивают числовую ось на три интервала. Найдем знаки на каждом из интервалов. На крайнем правом знак положителен, а дальше знаки чередуются.

Нам нужен «интервал со знаком минус», то есть такой, где genfrac{}{}{}{0}{displaystyle x+2}{displaystyle x-5}<0. Выпишем ответ.

Ответ: x in (-2;5).

Обратите внимание — мы поделили обе части неравенства на величину, о которой точно знали, что она положительна. Конечно, в общем случае не стоит умножать или делить неравенство на переменную величину, знак которой неизвестен.

5. Рассмотрим еще одно неравенство, на вид совсем простое: genfrac{}{}{}{0}{displaystyle 2}{displaystyle x}<1.

Решение:

Так и хочется умножить его на x. Но мы уже умные, и не будем этого делать. Ведь x может быть как положительным, так и отрицательным. А мы знаем, что если обе части неравенства умножить на отрицательную величину — знак неравенства меняется.

Мы поступим по-другому — соберём всё в одной части и приведём к общему знаменателю. В правой части останется нуль:

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle 2}{displaystyle x}-1<0;

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle 2-x}{displaystyle x}<0;

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle x-2}{displaystyle x}>0.

Применим метод интервалов.

Действуем по алгоритму. Отметим на координатной прямой точки x=2 и x=0. Они выколотые, потому что неравенство строгое. Эти точки разбивают ось Х на три интервала. Расставим знаки на каждом из них.

Ответ: x in (-infty;0)cup (2;+infty).

6. Решите неравенство: genfrac{}{}{}{0}{displaystyle 5}{displaystyle x}-genfrac{}{}{}{0}{displaystyle 3}{displaystyle 3-x}<0.

Решение:

Приведем левую часть неравенства к общему знаменателю и преобразуем числитель:

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle 5}{displaystyle x}-genfrac{}{}{}{0}{displaystyle 3}{displaystyle 3-x}<0;

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle 5}{displaystyle x}+genfrac{}{}{}{0}{displaystyle 3}{displaystyle x-3}<0;

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle 5x-15+3x}{displaystyle x(x-3)}<0;

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle 8x-15}{displaystyle x(x-3)}<0.

Применим метод интервалов:

Числитель равен нулю при displaystyle x=1frac{7}{8}. Знаменатель обращается в ноль при x=0 или x=3. Неравенство строгое, поэтому все эти точки на числовой оси отмечаем как пустые.

Если x>3, то displaystyle frac{8x-15}{x(x-3)}>0. Далее знаки чередуются.

Нам нужны «интервалы со знаком минус». Выпишем их и получим ответ.

Ответ: displaystyle xin(-infty;0)cup(1frac{7}{8};3).

7. Решите неравенство genfrac{}{}{}{0}{displaystyle 2x-7}{displaystyle x^2+2x-8}>1.

Решение:

Приведем неравенство к виду: genfrac{}{}{}{0}{displaystyle P(x)}{displaystyle Q(x)}>0.

Для этого все перенесем в левую часть, приведем к общему знаменателю и разложим числитель и знаменатель на множители. Применяем формулу разности квадратов a^2-b^2=(a-b)(a+b) и формулу разложения квадратного трехчлена на множители ax^2+bx+c=a(x-x_1)(x-x_2).

Получим:

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle 2x-7}{displaystyle x^2+2x-8}-1>0;

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle 2x-7-x^2-2x+8}{displaystyle x^2+2x-8}>0;

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle -x^2+1}{displaystyle x^2+2x-8}>0;

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle x^2-1}{displaystyle x^2+2x-8}<0;

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle (x-1)(x+1)}{displaystyle (x+4)(x-2)}<0.

Найдем нули числителя и знаменателя и отметим их на числовой оси:

Выпишем интервалы, где неравенство выполняется, и получим ответ.

Ответ: x in (-4;-1)cup (1;2).

8. Решите неравенство: x^3+9x^2+14xleqslant0.

Решение:

Разложим левую часть неравенства на множители.

Для этого вынесем общий множитель за скобки, а затем воспользуемся формулой: ax^2+bx+c=a(x-x_1)(x-x_2).

Получим: x^3+9x^2+14xleqslant0 Leftrightarrow x(x^2+9x+14)leqslant0 Leftrightarrow x(x+7)(x+2) leqslant 0.

Применим метод интервалов.

Левая часть неравенства обращается в ноль, если x=-7, x=-2 или x=0. Нанесем эти точки на координатную прямую. Все точки закрашенные, так как неравенство нестрогое, в нем присутствует знак «меньше или равно».

Ответ: x in (-infty;-7])cup [-2;0].

9. Решите неравенство: genfrac{}{}{}{0}{displaystyle x^3-3x^2-x+3}{displaystyle x^2+3x+2}geqslant 0.

Решение:

Разложим числитель на множители с помощью группировки:

x^3-3x^2-x+3=x^2(x-3)-(x-3)=(x-3)(x^2-1)=(x-3)(x-1)(x+1).

Знаменатель тоже разложим на множители:

x^3+3x+2=(x+1)(x+2).

Неравенство примет вид:

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle (x-3)(x-1)(x+1)}{displaystyle (x+1)(x+2)}geqslant 0.

Мы видим, что числитель равен нулю при x=3;x=1.

Знаменатель равен нулю при x=-1;x=-2. Множитель (x+1) стоит в числителе и в знаменателе, и он не может равняться нулю.

Отметим полученные точки на координатной прямой. Две из них закрашены (это 3 и 1), а две нет (это -1 и -2). Найдем знаки на каждом промежутке.

При переходе через точку x=-1 знак не меняется, так как множитель (x+1) присутствует и в числителе, и в знаменателе.

Выпишем ответ.

Ответ: x in (-2;-1) cup (-1;1] cup [3;+infty).

10. Решите неравенство: genfrac{}{}{}{0}{displaystyle x^4-3x^3+2x^2}{displaystyle x^2-x-30}< 0.

Решение:

Разложим числитель и знаменатель на множители: x^4-3x^2+2x^2=x^2(x^2-3x+2)=x^2(x-1)(x-2).

Напомним, что выражение x^2-3x+2 мы разложили на множители, решив квадратное уравнение:

x^2-x-30=0 Leftrightarrow left[       begin{gathered}         x = -5, \         x = 6; \       end{gathered} right.

x^2-x-30=(x+5)(x-6).

Неравенство примет вид:

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle x^2(x-1)(x-2)}{displaystyle (x+5)(x-6)}< 0.

Воспользуемся методом интервалов.

Числитель дроби в левой части неравенства равен нулю, если x=0;x=1;x=2. Знаменатель обращается в ноль, если x=-5 или x=6. Отметим эти точки на координатной прямой и определим знаки на интервалах.

Ответ: x in (-5;0) cup (0;1) cup (2;6).

11. Решите неравенство: genfrac{}{}{}{0}{displaystyle (x-1)(x+2)^2}{displaystyle -1-x}geqslant 0.

Решение:

Можно сразу применить метод интервалов.

Но лучше, чтобы не запутаться со знаками, умножить обе части неравенства на (-1) и не забыть поменять знак неравенства на противоположный.

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle (x-1)(x+2)^2}{displaystyle -1-x}geqslant 0 Leftrightarrow genfrac{}{}{}{0}{displaystyle (x-1)(x+2)^2}{displaystyle x+1}leqslant 0.

Теперь применим метод интервалов.

Отметим на координатной прямой нули числителя и знаменателя и определим знаки на интервалах.

Обратите внимание, что знак не меняется при переходе через точку x=-2, так как множитель x+2 входит в выражение в левой части неравенства в четной степени.

Ответ: xin {-2} cup (-1;1].

12. Решите неравенство: genfrac{}{}{}{0}{displaystyle x^2-1}{displaystyle x^2-6x-7}< 0.

Решение:

Разложим числитель и знаменатель на множители:

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle x^2-1}{displaystyle x^2-6x-7}< 0 Leftrightarrow genfrac{}{}{}{0}{displaystyle (x-1)(x+1)}{displaystyle (x-7)(x+1)}< 0.

Сократим на множитель (x+1) при условии, что xneq-1.

Здесь мы действуем чуть иначе, чем в задаче 9.

Неравенство равносильно системе:

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle (x-1)(x+1)}{displaystyle (x-7)(x+1)}< 0 Leftrightarrow begin{cases}         x neq -1, \         displaystyle frac{x-1}{x-7} <0. \ end{cases}

Решаем второе неравенство системы методом интервалов:

Второму неравенству удовлетворяют точки 1<x<7.

Точка x=-1 в этот промежуток не входит.

Ответ: xin(1;7).

13. Решите неравенство: genfrac{}{}{}{0}{displaystyle x^2-4x-5}{displaystyle (x-2)^4(x-4)^5} geqslant 0.

Решение:

Разложив числитель на множители, получим:

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle x^2-4x-5}{displaystyle (x-2)^4(x-4)^5} geqslant 0 Leftrightarrow genfrac{}{}{}{0}{displaystyle (x-5)(x+1)}{displaystyle (x-2)^4(x-4)^5} geqslant 0.

Применим метод интервалов.

Отметим на числовой оси точки, в которых числитель и знаменатель обращаются в ноль. Обратите внимание, что точки -1 и 5 закрашены, а точки 2 и 4 пустые.

Определим знаки на интервалах.

Знак не меняется при переходе через точку x=2 , так как множитель x-2 входит в выражение в левой части неравенства в четной степени. При переходе через точку 4 знак меняется, степень соответствующего множителя нечетная.

В ответе запишем интервалы, на которых неравенство выполняется.

Ответ: x in [-1;2) cup (2;4) cup [5;infty).

14. Решите неравенство: genfrac{}{}{}{0}{displaystyle (x^3-64)(x^2-1)}{displaystyle x^3+1} leqslant 0.

Разложим числитель и знаменатель на множители, используя формулы сокращенного умножения: суммы и разности кубов, разности квадратов.

genfrac{}{}{}{0}{displaystyle (x^3-64)(x^2-1)}{displaystyle x^3+1} leqslant 0 Leftrightarrow genfrac{}{}{}{0}{displaystyle (x-4)(x^2+4x+16)(x-1)(x+1)}{displaystyle (x+1)(x^2-x+1)}leqslant 0.

Кажется, что неравенство сложное. Попробуем разложить на множители выражения x^2+4x+16 и x^2-x+1 .

Оказывается, что дискриминанты соответствующих квадратных уравнений отрицательны, поэтому x^2+4x+16>0 и x^2-x+1>0 при всех х.

Разделим обе части неравенства на эти положительные выражения.

Получим: genfrac{}{}{}{0}{displaystyle (x-4)(x-1)(x+1)}{displaystyle (x+1)} leqslant 0.

Неравенство равносильно системе:

begin{cases}         (x-4)(x-1) leqslant 0\         x neq -1 \ end{cases} .

Решим первое неравенство системы методом интервалов:

(x-4)(x-1)leqslant 0

Его решением является промежуток [1;4], причем точка x=-1 в этот промежуток не входит.

Ответ: x in [1;4].

Мы показали на различных примерах, как применяется метод интервалов.

Сделаем вывод:
Метод интервалов помогает решать дробно-рациональные неравенства по алгоритму. Правила просты: приводим неравенство к такому виду, что в его левой части – произведение множителей или дробь, а в правой – ноль. Находим точки, в которых левая часть обращается в ноль или не определена. Отмечаем на числовой оси эти точки. Они разбивают числовую ось (или координатную прямую) на интервалы, на каждом из которых функция в левой части неравенства сохраняет свой знак. Определяем знаки на интервалах, помня о правилах чередования знаков. И записываем ответ.


Благодарим за то, что пользуйтесь нашими статьями.
Информация на странице «Метод интервалов» подготовлена нашими авторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к ЕГЭ и ОГЭ.
Чтобы успешно сдать необходимые и поступить в высшее учебное заведение или колледж нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий.
Также вы можете воспользоваться другими материалами из данного раздела.

Публикация обновлена:
08.05.2023

На этой странице вы узнаете

  • Как мы ежедневно расставляем знаки неравенства в жизни?
  • Как быстро определить верное обозначение точки на прямой?
  • Как правильно чередовать знаки на числовой прямой?

Решая уравнение, мы стремимся к тому, чтобы обе части были равны. Но существуют такие примеры, где мы заведомо знаем, что два выражения не могут быть равны между собой. Они называются неравенствами. 

Метод интервалов

Неравенство — это алгебраическое выражение, в котором одна сторона имеет отличное от другой значение. В неравенствах обычно одна сторона больше другой.

Для записи неравенств используют знаки > , < , ≥ , ≤ . 

При этом “>” и “<” — это строгие знаки неравенства, а “≥” и “≤” — нестрогие знаки неравенства. 

Их отличие в том, что нестрогие знаки неравенства включают граничные точки в итоговый промежуток, а строгие — нет. 

Как мы ежедневно расставляем знаки неравенства в жизни?

Посмотрим на привычные ситуации с точки зрения строгости знаков неравенства.

Например, возьмем известную игру “Камень, ножницы, бумага”.
Правила игры говорят нам, что камень всегда побеждает ножницы, а бумага побеждает камень. Если перенести это на язык неравенства, то получится:

Теперь зайдем в магазин цифровой техники и попробуем выбрать себе новый мобильный телефон. Задачка непростая, не так ли? Две разные модели могут настолько незначительно отличаться друг от друга своими характеристиками, что будут казаться почти одинаковыми. Тогда мы можем сказать, что они практически равны между собой, то есть неравенство нестрогое. Но один из них всё-таки понравился нам больше.

И каждый наш выбор, каждый шаг – это расстановка знака неравенства в настоящей жизни. Просто по бокам от него не цифры и переменные, а существующие ситуации и вещи. 

Рассмотрим пример неравенства (х — 10)(х + 21) > 0. 

Его можно решить несколькими способами. Например, вспомним, что положительным будет произведение двух положительных или двух отрицательных множителей, тогда получается совокупность из двух систем. 

Однако этот способ решения очень трудоемкий и требует много времени. А если множителей будет больше, например, три или четыре, то время на решение в разы увеличивается. 

Небольшой секрет тайм-менеджмента: как сократить время при решении неравенств?  В таких случаях на помощь приходит метод интервалов.

Метод интервалов — специальный алгоритм решения для сложных неравенств вида f(x) > 0. При этом знак неравенства может быть любым.

Интервал — это промежуток на числовой прямой, ограниченный двумя различными числами.

 

Алгоритм решения неравенств методом интервалов

1 шаг. Перенести все части неравенства в одну сторону так, чтобы с другой остался только 0. 

2 шаг. Найти нули функции, для этого необходимо решить уравнение f(x) = 0. 

3 шаг. Начертить числовую прямую и отметить на ней все полученные корни. Таким образом, числовая прямая разобьется на интервалы. 

4 шаг. Определить знаки на каждом интервале. Для этого необходимо подставить любое удобное значение в f(x) и определить, какой знак будет иметь функция на данном интервале.

Расставляя полученные корни на прямой, необходимо отмечать их точками. При этом от того, какая отмечена точка (выколотая или закрашенная), будет зависеть ответ. 

  • Если в неравенстве стоит строгий знак неравенства, то все точки на прямой должны быть выколотыми. 

Таким образом, граничные точки не будут включены в итоговый промежуток. Для записи таких точек используют круглые скобочки. Например, в промежуток (2;3) включаются все значения от 2 до 3, но не включаются граничные точки. 

  • Если в неравенстве стоит нестрогий знак неравенства, то найденные корни должны быть отмечены закрашенными точками. 

Это означает, что мы включаем их в итоговый промежуток. Для записи таких точек используют квадратные скобочки. Например, в промежуток [2;3] включаются все значения от 2 до 3, в том числе и граничные точки. 

  • Если в неравенстве появляются ограничения и некоторые точки нельзя взять в ответ, то такие точки должны быть выколотыми на числовой прямой, при этом знак самого неравенства может быть как строгим, так и нестрогим. 

Например, если необходимо решить неравенство с дробью, то нули знаменателя на числовой прямой обязательно должны быть обозначены выколотыми точками. 

Как быстро определить верное обозначение точки на прямой?

В случае сомнений мы всегда можем проверить себя по простой схеме.

Вывод:
— если знак неравенства строгий, то все точки будут выколотыми;
— если знак неравенства нестрогий, то точки будут закрашенными, кроме тех точек, которые нельзя взять в ответ (например, они не удовлетворяют ОДЗ).

Стоит отметить, что непрерывная функция будет менять знак только в точках, в которых она равна 0. Подробнее узнать про смену знака функции можно в статье «Определение и график функции». Именно поэтому в методе интервалов мы ищем и отмечаем нули функции на прямой — только при переходе через них будет меняться знак функции. 

При этом существует способ, с помощью которого можно быстро расставить знаки на прямой. Достаточно определить знак на одном из интервалов, а дальше чередовать знаки при переходе через каждую точку на прямой. 

Правила чередования знаков: 

  • Если корень повторяется нечетное количество раз (то есть его степень нечетная), то знак при переходе на следующий интервал меняется.
  • Если корень повторяется четное количество раз (его степень четная), то знак при переходе на следующий интервал не меняется. 
Как правильно чередовать знаки на числовой прямой?

Всегда будет нелишним перепроверить знак на каждом интервале, подставив значения в функцию, и  убедиться в правильности расстановки знаков на прямой. 

Но при расстановке можно пользоваться следующим алгоритмом, что значительно сократит время расстановки знаков. 

Методом интервалов можно решить практически любое неравенство в задании 14 из ЕГЭ по профильной математике, также он может понадобиться в заданиях 8, 11 и 17 «профиля» или в задании 17 ЕГЭ по базовой математике

На ОГЭ данным методом можно воспользоваться при решении неравенств из первой и второй частей — №13 и №20
Так что осваивайте метод и 2 балла ЕГЭ или 3 балла ОГЭ будут у вас в кармане. Обязательно следуйте алгоритму решения неравенств методом интервалов, тогда вы точно решите неравенство верно.

Практика

Рассмотрим несколько примеров, чтобы на практике разобрать применение метода интервалов для решения неравенств.  

Пример 1. Решить неравенство x2 + 8x — 33 > 0. 

Шаг 1. Первым шагом необходимо найти нули функции, для этого приравниваем выражение слева к 0: x2 + 8x — 33 = 0. 

Шаг 2. Находим корни уравнения, получаем х = 3 и х = -11. 

Шаг 3. Расставляем полученные корни на числовой прямой. Поскольку знак неравенства строгий, то точки должны быть выколотыми:

Шаг 4. Дальше необходимо определить знаки на каждом интервале. Для этого подставим х = -12 в x2 + 8x — 33. Получаем: 

(-12)2 + 8*(-12) — 33 = 144 — 96 — 33 = 15. 

Получается положительное число, следовательно, интервал от минус бесконечности до -11 положительный. Поскольку все корни в неравенстве повторяются нечетное количество раз (по одному разу), то знаки чередуются. 

В ответ необходимо записать промежутки с положительным знаком, следовательно, ответом будет х ∈ (-∞; -11) U (3; +∞). 

Пример 2. Решить неравенство (frac{2х^2 + 22х — 204}{(х-3)(х+5)} ≤ 0). 

1. Находим нули функции. 

Нули числителя: 2х2 + 22х — 204 = 0. Решая уравнение, получаем х = 6 и х = -17. 

Нули знаменателя: (х — 3)(х + 5) = 0, следовательно, х = 3 и х = -5. 

2. Расставляем полученные корни на числовой прямой. Нули числителя будут обозначены закрашенными точками, поскольку знак неравенства нестрогий. А вот нули знаменателя — выколотыми, поскольку знаменатель не может равняться 0, следовательно, и нули знаменателя не должны входить в итоговый промежуток. 

3. Определяем знак на крайнем левом промежутке, подставляя х=-20 в дробь:

(frac{2(-20)^2 + 22(-20) — 204}{(-20 -3)(-20 +5)} = frac{2 * 400 — 440 — 204}{(-23) * (-15)} = 156345. )

Следовательно, промежуток положительный. 

4. Поскольку каждый корень встречается один раз, то есть нечетное количество раз, то знаки будут чередоваться. 

В ответ необходимо включить отрицательные промежутки. Следовательно, ответом будет х ∈ [-17; -5) U (3; 6].

Пример 3. Решить неравенство (frac{1}{х^2} ≥ frac{1}{х+2})

1. Первым делом следует отметить, что знаменатели не могут быть равны 0, следовательно, х2 ≠ 0 и х + 2 ≠ 0, отсюда получаем х ≠ 0 и х ≠ -2. 

2. Теперь перенесем все части неравенства влево: 

(frac{1}{х^2} — frac{1}{х+2} ≥ 0). 

Приведем к общему знаменателю:

 (frac{х + 2 — х^2}{х^2 (х + 2)} ≥ 0). 

Для решения неравенства будет удобнее, если перед х2 в числителе будет стоять положительный знак, для этого умножим неравенство на -1. 

При умножении неравенства на отрицательное число знак неравенства меняется на противоположный. 

Получаем:

(frac{х^2 — х — 2}{х^2 (х + 2)} ≤ 0). 

Теперь найдем нули функции. 

Нули числителя: х2 — х — 2 = 0. Тогда х = -1 и х = 2. 

Нули знаменателя: х = 0 и х = -2. 

2. Расставим корни на числовой прямой, при этом нули числителя будут обозначены закрашенными точками, а нули знаменателя — выколотыми. 

3. Определим знак на крайнем левом промежутке, подставив для этого х = -3 в дробь: 

(frac{(-3)^2 — (-3) — 2}{(-3)^2 ((-3) + 2)} = frac{9 + 3 — 2}{9 * (-1)} = frac{10}{-9})

Промежуток отрицательный. 

4. Дальше расставляем знаки, чередуя их. При этом следует заметить, что х = 0 — корень, повторяющийся четное количество раз (поскольку у х2 четная степень). Следовательно, при переходе через эту точку знак функции меняться не будет. 

В ответ необходимо включить отрицательные промежутки, следовательно: х ∈ (-∞; -2) U [-1; 0) U (0; 2]. 

Давайте подведем итог. Для чего мы это изучили?

Конечно же, эти знания пригодятся на экзаменах, а также в решении школьных примеров с 8 класса по 11 класс. 

Советуем после прочтения этой статьи попрактиковаться в рубрике «Проверь себя», чтобы закрепить полученные знания. После чего можете приступить к решению заданий посложнее, чтобы на экзамене у вас точно получилось решить подобные задания и набрать за них максимум баллов.

Фактчек

  • Метод интервалов позволяет упростить решение любого  неравенства, а также экономит время, которое ограничено на экзамене. 
  • Чтобы решить неравенство с помощью метода интервалов необходимо найти нули функции, расставить их на числовой прямой, а после определить знак каждого полученного интервала. 
  • Нули функции на прямой обозначаются точками, при этом закрашенные точки включают граничные значения в итоговый промежуток, а незакрашенные, напротив, исключают их из промежутка. 
  • Для определения знака на каждом интервале необходимо подставить любое значение из этого интервала в функцию. 
  • Для упрощения расстановки знаков можно пользоваться правилами чередования, определив знак только на одном интервале, а дальше менять знаки на каждом следующем. При этом если корень встречается в функции нечетное количество раз, то знак при переходе через эту точку на следующий интервал меняется, а если корень встречается четное количество раз, то знак на следующем интервале не меняется. 

Проверь себя

Задание 1. 
Какие знаки неравенства существуют?

  1. Строгие
  2. Нестрогие
  3. Строгие и нестрогие 
  4. Больше и меньше

Задание 2. 
Какой знак неравенства может встретиться в методе интервалов?

  1. Только больше или меньше. 
  2. Только “больше или равно” или “меньше или равно”. 
  3. Только “больше” и “больше или равно” или только “меньше” и “меньше или равно”.
  4. Любой. 

Задание 3. 
Какое утверждение верное?

  1. Если в неравенстве строгий знак неравенства, то точки на числовой прямой закрашены.
  2. Если в неравенстве строгий знак неравенства, то точки на числовой прямой выколоты.
  3. Если в неравенстве нестрогий знак неравенства, то все точки на числовой прямой закрашены, даже если в неравенстве есть ограничения.
  4. Если в неравенстве нестрогий знак неравенства, то все точки на числовой прямой выколоты. 

Задание 4. 
Какое утверждение верное? 

  1. При переходе на числовой прямой на следующий интервал, знак на интервале всегда будет меняться.
  2. Если корень встречается в неравенстве четное количество раз, то при переходе через него на следующий интервал знак не меняется.
  3. Если корень встречается в неравенстве нечетное количество раз, то при переходе через него на следующий интервал знак не меняется.
  4. Невозможно определить правильное чередование знаков на прямой, не подставляя значение из каждого интервала в функцию.

Задание 5. 
Если в неравенстве строгий знак неравенства, то какие скобочки могут встретиться в ответе? 

  1. Круглые
  2. Квадратные
  3. И круглые, и квадратные
  4. Ни один из перечисленных вариантов 

Ответы: 1. — 3 2. — 4 3. — 2 4. — 2 5. —

Какое из данных чисел принадлежит промежутку

Опубликовано 03.06.2021

Какое из данных чисел принадлежит промежутку N – это задание из ОГЭ под номером 7. Давайте разберемся, как решать такие задачи и решим некоторые из них. В этих задачах вам нужно уметь представлять числовую ось и расположение чисел на ней. А также знать операции и функции, которые при вычислении могут дать искомое число.

Задание 1

Какое из данных чисел принадлежит промежутку [5; 6] ?

Варианты ответов:

  1. sqrt{5}
  2. sqrt{6}
  3. sqrt{24}
  4. sqrt{32}

Решение: Итак нам даны квадратные корни, которые при извлечении должны нам дать число из указанного промежутка. Каким же должно быть число под корнем? Чтобы ответить на этот вопрос возведем в квадрат границы промежутка:

5^2=25 и 6^2=36.

То есть, искомое число лежит между 25-ю и 36-ю под корнем. Из представленных вариантов ответов нам подходит только число sqrt{32}. Это число под номером 4. Поэтому в ответ мы запишем 4.

Ответ: 4

Задание 2

Какое из данных чисел принадлежит промежутку [6; 7] ?

Варианты ответов:

  1. sqrt{6}
  2. sqrt{7}
  3. sqrt{38}
  4. sqrt{50}

Решение:

Нам снова даны не уже готовые числа, а функции от числа, при выполнении которых получаются какие то числа, одно из них должно попасть в промежуток [6; 7]. Сделаем обратную операцию – возведем в квадрат числа – границы промежутка – и определим в каким пределах находится число под корнем в списке вариантов ответов.

6^2=36 и 7^2=49

Нам подходит число sqrt{38}. В перечне ответов оно под номером 3.

Ответ: 3

Задание 3

Какое из данных чисел принадлежит отрезку [7;8]?

  1. frac{69}{11}
  2. frac{80}{11}
  3. frac{90}{11}
  4. frac{92}{11}

Решение: В вариантах ответов даны дроби. Значит частное должно быть числом, в промежутке от 7 до 8. Все дроби в знаменателе имеют 11. Давайте определим числитель, исходя из определения промежутка, в котором он может находиться. То есть умножим числа – границы указанного промежутка – на 11:

7 cdot 11=77 и 8 cdot 11=88.

Таким образом, числитель дроби должен быть в промежутке от 77 до 88. Это число 80 и, соответственно, искомое число frac{80}{11}. Оно стоит под номером 2.

Ответ: 2

Задание 4

Какое из данных ниже чисел принадлежит отрезку [-6; -5]?

  1. -frac{60}{7}
  2. -frac{50}{7}
  3. -frac{40}{7}
  4. -frac{30}{7}

Решение: По аналогии с предыдущим заданием, мы должны определить числитель, умножим границы отрезка на 7.

7 cdot (-6)=-42 и 7 cdot (-5)=-35

Нам подходит дробь -frac{40}{7}. Она под номером 3. Значит, в ответ мы запишем 3.

Ответ: 3

( 2 оценки, среднее 5 из 5 )

Добавить комментарий