Algebra · real student question

Квадратичная функция f удовлетворяет условию f(x) ≤ 0 ровно на промежутке −1 ≤ x ≤ 5, а её наименьшее значение равно −18. Решите неравенство f(x) ≤ 6.

Question

Пусть f(x)f(x) — квадратичная функция. Решением неравенства f(x)0f(x)\le 0 является ровно промежуток

1x5,-1\le x\le 5,

а наименьшее значение f(x)f(x) по всем действительным xx равно 18-18. Решите неравенство

f(x)6.f(x)\le 6.

Step-by-step solution

  1. Считаем корни и направление ветвей прямо с множества решений. Неравенство f(x)0f(x)\le0 выполняется ровно на замкнутом ограниченном промежутке, значит ff обращается в нуль на его концах и отрицательна строго между ними. Следовательно, 1-1 и 55 — это два корня, а ветви параболы направлены вверх (если бы они смотрели вниз, решением f0f\le0 были бы два внешних луча). Поэтому

    f(x)=a(x+1)(x5),a>0.f(x)=a(x+1)(x-5),\qquad a>0.

  2. Найдём вершину по симметрии, не выделяя полный квадрат. У параболы с ветвями вверх минимум достигается посередине между корнями:

    xвершины=1+52=2.x_{\text{вершины}}=\frac{-1+5}{2}=2.

    Только в этой точке и может достигаться указанное наименьшее значение.

  3. Превратим значение минимума в уравнение для aa.

    f(2)=a(2+1)(25)=9af(2)=a(2+1)(2-5)=-9a

    9a=18a=2-9a=-18\quad\Longrightarrow\quad a=2

    Проверка знака проходит: a=2>0a=2>0, что согласуется с направлением ветвей вверх из шага 1. Итак,

    f(x)=2(x+1)(x5)=2x28x10.f(x)=2(x+1)(x-5)=2x^2-8x-10.

  4. Решаем неравенство f(x)6f(x)\le 6. Перенесём всё в одну сторону и разделим на положительный старший коэффициент (деление на положительное число знак неравенства не меняет):

    2x28x106    2x28x160    x24x80.2x^2-8x-10\le6\;\Longrightarrow\;2x^2-8x-16\le0\;\Longrightarrow\;x^2-4x-8\le0.

  5. Найдём корни граничного уравнения и выберем нужную сторону.

    x=4±16+322=4±432=2±23x=\frac{4\pm\sqrt{16+32}}{2}=\frac{4\pm4\sqrt3}{2}=2\pm2\sqrt3

    Поскольку у трёхчлена x24x8x^2-4x-8 ветви направлены вверх, он принимает значения 0\le0 между своими корнями:

    223x2+23(приблизительно 1.464x5.464).2-2\sqrt3\le x\le 2+2\sqrt3\qquad(\text{приблизительно }-1.464\le x\le5.464).

  6. Сверим ответ с исходными данными. Новый промежуток симметричен относительно x=2x=2 — той же оси симметрии — и строго содержит [1,5][-1,5]; иначе и быть не могло, ведь уровень 66 лежит выше уровня 00 у параболы с ветвями вверх. Подставим конец промежутка: f(2+23)=2(3+23)(3+23)=2(129)=6f\left(2+2\sqrt3\right)=2\left(3+2\sqrt3\right)\left(-3+2\sqrt3\right)=2\left(12-9\right)=6 — ровно граничное значение.

Answer

223x2+232-2\sqrt{3}\le x\le 2+2\sqrt{3}

Need to solve a different problem like this? Open the solver →