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Algebra · real student question

解不等式 (x - 1)(x + 2)(x - 3) < 0,并把解集写成区间形式。

Question

解不等式

(x−1)(x+2)(x−3)<0(x-1)(x+2)(x-3)<0

并把解集写成区间形式。

Step-by-step solution

  1. 不要把乘积展开。 这个不等式已经是因式分解好的形式,而这恰恰是我们想要的样子。乘开后得到 x3−2x2−5x+6x^3-2x^2-5x+6,反而看不出任何符号信息。若干因式的乘积是正是负,取决于其中有多少个因式为负,所以保留因式形式,一个因式一个因式地看。

  2. 求出每个因式的零点。 令每个因式等于零,得

    x−1=0⇒x=1,x+2=0⇒x=−2,x−3=0⇒x=3x-1=0\Rightarrow x=1,\qquad x+2=0\Rightarrow x=-2,\qquad x-3=0\Rightarrow x=3

    只有在这些点处乘积才可能变号,因为连续函数要从负变到正,必须经过 00。

  3. 在 −2-2、11、33 处把数轴分段。 三个零点把实数轴切成四个开区间:

    (−∞,−2),(−2,1),(1,3),(3,+∞)(-\infty,-2),\quad (-2,1),\quad (1,3),\quad (3,+\infty)

    在每个区间内部乘积的符号保持不变,所以取一个测试点就能判定整个区间。

  4. 每个区间取一个点检验。 记录每个因式的符号,而不是具体数值:

    区间测试点 xxx+2x+2x−1x-1x−3x-3乘积
    (−∞,−2)(-\infty,-2)−3-3−-−-−-−-
    (−2,1)(-2,1)00++−-−-++
    (1,3)(1,3)22++++−-−-
    (3,+∞)(3,+\infty)44++++++++

    三个负数相乘得负,两个负数相乘得正:规则就这么简单。

  5. 注意符号的交替规律。 因为每个因式都是一次的(每个根都是单根),所以每经过一个零点符号就翻转一次。从最右边(那里所有因式都为正)出发向左走,符号依次是 +,−,+,−+,-,+,-。只要知道最右端区间的符号,其余的不用检验也能填出来——上面那张表只是一次复核。

  6. 收集乘积为负的区间,并排除端点。 乘积在 (−∞,−2)(-\infty,-2) 和 (1,3)(1,3) 上为负。不等号是严格的,所以 x=−2x=-2、x=1x=1、x=3x=3(在这些点乘积等于 00,而不是小于 00)都要舍去:

    (−∞,−2)∪(1,3)\boxed{(-\infty,-2)\cup(1,3)}

    随手验算:x=−3x=-3 时 (−4)(−1)(−6)=−24<0(-4)(-1)(-6)=-24<0,x=2x=2 时 (1)(4)(−1)=−4<0(1)(4)(-1)=-4<0,而 x=0x=0 时 (−1)(2)(−3)=6>0(-1)(2)(-3)=6>0,与预测一致。

Answer

(−∞,−2)∪(1,3)(-\infty,-2)\cup(1,3)

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