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Algebra · real student question

描述并画出 3|x| + 4|y| ≤ 12 的解集区域。

Question

描述满足

3∣x∣+4∣y∣≤123|x|+4|y|\le 12

的点集 (x,y)(x,y)。

Step-by-step solution

  1. 先把双重对称性利用起来。 把 xx 换成 −x-x,或把 yy 换成 −y-y,3∣x∣+4∣y∣3|x|+4|y| 都不改变,所以这个区域关于两条坐标轴都对称。于是只要弄清第一象限里的样子,再翻两次就够了。

  2. 求 xx 轴上的截距。 令 y=0y=0:

    3∣x∣≤12  ⟹  ∣x∣≤4  ⟹  −4≤x≤43|x|\le 12\;\Longrightarrow\;|x|\le 4\;\Longrightarrow\;-4\le x\le 4

    所以边界与 xx 轴交于 (±4,0)(\pm 4,0)。

  3. 求 yy 轴上的截距。 令 x=0x=0:

    4∣y∣≤12  ⟹  ∣y∣≤3  ⟹  −3≤y≤34|y|\le 12\;\Longrightarrow\;|y|\le 3\;\Longrightarrow\;-3\le y\le 3

    得到 (0,±3)(0,\pm 3)。

  4. 认出边界是四条线段。 在第一象限里,取等号的 3x+4y=123x+4y=12 是一条直线,对称性再把它复制到另外三个象限。连接 (4,0)(4,0)、(0,3)(0,3)、(−4,0)(-4,0)、(0,−3)(0,-3) 的四条直边围成一个以原点为中心的菱形——正是绝对值把本来光滑的椭圆换成了直边。

  5. 判断该给哪一侧涂色。 拿原点试一下:3∣0∣+4∣0∣=0≤123|0|+4|0|=0\le 12 ✓\checkmark,所以原点在解集里,区域就是菱形的内部。不等式取的是非严格号,所以四条边画成实线,并且属于解集。

  6. 再检验一个边界点和一个外部点。 (2,32)(2,\tfrac32):6+6=12≤126+6=12\le 12 ✓\checkmark,正好落在边上。(4,1)(4,1):12+4=16≰1212+4=16\not\le 12 ✓\checkmark,确实在外面。

Answer

以 (4,0),  (0,3),  (−4,0),  (0,−3) 为顶点的闭菱形区域,含边界\text{以 }(4,0),\;(0,3),\;(-4,0),\;(0,-3)\text{ 为顶点的闭菱形区域,含边界}

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