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Algebra · real student question

解不等式组:-x^2 + 3x + 4 ≥ 0 且 3x^2 - 2x ≥ 0,把解集写成区间的并集。

Question

解不等式组

−x2+3x+4≥0且3x2−2x≥0-x^{2}+3x+4\ge 0\qquad\text{且}\qquad 3x^{2}-2x\ge 0

并把解集写成区间的并集。

Step-by-step solution

  1. 思路:先各解各的,再取交集。 用且连接的不等式组,只有在两个条件同时成立的地方才被满足,所以答案是两个解集的交集。想一步把它们一起解出来是做不到的;可靠的办法是分别做两次符号分析,最后在一条数轴上汇总。

  2. 先把第一个不等式的二次项系数变成正的。 给 −x2+3x+4≥0-x^{2}+3x+4\ge 0 两边同乘 −1-1,不等号方向要反过来:

    x2−3x−4≤0  ⟹  (x−4)(x+1)≤0.x^{2}-3x-4\le 0\;\Longrightarrow\;(x-4)(x+1)\le 0.

    两个因式之积 ≤0\le 0 发生在两根之间,开口向上的抛物线也正是在两根之间位于 xx 轴下方,所以

    −1≤x≤4.-1\le x\le 4.

  3. 第二个不等式提取公因式来分解。 它没有常数项,所以直接把 xx 提出来,不必动用求根公式:

    3x2−2x=x(3x−2)≥0,3x^{2}-2x=x(3x-2)\ge 0,

    两根为 x=0x=0 和 x=23x=\tfrac23。这条抛物线同样开口向上,所以它在两根之外才 ≥0\ge 0:

    x≤0或x≥23.x\le 0\quad\text{或}\quad x\ge \tfrac23.

    注意这里的方向与上一步正好相反——对开口向上的抛物线来说,≤\le 和 ≥\ge 的区别全在于此。

  4. 在同一条数轴上取交集。 第一个解集是 [−1,4][-1,4];第二个是 (−∞,0]∪[23,∞)(-\infty,0]\cup[\tfrac23,\infty)。把第一个分别与第二个的每一段相截:

    [−1,4]∩(−∞,0]=[−1,0],[−1,4]∩[23,∞)=[23,4].[-1,4]\cap(-\infty,0]=[-1,0],\qquad [-1,4]\cap\left[\tfrac23,\infty\right)=\left[\tfrac23,4\right].

    所以解集是 [−1,0]∪[23,4][-1,0]\cup\left[\tfrac23,4\right]。中间的空档 (0,23)\left(0,\tfrac23\right) 被排除,是因为在那里 x(3x−2)<0x(3x-2)<0。

  5. 检验四个端点,并在每个区域各取一点验算。 取 x=0.3x=0.3(落在空档里):−0.09+0.9+4=4.81≥0-0.09+0.9+4=4.81\ge0 ✓,但 3(0.09)−0.6=−0.33<03(0.09)-0.6=-0.33<0 ✗,所以 0.30.3 被排除是对的。取 x=−0.5x=-0.5:−0.25−1.5+4=2.25≥0-0.25-1.5+4=2.25\ge0 ✓ 且 0.75+1=1.75≥00.75+1=1.75\ge0 ✓。取 x=2x=2:6≥06\ge0 ✓ 且 12−4=8≥012-4=8\ge0 ✓。取 x=4.5x=4.5:−20.25+13.5+4<0-20.25+13.5+4<0 ✗。四个端点都使某一个因式恰好取等号,所以它们都属于这个闭集。

Answer

x∈[−1, 0]∪[23, 4]x\in[-1,\,0]\cup\left[\tfrac{2}{3},\,4\right]

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