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Algebra · real student question

解不等式组:−x² + 3x + 4 ≥ 0 且 3x² − 5x ≥ 0,把解集写成若干区间的并集。

Question

解不等式组

−x2+3x+4≥0且3x2−5x≥0-x^{2}+3x+4\ge 0\qquad\text{且}\qquad 3x^{2}-5x\ge 0

并把解集写成若干区间的并集。

Step-by-step solution

  1. 把「且」直接读成「取交集」。 两个不等式各有自己的解集,不等式组成立的地方恰好是二者重叠的部分。于是任务就拆成两次独立的二次函数符号分析,外加最后一次求交集。

  2. 给第一个不等式变号,让抛物线开口向上。 把 −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.

    抛物线 y=(x−4)(x+1)y=(x-4)(x+1) 开口向上,所以它小于等于零的地方正是两根之间:

    −1≤x≤4.-1\le x\le 4.

  3. 把 3x2−5x3x^{2}-5x 提出公因式 xx。 由于没有常数项,因式分解一步到位:

    3x2−5x=x(3x−5)≥0,两根为 x=0,  x=53.3x^{2}-5x=x(3x-5)\ge 0,\qquad\text{两根为 }x=0,\;x=\tfrac53 .

    开口向上的抛物线在两根之外才 ≥0\ge 0,因此

    x≤0或x≥53.x\le 0\quad\text{或}\quad x\ge \tfrac53 .

    和因式为 3x−23x-2 的那道姊妹题比较一下:只有右边那个根挪了位置,从 23\tfrac23 变成 53\tfrac53。

  4. 把 [−1,4][-1,4] 与 (−∞,0]∪[53,∞)(-\infty,0]\cup\left[\tfrac53,\infty\right) 求交集。 一段一段来,

    [−1,4]∩(−∞,0]=[−1,0],[−1,4]∩[53,∞)=[53,4],[-1,4]\cap(-\infty,0]=[-1,0],\qquad[-1,4]\cap\left[\tfrac53,\infty\right)=\left[\tfrac53,4\right],

    于是解集为 [−1,0]∪[53,4][-1,0]\cup\left[\tfrac53,4\right]。被挖掉的空档 (0,53)\left(0,\tfrac53\right) 比 3x−23x-2 那一版更宽,这也是两个答案之间唯一看得出来的差别。

  5. 抽三个点验算。 x=0.5x=0.5:第一个不等式得 −0.25+1.5+4=5.25≥0-0.25+1.5+4=5.25\ge 0 ✓,第二个得 0.75−2.5=−1.75<00.75-2.5=-1.75<0 ✗——确实该被排除。x=2x=2:6≥06\ge 0 ✓,且 12−10=2≥012-10=2\ge 0 ✓——应当入选。x=−1x=-1:−1−3+4=0≥0-1-3+4=0\ge 0 ✓,且 3+5=8≥03+5=8\ge 0 ✓——左端点属于解集。

Answer

x∈[−1, 0]∪[53, 4]x\in[-1,\,0]\cup\left[\tfrac{5}{3},\,4\right]

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