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Algebra · real student question

解连不等式 −2 < (2x − 3)/(x + 1) ≤ 1。

Question

解不等式

−2<2x−3x+1≤1-2<\frac{2x-3}{x+1}\le 1

Step-by-step solution

  1. 不要两边同乘 x+1x+1。 它的符号未知,直接乘就得分情况讨论,还有把不等号乘反的风险。我们改成把连不等式拆成两个独立的不等式,并且一开始就记下定义域限制 x≠−1x\ne-1。

  2. 把左半边移项到一边来解。

    2x−3x+1+2>0  ⟹  2x−3+2(x+1)x+1>0  ⟹  4x−1x+1>0\frac{2x-3}{x+1}+2>0\;\Longrightarrow\;\frac{2x-3+2(x+1)}{x+1}>0\;\Longrightarrow\;\frac{4x-1}{x+1}>0

    临界点是 x=14x=\tfrac14 和 x=−1x=-1。取 x=−2x=-2 得 −9−1>0\tfrac{-9}{-1}>0,取 x=0x=0 得 −1<0-1<0,取 x=1x=1 得 32>0\tfrac32>0,所以左半边在 (−∞,−1)∪(14,∞)(-\infty,-1)\cup\left(\tfrac14,\infty\right) 上成立。

  3. 右半边照同样办法做。

    2x−3x+1−1≤0  ⟹  2x−3−(x+1)x+1≤0  ⟹  x−4x+1≤0\frac{2x-3}{x+1}-1\le0\;\Longrightarrow\;\frac{2x-3-(x+1)}{x+1}\le0\;\Longrightarrow\;\frac{x-4}{x+1}\le0

    临界点是 x=4x=4(可以取到,因为这里允许取等)和 x=−1x=-1(永远不能取)。取 x=−2x=-2 得 6>06>0,取 x=0x=0 得 −4<0-4<0,取 x=5x=5 得 16>0\tfrac16>0,所以这一半在 (−1,4](-1,4] 上成立。

  4. 把两个解集取交集。 一个数必须同时满足两半:

    [(−∞,−1)∪(14,∞)]∩(−1,4]=(14, 4]\left[(-\infty,-1)\cup\left(\tfrac14,\infty\right)\right]\cap(-1,4]=\left(\tfrac14,\,4\right]

    (−∞,−1)(-\infty,-1) 这一支被整段抹掉,因为右半边把 −1-1 以下的数全排除了。

  5. 在边界附近做数值检验。 在 x=0.26x=0.26 处商是 −1.968-1.968,满足 −2<⋅≤1-2<\cdot\le1;在 x=0.2x=0.2 处是 −2.167-2.167,左边那个不等号就不成立了。在 x=4x=4 处商恰好是 11(包含在解集里);在 x=4.1x=4.1 处是 1.01961.0196,右边不成立。端点的表现与结论完全一致。

  6. 写出最终区间。

    x∈(14, 4]x\in\left(\frac14,\,4\right]

Answer

x∈(14, 4]x \in \left(\tfrac{1}{4},\,4\right]

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