Algebra · real student question

解不等式 (|x − 2| − x) / (x² − 4) ≤ 0,並以區間表示法寫出解集合。

Question

解不等式

x2xx240\frac{|x-2|-x}{x^2-4}\le 0

並以區間表示法寫出解集合。

Step-by-step solution

  1. 先排除使算式沒有意義的點。 分式只有在分母不為零時才有定義。這裡 x24=(x2)(x+2)x^2-4=(x-2)(x+2),所以

    x2x2.x\ne 2\quad\text{且}\quad x\ne -2.

    不論分子是什麼,這兩點都不可能屬於解集合——\le 這個符號救不了為零的分母。

  2. 在絕對值的分界點把它拆開。 x2|x-2|x=2x=2 處換公式:當 x2x\ge 2 時等於 x2x-2,當 x<2x<2 時等於 2x2-x。因為不等式在兩側的行為完全不同,要分別解完再取聯集。請用代數方式討論,不要只代幾個數字試,否則測試點之間漏掉的部分會看不出來。

  3. 情況一:x>2x>2 此時 x2=x2|x-2|=x-2,分子縮成一個常數:

    (x2)xx24=2x24.\frac{(x-2)-x}{x^2-4}=\frac{-2}{x^2-4}.

    x>2x>2 時分母 x24x^2-4 為正,所以對每一個這樣的 xx,這個分式都是負的。整條射線 (2,+)(2,+\infty) 都滿足不等式(x=2x=2 本身已在第一步被排除)。

  4. 情況二:x<2x<2 此時 x2=2x|x-2|=2-x,分子為 22x=2(1x)2-2x=2(1-x),於是

    2(1x)(x2)(x+2)0.\frac{2(1-x)}{(x-2)(x+2)}\le 0.

    分子在 x=1x=1 時為零,在 x<1x<1 時為正;因式 x2x-2 在這個情況裡全程為負;因式 x+2x+2 則在 x=2x=-2 處變號。

  5. 列出情況二的符號表。 以臨界值 2-211 把數線切開:

    區間2(1x)2(1-x)x2x-2x+2x+2分式
    x<2x<-2++--++
    2<x<1-2<x<1++-++-
    1<x<21<x<2--++++

    只有 2<x<1-2<x<1 會讓分式為負。在 x=1x=1 時分子為 00、分母為 30-3\ne 0,所以分式等於 00——而 000\le 0 成立,因此 x=1x=1 要算進去。

  6. 把兩種情況取聯集。 情況二的 (2,1](-2,1] 與情況一的 (2,+)(2,+\infty) 合起來:

    (2,1]  (2,+).(-2,\,1]\ \cup\ (2,\,+\infty).

    代幾個數驗算就很清楚:x=0x=0 時值為 0.5-0.5(成立),x=1.5x=1.5 時為 +0.571+0.571(不成立),x=3x=3 時為 0.4-0.4(成立),x=2.5x=-2.5 時為 +3.11+3.11(不成立)。

Answer

x(2,1](2,+)x\in(-2,\,1]\cup(2,\,+\infty)

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