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Algebra · real student question

解不等式 (x − 1)(x + 2)(x − 3) < 0,並以區間表示法寫出解集合。

Question

解不等式

(x−1)(x+2)(x−3)<0(x-1)(x+2)(x-3)<0

並以區間表示法寫出解集合。

Step-by-step solution

  1. 不要把乘積展開。 不等式已經是因式分解的形式,而這正是我們要的樣子。乘開後會得到 x3−2x2−5x+6x^3-2x^2-5x+6,那對判斷正負毫無幫助。乘積的正負取決於有幾個因式是負的,所以請保留因式形式,一個因式一個因式地看。

  2. 求出每個因式的零點。 令各因式為零:

    x−1=0⇒x=1,x+2=0⇒x=−2,x−3=0⇒x=3x-1=0\Rightarrow x=1,\qquad x+2=0\Rightarrow x=-2,\qquad x-3=0\Rightarrow x=3

    只有這些點會讓乘積變號,因為連續函數要由負變正,一定得經過 00。

  3. 在 −2-2、11、33 處把數線切開。 三個零點把實數線切成四個開區間:

    (−∞,−2),(−2,1),(1,3),(3,+∞)(-\infty,-2),\quad (-2,1),\quad (1,3),\quad (3,+\infty)

    在每個區間內乘積的正負固定不變,所以只要取一個測試點就能決定整個區間。

  4. 每個區間取一個點測試。 記下每個因式的正負號,而不是算出數值:

    區間測試 xxx+2x+2x−1x-1x−3x-3乘積
    (−∞,−2)(-\infty,-2)−3-3−-−-−-−-
    (−2,1)(-2,1)00++−-−-++
    (1,3)(1,3)22++++−-−-
    (3,+∞)(3,+\infty)44++++++++

    三個負數相乘為負,兩個負數相乘為正,規則就這麼簡單。

  5. 注意正負交替的規律。 因為每個因式都是一次方(每個根都是單根),所以每經過一個零點正負就翻一次。從最右邊全部為正的區間往左看,符號依序是 +,−,+,−+,-,+,-。只要知道最右邊區間的正負,其餘不用測試就能填完——上面那張表其實只是驗算。

  6. 收集乘積為負的區間,並排除端點。 乘積在 (−∞,−2)(-\infty,-2) 與 (1,3)(1,3) 上為負。不等式是嚴格小於,所以 x=−2x=-2、x=1x=1、x=3x=3(在這些點乘積等於 00,而不是小於 00)要排除:

    (−∞,−2)∪(1,3)\boxed{(-\infty,-2)\cup(1,3)}

    抽查:x=−3x=-3 得 (−4)(−1)(−6)=−24<0(-4)(-1)(-6)=-24<0,x=2x=2 得 (1)(4)(−1)=−4<0(1)(4)(-1)=-4<0,而 x=0x=0 得 (−1)(2)(−3)=6>0(-1)(2)(-3)=6>0,與預期一致。

Answer

(−∞,−2)∪(1,3)(-\infty,-2)\cup(1,3)

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