卡在這題?用 AI 解開它
Algebra · real student question

二次不等式 ax^2 + bx + 1 > 0 的解集合是區間 -1 < x < 2,求 ab 的值。

Question

二次不等式

ax2+bx+1>0ax^{2}+bx+1>0

的解集合為 {x∣−1<x<2}\{x\mid -1<x<2\}。求 abab 的值。

Step-by-step solution

  1. 先由解集合的形狀決定 aa 的正負。 拋物線只有在開口向下時,函數值才會在兩根之間為正。這裡解集合是有界區間 (−1,2)(-1,2),也就是說式子只在兩個數之間為正,所以

    a<0,a<0,

    而且 x=−1x=-1 與 x=2x=2 必定是 ax2+bx+1=0ax^{2}+bx+1=0 的兩根(這兩個端點正是嚴格不等式剛好不成立的地方)。

  2. 由兩根反推二次式。 以 −1-1 與 22 為根的二次式都是 (x+1)(x−2)(x+1)(x-2) 的常數倍,所以

    ax2+bx+1=k(x+1)(x−2)=k(x2−x−2)=kx2−kx−2kax^{2}+bx+1=k(x+1)(x-2)=k\left(x^{2}-x-2\right)=kx^{2}-kx-2k

    其中 k<0k<0(kk 的正負就是 aa 的正負)。

  3. 用常數項把 kk 定下來。 這一步才讓題目有唯一解:題目給的二次式常數項恰好是 11,正是它消掉了那個自由的倍率。比較常數項:

    −2k=1⟹k=−12,-2k=1\quad\Longrightarrow\quad k=-\frac{1}{2},

    這確實滿足 k<0k<0,與第一步一致。

  4. 讀出 aa 與 bb。 代入 k=−12k=-\tfrac12:

    ax2+bx+1=−12x2+12x+1⟹a=−12,  b=12.ax^{2}+bx+1=-\frac{1}{2}x^{2}+\frac{1}{2}x+1\quad\Longrightarrow\quad a=-\frac{1}{2},\ \ b=\frac{1}{2}.

  5. 算出 abab 並驗證原不等式。

    ab=(−12)(12)=−14.ab=\left(-\frac{1}{2}\right)\left(\frac{1}{2}\right)=-\frac{1}{4}.

    驗算:−12x2+12x+1>0-\tfrac12x^{2}+\tfrac12x+1>0 兩邊乘 −2-2(不等號反轉)等價於 x2−x−2<0x^{2}-x-2<0,即 (x+1)(x−2)<0(x+1)(x-2)<0,解正好是 −1<x<2-1<x<2。代幾個值也吻合:x=0x=0 時式子為 1>01>0,在 x=±x=\pm 兩端點時為 00,x=3x=3 時為 −2<0-2<0。

Answer

ab=−14ab=-\frac{1}{4}

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