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Algebra · real student question

解 x^2 - 3x - 10 >= 0 與 x^2 - 1 <= 0,並求同時滿足兩式的 x。

Question

分別解出兩個不等式,再求同時滿足兩式的所有 xx:

x2−3x−10≥0,x2−1≤0x^{2}-3x-10\ge 0,\qquad x^{2}-1\le 0

Step-by-step solution

  1. 把第一個二次式因式分解。 乘積為 −10-10、和為 −3-3 的兩數是 −5-5 與 +2+2:

    x2−3x−10=(x−5)(x+2)≥0x^{2}-3x-10=(x-5)(x+2)\ge 0

    臨界點:x=−2x=-2 與 x=5x=5。

  2. 從拋物線讀出第一個解集。 首項係數為正,所以這條開口向上的拋物線在兩根之外才會落在 x 軸上或上方(代 x=0x=0:−10<0-10<0,可見中間那段不成立):

    (−∞,−2]∪[5,∞)(-\infty,-2]\cup[5,\infty)

    兩個端點都包含在內,因為不等號不是嚴格的。

  3. 把第二個二次式用平方差分解。

    x2−1=(x−1)(x+1)≤0x^{2}-1=(x-1)(x+1)\le 0

    臨界點:x=−1x=-1 與 x=1x=1。

  4. 讀出第二個解集。 開口向上的拋物線在兩根之間才會落在 x 軸上或下方(代 x=0x=0:−1≤0-1\le 0 ✓):

    [−1,1][-1,1]

  5. 取兩個集合的交集。 把它們畫在同一條數線上:第二個集合整個落在 (−2,5)(-2,5) 裡面,而那正是第一個集合排除掉的區間。形式上 [−1,1]∩(−∞,−2]=∅[-1,1]\cap(-\infty,-2]=\varnothing 且 [−1,1]∩[5,∞)=∅[-1,1]\cap[5,\infty)=\varnothing,所以

    ((−∞,−2]∪[5,∞))∩[−1,1]=∅\left((-\infty,-2]\cup[5,\infty)\right)\cap[-1,1]=\varnothing

  6. 兩個答案都寫出來。 分開看:(−∞,−2]∪[5,∞)(-\infty,-2]\cup[5,\infty) 與 [−1,1][-1,1]。合起來看:沒有任何實數 xx 能同時滿足 ——這個聯立是矛盾的;每當同時加上兩個二次不等式時,都值得檢查一下是不是這種情況。

Answer

x2−3x−10≥0: (−∞,−2]∪[5,∞);x2−1≤0: [−1,1];兩者同時成立: ∅x^{2}-3x-10\ge 0:\ (-\infty,-2]\cup[5,\infty);\quad x^{2}-1\le 0:\ [-1,1];\quad \text{兩者同時成立: } \varnothing

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