不等式求解器

以 AI 驅動的逐步解題,求解一次與多項式不等式
2x - 5 > 3
x^2 - 4x - 5 > 0
3x + 1 <= 7
(x - 1)(x + 3) >= 0

什麼是不等式?

不等式是一個數學陳述,使用以下其中一種符號比較兩個算式:

  • <<(小於)
  • >>(大於)
  • ≤\leq(小於或等於)
  • ≥\geq(大於或等於)

不同於方程式(其問題為「哪些值使兩邊相等?」),不等式問的是「哪些值使一邊大於(或小於)另一邊?」

例如,不等式:

2x−5>32x - 5 > 3

問的是:對於哪些 xx 的值,2x−52x - 5 大於 33?

不等式的解通常是一個值的範圍(一個區間),而非單一數字。解常以區間表示法表示:

  • (a,b)(a, b):所有嚴格介於 aa 與 bb 之間的值
  • [a,b][a, b]:所有從 aa 到 bb(含端點)的值
  • (−∞,a)∪(b,∞)(-\infty, a) \cup (b, \infty):所有小於 aa 或大於 bb 的值

不等式在最佳化、限制條件問題,以及判定函數的定義域與值域時是基本工具。

如何求解不等式

1. 一次不等式

如同求解一次方程式般處理,但有一個關鍵規則:當乘以或除以負數時,要將不等號方向反轉。

範例:求解 2x−5>32x - 5 > 3

  1. 加 5:2x>82x > 8
  2. 除以 2:x>4x > 4

解:(4,∞)(4, \infty)

含反轉的範例:求解 −3x+6≤12-3x + 6 \leq 12

  1. 減 6:−3x≤6-3x \leq 6
  2. 除以 −3-3(反轉!):x≥−2x \geq -2

2. 二次不等式

先求解對應的方程式,再測試區間。

範例:求解 x2−4x−5>0x^2 - 4x - 5 > 0

  1. 因式分解:(x−5)(x+1)>0(x - 5)(x + 1) > 0
  2. 臨界點:x=−1x = -1 與 x=5x = 5
  3. 測試區間:
    • x<−1x < -1:(−)(−)=(+)>0(-)(-) = (+) > 0 ✓
    • −1<x<5-1 < x < 5:(−)(+)=(−)<0(-)(+) = (-) < 0 ✗
    • x>5x > 5:(+)(+)=(+)>0(+)(+) = (+) > 0 ✓

解:(−∞,−1)∪(5,∞)(-\infty, -1) \cup (5, \infty)

3. 有理不等式

找出分子與分母為零之處(臨界點),再測試每個區間的正負號。切勿兩邊同乘可能為負的算式。

4. 絕對值不等式

  • ∣x∣<a|x| < a 表示 −a<x<a-a < x < a
  • ∣x∣>a|x| > a 表示 x<−ax < -a 或 x>ax > a

5. 正負號表法

對於多項式/有理不等式,建立正負號表,顯示每個因式在各區間中的正負號。

類型關鍵步驟
一次孤立 xx;若除以負數則反轉不等號
二次因式分解、找根、測試區間
有理找出分子與分母的零點
絕對值拆成兩種情況
複合求解每一部分,再取交集/聯集

應避免的常見錯誤

  • 忘記反轉不等號:當你兩邊同乘或同除以負數時,必須反轉不等號方向。
  • 臨界點納入錯誤:對於嚴格不等式(<<、>>),臨界點不包含。對於 ≤\leq 或 ≥\geq,則包含。
  • 未考慮變數正負便乘以變數:若兩邊同乘 xx,必須分別考慮 x>0x > 0 與 x<0x < 0 的情況。
  • 錯誤處理複合不等式:對於 a<f(x)<ba < f(x) < b,要同時求解兩部分,而非各自獨立。
  • 以錯誤表示法寫解:嚴格不等式用小括號,包含端點則用中括號。

Examples

Step 1: 兩邊加 55:2x>82x > 8
Step 2: 兩邊除以 22:x>4x > 4
Step 3: 以區間表示法表示:(4,∞)(4, \infty)
Answer: x>4x > 4,或 (4,∞)(4, \infty)

Step 1: 因式分解:(x−5)(x+1)>0(x - 5)(x + 1) > 0。臨界點為 x=5x = 5 與 x=−1x = -1。
Step 2: 測試區間:對於 x<−1x < -1,兩因式皆為負 → 乘積為正 ✓;對於 −1<x<5-1 < x < 5,正負號相異 → 乘積為負 ✗;對於 x>5x > 5,兩者皆為正 → 乘積為正 ✓
Step 3: 解:x∈(−∞,−1)∪(5,∞)x \in (-\infty, -1) \cup (5, \infty)
Answer: x<−1x < -1 或 x>5x > 5

Step 1: 兩邊減 66:−3x≤6-3x \leq 6
Step 2: 除以 −3-3 並反轉不等號:x≥−2x \geq -2
Step 3: 以區間表示法表示:[−2,∞)[-2, \infty)
Answer: x≥−2x \geq -2

Frequently Asked Questions

每當你兩邊同乘或同除以負數時,就要反轉(顛倒)不等號。例如,將 -2x > 6 兩邊同除以 -2 得到 x < -3。這是因為乘以負數會反轉數線上數字的順序。

區間表示法是一種寫解集的方式。小括號 ( ) 表示端點不包含(嚴格不等式),中括號 [ ] 表示端點包含。例如,x > 3 寫作 (3, 無窮大),而 x >= 3 寫作 [3, 無窮大)。

先求解對應的方程式找出臨界點。然後從臨界點之間(與之外)的每個區間各取一個值代入測試,以判斷不等式在何處成立。利用正負號表來整理你的計算。

嚴格不等式使用 < 或 >,不包含邊界值。非嚴格(或弱)不等式使用 <= 或 >=,包含邊界值。這會影響你在區間表示法中使用小括號還是中括號。

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