高考数学一轮复习第6章不等式第2讲一元二次不等式及其解法 学案
展开知识梳理·双基自测
eq \x(知)eq \x(识)eq \x(梳)eq \x(理)
知识点一 一元二次不等式的解法
(1)将不等式的右边化为零,左边化为二次项系数_大于__零的不等式ax2+bx+c>0(a>0)或ax2+bx+c<0(a>0).
(2)计算相应的_判别式__.
(3)当_Δ≥0__时,求出相应的一元二次方程的根.
(4)利用二次函数的图象与x轴的_交点__确定一元二次不等式的解集.
知识点二 三个二次之间的关系
eq \x(重)eq \x(要)eq \x(结)eq \x(论)
1.ax2+bx+c>0(a≠0)恒成立的充要条件是:a>0且b2-4ac<0(x∈R).
2.ax2+bx+c<0(a≠0)恒成立的充要条件是:a<0且b2-4ac<0(x∈R).
注意:在题目中没有指明不等式为二次不等式时,若二次项系数中含有参数,应先对二次项系数为0的情况进行分析,检验此时是否符合条件.
3.二次不等式解集的“边界值”是相应二次方程的根.
4.简单分式不等式的解法
(1)eq \f(fx,gx)>0(<0)⇔f(x)g(x)>0(<0);
(2)eq \f(fx,gx)≥0(≤0)⇔eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(fx·gx≥0≤0,gx≠0)).
5.简单的指数与对数不等式的解法
(1)若a>1,af(x)>ag(x)⇔f(x)>g(x);
若0ag(x)⇔f(x)
若0lgag(x)⇔0
题组一 走出误区
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)若不等式ax2+bx+c<0的解集为(x1,x2),则必有a>0.( √ )
(2)若不等式ax2+bx+c>0的解集是(-∞,x1)∪(x2,+∞),则方程ax2+bx+c=0的两个根是x1和x2.( √ )
(3)若方程ax2+bx+c=0(a≠0)没有实数根,则不等式ax2+bx+c>0的解集为R.( × )
(4)不等式ax2+bx+c≤0在R上恒成立的条件是a<0且Δ=b2-4ac≤0.( × )
(5)若二次函数y=ax2+bx+c的图象开口向下,则不等式ax2+bx+c<0的解集一定不是空集.( √ )
题组二 走进教材
2.(必修5P26T2改编)不等式x(1-2x)>0的解集是( B )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-∞,\f(1,2))) B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(1,2)))
C.(-∞,0)∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),+∞)) D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),+∞))
3.(必修5P80A组T4改编)已知集合A={x|x2-x-6>0},则∁RA等于( B )
A.{x|-2
[解析] ∵x2-x-6>0,∴(x+2)(x-3)>0,
∴x>3或x<-2,即A={x|x>3或x<-2}.
在数轴上表示出集合A,如图所示.
由图可得∁RA={x|-2≤x≤3}.故选B.
4.(必修5P80A组T2改编)y=lg2(3x2-2x-2)的定义域是_eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-∞,\f(1-\r(7),3)))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1+\r(7),3),+∞))__.
[解析] 由题意,得3x2-2x-2>0,
令3x2-2x-2=0,得x1=eq \f(1-\r(7),3),x2=eq \f(1+\r(7),3),
∴3x2-2x-2>0的解集为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-∞,\f(1-\r(7),3)))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1+\r(7),3),+∞)).
题组三 走向高考
5.(2019·天津高考)设x∈R,使不等式3x2+x-2<0成立的x的取值范围是_eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-1,\f(2,3)))__.
[解析] 3x2+x-2<0⇒(x+1)(3x-2)<0,
⇒(x+1)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(2,3)))<0⇒-1
考点突破·互动探究
考点一 一元二次不等式的解法——多维探究
角度1 不含参数的不等式
例1 解下列不等式
(1)-2x2+x+3<0;
(2)x2-2x+2>0.
[分析] (1)将二次项系数化为正数,变为2x2-x-3>0,求方程2x2-x-3=0的根,若无根,则解集为R,若有根,则按“小于取中间,大于取两边”写出解集.
[解析] (1)化-2x2+x+3<0为2x2-x-3>0,
∴(x+1)(2x-3)>0,即(x+1)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(3,2)))>0,
∴x>eq \f(3,2)或x<-1,
∴原不等式的解集为(-∞,-1)∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2),+∞)).
(2)因为Δ<0,所以方程x2-2x+2=0无实数解,而y=x2-2x+2的图象开口向上,可得原不等式x2-2x+2>0的解集为R.
名师点拨
解一元二次不等式的一般步骤
(1)化:把不等式变形为二次项系数大于零的标准形式.
(2)判:计算对应方程的判别式.
(3)求:求出对应的一元二次方程的根,或根据判别式说明方程有没有实根.
(4)写:利用“大于取两边,小于取中间”写出不等式的解集.
角度2 含参数的不等式
例2 解下列关于x的不等式:
(1)ax2-(a+1)x+1<0(a∈R);
(2)x2-2ax+2≤0(a∈R);
[分析] (1)因二次项系数含有字母,故需对其符号分类求解,即讨论a与0的关系,并注意根的大小关系,即讨论eq \f(1,a)与1的关系,故需分a<0,a=0,01五种情况求解;
(2)由于系数中含有字母,故需考虑对应的方程有无实根,以及有根时根的大小关系;
[解析] (1)若a=0,原不等式等价于-x+1<0,解得x>1.
若a<0,则原不等式等价于eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(1,a)))(x-1)>0,解得x<eq \f(1,a)或x>1.
若a>0,原不等式等价于eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(1,a)))(x-1)<0.
①当a=1时,eq \f(1,a)=1,eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(1,a)))(x-1)<0无解;
②当a>1时,eq \f(1,a)<1,解eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(1,a)))(x-1)<0得eq \f(1,a)<x<1;
③当0<a<1时,eq \f(1,a)>1,解eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(1,a)))(x-1)<0得1<x<eq \f(1,a).
综上所述:当a<0时,解集为eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(x<\f(1,a)或x>1))));当a=0时,解集为{x|x>1};当0<a<1时,解集为eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(1<x<\f(1,a)))));当a=1时,解集为∅;当a>1时,解集为eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(1,a)<x<1)))).
(2)对于方程x2-2ax+2=0,因为Δ=4a2-8,所以当Δ<0,即-eq \r(2)<a<eq \r(2)时,x2-2ax+2=0无实根.又二次函数y=x2-2ax+2的图象开口向上,所以原不等式的解集为∅;
当Δ=0,即a=±eq \r(2)时,x2-2ax+2=0有两个相等的实根,
当a=eq \r(2)时,原不等式的解集为{x|x=eq \r(2)},
当a=-eq \r(2)时,原不等式的解集为{x|x=-eq \r(2)};
当Δ>0,即a>eq \r(2)或a<-eq \r(2)时,x2-2ax+2=0有两个不相等的实根,分别为x1=a-eq \r(a2-2),x2=a+eq \r(a2-2),且x1<x2,所以原不等式的解集为{x|a-eq \r(a2-2)≤x≤a+eq \r(a2-2)}.
综上,当a>eq \r(2)或a<-eq \r(2)时,解集为{x|a-eq \r(a2-2)≤x≤a+eq \r(a2-2)};当a=eq \r(2)时,解集为{x|x=eq \r(2)};当a=-eq \r(2)时,解集为{x|x=-eq \r(2)};当-eq \r(2)<a<eq \r(2)时,解集为∅.
名师点拨
含参数的不等式的求解往往需要分类讨论
(1)若二次项系数为常数,若判别式Δ≥0,可先考虑分解因式,再对根的大小分类讨论(分点由x1=x2确定);若不易分解因式,可考虑求根公式,以便写出解集,若Δ<0,则结合二次函数图象写出解集,若判别式符号不能确定,则需对判别式分类讨论(分点由Δ=0确定).
(2)若二次项系数为参数,则应先考虑二次项系数是否为零,然后讨论二次项系数大于零、小于零,以便确定解集形式.
(3)解简单分式不等式是通过移项、通分化为整式不等式求解,要注意分母不能为零.
(4)解简单的指数、对数不等式时,若底含有参数,则需对其是否大于1分类求解,注意对数的真数必须为正.
〔变式训练1〕
(1)(角度1)(2021·北京市海淀区期末)不等式x2+2x-3<0的解集为( D )
A.{x|x<-3或x>1} B.{x|x<-1或x>3}
C.{x|-1
[解析] (1)由x2+2x-3<0得(x+3)(x-1)<0,解得-3
∴x1=a,x2=1,
①当a>1时,x2-(a+1)x+a<0的解集为{x|1
③当a<1时,x2-(a+1)x+a<0的解集为{x|a
例3 (1)(2021·黑龙江大庆实验中学期末)已知不等式ax2-bx-1>0的解集是eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(23,5),+∞)) B.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(23,5),1))
C.(1,+∞) D.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(-∞,-\f(23,5)))
[分析] (1)利用根与系数的关系求解.
(2)令f(x)=x2+ax-2,Δ=a2+8>0恒成立,又两根之积为负值,所以只要f(1)≥0或f(1)<0且f(5)>0,于是得解;思路二:“正难则反”,求x2+ax-2≤0在区间[1,5]上恒成立的a的取值集合,只需f(5)≤0,再求其补集即可;思路三:分离参数.
[解析] (1)∵不等式ax2-bx-1>0的解集是
eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x|-\f(1,2)
∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)-\f(1,3)=\f(b,a),,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)))×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,3)))=-\f(1,a),))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=-6,,b=5.))
则不等式x2-bx-a≥0即为x2-5x+6≥0,解得x≤2或x≥3.故选B.
(2)令f(x)=x2+ax-2,则Δ=a2+8>0,
∴方程f(x)=0,有两个不等实根,又两根之积为负,
∴方程有一正根和一负根.
解法一:不等式x2+ax-2>0在区间[1,5]上有解,只要f(1)≥0或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(f1<0,,f5>0.))解得a≥1或-eq \f(23,5)∴a的取值范围是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(23,5),+∞)),故选A.
解法二:不等式x2+ax-2≤0在[1,5]上恒成立,只要f(5)≤0,即25+5a-2≤0,解得a≤-eq \f(23,5),∴不等式x2+ax-2>0在区间[1,5]上有解的a的取值范围是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(23,5),+∞)).
解法三:x2+ax-2>0在区间[1,5]上有解⇔a>eq \f(2,x)-x在[1,5]上有解⇔a>f(x)min(记f(x)=eq \f(2,x)-x,x∈[1,5]),显然f(x)为减函数,∴f(x)min=f(5)=-eq \f(23,5),∴a>-eq \f(23,5).
[引申]若不等式x2+ax-2<0在区间[1,5]上有解,则a的取值范围是_(-∞,1)__.
[解析] 由例3(2)的解析知,不等式x2+ax-2<0在区间[1,5]上有解,a
已知不等式的解集,等于知道了与之对应方程的根,此时利用韦达定理或判别式即可求出参数的值或范围,为简化讨论注意数形结合,如本例(2)中对应的二次函数图象过点(0,-2).
〔变式训练2〕
(1)关于x的不等式x2-2ax-8a2<0(a>0)的解集为(x1,x2),且x2-x1=15,则a=( A )
A.eq \f(5,2) B.eq \f(7,2)
C.eq \f(15,4) D.eq \f(15,2)
(2)(2021·九江模拟)若关于x的不等式x2-4x-2-a>0在区间(1,4)内有解,则实数a的取值范围是( A )
A.(-∞,-2) B.(-2,+∞)
C.(-6,+∞) D.(-∞,-6)
[解析] (1)解法一:由题意知x1,x2是方程x2-2ax-8a2=0的两根,则x1+x2=2a,x1x2=-8a2.又x2-x1=15,∴(x2-x1)2=(x1+x2)2-4x1x2=4a2+32a2=36a2=152.∵a>0,∴a=eq \f(15,6)=eq \f(5,2),故选A.
解法二:由x2-2ax-8a2=(x+2a)(x-4a)<0,∵a>0,∴不等式的解集为(-2a,4a).
又不等式的解集为(x1,x2),∴x1=-2a,x2=4a.∴x2-x1=4a-(-2a)=6a=15,∴a=eq \f(5,2),故选A.
(2)解法一:由函数f(x)=x2-4x-2-a图象的对称轴为x=2.∴不等式x2-4x-2-a>0在区间(1,4)内有解⇔f(4)>0,即a<-2,故选A.
解法二:(分离参数法)不等式x2-4x-2-a>0在区间(1,4)内有解等价于a<(x2-4x-2)max,令g(x)=x2-4x-2,x∈(1,4),∴g(x)
例4 已知f(x)=mx2-mx-1.
(1)若对于x∈R,f(x)<0恒成立,求实数m的取值范围;
(2)若对于x∈[1,3],f(x)<-m+5恒成立,求实数m的取值范围;
(3)若对于|m|≤1,f(x)<0恒成立,求实数x的取值范围.
[分析] (1)二次项系数含有字母m,应分m=0和m≠0讨论求解;(2)数形结合,分类讨论;(3)把二次不等式转化为含m的一次不等式,根据一次函数的性质求解.
[解析] (1)要使mx2-mx-1<0恒成立,
若m=0,显然-1<0;
若m≠0,则eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(m<0,,Δ=m2+4m<0))⇒-4
(2)要使f(x)<-m+5在[1,3]上恒成立,
只需mx2-mx+m<6恒成立(x∈[1,3]),
又因为x2-x+1=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(1,2)))2+eq \f(3,4)>0,
所以m
所以y=eq \f(6,x2-x+1)在[1,3]上是减函数.
因此函数的最小值ymin=eq \f(6,7).
所以m的取值范围是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-∞,\f(6,7))).
(3)将不等式f(x)<0整理成关于m的不等式为(x2-x)m-1<0.
令g(m)=(x2-x)m-1,m∈[-1,1].
则eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(g-1<0,,g1<0))即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(-x2+x-1<0,,x2-x-1<0,))
解得eq \f(1-\r(5),2)
名师点拨
一元二次不等式恒成立问题
1.在R上恒成立
(1)一元二次不等式ax2+bx+c>0(或≥0)对于一切x∈R恒成立的条件是eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a>0,,Δ=b2-4ac<0或≤0.))
(2)一元二次不等式ax2+bx+c<0(或≤0)对于一切x∈R恒成立的条件是eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a<0,,Δ=b2-4ac<0或≤0.))
2.在给定某区间上恒成立
(1)当x∈[m,n],f(x)=ax2+bx+c≥0恒成立,结合图象,只需f(x)min≥0即可;
(2)当x∈[m,n],f(x)=ax2+bx+c≤0恒成立,只需f(x)max≤0即可.
3.解决恒成立问题一定要搞清谁是自变量,谁是参数.一般地,知道谁的范围,谁就是自变量,求谁的范围,谁就是参数.
4.“不等式f(x)≥0有解(或解集不空)的参数m的取值集合”是“f(x)<0恒成立的参数m取值集合”的补集;“f(x)>0的解集为∅”即“f(x)≤0恒成立.”
注意:ax2+bx+c>0恒成立⇔eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=b=0,c>0))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a>0,Δ=b2-4ac<0));
ax2+bx+c<0恒成立⇔eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=b=0,c<0))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a<0,Δ=b2-4ac<0)).
〔变式训练3〕
(1)若不等式(a-3)x2+2(a-3)x-4<0对一切x∈R恒成立,则实数a取值的集合为( D )
A.(-∞,3) B.(-1,3)
C.[-1,3] D.(-1,3]
(2)(2021·山西忻州第一中学模拟)已知关于x的不等式x2-4x≥m对任意的x∈(0,1]恒成立,则有( A )
A.m≤-3 B.m≥-3
C.-3≤m<0 D.m≥-4
(3)已知对于任意的a∈[-1,1],函数f(x)=x2+(a-4)x+4-2a的值总大于0,则x的取值范围是( B )
A.{x|1
C.{x|1
[解析] (1)当a=3时,-4<0恒成立;
当a≠3时,eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a<3,,Δ=4a-32+16a-3<0,))
解得-1(2)令f(x)=x2-4x,x∈(0,1],∵f(x)图象的对称轴为直线x=2,∴f(x)在(0,1]上单调递减,∴当x=1时,f(x)取得最小值-3,∴m≤-3,故选A.
(3)记g(a)=(x-2)a+x2-4x+4,a∈[-1,1],
依题意,只须eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(g1>0,,g-1>0))⇒eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x2-3x+2>0,,x2-5x+6>0))⇒x<1或x>3,故选B.
名师讲坛·素养提升
一元二次方程根的分布
设一元二次方程ax2+bx+c=0(a≠0),记f(x)=ax2+bx+c.
(1)方程无根Δ=b2-4ac<0;
(2)方程有两等根Δ=b2-4ac=0;
(3)方程有两不等实根Δ=b2-4ac>0,记其根为x1,x2且x1
(1)一根在(1,2)内,另一根在(-1,0)内;
(2)一根在(-1,1),另一根不在(-1,1)内;
(3)一根小于1,另一根大于2;
(4)一根大于-1,另一根小于-1;
(5)两根都在区间(-1,3);
(6)两根都大于0;
(7)两根都小于1;
(8)在(1,2)内有解.
[解析] 设f(x)=(m-1)x2+2(m+1)x-m,Δ=4(m+1)2+4m(m-1)=8m2+4m+4=4(2m2+m+1)>0.
(1)一根在(1,2)内,另一根在(-1,0)内应满足eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(f1f2<0,f0f-1<0))即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(m2m+1<0,-2m-3-m<0)),解得-eq \f(1,2)
∴m范围eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-∞,-\f(3,2)))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2),1))∪(1,+∞).
(3)一根小于1,另一根大于2,应满足eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(m-1f1<0,m-1f2<0))
即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(m-12m+1<0,m-1m<0))解得:0
应满足(m-1)f(-1)<0,即(m-1)(-2m-3)<0,
解得:m>1或m<-eq \f(3,2).
(5)两根都在(-1,3)内,应满足eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(Δ≥0,-1<-\f(m+1,m-1)<3,m-1f-1>0,m-1f3>0)),
解得:-eq \f(3,2)
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(Δ≥0,-\f(m+1,m-1)>0,m-1f0>0)),解得:0
解得:m>1或m<-eq \f(1,2).
(8)在(1,2)内有解应满足eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(Δ≥0,1<-\f(m+1,m-1)<2,m-1f1>0,m-1f2>0))或f(1)f(2)≤0
解得-eq \f(1,2)≤m≤0,
经检验m=-eq \f(1,2)及m=0都不合题意舍去,
∴-eq \f(1,2)
(1)(2021·山东实验中学诊断)如果方程x2+(m-1)x+m2-2=0的两个实根一个小于1,另一个大于1,那么实数m的取值范围是_(-2,1)__.
(2)若方程x2+(k+2)x-k=0的两实根均在区间(-1,1)内,则k的取值范围为_-4+2eq \r(3)≤k<-eq \f(1,2)__.
[解析] (1)记f(x)=x2+(m-1)x+m2-2,由题意可知f(1)=m2+m-2<0,解得-2
判别式
Δ=b2-4ac
Δ>0
Δ=0
Δ<0
二次函数
y=ax2+bx+c
(a>0)的图象
一元二次方程
ax2+bx+c=0
(a>0)的根
有_两相异__实根x1,x2
(x1
x1=x2=-eq \f(b,2a)
_没有__
实数根
ax2+bx+c>0
(a>0)的解集
{x|_x>x2或x
且_x≠x1__}
_R__
ax2+bx+c<0
(a>0)的解集
{x|_x1
_∅__
2024届高考数学一轮复习第1章第5节一元二次不等式及其解法学案: 这是一份2024届高考数学一轮复习第1章第5节一元二次不等式及其解法学案,共18页。学案主要包含了教材概念·结论·性质重现,基本技能·思想·活动经验等内容,欢迎下载使用。
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