内容正文:
一元二次方程、不等式
第五节
1.会从实际情境中抽象出一元二次不等式,了解一元二次不等式的现实意义.
2.能借助一元二次函数求解一元二次不等式,并能用集合表示一元二次不等式的解集.
3.了解一元二次函数的图象,了解一元二次不等式与相应函数方程的联系.
学习目标
CONTENTS
目录
1
2
3
课前·“四基”落实
课堂·题点精研
特训·微专题强化
4
课时跟踪检测
课前·“四基”落实
01
回首教材
1.三个“二次”间的关系
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
续表
{x|x>x2或x<x1}
{x|x1<x<x2}
∅
∅
R
2.(x-a)(x-b)>0或(x-a)(x-b)<0型不等式的解集
不等式 解集
a<b a=b a>b
(x-a)·(x-b)>0 {x|x<a或x>b} ________ _____________
(x-a)·(x-b)<0 {x|a<x<b} _____ _________
{x|x≠a}
{x|x<b或x>a}
∅
{x|b<x<a}
3.分式不等式
1.绝对值不等式|x|>a(a>0)的解集为(-∞,-a)∪(a,+∞);|x|<a(a>0)的解集为(-a,a).
记忆口诀:大于号取两边,小于号取中间.
2.解不等式ax2+bx+c>0(<0)时不要忘记当a=0时的情形.
3.不等式ax2+bx+c>0(<0)恒成立的条件要结合其对应的函数图象决定.
拓展教材
(常见结论及应用)
发掘教材
一、高考命题注重“教考衔接”(示例分析)
考题品悟 (2023·新课标Ⅰ卷)已知集合M={-2,-1,0,1,2},N={x|x2-x-6≥0},则M∩N=( )
A.{-2,-1,0,1} B.{0,1,2} C.{-2} D.{2}
追根溯源 (人A必修①P55T3)已知M={x|4x2-4x-15>0},N={x|x2-5x-6>0},求M∩N,M∪N.
发现启迪 在高考中,一元二次不等式很少单独考查,多以辅助工具出现在题目中.两题都将不等式与集合进行融会命题,小考题体现出新高考的二大命题导向:一是教考衔接,二是注重综合融会贯通.
√
二、复习备考要强化“教材本位”
A组——教材信息的发掘训练
1.(人A必修①P55T1改编)不等式-x2+3x+10>0的解集为( )
A.{x|-2<x<5} B.{x|x<-2或x>5}
C.{x|-5<x<2} D.{x|x<-5或x>2}
√
2.(人B必修①P75T5改编)设m+n>0,则关于x的不等式(m-x)(n+x)
>0的解集是( )
A.{x|x<-n或x>m} B.{x|-n<x<m}
C.{x|x<-m或x>n} D.{x|-m<x<n}
√
解析:不等式变形为(x-m)(x+n)<0,方程(x-m)(x+n)=0的两根为m,-n,显然由m+n>0得m>-n,所以不等式的解为-n<x<m.
3.(人A必修①P50“思考”:一元二次方程的根与不等式解集端点值关系)
-14
3
B组——迷点盲点的澄清训练
2.(忽视二次项系数的符号)已知关于x的不等式ax2+bx+c≥0的解集为[-2,3],则不等式cx2-bx+a≤0的解集为___________.
课堂·题点精研
02
题点一 一元二次不等式的解法
例 1
考法(一) 不含参数的一元二次不等式的解法
√
例 2
不等式组0<x2-x-2≤4的解集为____________________.
[-2,-1)∪(2,3]
解一元二次不等式的4个步骤
(1)把不等式变形为二次项系数大于零的标准形式.
(2)计算对应方程的判别式.
(3)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)利用“大于取两边,小于取中间”写出不等式的解集.
思维建模
例 3
考法(二) 含参数的一元二次不等式的解法
解关于x的不等式ax2-(a+1)x+1<0.
解:原不等式变为(ax-1)(x-1)<0,
当a=1时,解集为∅;
②当a=0时,原不等式等价于-x+1<0,即x>1.
当a=1时,不等式的解集为∅;
当a=0时,不等式的解集为{x|x>1};
含有参数的不等式的求解,往往需要比较(相应方程)根的大小,对参数进行分类讨论.
(1)若二次项系数为常数,可先考虑分解因式,再对参数进行讨论;若不易分解因式,则可对判别式进行分类讨论.
(2)若二次项系数为参数,则应先考虑二次项系数为零的情形,然后再讨论二次项系数不为零的情形及判别式Δ的正负,以便确定解集的形式.
(3)其次对相应方程的根进行讨论,比较大小,以便写出解集.
思维建模
针对训练
√
√
√
√
3.解关于x的不等式x2-ax+1≤0.
解:由题意知,Δ=a2-4,
②若Δ=a2-4=0,则a=±2.
当a=2时,原不等式可化为x2-2x+1≤0,即(x-1)2≤0,所以x=1;
当a=-2时,原不等式可化为x2+2x+1≤0,即(x+1)2≤0,所以x=-1.
③当Δ=a2-4<0,即-2<a<2时,原不等式的解集为∅.
当a=2时,原不等式的解集为{1};
当a=-2时,原不等式的解集为{-1};
当-2<a<2时,原不等式的解集为∅.
题点二 一元二次不等式恒(能)成立问题
√
考法(一) 在R上的恒成立问题
例 4
若命题p:“∃x∈R,(k2-1)x2+4(1-k)x+3≤0”是假命题,则k的取值范围是( )
A.(1,7) B.[1,7)
C.(-7,1) D.(-7,1]
解析:因为命题“∃x∈R,(k2-1)x2+4(1-k)x+3≤0”是假命题,所以命题“∀x∈R,(k2-1)x2+4(1-k)x+3>0”是真命题,若k2-1=0,即k=1或k=-1,当k=1时,不等式为3>0,恒成立,满足题意;
当k=-1时,不等式为8x+3>0,不恒成立,不满足题意;
当k2-1≠0时,
综上所述,k的取值范围是[1,7),故选B.
一元二次不等式在R上恒成立的条件
思维建模
不等式类型 恒成立条件
ax2+bx+c>0 a>0,Δ<0
ax2+bx+c≥0 a>0,Δ≤0
ax2+bx+c<0 a<0,Δ<0
ax2+bx+c≤0 a<0,Δ≤0
例 5
考法(二) 在给定区间上的恒成立问题
设函数f(x)=mx2-mx-1(m≠0),若对于x∈[1,3],f(x)<-m+5恒成立,求m的取值范围.
快审准解:解决此题可从两方面入手,一是函数法,对m>0,m<0分别讨论,从而确定g(x)在[1,3]上的单调性,求出最大值.二是分离参数,再求出对应函数在x∈[1,3]上的最大值.
当m<0时,g(x)在区间[1,3]上单调递减,所以g(x)max=g(1)=m-6<0,所以m<6,所以m<0.
法二 要使f(x)<-m+5在区间[1,3]上恒成立,则mx2-mx+m-6<0,即m(x2-x+1)-6<0.
在给定区间上恒成立问题的求解策略
思维建模
策略一 若f(x)>0在给定集合上恒成立,可利用一元二次函数的图象转化为等价不等式(组)求范围
策略二 转化为函数值域问题,即已知函数f(x)的值域为[m,n],则f(x)≥a恒成立⇒f(x)min≥a,即m≥a;f(x)≤a恒成立⇒f(x)max≤a, 即n≤a
例 6
考法(三) 给定参数范围的恒成立问题
已知a∈[-1,1]时,不等式x2+(a-4)x+4-2a>0恒成立,则x的取值范围为( )
A.(-∞,2)∪(3,+∞) B.(-∞,1)∪(2,+∞)
C.(-∞,1)∪(3,+∞) D.(1,3)
√
解析:把不等式的左端看成关于a的函数,
记f(a)=(x-2)a+x2-4x+4,
则由f(a)>0对于任意的a∈[-1,1]恒成立,
思维建模
考法(四) 不等式有解或能成立问题
例 7
√
解决不等式能成立问题的策略一般是转化为函数的最值,即a>f(x)能成立⇒a>f(x)min;a≤f(x)能成立⇒a≤f(x)max.
思维建模
针对训练
4.设f(x)=x2+(a-1)x+5,若函数f(x)在区间[1,4]上的图象位于直线y=x+1上方,则实数a的取值范围是( )
A.(-2,+∞) B.[-2,+∞)
C.(-∞,-2) D.(-∞,-2]
√
5.若mx2-mx-1<0对于m∈[1,2]恒成立,则实数x的取值范围为___________________.
特训·微专题强化
03
一元二次方程的根的分布情况
一元二次方程的根的分布情况多样,比较复杂,常结合二次函数的图象从判别式“Δ”、端点函数值、对称轴三方面入手综合考虑.设二次函数y=f(x)=ax2+bx+c(a>0)对应方程ax2+bx+c=0的根为x1,x2,其根的分布情况如下:
根的分布情况 m<x1<x2<n m<x1<n<x2<p 只有一根在
(m,n)之间
图象的大致形状
续表
续表
1.若方程mx2+(m+1)x+m=0有两个不相等的实根,则实数m的取值范围为________________.
应用体验
解析:∵方程有两个不相等的实根,
2.(变条件)将第1题中“有两个不相等的实根”改为“有两个不相等的负根”,则m的取值范围为________.
(0,1)
解析:∵方程有两个不相等的负根,
3.(变条件)将第1题中“有两个不相等的实根”改为“一个根大于0且小于1,另一个根大于1”,则m的取值范围为___________.
解析:由于方程有两个不相等的实根,所以m≠0,令f(x)=mx2+(m+1)x+m,根据题意画出满足“一个根大于0且小于1,另一个根大于1”的二次函数的大致图象,如图所示.
4.若f(x)=x2+2mx+3m+4满足有两个零点且均比-1大,求m的取值范围.
∴-5<m<-1.故m的取值范围为(-5,-1).
课时跟踪检测
04
1.已知集合A={x|x2-5x+4<0},B={x|x2-x-6<0},则A∩B=( )
A.(-2,3) B.(1,3)
C.(3,4) D.(-2,4)
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解析:A={x|x2-5x+4<0}={x|1<x<4},B={x|x2-x-6<0}={x|-2<x<3},所以A∩B=(1,3).
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解析:由原式得x(1-x)≥0且x≠0,解得0<x≤1,即不等式的解集为{x|0<x≤1}.
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3.[多选]已知关于x的不等式ax2+bx+c>0的解集为{x|2<x<3},则下列说法正确的有( )
A.a<0 B.bc<0
C.b+c=a D.a-b+c>0
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因为b+c=-5a+6a=a<0,所以C正确;
因为a-b+c=a+5a+6a=12a<0,所以D错误.
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8.若不等式-2<x2+mx-m2<1的解集为(n,2),则m-n=( )
A.-2 B.-1
C.0 D.1
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9.若关于x的不等式x2-6x+11-a≤0在区间(2,5)内有解,则实数a的取值范围是( )
A.[6,+∞) B.(6,+∞)
C.[2,+∞) D.(2,+∞)
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解析:由关于x的不等式x2-6x+11-a≤0在区间(2,5)内有解,得a≥x2-6x+11在区间(2,5)内有解,从而a大于等于x2-6x+11在区间(2,5)上的最小值.令f(x)=x2-6x+11,x∈(2,5),函数图象开口向上,对称轴方程为x=3,则f(x)在(2,3)上单调递减,在(3,5)上单调递增,则f(x)min=f(3)=9-18+11=2,得a≥2,所以实数a的取值范围是[2,+∞).
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11.若不等式x2-(a+1)x+a≤0的解集是[-4,3]的子集,则a的取值范围是( )
A.[-4,3] B.[-4,2]
C.[-1,3] D.[-2,2]
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解析:原不等式可化为(x-a)(x-1)≤0,当a<1时,不等式的解集为[a,1],此时只要a≥-4即可,即-4≤a<1;当a=1时,不等式的解为x=1,此时符合要求;当a>1时,不等式的解集为[1,a],此时只要a≤3即可,即1<a≤3,综上可得-4≤a≤3.
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13.已知关于x的不等式ax+b>0的解集为(-3,+∞),则关于x的不等式ax2+bx<0的解集为________.
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14.若不等式x2+ax+4≥0对一切x∈[1,3]恒成立,则a的最小值为________.
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15.为配制一种药液,进行了二次稀释,先在体积为V的桶中盛满纯药液,第一次将桶中药液倒出10升后用水补满,搅拌均匀第二次倒出8升后用水补满,若第二次稀释后桶中药液含量不超过容积的60%,则V的取值范围为________.
[10,40]
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解析:第一次操作后,剩下的纯药液为V-10,
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16.若不等式(a-3)x2<(4a-2)x对a∈(0,1)恒成立,则x的取值范围是__________________________.
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一元二次方程ax2+bx+c=0(a>0)的根
有两相异实根
x1,x2(x1<x2)
有两相等实根x1=x2=-
没有实数根
ax2+bx+c>0(a>0)的解集
________________
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____
ax2+bx+c<0(a>0)的解集
_____________
_____
_____
(1)>0(<0)⇔f(x)·g(x)>0(<0).
(2)≥0(≤0)⇔f(x)·g(x)≥0(≤0)且g(x)≠0.
(1)不等式ax2+bx+c>0对任意实数x恒成立⇔或
(2)不等式ax2+bx+c<0对任意实数x恒成立⇔或
二次函数y=ax2+bx+2使函数值大于0的x范围是,则a+b=________.
解析:依题意知解得故a+b=-14.
4.(湘教必修①P55例9改编)甲厂以x千克/时的速度匀速生产某种产品(生产条件要求1≤x≤10),每小时可获得利润100元.要使生产该产品2小时获得的利润不低于3 000元,则x的最小值是________.
解析:要使生产该产品2小时获得的利润不低于3 000元,则2×100≥3 000,整理得5x-14-≥0.又1≤x≤10,所以5x2-14x-3≥0,解得3≤x≤10.故x的最小值是3.
1.(忽视分母不等于0)不等式≤0的解集为__________.
解析:由≤0,则解得-2<x≤.
解析:由题意且a<0,所以b=-a,c=-6a,
不等式cx2-bx+a≤0为-6ax2+ax+a≤0,6x2-x-1≤0,
解得-≤x≤.
不等式-2x2+x+3<0的解集为( )
A. B.
C.(-∞,-1)∪ D.∪(1,+∞)
解析:-2x2+x+3<0可化为2x2-x-3>0,即(x+1)(2x-3)>0,
解得x<-1或x>,即不等式的解集为(-∞,-1)∪.故选C.
解析:原不等式组等价于
即即
解得故原不等式的解集为[-2,-1)∪(2,3].
①当a>0时,原不等式可化为(x-1)<0,
所以当a>1时,解得<x<1;
当0<a<1时,解得1<x<.
③当a<0时,<1,原不等式可化为(x-1)>0,解得x>1或x<.
综上,当0<a<1时,不等式的解集为;
当a>1时,不等式的解集为;
当a<0时,不等式的解集为.
1.[多选]若关于x的二次不等式ax2+bx+1>0的解集为,则下列说法正确的是( )
A.a<0
B.a+b=-5
C.ax2+x-b>0的解集是
D.ax2+x-b>0的解集是∪(1,+∞)
解析:因为ax2+bx+1>0的解集是,所以a<0,且ax2+bx+1=0的两个实数根是x1=-1,x2=,即-=-,=-,解得a=-3,b=-2,故A、B正确;
ax2+x-b>0⇔-3x2+x-(-2)>0,其解集为,故C正确,D不正确.
2.正实数x,y满足+=1,且不等式x+≥m2-3m恒成立,则实数m的取值范围为( )
A.(-4,1) B.(-∞,-1)∪(4,+∞)
C.[-1,4] D.(-∞,-1]∪[4,+∞)
解析:正实数x,y满足+=1,则x+==1+++1≥2+2=4,当且仅当=,即y=4x且+=1时,等号成立,即x=2,y=8时,x+取到最小值4.要使不等式x+≥m2-3m恒成立,即m2-3m≤4,解得-1≤m≤4,所以实数m的取值范围是[-1,4].
①当a2-4>0,即a>2或a<-2时,方程x2-ax+1=0的两根为x=,
所以解集为.
综上,当a>2或a<-2时,原不等式的解集为
;
则需要满足
即解得1<k<7,
解:法一 要使f(x)<-m+5在区间[1,3]上恒成立,则mx2-mx+m-6<0,即m2+m-6<0在x∈[1,3]上恒成立.
令g(x)=m2+m-6,x∈[1,3],
当m>0时,g(x)在区间[1,3]上单调递增,所以g(x)max=g(3)=7m-6<0,所以m<,则0<m<;
综上所述,m的取值范围是.
又x2-x+1=2+>0,所以m<.
因为函数y==在区间[1,3]上的最小值为,所以只需m<即可.
因为m≠0,所以m的取值范围是.
得f(-1)=x2-5x+6>0,且f(1)=x2-3x+2>0,解不等式组得x<1或x>3.
给定参数范围的恒成立问题,常采用变更主元的方法,即交换主元与参数的位置,构造以参数为变量的函数,根据原变量的取值范围列式求解.常见的是转化为一次函数f(x)=ax+b(a≠0)在[m,n]上恒成立问题,若f(x)>0恒成立⇔即直线上两点的函数值均大于零,则由直线的特点可知,两点之间的所有点的函数值均大于零.同理,若f(x)<0恒成立⇔
设a∈R,若关于x的不等式x2-ax+1≥0在区间[1,2]上有解,则( )
A.a≤2 B.a≥2
C.a≥ D.a≤
解析:∵关于x的不等式x2-ax+1≥0在区间[1,2]上有解,∴a≤x+在x∈[1,2]上有解⇔a≤max,x∈[1,2],∵函数f(x)=x+在[1,2]上单调递增,∴f(x)max=,∴a≤.
解析:由题意得,f(x)=x2+(a-1)x+5>x+1在区间[1,4]上恒成立,即a-2>-x-在区间[1,4]上恒成立,令y=x+,其图象如图所示,由图象知y≥4,所以a-2>-4,解得a>-2,故选A.
解析:设g(m)=mx2-mx-1=(x2-x)m-1,其图象是直线,
当m∈[1,2]时,图象为一条线段,则即解得<x<,故x的取值范围为.
6.已知函数f(x)=x2-x+1.
(1)若f(x)≥0在R上恒成立,求实数a的取值范围;
(2)若∃x∈[1,2],f(x)≥2成立,求实数a的取值范围.
解:(1)由题意得Δ=-4≤0,解得-4≤a≤4,∴实数a的取值范围为[-4,4].
(2)由题意∃x∈[1,2],使得≤x-成立.令g(x)=x-,x∈[1,2],则g(x)在区间[1,2]上单调递增,∴g(x)max=g(2)=,∴≤,解得a≤3,∴实数a的取值范围为(-∞,3].
根的分布情况
x1<x2<m
m<x1<x2
x1<m<x2
图象的大致形状
满足条件
f(m)<0
满足条件
或f(m)·f(n)<0
或
或
∪(0,1)
∴即∴
∴解得-<m<0或0<m<1.
故实数m的取值范围为∪(0,1).
∴解得0<m<1.
故m的取值范围为(0,1).
由图象可知,要使方程f(x)=0的一个根大于0且小于1,另一个根大于1,
则当m>0时,当m<0时,即解得-<m<0.故m的取值范围为.
解:设f(x)的两个零点分别为x1,x2,则x1+x2=-2m,x1x2=3m+4.由题意知
即解得
2.不等式≥0的解集为( )
A.{x|0≤x≤1} B.{x|0<x≤1}
C.{x|x≤0或x≥1} D.{x|x<0或x=1}
解析:因为ax2+bx+c>0的解集为{x|2<x<3},所以a<0,且方程ax2+bx+c=0的两根分别为2,3,由根与系数的关系可知
结合a<0,解得b=-5a>0,c=6a<0,所以bc<0,所以A、B正确;
4.若关于x的不等式kx2+2kx-k-1>0的解集为∅,则实数k的取值范围是( )
A. B.
C. D.
解析:当k=0时,不等式化为-1>0,此时不等式无解,满足题意,当k≠0时,要满足题意,只需解得-≤k<0,综上,实数k的取值范围为.
5.对任意的x∈(1,4),不等式ax2-2x+2>0都成立,则实数a的取值范围是( )
A.[1,+∞) B.
C. D.
解析:∵对任意的x∈(1,4),都有ax2-2x+2>0恒成立,∴a>对任意的x∈(1,4)恒成立.设f(x)==-+=-22+,∵x∈(1,4),
∴<<1,∴当=,即x=2时,f(x)max=.∴实数a的取值范围是.
6.若存在实数x,使得mx2-(m-2)x+m<0成立,则实数m的取值范围为( )
A.(-∞,2) B.(-∞,0]∪
C. D.(-∞,1)
解析:①当m=0时,不等式化为2x<0,解得x<0,符合题意;②当m>0时,y=mx2-(m-2)x+m为图象开口向上的二次函数,只需Δ=(m-2)2-4m2=
-3m2-4m+4>0,即0<m<;③当m<0时,y=mx2-(m-2)x+m为图象开口向下的二次函数,则必存在实数x,使得mx2-(m-2)x+m<0成立.综上所述,实数m的取值范围为.
7.已知实数a为常数,且a≠0,函数f(x)=(ax-1)(x-a).甲同学:f(x)>0的解集为(-∞,a)∪;乙同学:f(x)<0的解集为(-∞,a)∪;丙同学:f(x)的极值为负数.在这三个同学中,只有一个同学的论述是错误的,则a的取值范围为( )
A.(-∞,-1) B.(-1,0)
C.(0,1) D.(1,+∞)
解析:若甲正确,则a>0,且>a,所以a2<1,则0<a<1;若乙正确,
则a<0,且a<,所以a2>1,故a<-1;若丙正确,因为f(x)是二次函数,且有两个零点,同时极值为负数,所以f(x)的图象开口向上即可,故a>0.因为只有一个同学是错误的,只能乙错,故0<a<1.故选C.
解析:因为不等式-2<x2+mx-m2<1的解集为(n,2),又y=x2+mx-m2开口向上,所以有n≤-≤2,且最小值大于-2,即-m2>-2,解得m2<.又x2+mx-m2=1的两个根为n,2,所以解得或当时,不符合m2<,故舍去,所以所以m-n=0.
10.若关于x的不等式>0的解集为,则a的取值范围为( )
A.(-1,+∞) B.(0,1)
C.(-∞,-1) D.(-1,0)
解析:不等式>0等价于(x-1)(ax+1)>0,设f(x)=(x-1)(ax+1),显然a=0不符合题意,若a>0,f(x)=a(x-1),f(x)是开口向上,零点分别为1和-的抛物线,对于f(x)>0,解集为x<-或x>1,不符合题意;若a<0,则f(x)是开口向下,零点分别为1和-的抛物线,对于f(x)>0,依题意解集为,则-<1,即a∈(-∞,-1).
12.已知不等式(4x2+4ax+1)(2x2+x+a)>0对于一切实数x恒成立,则实数a的取值范围为( )
A. B.
C. D.
解析:因为4x2+4ax+1=42+1-a2,2x2+x+a=22+a-,令1-a2>0,即-1<a<1,此时4x2+4ax+1>0对于一切实数x恒成立,因此2x2+x+a>0对于一切实数x恒成立,所以a->0,即a>,故<a<1;当1-a2≤0时,关于x的方程4x2+4ax+1=0有实数解,即存在实数x使得(4x2+4ax+1)(2x2+x+a)=0,不满足题意.
解析:由ax+b>0的解集为(-3,+∞),可得a>0,且方程ax+b=0的解为-3,所以-=-3,即b=3a.所以ax2+bx=a(x2+3x)<0⇒
x2+3x<0⇒-3<x<0,即关于x的不等式ax2+bx<0的解集为(-3,0).
解析:∵当x∈[1,3]时,x2+ax+4≥0恒成立,∴a≥-恒成立.
又当x∈[1,3]时,x+≥2=4,当且仅当x=2时取等号.∴-≤-4,
∴a≥-4,故a的最小值为-4.
第二次操作后,剩下的纯药液为V-10-×8,由题意可知,V-10-×8≤V·60%⇒V2-45V+200≤0⇒5≤V≤40,因为V≥10,所以10≤V≤40.
(-∞,-1]∪
1
解析:由题意知(a-3)x2<(4a-2)x对a∈(0,1)恒成立,等价于(x2-4x)
a-3x2+2x<0对a∈(0,1)恒成立.令g(a)=(x2-4x)a-3x2+2x,当x=0时,
g(a)=0,不满足题意;当x≠0时,则
解得x≤-1或x≥.
$$