内容正文:
§1.5 一元二次函数与一元二次不等式
第一章 集合与常用逻辑用语、不等式
课程标准
1.会结合一元二次函数的图象,判断一元二次方程实根的存在性
及实根的个数,了解函数的零点与方程根的关系.
2.了解一元二次不等式的现实意义,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.了解一元二次不等式与相应函数、方程的联系.
CONTECT
内
容
索
引
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教材梳理 强基固本
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考点探究 精准突破
03
课 时 测 评
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理清主干知识
1.一元二次不等式及其解法
(1)一元二次不等式的概念
①一般地,形如______________,或_____________,或_____________,或_______________(其中,x为未知数,a,b,c均为常数,且a≠0)的不等式叫作一元二次不等式.
②使一元二次不等式成立的________________组成的集合叫作这个一元二次不等式的解集.
ax2+bx+c>0
ax2+bx+c<0
ax2+bx+c≥0
ax2+bx+c≤0
所有未知数的值
(2)一元二次不等式的求解方法
y=ax2+bx+c(a>0)
判别式Δ=b2-4ac Δ>0 Δ=0 Δ<0
一元二次方程ax2+bx+c=0的实数根 有两相异实根x1,x2(x1<x2) 有两相等实根x1=x2=-
没有实数根
一元二次函数y=ax2+bx+c的图象
ax2+bx+c>0的解集 _____________________ ______________ R
ax2+bx+c<0的解集 __________________ ____ ____
{x|x<x1或x>x2}
{x|x1<x<x2}
∅
∅
微提醒 (1)解不等式ax2+bx+c>0(<0)时不要忘记a=0时的情形;(2)当Δ<0时,不等式ax2+bx+c>0(a≠0)的解集为R还是∅,要注意区别.
f(x)g(x)>0(<0)
f(x)g(x)≥0(≤0)且g(x)≠0
记牢常用结论
练透教材典题
√
√
√
直接根据一元二次不等式解得x>3或x<-2,则解集为{x|x>3或x<-2}.故选C.
√
3.已知2x2+kx-m<0的解集为(t,-1)(t<-1),则k+m的值为
A.1 B.2
C.-1 D.-2
因为2x2+kx-m<0的解集为(t,-1)(t<-1),所以x=-1为方程2x2+kx-m=0的一个根,所以k+m=2.故选B.
4.(用结论)一元二次不等式ax2+ax-1<0对一切x∈R恒成立,则实数a的取值范围是________.
(-4,0)
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考点一
三个“二次”间的关系
基础练
例1
√
(1)[多选题]若不等式ax2+bx+c>0的解集为(-1,2),则下列说法正确的是
A.a<0
B.a+b+c>0
C.关于x的不等式bx2+cx+3a>0解集为(-3,1)
D.关于x的不等式bx2+cx+3a>0解集为(-∞,-3)∪(1,+∞)
因为不等式ax2+bx+c>0的解集为(-1,2),所以a<0, 故b=-a,
c=-2a,此时a+b+c=-2a>0,所以A正确, B正确;bx2+cx+3a>0⇔-ax2-2ax+3a>0⇔x2+2x-3>0,解得x<-3或x>1.所以D正确;C错误.故选ABD.
√
√
(2)若关于x的不等式x2-2ax-8a2<0(a>0)的解集为{x|x1<x<x2},且x2-x1=15,则a的值为________.
由题知x1,x2是一元二次方程x2-2ax-8a2=0(a>0)的实数根,所以Δ=4a2+32a2=36a2>0,且x1+x2=2a,x1x2=-8a2.又因为x2-x1=15,所以152=(x1+x2)2-4x1x2=4a2+32a2=36a2,又a>0,解得a= .
规律方法
利用三个“二次”关系解不等式应遵循的策略
1.根据解集来判断二次项系数的符号.
2.根据根与系数的关系把b,c用a表示出来并代入所要解的不等式.
3.约去a,将不等式化为具体的一元二次不等式求解.
√
√
(2024·安徽六安期末)已知集合A={x|x2+x-2≤0},B= ,则A∩B=
A.{x|-2≤x≤2} B.{x|-2≤x≤1}
C.{x|-2≤x≤-1} D.{x|-2≤x<-1}
考点二
一元二次不等式的解法
综合练
例2
√
A={x|-2≤x≤1},而B={x|x<-1或x≥2},故A∩B={x|-2≤x<-1}.故选D.
解关于x的不等式ax2-(a+1)x+1<0(a∈R).
例3
解:原不等式变为(ax-1)(x-1)<0,
当a=1时,解集为∅;
当0<a<1时,解得1<x< .
②当a=0时,原不等式等价于-x+1<0,即x>1.
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>1时,不等式的解集为;
当a=0时,不等式的解集为{x|x>1};
当a<0时,不等式的解集为 .
规律方法
解含参数的一元二次不等式
对点练2.解关于x的不等式 >1.
即(3x+1)(x+2)<0,解得-2<x<- .
所以不等式的解集为 .
对点练3.m>0时,解关于x的不等式mx2-mx-1<2x-3.
解:移项得mx2-(m+2)x+2<0,
对应的方程(mx-2)(x-1)=0的两根为 和1,
当0<m<2时, >1,解得1<x< ;
当m=2时, =1,原不等式的解集为∅;
当m>2时, <1,解得 <x<1.
综上所述,当0<m<2时,原不等式的解集为 ;
当m=2时,原不等式的解集为∅;
当m>2时,原不等式的解集为 .
考点三
一元二次不等式恒(能)成立问题
多维练
(2024·湖南长沙期末)若不等式mx2+mx-4<2x2+2x-1对任意实数x均成立,则实数m的取值范围是
A.(-2,2) B.(-10,2]
C.(-∞,-2)∪(2,+∞) D.(-∞,-2)
√
依题意,不等式mx2+mx-4<2x2+2x-1对任意实数x均成立,即不等式(m-2)x2+(m-2)x-3<0恒成立,当m=2时,不等式可化为-3<0恒成立;当m<2时,Δ=(m-2)2+12(m-2)=m2+8m-20=(m+10) (m-2) <0,解得-10<m<2,综上所述,m的取值范围是(-10,2].故选B.
例4
角度1 在R上恒成立问题
√
角度2 在给定区间上恒成立问题
例5
√
若不等式x2-ax≥16-3x-4a对任意a∈[-2,4]成立,则x的取值范围为
A.(-∞,-8]∪[3,+∞) B.(-∞,0)∪[1,+∞)
C.[-8,6] D.(0,3]
由题得不等式(x-4)a-x2-3x+16≤0对任意a∈[-2,4]成立,
所以
即 解得x≥3或x≤-8.故选A.
角度3 在给定参数范围的恒成立问题
例6
√
规律方法
恒成立问题求参数范围的解题策略
1.弄清楚自变量、参数.一般情况下,求谁的范围,谁就是参数.
2.一元二次不等式在R上恒成立,可用判别式Δ,一元二次不等式在给定区间上恒成立,不能用判别式Δ,一般分离参数求最值或分类讨论.
√
√
(3)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_____________________.
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,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.
(-∞,1)∪(3,+∞)
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1.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}
√
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}.故选B.
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不等式|2x-1|-x2<1,即|2x-1|<1+x2,所以-1-x2<2x-1<1+x2,即
解得x>0或x<-2,故不等式的解集为{x|x<-2或x>0}.
故选B.
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3.已知不等式ax2+bx-1>0的解集为 ,则不等式x2-bx-a≥0的解集为
A.{x|x≤-3或x≥-2} B.{x|-3≤x≤-2}
C.{x|2≤x≤3} D.{x|x≤2或x≥3}
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4.(2024·山东泰安模拟)“c∈ ”是“∀x∈R,x2-cx+3≥0成立”的
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
C.充要条件 D.既不充分也不必要条件
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5.已知命题p:函数y=x2+mx+1与x轴有两个交点;q:∀x∈R,4x2+4(m-2)x+1>0恒成立.若p和¬q均为真命题,则实数m的取值范围为
A.(2,3) B.(-∞,1]∪(2,+∞)
C.(-∞,-2)∪[3,+∞) D.(-∞,-2)∪(1,2]
因为y=x2+mx+1与x轴有两个交点,所以Δ=m2-4>0,得到m>2或m<-2,故p:m>2或m<-2,又∀x∈R,4x2+4(m-2)x+1>0恒成立,所以Δ=16(m-2)2-16<0,整理得到m2-4m+3<0,得到1<m<3,所以¬q:
m≤1或m≥3,又因为p和¬q均为真命题,故 或 得到m<-2或m≥3.故选C.
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7.(新考法)[多选题]已知集合{x|x2+ax+b=0,a>0}有且仅有两个子集,则下面正确的是
A.a2-b2>4
B.a2+ <4
C.若不等式x2+ax-b<0的解集为(x1,x2),则x1x2<0
D.若不等式x2+ax+b<c的解集为(x1,x2),且|x1-x2|=4,则c=4
由于集合{x|x2+ax+b=0,a>0}有且仅有两个子集,所以方程x2+ax+b=0只有一解,所以Δ=a2-4b=0,所以a2=4b,由于a>0,所以b>0.对于A,a2-b2=4b-b2=-(b-2) 2+4≤4,当b=2,a=2 时等号成立,故A错误;
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对于A,若a=-1,则3ax2+2ax+1>0即为3x2+2x-1<0,解得x∈
,故A正确;
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9.[多选题](2024·湖南衡阳期末)设区间[m,n]的长度为n-m.已知一元二
次不等式(x+a) ≤0(a>0)的解集的区间长度为l,则
A.当a=1时,l=6 B.l的最小值为4
C.当a=1时,l=5 D.l的最小值为2
√
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10.不等式(a-2) x2+2(a-2)x-4≥0的解集为∅,则实数a的取值范围是__________.
关于x的不等式(a-2)x2+2(a-2)x-4≥0的解集为∅,即(a-2)x2+2(a-2)x-4<0恒成立.当a-2=0,即a=2时,不等式即-4<0,显然满足条件.当a-2≠0时,应满足a-2<0且Δ=4(a-2)2+16(a-2)<0,解得-2<a<2.综上知,实数a的取值范围是(-2,2].
(-2,2]
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11.(数学建模)在如图所示的锐角三角形空地中,欲建一个面积不小于300m2的内接矩形花园(阴影部分),则其一边长x(单位:m)的取值范围是____________.
[10,30]
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12.(2024·河北承德期末)已知函数f(x)=-x2+bx-c的最大值为0,关于x的不等式-x2+bx-c>m的解集为(t-1,t+2),则b2-4c=______,m的值
为______.
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13.(新考法)已知对一切x∈[2,3],y∈[3,6],不等式mx2-xy+y2≥0恒成立,则实数m的取值范围是
A.m≤6 B.-6≤m≤0
C.m≥0 D.0≤m≤6
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14.关于x的不等式a≤ x2-3x+4≤b的解集为[a,b],则a-b=
A.-1 B.-2
C.-3 D.-4
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因为f(x)≥f(2),所以ax2+4(a-1)x-3≥4a+8(a-1)-3,即ax2+4(a-1)x+8-12a≥0在x∈[0,2]恒成立,
令g(x)=ax2+4(a-1)x+8-12a,
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a>0时,当如图①所示时 ,由,方程无解;
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当如图③所示时,由 方程组无解;
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a<0时,当如图④所示时,只须 即可,解得a<0;
a=0时,g(x)=-4x+8,x∈[0,2]时g(x)=-4x+8单调递减,g(2)=
-8+8=0,满足题意;综上所述,a≤ .故选B.
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16.(新设问)下面给出了问题:“已知关于x的不等式ax2+bx+c>0的解集为{x|-2<x<1},解关于x的不等式ax2-bx+c>0.”的一种解法:
因为不等式ax2+bx+c>0的解集为{x|-2<x<1},又不等式ax2-bx+c>0可化为a(-x)2+b(-x)+c>0,所以-2<-x<1,即-1<x<2.所以不等式ax2-bx+c>0的解集为{x|-1<x<2}.
参考上述解法,解答问题:
√
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谢谢观看
本节到此结束
{x|x≠-}
2.分式不等式与整式不等式
(1)>0(<0)⇔__________________.
(2)≥0(≤0)⇔___________________________.
微提醒 >0与≥0的区别是f(x)能否为0,但g(x)≠0.
1.若f(x)=ax2+bx+c(a≠0),则当时,恒有f(x)>0;当时,恒有f(x)<0.
2.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.
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.
(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
1.[多选题]下列说法正确的是
A.函数y=x2+2x+5的图象可以由函数y=x2的图象向左平移2个单位,再向上平移3个单位得到
B.若不等式ax2+bx+c<0的解集为(x1,x2),则必有a>0
C.若方程ax2+bx+c=0(a<0)没有实数根,则不等式ax2+bx+c>0(a<0)的解集为R
D.不等式≥0等价于(x-a)(x-b)≥0
2.(链接北师必修一P36例2)不等式(x-3)(x+2)>0的解集是
A.{x|-2<x<3}
B.
C.{x|x>3或x<-2}
D.
依题意知即解得-4<a<0.
对点练1.[多选题](2024·山东青岛期末)已知函数f(x)=-x2+ax+b(a,b∈R)的值域为(-∞,0],若关于x的不等式f(x)>c-1的解集为(m-4,m+1),则下列选项正确的为
A.a+4b=0 B.m=a+3
C.b=-(2m-3) 2 D.c=-
对于A,函数f(x)=-x2+ax+b=-2++b≤+b,因为函数f(x)=-x2+ax+b(a,b∈R)的值域为(-∞,0],所以+b=0,即a2+4b=0,故A错误;
对于B,由f(x)>c-1得x2-ax-b+c-1<0,因为f(x)>c-1的解集为(m-4,m+1),所以a=m-4+m+1=2m-3,即m=,故B错误;对于C,由+b=0,a=2m-3得b=-=-,故C正确;对于D,因为f(x)>c-1的解集为(m-4,m+1),所以(m-4)(m+1)=c-b-1,得m2-3m-4=c-b-1=c+-1,又m=,所以2-3-4=c+-1,整理得c=-,故D正确.故选CD.
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;
③当a<0时,<1,原不等式可化为(x-1)>0,解得x>1或x<.
解:移项得-1>0,合并得>0,等价于(3x+1)(-x-2)>0,
(1)若不等式x2+ax-2>0在[1,5]上有解,则a的取值范围是
A.(-,1] B.(-∞,-)
C.(-,+∞) D.(1,+∞)
因为关于x的不等式x2+ax-2>0在区间[1,5]上有解,所以a>-x在区间[1,5]上有解,设f(x)=-x,x∈[1,5],其中f(x)在区间[1,5]上单调递减,所以f(x)有最小值为f(5)=-5=-,所以实数a的取值范围是(-,+∞).故选C.
(2)已知不等式ax2+bx+c>0的解集为{x|-2<x<3},且对于∀x∈[1,5],不等式bx2+amx+2c>0恒成立,则m的取值范围为
A. B.
C.(13,+∞) D.(-∞,13)
由不等式ax2+bx+c>0的解集为{x|-2<x<3},可知-2,3为方程ax2+bx+c=0的两个根,故a<0且-=-2+3=1,=(-2)×3=-6,即b=-a,c=-6a,则不等式bx2+amx+2c>0变为-ax2+amx-12a>0,由于a<0,x∈[1,5],则上式可转化为m<x+在[1,5]恒成立,又x+≥2=4,当且仅当x=2时等号成立,故m<4.故选B.
对点练4.(1)(新定义)若在R上定义运算:x*y=x(1-y).若不等式(x-a)*(x+a)<1对任意实数x恒成立,则
A.-1<a<1 B.0<a<2
C.-<a< D.-<a<
由已知得(x-a)*(x+a)=(x-a)(1-x-a),则(x-a)(1-x-a)<1对任意实数x恒成立,整理得x2-x-a2+a+1>0对任意实数x恒成立,所以Δ=1-4(-a2+a+1) <0,解得-<a<.故选C.
(2)(2024·四川雅安三模)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.
因为对任意的x∈(1,4),都有ax2-2x+2>0恒成立,所以a>对任意的x∈(1,4)恒成立.设f(x)==-+=-22+,因为x∈(1,4),所以<<1,所以当=,即x=2时,f(x)max=,所以实数a的取值范围是(,+∞).故选D.
2.(2024·浙江杭州期末)不等式|2x-1|-x2<1的解集是
A. B.{x|x<-2或x>0}
C. D.{x|-2<x<0}
因为不等式ax2+bx-1>0的解集为,所以ax2+bx-1=0的两根为-,-,即解得a=-6,b=-5.所以不等式x2-bx-a≥0可化为x2+5x+6≥0,其解集为{x|x≤-3或x≥-2}.故选A.
由∀x∈R,x2-cx+3≥0可得Δ=c2-4×3≤0,化简可得-2≤c≤2,所以“∀x∈R,x2-cx+3≥0成立”等价于“c∈”,“c∈”可推出“∀x∈R,x2-cx+3≥0成立”,“∀x∈R,x2-cx+3≥0成立”不能推出“c∈”,所以“c∈”是“∀x∈R,x2-cx+3≥0成立”的充分不必要条件.故选A.
6.已知x>0,y>0且x+y=1.若不等式x2+y2+xy>m2+m恒成立,则实数m的取值范围为
A.-<m<1 B.-≤m≤1
C.-2<m<1 D.m<-或m>1
因为x>0,y>0,且x+y=1,所以x2+y2+xy=(x+y)2-xy=1-xy≥1-()2=,当且仅当x=y=时,等号成立;又不等式x2+y2+xy>m2+m恒成立,所以只需>m2+m,即2m2+m-3<0,解得-<m<1.故选A.
对于B,a2+=4b+≥2=4,当且仅当4b=,b=,a=时等号成立,故B错误;对于C,不等式x2+ax-b<0的解集为(x1,x2),所以方程x2+ax-b=0的两根为x1,x2,所以x1x2=-b<0,故C正确;对于D,不等式x2+ax+b<c的解集为(x1,x2),即不等式x2+ax+b-c<0的解集为(x1,x2),且|x1-x2|=4,则x1+x2=-a,x1x2=b-c,则|x1-x2|2=(x1+x2)2-4x1x2=a2-4(b-c)=4c=16,所以c=4,故D正确.故
选CD.
8.[多选题]已知不等式3ax2+2ax+1>0,则下列说法正确的是
A.若a=-1,则不等式的解集为
B.若不等式的解集为,则a=-
C.若不等式的解集为(x1,x2),则8x1·8x2=
D.若不等式恒成立,则a∈(0,3)
对于B,若不等式的解集为,则-2和是方程3ax2+2ax+1=0的两个根,且a<0,所以,解得a=-,故B正确;对于C,不等式的解集为(x1,x2),则x1和x2是方程3ax2+2ax+1=0的两个根,且a<0,则x1+x2=-,则8x1·8x2=8x1+x2=8-=(23)-=2-2=,故C正确;对于D,当a=0时,1>0恒成立;当a≠0时,可得解得0<a<3.综上所述,若不等式恒成立,则a∈[0,3),故D错误.故选ABC.
因为一元二次不等式(x+a)≤0(a>0)的解集为,所以l=-(-a)=a+,当a=1时,l=6,故A正确,C错误;因为a>0,所以l=a+≥2=2(当且仅当a=,即a=时,等号成立),所以l的最小值为2,故D正确,B错误.故选AD.
设矩形的另一边长为y,由三角形相似得=且x>0,y>0,x<40,y<40,所以40=x+y,又矩形的面积xy≥300,所以x(40-x)≥300,解得10≤x≤30,所以其一边长x(单位:m)的取值范围是[10,30].
-
因为函数f(x)=-x2+bx-c的最大值为0,所以当x=时,函数有最大值,即-2+b×-c=0,化简得出b2-4c=0.不等式-x2+bx-c>m的解集为(t-1,t+2),即x2-bx+c+m<0的解集为(t-1,t+2),设方程x2-bx+c+m=0的两根为x1,x2,则|x2-x1|=3,所以(x2-x1) 2=9,即(x1+x2) 2-4x1x2=9,即b2-4(c+m)=9,b2-4c-4m=9,所以m=-.
因为x∈[2,3],y∈[36],则∈[,],所以∈[1,3],又因为mx2-xy+y2≥0,且x∈[2,3],x2>0,可得m≥-2,令t=∈[1,3],则原题意等价于对一切t∈[1,3],m≥t-t2恒成立,因为y=t-t2的开口向下,对称轴t=,则当t=1时,y=t-t2取到最大值,ymax=0,故实数m的取值范围是m≥0.故选C.
令f(x)=x2-3x+4,则f(x)=(x-2)2+1,所以f(x)min=f(2)=1,由题意可知a≤1,且f(a)=f(b)=b,a<b,b>2,由f(b)=b得到b2-3b+4=b,解得b=(舍去)或b=4,由抛物线的对称轴为x=2得到a=0,所以a-b=-4.
15.若f(x)=ax2+4(a-1) x-3,x∈[0,2],且f(x)≥f(2)恒成立,则a的取值范围为
A. B.
C. D.
当如图②所示时,由,解得0<a≤;
若关于x的不等式+<0的解集为{x|-2<x<-1或1<x<3}.
则关于x的不等式+<0的解集为
A.∪ B.(-1,1)∪(1,3)
C.(-3,-1)∪(1,2) D.∪
因为x=0不是不等式+<0的解,所以不等式+<0等价于+<0,所以-2<-<-1或1<-<3,解得-1<x<-或<x<1.故选A.
$$