2.3二次函数与一元二次方程、不等式(教学设计+课时训练)-2025-2026学年高一上学期数学人教A版必修第一册
|
2份
|
19页
|
503人阅读
|
3人下载
普通
内容正文:
第二章 一元二次函数、方程和不等式
2.3 二次函数与一元二次方程、不等式
明确目标
发展素养
1.掌握一元二次不等式的解法.
2.能根据“三个二次”之间的关系解决简单问题.
3.掌握一元二次不等式的实际应用.
4.会解一元二次不等式中的恒成立问题.
1.通过解一元二次不等式,培养数学运算素养.
2.通过“三个二次”关系的应用,提高数学运算和逻辑推理素养.
3.通过分式不等式的解法及不等式的恒成立问题的学习,培养数学运算素养.
4.借助一元二次不等式的应用,培养数学建模素养.
第一课时 一元二次不等式及其解法
1.一元二次不等式
定义
只含有一个未知数,并且未知数的最高次数是的不等式,称为一元二次不等式
一般形式
ax2+bx+c>0或ax2+bx+c<0,其中a,b,c均为常数,a≠0
2.二次函数的零点
一般地,对于二次函数y=ax2+bx+c,我们把使ax2+bx+c=0的实数x叫做二次函数y=ax2+bx+c的零点.
3.“三个二次”的关系
二次函数与一元二次方程、不等式的解的对应关系
Δ>0
Δ=0
Δ<0
y=ax2+bx+c(a>0)的图象
ax2+bx+c=0(a>0)的根
有两个不相等的实数根x1,x2(x1<x2)
有两个相等的实数根x1=x2=-
没有实数根
ax2+bx+c>0(a>0)的解集
{x|x<x1,或x>x2}
R
ax2+bx+c<0(a>0)的解集
{x|x1<x<x2}
∅
∅
[微思考]
(1)如何理解一元二次不等式中的“一元”与“二次”?
提示:“一元”即只含一个未知数,其他元素均为常数(或参数).
“二次”即未知数的最高次数必须为2,且其系数不能为0.
(2)如何理解一元二次不等式的“解”与“解集”?
提示:一元二次不等式的解与一元二次不等式的解集是部分与整体的关系,不要将二者混淆.如1是x2+x>0的一个解,但x2+x>0的解集是一个集合,解集为{x|x<-1或x>0}.
题型一 不含参数的一元二次不等式的解法
[典例1] 解下列不等式:
(1)2x2+7x+3>0;
(2)-4x2+18x-≥0;
(3)-2x2+3x-2<0.
[解] (1)因为Δ=72-4×2×3=25>0,
所以方程2x2+7x+3=0有两个不等实根x1=-3,x2=-.
又二次函数y=2x2+7x+3的图象开口向上,
所以原不等式的解集为.
(2)原不等式可化为2≤0,
所以原不等式的解集为.
(3)原不等式可化为2x2-3x+2>0,
因为Δ=9-4×2×2=-7<0,
所以方程2x2-3x+2=0无实根,
又二次函数y=2x2-3x+2的图象开口向上,
所以原不等式的解集为R.
[方法技巧]
解不含参数的一元二次不等式的步骤
【对点练清】
1.不等式x(x+2)<3的解集是( )
A.{x|-1<x<3} B.{x|-3<x<1}
C.{x|x<-1或x>3} D.{x|x<-3或x>1}
解析:选B 由题意x(x+2)<3,∴x2+2x-3<0,即(x+3)(x-1)<0,解得-3<x<1,∴该不等式的解集是{x|-3<x<1},故选B.
2.解下列不等式:
(1)-x2+8x-3>0;
(2)x2-4x-5≤0;
(3)-x2+3x-5>0.
解:(1)因为Δ=82-4×(-1)×(-3)=52>0,所以方程-x2+8x-3=0有两个不等实根x1=4-,x2=4+.又二次函数y=-x2+8x-3的图象开口向下,所以原不等式的解集为{x|4-<x<4+}.
(2)原不等式可化为(x-5)(x+1)≤0,所以原不等式的解集为{x|-1≤x≤5}.
(3)原不等式可化为x2-6x+10<0,因为Δ=(-6)2-40=-4<0,所以方程x2-6x+10=0无实根,又二次函数y=x2-6x+10的图象开口向上,所以原不等式的解集为∅.
题型二 含参数的一元二次不等式的解法
[典例2] 解关于x的不等式ax2-(a+1)x+1<0.
[解] 当a=0时,原不等式可化为x>1.
当a≠0时,原不等式可化为(ax-1)(x-1)<0.
当a<0时,原不等式可化为(x-1)>0,
∵<1,∴x<或x>1.
当a>0时,原不等式可化为(x-1)<0.
若<1,即a>1,则<x<1;
若=1,即a=1,则x∈∅;
若>1,即0<a<1,则1<x<.
综上所述,当a<0时,原不等式的解集为;
当a=0时,原不等式的解集为{x|x>1};当0<a<1时,原不等式的解集为;当a=1时,原不等式的解集为∅;当a>1时,原不等式的解集为.
[方法技巧]
解含参数的一元二次不等式的步骤
【对点练清】
(1)当a=时,求关于x的不等式x2-x+1≤0的解集;
(2)若a>0,求关于x的不等式x2-x+1≤0的解集.
解:(1)当a=时,有x2-x+1≤0,即2x2-5x+2≤0,解得≤x≤2,故不等式的解集为.
(2)x2-x+1≤0⇔(x-a)≤0,
①当0<a<1时,a<,不等式的解集为;
②当a=1时,a==1,不等式的解集为{1};
③当a>1时,a>,不等式的解集为.
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{1};
当a>1时,不等式的解集为.
题型三 “三个二次”之间对应关系的应用
[典例3] 已知关于x的不等式ax2+bx+c>0的解集为{x|2<x<3},求关于x的不等式cx2+bx+a<0的解集.
[解] 法一:由不等式ax2+bx+c>0的解集为{x|2<x<3}可知a<0,且2和3是方程ax2+bx+c=0的两根,由根与系数的关系可知=-5,=6.
由a<0知c<0,=-,故不等式cx2+bx+a<0,
即x2+x+>0,
即x2-x+>0,解得x<或x>,
所以不等式cx2+bx+a<0的解集为
法二:由不等式ax2+bx+c>0的解集为{x|2<x<3}可知a<0,且2和3是方程ax2+bx+c=0的两根,所以ax2+bx+c=a(x-2)(x-3)=ax2-5ax+6a⇒b=-5a,c=6a,故不等式cx2+bx+a<0,即6ax2-5ax+a<0⇒>0,故原不等式的解集为
[方法技巧]
一元二次不等式解集的端点值是相应的一元二次方程的根,据此,利用根与系数的关系可求得a,b,c的值,进而求解.也可以利用,的值整体代入,转化所求不等式进行求解.
【对点练清】
1.[变设问]本例中条件不变,求关于x的不等式cx2-bx+a>0的解集.
解:由根与系数的关系知=-5,=6且a<0.
∴c<0,=-,故不等式cx2-bx+a>0,
即x2-x+<0,即x2+x+<0.
解得-<x<-,
故原不等式的解集为.
2.[变条件]若将本例的条件“关于x的不等式ax2+bx+c>0的解集为{x|2<x<3}”变为“关于x的不等式 ax2+bx+c≥0的解集为”,求不等式cx2+bx+a<0的解集.
解:法一:由ax2+bx+c≥0的解集为知a<0.又×2=<0,则c>0.
又-,2为方程ax2+bx+c=0的两个根,
∴-=,∴=-.
又=-,∴b=-a,c=-a,
∴不等式cx2+bx+a<0变为x2+x+a<0,
即2ax2+5ax-3a>0.
又∵a<0,∴2x2+5x-3<0,解得-3<x<,
故所求不等式的解集为.
法二:由已知得a<0 且+2=-,×2=,进而知c>0,
设方程cx2+bx+a=0的两根分别为x1,x2,则x1+x2=-,x1·x2=,
其中==-,-===-,∴x1=-3,x2=.
∴不等式cx2+bx+a<0的解集为.
第二课时 一元二次不等式的综合问题
题型一 简单分式不等式的解法
[典例1] 解下列不等式:
(1)<0;
(2)≤1.
[解] (1)<0⇔(2x-5)(x+4)<0⇔-4<x<,∴原不等式的解集为.
(2)∵≤1,∴-1≤0,∴≤0,即≥0.此不等式等价于(x-4)≥0且x-≠0,解得x<或x≥4,∴原不等式的解集为.
[方法技巧]
(1)对于比较简单的分式不等式,可直接转化为一元二次不等式或一元一次不等式组求解,但要注意分母不为零.
(2)对于不等号右边不为零的较复杂的分式不等式,先移项再通分(不要去分母),使之转化为不等号右边为零的形式,然后再用上述方法求解.
【对点练清】
解下列不等式:
(1)>1;
(2)≥1.
解:(1)原不等式可化为或
解得或
∴-3<x<-,
∴原不等式的解集为.
(2)原不等式可化为≤0,
如图,
故原不等式的解集为.
题型二 一元二次不等式的实际应用
[典例2] 某小区内有一个矩形花坛ABCD,现将这一矩形花坛拆建成一个更大的矩形花坛AMPN,要求点B在AM上,点D在AN上,且对角线MN过点C,如图所示.已知AB=3 m,AD=2 m.要使矩形AMPN的面积大于32 m2,则DN的长应在什么范围内?
[解] 设DN的长为x(x>0)m,
则AN的长为(x+2)m.
因为=,所以AM=,
所以S矩形AMPN=AN·AM=.
由S矩形AMPN>32,得>32.又x>0,得3x2-20x+12>0,解得0<x<或x>6,
即DN的长的取值范围是.
[方法技巧]
解不等式应用题的步骤
解决一元二次不等式应用题的关键在于构造一元二次不等式模型,即分析题目中哪些是未知量,然后选择未知量并设出此未知量,再概括题目中的不等关系列不等式.
【对点练清】
某文具店购进一批新型台灯,若按每盏台灯15元的价格销售,每天能卖出30盏;若售价每提高1元,日销售量将减少2盏.为了使这批台灯每天获得400元以上(不含400元)的销售收入,应怎样制定这批台灯的销售价格?
解:设这批台灯的销售价定为x元,
则[30-2(x-15)]·x>400,即x2-30x+200<0,
因为方程x2-30x+200=0的两根为x1=10,x2=20,
所以x2-30x+200<0的解为10<x<20,
又因为x≥15,所以15≤x<20.
故应将这批台灯的销售价格制定在15元到20元之间(包括15元但不包括20元),才能使这批台灯每天获得400元以上(不含400元)的销售收入.
题型三 不等式恒成立问题
[典例3] (1)若对∀x∈R,不等式x2+mx>4x+m-4恒成立,求实数m的取值范围;
(2)若x2>4x+m-4在R上恒成立,求m的取值范围.
[解] (1)原不等式可化为x2+(m-4)x+4-m>0,
∴Δ=(m-4)2-4(4-m)=m2-4m<0,∴0<m<4,
∴m的取值范围为{m|0<m<4}.
(2)原不等式可化为x2-4x+4=(x-2)2>m恒成立,
∴m<0,∴m的取值范围为{m|m<0}.
[方法技巧]
对于含参数的二次函数在闭区间上的函数值恒大(小)于或等于零的问题,可以利用函数的图象与性质求解,也可以分离变量,转化为二次函数的最值问题求解.
【对点练清】
1.对于1≤x≤3,mx2-mx-1<-m+5恒成立,求m的取值范围.
解:当1≤x≤3时,mx2-mx-1<-m+5恒成立,
即当1≤x≤3时,m(x2-x+1)-6<0恒成立.
∵x2-x+1=2+>0,∴m<.
∵当1≤x≤3时,=,
x=3时,其最小值为,∴只需m<即可.
故m的取值范围是.
2.已知不等式x2+2x+a2-3>0的解集为R,求a的取值范围.
解:∵不等式x2+2x+a2-3>0的解集为R,∴函数y=x2+2x+a2-3的图象应在x轴上方,∴Δ=4-4(a2-3)<0,解得a>2或a<-2.故a的取值范围为{a|a>2或a<-2}.
学科网(北京)股份有限公司
$第二章 一元二次函数、方程和不等式 2.3 二次函数与一元二次方程、不等式 【课时跟踪检测】 层级(一) “四基”落实练 1.不等式(x+1)(x-2)≤0的解集为( ) A.{x|-1≤x≤2} B.{x|-1<x<2} C.{x|x≥2或x≤-1} D.{x|x>2或x<-1} 2.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} 3.二次方程ax2+bx+c=0的两根为-2,3,如果a<0,那么ax2+bx+c>0的解集为( ) A.{x|x>3或x<-2} B.{x|x>2或x<-3} C.{x|-2<x<3} D.{x|-3<x<2} 4.(多选)不等式mx2-ax-1>0(m>0)的解集不可能是( ) A. B.R C. D.∅ 5.(多选)二次不等式ax2+bx+1>0的解集为,则下列结论成立的是( ) A.a2+b2=5 B.a+b=-3 C.ab=-2 D.ab=2 6.不等式≥0的解集为( ) A.{x|1≤x≤2} B.{x|x≤1或x≥2} C.{x|1≤x<2} D.{x|x>2或x≤1} 7.不等式≥1的解集是( ) A.{x|x<-1或-1<x≤2} B.{x|-1≤x≤2} C.{x|x≤2} D.{x|-1<x≤2} 8.若关于x的不等式ax-b>0的解集为{x|x>1},则关于x的不等式>0的解集为( ) A.{x|x>1或x<-2} B.{x|1<x<2} C.{x|x>2或x<-1} D.{x|-1<x<2} 9.(多选)某商场若将进货单价为8元的商品按每件10元出售,每天可销售100件,现准备采用提高售价来增加利润.已知这种商品每件售价提高1元,销售量就会减少10件.那么要保证每天所赚的利润在320元以上,售价每件应定为( ) A.12元 B.13元 C.14元 D.15元 10.在R上定义运算⊙:A⊙B=A(1-B),若不等式(x-a)⊙(x+a)<1对任意的实数x∈R恒成立,则实数a的取值范围为( ) A.{a|-1<a<1} B.{a|0<a<2} C. D. 11.已知关于x的不等式x2-ax+2a>0在R上恒成立,则实数a的取值范围是_. 12.不等式1+2x+x2≤0的解集为_. 13.关于x的不等式(mx-1)(x-2)>0,若此不等式的解集为,则m的取值范围是_. 14.解下列不等式: (1)2+3x-2x2>0; (2)x(3-x)≤x(x+2)-1; (3)x2-2x+3>0. 15.若关于x的不等式ax+b>0的解集为{x|x>1},则关于x的不等式>0的解集为_. 16.若不等式(1-a)x2-4x+6>0的解集是{x|-3<x<1}. (1)解不等式2x2+(2-a)x-a>0; (2)b为何值时,ax2+bx+3≥0的解集为R? 层级(二) 能力提升练 17.已知2a+1<0,则关于x的不等式x2-4ax-5a2>0的解集是_. 18.若不等式ax2+bx+c>0的解集为{x|-1<x<2},则不等式+c>bx的解集为_. 19.解关于x的不等式x2-(a+a2)x+a3>0. 20.已知关于x的不等式ax2+bx+c<0的解集是,求ax2-bx+c>0的解集. 21.已知不等式-x2+4x≥a2-3a在R上有解,则实数a的取值范围为( ) A.{a|-1≤a≤4} B.{a|-1<a<4} C.{a|a≥4或a≤-1} D.{a|-4≤a≤1} 22.对任意实数x,不等式(a-2)x2+2(a-2)x-4<0恒成立,则a的取值范围是( ) A.{a|-2<a≤2} B.{a|-2≤a≤2} C.{a|a<-2或a>2} D.{a|a≤-2或a>2} 23.已知关于x的不等式2kx2+kx-<0. (1)若不等式的解集为,求实数k的值; (2)若不等式的解集为R,求实数k的取值范围. 24.某地区上年度电价为0.8元/kW h,年用电量为a kW h.本年度计划将电价降低到0.55元/kW h至0.75元/kW h之间,而用户期望电价为0.4元/kW h.经测算,下调电价后新增的用电量与实际电价和用户期望电价的差成反比(比例系数为k).该地区电力的成本价为0.3元/kW h. (1)写出本年度电价下调后,电力部门的收益y与实际电价x的函数关系式; (2)设k=0.2a,当电价最低定为多少时仍可保证电力部门的收益比上年度至少增长20%? 层级(三) 素养培优练 25.已知M是关于x的不等式2x2+(3a-7)x+3+a-2a2<0的解集,且M中的一个元素是0,求实数a的取值范围,并用a表示出该不等式的解集. 26.已知集合{x∈R|x2-(k+2)x-3k+1≥0}={x|x≤-1或x≥5}. (1)求实数k的值; (2)已知t<2,若不等式x2-(k+2)x-3k-m2+4m+15≥0在t≤x≤4上恒成立,求实数m的取值范围. 【参考答案】 1.解析:选A 根据二次函数y=(x+1)(x-2)的图象(图略)可知,不等式的解是-1≤x≤2,故选A. 2.解析:选C 因为N={x|x2-x-6≥0}={x|x≥3或x≤-2},所以M∩N={-2},故选C. 3.解析:选C 由题意知-2+3=-,-2 3=, ∴b=-a,c=-6a, ∴不等式ax2+bx+c>0可化为ax2-ax-6a>0, 又a<0,∴x2-x-6<0,∴(x-3)(x+2)<0, ∴-2<x<3. 4.解析:选BCD 因为 =a2+4m>0,所以函数y=mx2-ax-1的图象与x轴有两个交点,又m>0,所以原不等式的解集不可能是B、C、D. 5.解析:选ABD 由题意,-1,是方程ax2+bx+1=0的根.由根与系数的关系,得解得∴ab=2,a+b=-3,a2+b2=5.故A、B、D正确. 6.解析:选D 由题意可知,不等式等价于∴x>2或x≤1.故选D. 7.解析:选D ∵≥1,∴-1≥0,∴≥0, 即≤0,等价于(x-2)(x+1)<0或x-2=0, 故-1<x≤2. 8.解析:选C x=1为ax-b=0的根,∴a-b=0,即a=b, ∵ax-b>0的解集为{x|x>1},∴a>0, 故=>0,等价为(x+1)(x-2)>0. ∴x>2或x<-1. 9.解析:选BCD 设售价定为每件x元,利润为y, 则y=(x-8)[100-10(x-10)], 依题意有(x-8)[100-10(x-10)]>320, 即x2-28x+192<0,解得12<x<16, 所以每件售价应定为12元到16元之间.故选B、C、D. 10.解析:选C ∵(x-a)⊙(x+a)=(x-a)(1-x-a), ∴不等式(x-a)⊙(x+a)<1, 即(x-a)(1-x-a)<1对任意实数x恒成立, 即x2-x-a2+a+1>0对任意实数x恒成立, ∴ =1-4(-a2+a+1)<0, 解得-<a<,故选C. 11.解析:因为不等式x2-ax+2a>0在R上恒成立, 所以 =(-a)2-8a<0,解得0<a<8. 答案:{a|0<a<8} 12.解析:不等式1+2x+x2≤0化为(x+1)2≤0,解得x=-1. 答案:{-1} 13.解析:∵不等式(mx-1)(x-2)>0的解集为, ∴方程(mx-1)(x-2)=0的两个实数根为和2, 且解得m<0,∴m的取值范围是{m|m<0}. 答案:{m|m<0} 14.解:(1)原不等式可化为2x2-3x-2<0, 所以(2x+1)(x-2)<0,解得-<x<2, 故原不等式的解集是. (2)原不等式可化为2x2-x-1≥0, 所以(2x+1)(x-1)≥0, 解得x≤-或x≥1, 故原不等式的解集为. (3)因为 =(-2)2-4 3=-8<0, 所以原不等式的解集是R. 15.解析:关于x的不等式>0等价于或又ax+b>0的解集为{x|x>1},∴解上述不等式组可得或∴x>6或-1<x<1. 故原不等式的解集为{x|x>6或-1<x<1}. 答案:{x|x>6或-1<x<1} 16.解:(1)由题意知1-a<0,且-3和1是方程(1-a)x2-4x+6=0的两根, ∴解得a=3. ∴不等式2x2+(2-a)x-a>0, 即为2x2-x-3>0,解得x<-1或x>, ∴所求不等式的解集为. (2)ax2+bx+3≥0,即3x2+bx+3≥0, 若此不等式解集为R,则 =b2-4 3 3≤0, ∴-6≤b≤6. 17.解析:方程x2-4ax-5a2=0的两根为-a,5a.因为2a+1<0,所以a<-,所以-a>5a.结合二次函数y=x2-4ax-5a2的图象,得原不等式的解集为{x|x<5a或x>-a}. 答案:{x|x<5a或x>-a} 18.解析:由题意知,-1,2为ax2+bx+c=0的两根, ∴且a<0, ∴不等式+c>bx可化为-2a>-ax, ∵a<0,即-2<-x,即<0,∴x<0. 答案:{x|x<0} 19.解:原不等式可化为(x-a)(x-a2)>0. 则方程x2-(a+a2)x+a3=0的两根为x1=a,x2=a2, 由a2-a=a(a-1)可知, ①当a<0或a>1时,a2>a,∴原不等式的解为x>a2或x<a. ②当0<a<1时,a2<a,∴原不等式的解为x>a或x<a2. ③当a=0时,原不等式为x2>0,∴x≠0. ④当a=1时,原不等式为(x-1)2>0,∴x≠1. 综上可知: 当a<0或a>1时,原不等式的解集为{x|x<a或x>a2}; 当0<a<1时,原不等式的解集为{x|x<a2或x>a}; 当a=0时,原不等式的解集为{x|x≠0}; 当a=1时,原不等式的解集为{x|x≠1}. 20.解:由题意知,-2,-是方程ax2+bx+c=0的两个根,且a<0,故即 所以不等式ax2-bx+c>0即为2x2-5x+2<0, 解得<x<2. 即不等式ax2-bx+c>0的解集为. 21.解析:选A 由题意知,原不等式可化为-(x-2)2+4≥a2-3a在R上有解, ∴a2-3a≤4,即(a-4)(a+1)≤0,解得-1≤a≤4. 22.解析:选A 当a≠2时,由已知得 即解得-2<a<2. 又当a=2时,原不等式可化为-4<0,显然恒成立,故a的取值范围是{a|-2<a≤2}. 23.解:(1)若关于x的不等式2kx2+kx-<0的解集为, 则-和1是2kx2+kx-=0的两个实数根, 由根与系数的关系可得- 1=,求得k=. (2)当k=0时,不等式等价于-<0,显然成立. 当k≠0时,不等式等价于 解得-3<k<0. 综上可得实数k的取值范围为{k|-3<k≤0}. 24.解:(1)设下调后的电价为x元/kW h,依题意知,用电量增至,电力部门的收益为 y=(x-0.3)(0.55≤x≤0.75). (2)依题意,有 整理,得 解此不等式,得0.60≤x≤0.75. ∴当电价最低定为0.60元/kW h时,仍可保证电力部门的收益比上年度至少增长20%. 25.解:原不等式可化为(2x-a-1)(x+2a-3)<0, 由x=0适合不等式得(a+1)(2a-3)>0, 所以a<-1或a>. 若a<-1,则-2a+3-=(-a+1)>5, 所以3-2a>, 此时不等式的解集是; 若a>,由-2a+3-=(-a+1)<-, 所以3-2a<, 此时不等式的解集是. 综上,当a<-1时,原不等式的解集是;当a>时,原不等式的解集是. 26.解:(1)由题意可知,-1和5是方程x2-(k+2)x-3k+1=0的两个根, 所以由根与系数的关系得 解得k=2,故实数k=2. (2)由(1)知,k=2,原不等式可化为x2-4x+9-m2+4m≥0, 所以x2-4x≥m2-4m-9在t≤x≤4(t<2)上恒成立,令y=x2-4x=(x-2)2-4, 因为t≤x≤4(t<2),所以ymin=-4, 所以不等式恒成立等价于m2-4m-9≤-4, 即m2-4m-5≤0, 解得-1≤m≤5, 故实数m的取值范围为{m|-1≤m≤5}. 学科网(北京)股份有限公司 $