内容正文:
第5讲 二次函数与一元二次方程、不等式
复习目标
1.会从实际情境中抽象出一元二次不等式.
2.结合二次函数图象,会判断一元二次方程的根的个数,以及解一元二次不等式.
3.了解简单的分式、绝对值不等式的解法.
教材梳理 夯基础
主干知识
知识点1 三个“二次”间的关系
项目
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}
{x|x≠-}
R
ax2+bx+c<0(a>0)的解集
{x|x1<x<x2}
⌀
⌀
知识点2 分式不等式的解法
(1)>0(<0)⇒__f(x)g(x)>0(<0)__;
(2)≥0(≤0)⇒.
知识点3 简单的绝对值不等式
|x|>a(a>0)的解集为(-∞,-a)∪(a,+∞),
|x|<a(a>0)的解集为(-a,a).
[注意点]记忆口诀: 大于号取两边,小于号取中间.
常用结论
1.已知关于x的一元二次不等式ax2+bx+c>0的解集为R,则一定满足;
2.已知关于x的一元二次不等式ax2+bx+c>0的解集为⌀,则一定满足;
3.已知关于x的一元二次不等式ax2+bx+c<0的解集为R,则一定满足;
4.已知关于x的一元二次不等式ax2+bx+c<0的解集为⌀,则一定满足.
基础自测
类型
回源教材
澄清盲点
结论应用
题号
3,4
1
2
1.(易错辨析)正确的画“√”,错误的画“×”.
(1)若不等式ax2+bx+c>0的解集是(-∞,x1)∪(x2,+∞),则方程ax2+bx+c=0的两个根分别是x1,x2.( √ )
(2)若不等式ax2+bx+c<0的解集为(x1,x2),则必有a>0.( √ )
(3)不等式x2≤a的解集为[-,].( × )
(4)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.( × )
2.不等式ax2-ax+a+1>0对∀x∈R恒成立,则实数a的取值范围为( )
A.(0,+∞)
B.[0,+∞)
C. (-∞,-)∪(0,+∞)
D. (-∞,-)∪[0,+∞)
【解析】选B.①当a=0时,1>0成立;②当a≠0时,只需,解得a>0,
综上可得a≥0,即实数a的取值范围为[0,+∞).
3.(必修第一册P55T5变式)已知集合A={x|x2-16<0},B={x|x2-4x+3>0},则A∩B=______.
【解析】由x2-16<0,得-4<x<4,即集合A=(-4,4),由x2-4x+3>0,得x<1或x>3,即集合B=(-∞,1)∪(3,+∞),所以A∩B=(-4,1)∪(3,4).
答案: (-4,1)∪(3,4)
4.(必修第一册P58T6变式)若关于x的一元二次不等式2x2-kx+>0对于一切实数x都成立,则实数k的取值范围为__________.
【解析】由题意得Δ=(-k)2-4×2×<0,-<k<.
答案: (-,)
考点突破 强技能
考点一 不含参数的一元二次不等式的解法…………题组练通
1.不等式>0的解集为____________.
【解析】不等式>0等价于(x-1)(x+2)>0,
解得x>1或x<-2,所以不等式>0的解集为{x|x>1或x<-2}.
答案: {x|x>1或x<-2}
2.不等式3-<x的解集是____________.
【解析】不等式3-<x等价于>0,等价于x(x2-3x+2)>0,即x(x-1)(x-2)>0,由数轴标根法得所求不等式的解集为{x|0<x<1或x>2}.
答案: {x|0<x<1或x>2}
3.求下列不等式的解集:
(1)x2-4x-5≤0;
(2)-3x2-2x+8≥0;
(3)0<x2-x-2≤4.
【解析】(1)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}.
(2)原不等式可化为3x2+2x-8≤0,
即(3x-4)(x+2)≤0,解得-2≤x≤,
所以原不等式的解集为.
(3)原不等式等价于⇔⇔
⇔
借助于数轴,如图所示,
所以原不等式的解集为{x|-2≤x<-1或2<x≤3}.
解题技法
解一元二次不等式的一般步骤
(1)化为标准式.
(2)计算相应的判别式.
(3)根据相应一元二次方程的根的情况写出解集.
考点二 含参数的一元二次不等式的解法
【例1】解不等式x2-(a+1)x+a<0.
【解析】原不等式可化为(x-a)(x-1)<0.
当a>1时,原不等式的解集为{x|1<x<a};
当a=1时,原不等式的解集为⌀;
当a<1时,原不等式的解集为{x|a<x<1}.
[变式]将本例中的不等式改为ax2-(a+1)·x+1<0(a>0),求此不等式的解集.
【解析】不等式可化为(ax-1)(x-1)<0,
因为a>0,所以a(x-) (x-1)<0.
当a>1时,解得<x<1;
当a=1时,解集为⌀;
当0<a<1时,解得1<x<.
综上,当0<a<1时,此不等式的解集为;当a=1时,此不等式的解集为⌀;当a>1时,此不等式的解集为.
解题技法
对含参数的不等式,应对参数进行分类讨论
(1)根据二次项系数为正、负及零进行分类.
(2)根据判别式Δ与0的关系进行分类.
(3)当有两个根时,有时还需根据两根的大小进行讨论.
【训练1】(1)(2025·潍坊质检)若a∈R,则关于x的不等式4x2-4ax+a2-1<0的解集为________________.
【解析】原不等式可转化为[2x-(a+1)][2x-(a-1)]<0,
因为>,
所以不等式的解集为{x|<x<}.
答案:
(2)解关于x的不等式x2-ax+1≤0.
【解析】由题意知,Δ=a2-4,
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{x|≤x≤.
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⌀.
综上,当a>2或a<-2时,原不等式的解集为{x|≤x≤};
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⌀.
考点三 三个“二次”之间的关系
【例2】(2025·石家庄模拟)已知关于x的一元二次不等式ax2+bx+c>0的解集为(-1,5),其中a,b,c为常数,则不等式cx2+bx+a≤0的解集是( )
A. [-1,]
B. [-,1]
C. (-∞,-]∪[1,+∞)
D.(-∞,-1]∪[,+∞)
【解析】选A.因为关于x的一元二次不等式ax2+bx+c>0的解集为(-1,5),所以a<0,且-1和5是一元二次方程ax2+bx+c=0的两根,所以,
解得,
所以不等式cx2+bx+a≤0可化为-5ax2-4ax+a≤0,即5x2+4x-1≤0,
解得-1≤x≤,则不等式cx2+bx+a≤0的解集是[-1,].
解题技法
一元二次不等式与方程的关系的解题策略
(1)一元二次方程的根就是相应二次函数的零点,也是相应一元二次不等式解集的端点值.
(2)给出一元二次不等式的解集,相当于知道了相应二次函数图象的开口方向及与x轴的交点,可以利用代入根或利用根与系数的关系求解.
【训练2】(2025·常州模拟)已知关于x的不等式ax2+bx+c>0的解集为(-∞,-2)∪(3,+∞),则下列选项不正确的是( )
A.a>0
B.不等式bx+c>0的解集是{x|x<-6}
C.a+b+c>0
D.不等式cx2-bx+a<0的解集为(-∞,-)∪(,+∞)
【解析】选C.由题意可知-2和3是方程ax2+bx+c=0的两根,且a>0,所以-2+3= -,(-2)×3=,所以b=-a,c=-6a,a>0,即选项A正确;
不等式bx+c>0等价于a(x+6)<0,
所以x<-6,即选项B正确;
因为不等式ax2+bx+c>0的解集为(-∞,-2)∪(3,+∞),
所以当x=1时,有a+b+c<0,即选项C错误;
因为不等式cx2-bx+a<0等价于a(6x2-x-1)>0,即a(3x+1)(2x-1)>0,
所以x<-或x>,即选项D正确.
微拓展一元二次方程根的分布
解决由一个一元二次方程根的分布情况,确定方程中系数的取值范围问题,主要从以下三个方面建立关于系数的不等式(组)进行求解.
(1)判别式Δ的符号.
(2)对称轴x=-与所给区间的位置关系.
(3)区间端点处函数值的符号.
[典例](1)若关于x的一元二次方程x2-2ax+4=0有两个实根,且一个实根小于1,另一个实根大于2,则实数a的取值范围是( )
A.(-∞,-2) B.(2,+∞)
C.(,+∞) D.(-∞,-2)∪(2,+∞)
【解析】选C.设f(x)=x2-2ax+4,根据已知结合二次函数性质,作图如图,
则有,
解得a>.
(2)(2025·厦门模拟)关于x的一元二次方程x2+(m-2)x-2m=0有两个不相等的正实数根,则m的取值范围是( ) A.(-∞,-2)∪(-2,0)
B.(-∞,2)
C.(0,2)∪(2,+∞)
D.(-2,+∞)
【解析】选A.因为方程x2+(m-2)x-2m=0有两个不相等的正实数根,
所以,解得m<0且m≠-2.
考点四 不等式恒(能)成立问题
角度1 在R上的恒成立问题
【例3】若不等式ax2+2ax-4<2x2+4x对任意实数x均成立,则实数a的取值范围是( )
A.(-2,2)
B.(-2,2]
C.(-∞-2)∪[2,+∞)
D.(-∞,-2]
【解析】选B.将不等式ax2+2ax-4<2x2+4x整理可得(a-2)x2+(2a-4)x-4<0,即不等式(a-2)x2+(2a-4)x-4<0对任意实数x均成立,当a-2=0,即a=2时,不等式变为-4<0,满足题意;
当a-2≠0时,需满足,解得-2<a<2.
综上可得实数a的取值范围是(-2,2].
解题技法
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
【训练3】(2025·镇江模拟)若命题“∃x∈R,x2+4x+t<0”是假命题,则实数t的最小值为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【解析】选D.因为命题“∃x∈R,x2+4x+t<0”是假命题,所以其否定“∀x∈R,x2+4x+t≥0”是真命题,则Δ=16-4t≤0,解得t≥4,所以实数t的最小值为4.
角度2 在给定区间上的恒成立问题
【例4】(金榜原创·易错对对碰)
(1)(一题多法)若对于x∈[1,3],mx2-mx+m-6<0(m≠0)恒成立,则m的取值范围是____________.
【解析】由已知得,m(x-)2+m-6<0(m≠0)在x∈[1,3]上恒成立.
法一: 令g(x)=m(x-)2+m-6(m≠0),x∈[1,3].当m>0时,g(x)在[1,3]上单调递增,所以g(x)max=g(3)=7m-6<0,所以m<,则0<m<.当m<0时,g(x)在[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.
综上所述,m的取值范围是{m|0<m<或m<0}.
法二: 因为x2-x+1=(x-)2+>0,又因为m(x2-x+1)-6<0,所以m<.因为函数y==在[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{m|0<m<或m<0}.
答案: {m
(2)若mx2-mx-1<0对于m∈[1,2]恒成立,则实数x的取值范围为__________.
【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<,故实数x的取值范围为(,).
答案: (,)
解题技法
在给定区间上的恒成立问题的求解方法
(1)若f(x)>0在集合A中恒成立,即集合A是不等式f(x)>0的解集的子集,可以先求解集,再由子集的含义求解参数的值(或范围).
(2)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.
(3)对于以下两种题型,可以利用二次函数在端点m,n处的取值特点确定不等式求范围.
①ax2+bx+c<0(a>0)对x∈[m,n]恒成立;
②ax2+bx+c>0(a<0)对x∈[m,n]恒成立.
[提醒]一般地,知道谁的范围,就选谁当主元;求谁的范围,谁就是参数.如本例(1)中建立关于x的函数,m为参数,本例(2)中建立关于m的函数,x为参数.
【训练4】 已知对任意m∈,mx2-mx-1<-m+5恒成立,则实数x的取值范围是( )
A.
B. (-∞,)∪(,+∞)
C.
D.(,)
【解析】选D.对任意m∈,不等式mx2-mx-1<-m+5恒成立,
即对任意m∈,m<6恒成立,
所以对任意m∈,x2-x+1<恒成立,
所以对任意m∈,x2-x+1<=2恒成立,
所以x2-x+1<2,解得<x<,
故实数x的取值范围是(,).
角度3 不等式能成立(有解)问题
【例5】(2025·马鞍山模拟)命题: “∃x∈[0,4]使得不等式x2-2x-3+a≥0成立”是真命题,则实数a的取值范围是( )
A.{a|a≤-4} B.{a|a≥4}
C.{a|a≥-5} D.{a|a≥3}
【解析】选C.由“∃x∈[0,4]使得不等式x2-2x-3+a≥0成立”是真命题,即不等式a≥-x2+2x+3在x∈[0,4]上有解,因为y=-x2+2x+3=-(x-1)2+4,当x=4时,ymin=-5,所以a≥-5,即实数a的取值范围为{a|a≥-5}.
解题技法
一元二次不等式在给定区间上的有解问题解题策略
(1)分离参数法: 把不等式化为a>f(x)或a<f(x)的形式,只需a>f(x)min或a<f(x)max.
(2)最值转化法: 若f(x)>0在集合A中有解,则函数y=f(x)在集合A中的最大值大于0;若f(x)<0在集合A中有解,则函数y=f(x)在集合A中的最小值小于0.
(3)数形结合法: 根据图象列出约束条件求解.
(4)最后一定要注意检验区间的开闭.
【训练5】 若关于x的不等式x2-(m+1)x+9≤0在[1,4]上有解,则实数m的最小值为( )
A.9 B.5 C.6 D.
【解析】选B.因为x2-(m+1)x+9≤0在[1,4]上有解,所以m+1≥x+在[1,4]上有解,所以m+1≥(x∈[1,4]),
又因为x+≥2=6,当且仅当x=,即x=3时取等号,即m+1≥6,所以m≥5,则实数m的最小值为5.
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