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《正禾一本通》
高中同步高效导学案
数学(人教)·必修一
1
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第二章
一元二次函数、方程和不等式
3
目
录
自主学习·新知感悟
合作探究·思维进阶
学以致用·课堂评价
课后分层练
自主学习·新知感悟
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2.3 二次函数与一元二次方程、不等式
第1课时 二次函数与一元二次方程、不等式
学习目标 1.经历从实际情境中抽象出一元二次不等式的过程,了解一元二次不等式的现实意义,提升数学建模素养.(重点) 2.能借助一元二次函数求解一元二次不等式,并能用集合表示解集,提升数学运算素养.(重点) 3.了解三个“二次”间的联系,提升数学抽象素养.(重点、难点)
园艺师打算在绿地上用栅栏围一个矩形区域种植花卉.若栅栏的长度是24 m,围成的矩形区域的面积要大于20 m2.
问题1 这个矩形的边长为多少米?你认为该如何解决这个问题呢?
提示:设矩形的一边长为x m,则另一边相邻长为(12-x) m,由题意,得(12-x)x>20, 0<x<12.
求得该不等式的解集,就得到了问题的答案.
【自主评测】
1.教材挖掘:(1)请认真阅读教材P50~51,分析思考:三个“二次”的关系.
提示:一元二次方程的实数根(即对应二次函数的零点)是对应二次函数图象与x轴交点的横坐标,是一元二次不等式解集的端点.
(2)请认真阅读教材P50~51,分析思考:如何解一元二次不等式.
提示:首先将方程化成一般形式,然后解对应方程,再画出对应函数图象,最后借助图象写出不等式的解集.
2.判断是非:判断下面结论是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”.
(1)不等式ax2+x-1<0是一元二次不等式.( )
(2)二次函数y=x2-4的零点是(2,0),(-2,0).( )
(3)若y=ax2+bx+c(a>0)的两个零点分别为1,2,则ax2+bx+c<0的解集为{x|1<x<2 }.( )
(4)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.( )
答案:(1)× (2)× (3)√ (4)×
一元二次不等式
给出下面四个不等式:
(1)x2-x-6>0,(2)x2-x-6≤0,
(3)-x2+2x≥0,(4)2x2+x+5<0.
问题2 以上四个不等式中,每个不等式含有几个未知数?未知数的最高次数是多少?
提示:含有一个未知数,未知数的最高次数是2.
一元二次不等式
定义
一般地,我们把只含有 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
一个
2
例1 下列不等式中是一元二次不等式的为( )
A.ax2+2x+1>0 B.x2-y>0 C.-x2-3x<0 D. eq \f(x,x2-x)>0
解析:选C.只有-x2-3x<0是一元二次不等式,其他都不是.
类题通法
对一元二次不等式的再理解:①一元,即只含一个未知数,其他元素均为常数(或参数);②二次,即未知数的最高次数必须为 2,且其系数不能为0;③整式不等式.
【迁移运用】 1.若把ab≠0,a2b+2ab2+9>0看成关于a的一元二次不等式,则二次项系数为______.
答案:b
一元二次不等式的解法
问题3 二次函数y=x2-12x+20的图象与x轴有几个交点?其交点与方程x2-12x+20=0的根有什么关系?
提示:两个交点,交点的横坐标正好是方程x2-12x+20=0的根.
问题4 能否从二次函数y=x2-12x+20的图象上找到x2-12x+20<0的解集?
提示:能.
1.二次函数的零点
一般地,对于二次函数y=ax2+bx+c,我们把使ax2+bx+c=0的
叫做二次函数y=ax2+bx+c的零点.
实数x
温馨提示
零点不是点,只是函数的图象与x轴交点的横坐标.
2.二次函数与一元二次方程、不等式的解的对应关系(a>0)
项目
Δ>0
Δ=0
Δ<0
y=ax2+bx+c的图象
ax2+bx+c=0的根
有两个不等实根
x1,x2(x1<x2)
有两个相等实根
x1=x2=- eq \f(b,2a)
没有实数根
{x|x1<x<x2}
∅
∅
项目
Δ>0
Δ=0
Δ<0
ax2+bx+c>0的解集
ax2+bx+c<0的解集
{x|x<x1,或x>x2}
{x|x≠- eq \f(b,2a)}
R
角度一 解不含参数的一元二次不等式
例2 (链接教材:人教A版P52例2)解下列不等式:
(1)-x2+7x>6;
(2)4(2x2-2x+1)>x(4-x);
(3)(2-x)(x+3)<0.
解:(1)原不等式可化为x2-7x+6<0.
解方程x2-7x+6=0,得x1=1,x2=6.
结合二次函数y=x2-7x+6的图象知,原不等式的解集为{x|1<x<6}.
(2)原不等式可化为9x2-12x+4>0.
解方程9x2-12x+4=0,得x1=x2= eq \f(2,3).
结合二次函数y=9x2-12x+4的图象知,原不等式的解集为{x|x≠ eq \f(2,3)}.
(3)原不等式可化为(x-2)(x+3)>0.
方程(x-2)(x+3)=0的两根为2和-3.
结合二次函数y=(x-2)(x+3)的图象知,原不等式的解集为{x|x<-3,或x>2}.
类题通法
解不含参数的一元二次不等式的一般步骤
(1)化标准:通过对不等式的变形,使不等式右侧为0,使二次项系数为正;
(2)判别式:对不等式左侧因式分解,若不易分解,则计算对应方程的判别式;
(3)求实根:求出相应的一元二次方程的根或根据判别式说明方程有无实根;
(4)画草图:根据一元二次方程根的情况画出对应的二次函数的草图;
(5)写解集:根据图象写出不等式的解集.
角度二 由一元二次不等式的解集求参数
例3 若关于x的一元二次不等式ax2+bx+c<0的解集为 eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x|x<\f(1,3),或x>\f(1,2))),求关于x的不等式cx2-bx+a>0的解集.
解:由题意知 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a<0,,\f(1,3)+\f(1,2)=-\f(b,a),,\f(1,3)×\f(1,2)=\f(c,a),))所以 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a<0,,b=-\f(5,6)a>0,,c=\f(1,6)a<0.))
代入不等式cx2-bx+a>0中,得 eq \f(1,6)ax2+ eq \f(5,6)ax+a>0(a<0),化简得x2+5x+6<0,解得-3<x<-2,
所以所求不等式的解集为{x|-3<x<-2}.
变式探究 (变条件)若将本例中“ {x|x< eq \f(1,3),或x> eq \f(1,2)}”改为“ eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x|\f(1,3)<x<\f(1,2)))”,其他条件不变,如何求解?
解:由题意知 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a>0,,\f(1,3)+\f(1,2)=-\f(b,a),,\f(1,3)×\f(1,2)=\f(c,a),))所以 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a>0,,b=-\f(5,6)a<0,,c=\f(1,6)a>0.))
代入不等式cx2-bx+a>0,得 eq \f(1,6)ax2+ eq \f(5,6)ax+a>0(a>0),化简得x2+5x+6>0,解得x>-2或x<-3.
所以所求不等式的解集为{x|x>-2,或x<-3}.
类题通法
已知以a,b,c为参数的不等式(如ax²+bx+c>0)的解集,求解其他不等式的解集时,一般遵循:
(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.
1.下面所给关于x的几个不等式:①3x+4<0;②x2+mx-1>0;③ax2+4x-7>0;④x2<0.其中一定为一元二次不等式的有( )
A.1个 B.2个 C.3个 D.4个
解析:选B.②④一定是一元二次不等式.
2.若不等式ax2+5x+c>0的解集为{x| eq \f(1,3)<x< eq \f(1,2)},则a,c的值为( )
A.a=6,c=1 B.a=-6,c=-1
C.a=1,c=6 D.a=-1,c=-6
解析:选B.易知a<0,且 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(-\f(5,a)=\f(1,2)+\f(1,3),,\f(c,a)=\f(1,3)×\f(1,2)))⇒ eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a=-6,,c=-1.))
3.(2023·新高考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}
解析:选C.方法一 因为N={x|x2-x-6≥0}={x|x≤-2,或x≥3},而M={-2,-1,0,1,2},所以M∩N={-2}.
方法二 因为M={-2,-1,0,1,2},将-2,-1,0,1,2代入不等式x2-x-6≥0,只有-2使不等式成立,所以M∩N={-2}.
4.解不等式:0≤x2-x-2≤4.
解:原不等式等价于 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x2-x-2≥0,,x2-x-2≤4,))
解x2-x-2≥0,得x≤-1或x≥2;
解x2-x-2≤4,得-2≤x≤3.
所以原不等式的解集为{x|x≤-1,或x≥2}∩{x|-2≤x≤3}={x|-2≤x≤-1,或2≤x≤3}.
穿针引线法解一元高次不等式
例 不等式(x+2)(x2-x-12)>0的解集为________.
名师点拨
穿针引线法解高次不等式的原理其实是画出高次函数的大致图象(体现在图象与x轴交点和上下位置关系),再根据高次函数的图象求解相应的一元高次不等式的解集.
解析:高次方程(x+2)(x2-x-12)=0,即(x+2)(x+3)(x-4)=0的根为x1=-2,x2=-3,x3=4.
如图所示,将-3,-2,4标在数轴上,然后用一条光滑的曲线从数轴右端的上方起,依次穿过这些点,则不等式的解集即曲线在数轴上方的部分对应的x的取值范围.
故原不等式的解集为{x|x>4,或-3<x<-2}.
答案:{x|x>4,或-3<x<-2}
【基础巩固】
1.不等式 x2-2x>0的解集是( )
A.{x eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(x≥2或x≤0))} B.{x eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(x>2或x<0))}
C.{x eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(0≤x≤2))} D.{x eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(0<x<2))}
解析:选B.由x2-2x>0,得x(x-2)>0,解得x>2或x<0.
2.下列四个不等式:①-x2+x+1≥0;②x2-2 eq \r(5)x+ eq \r(5)>0;③x2+6x+10>0;④2x2-3x+4<1.其中解集为R的是( )
A.① B.② C.③ D.④
解析:选C.不等式①的解集显然不为R;不等式②对应方程的根的判别式Δ1=(-2 eq \r(5))2-4× eq \r(5)>0,所以不等式②的解集不为R;不等式③对应方程的根的判别式Δ2=62-4×10<0,且对应函数图象的开口向上,故不等式③的解集为R;不等式④可化为2x2-3x+3<0,其所对应的二次函数图象开口向上,显然不等式④的解集不为R.
3.不等式x2+ax+4<0的解集不是空集,则实数a的取值范围是( )
A.{a|a>4,或a<-4} B.{a|-4<a<4}
C.{a|a≥4,或a≤-4} D.{a|-4≤a≤4}
解析:选A.不等式x2+ax+4<0的解集不是空集,即不等式x2+ax+4<0有解,所以Δ=a2-4×1×4>0,解得a>4或a<-4.
4.(新定义)在R上定义运算⊙:a⊙b=ab+2a+b,则满足x⊙(x-2)<0的实数x的取值范围为( )
A.{x|0<x<2} B.{x|-2<x<1}
C.{x|x<-2或x>1} D.{x|-1<x<2}
解析:选B.因为x⊙(x-2)=x(x-2)+2x+x-2=x2+x-2<0,所以(x+2)(x-1)<0,所以-2<x<1.
5.(多选)已知关于x的不等式ax2+bx+c≥0的解集为{x|x≤-3,或x≥4},则下列说法正确的是( )
A.a>0
B.不等式bx+c>0的解集为{x|x<-12}
C.a+b+c>0
D.不等式cx2-bx+a<0的解集为{x|x<- eq \f(1,4),或x> eq \f(1,3)}
解析:选ABD.由题意知,-3和4是方程ax2+bx+c=0的两根,且a>0,故选项A正确;
由上可知 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(-3+4=-\f(b,a),,(-3)×4=\f(c,a),))即 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(b=-a,,c=-12a,))所以不等式bx+c>0可化为-ax-12a>0,即x+12<0,解得x<-12,故选项B正确;
因为1∉{x|x≤-3,或x≥4},所以当x=1时,有a+b+c<0,故选项C错误;
不等式cx2-bx+a<0可化为-12ax2+ax+a<0,即12x2-x-1>0,解得x<- eq \f(1,4)或x> eq \f(1,3),故选项D正确.
6.(多选)已知二次函数y=ax2+bx+c的图象如图所示,则下列结论中正确的是( )
A.b=-2a B.a+b+c<0 C.a+c<b D.abc<0
解析:选ACD.由题意得a<0,对称轴x=- eq \f(b,2a)=1,则b=-2a>0,故A正确;
当x=1时,y=a+b+c>0,故B错误;
当x=-1时,y=a-b+c<0,则a+c<b,故C正确;
当x=0时,y=c>0,则abc<0,故D正确.
7.已知集合M={x|-9x2+6x-1<0},N={x|x2-3x-4<0},则M∩N=____________.
解析:解不等式-9x2+6x-1<0得x≠ eq \f(1,3),即M={x|x≠ eq \f(1,3)}.
解不等式x2-3x-4<0得-1<x<4,
即N={x|-1<x<4}.
∴M∩N={x|-1<x<4,且x≠ eq \f(1,3)}.
答案:{x|-1<x<4,且x≠ eq \f(1,3)}
8.若二次函数y=ax2+bx+c(a<0)的图象与x轴的两个交点为(-1,0)和(3,0),则不等式ax2+bx+c<0的解集是________________.
解析:
由已知画出二次函数y=ax2+bx+c的大致图象,如图,所以不等式的解集为{x|x<-1,或x>3}.
答案:{x|x<-1,或x>3}
9.解下列不等式:
(1)-2x2+x-6<0;
(2)-x2+6x-9≥0;
(3)x2-2x-3>0;
(4)-4x2+4x-1>0.
解:(1)原不等式可化为2x2-x+6>0.
对于方程2x2-x+6=0,易知函数y=2x2-x+6的图象开口向上,
因为Δ=(-1)2-4×2×6=-47<0,
所以函数y=2x2-x+6的图象与x轴无交点,大致如图1所示,
由图1可知原不等式的解集为R.
(2)
原不等式可化为x2-6x+9≤0,即(x-3)2≤0,函数y=(x-3)2的图象如图2所示,
由图2可知原不等式的解集为{x|x=3}.
(3)易知方程x2-2x-3=0的两根分别是x1=-1,x2=3,
则函数y=x2-2x-3的图象与x轴有两个交点,分别为点(-1,0)和点(3,0),
又函数y=x2-2x-3的图象开口向上,所以该函数的图象如图3所示,
由图3可得原不等式的解集为{x|x<-1,或x>3}.
(4)
原不等式可化为4x2-4x+1<0,
易知方程4x2-4x+1=0有两个相等实根x1=x2= eq \f(1,2),
画出函数y=4x2-4x+1的图象如图4所示,
由图4可知原不等式的解集为∅.
【综合运用】
10.某同学求解关于x的不等式ax2+bx+c>0(a≠0)时,因弄错常数b的符号,解得解集为{x|-6<x<1}.若该同学解不等式的过程正确,则不等式cx2+bx+a<0 的解集为( )
A. eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(-\f(1,3)<x<\f(1,2))))) B. eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(x<-\f(1,3),或x>\f(1,2)))))
C. eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(-1<x<\f(1,6))))) D. eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(x<-1,或x>\f(1,6)))))
解析:选C.由题意知,a<0,且-6+1= eq \f(b,a),-6×1= eq \f(c,a),所以b=-5a,c=-6a,所以cx2+bx+a<0 可化为6x2+5x-1<0,解得-1<x< eq \f(1,6).
11.(多选)已知关于x的不等式x2-4ax+3a2<0(a<0)的解集为{x|x1<x<x2},则( )
A.x1x2+x1+x2<0的解集为{a|- eq \f(4,3)<a<0}
B.x1x2+x1+x2的最小值为- eq \f(4,3)
C.x1+x2+ eq \f(a,x1x2)的最大值为- eq \f(4\r(3),3)
D.x1+x2+ eq \f(a,x1x2)的最小值为 eq \f(4\r(3),3)
解析:选ABC.不等式x2-4ax+3a2<0(a<0)的解集为{x|x1<x<x2},根据根与系数的关系,可得x1x2=3a2,x1+x2=4a.x1x2+x1+x2<0可化为3a2+4a<0,解得- eq \f(4,3)<a<0,∴A正确;
x1x2+x1+x2=3a2+4a=3(a+ eq \f(2,3))2- eq \f(4,3)≥- eq \f(4,3),∴B正确;
x1+x2+ eq \f(a,x1x2)=4a+ eq \f(1,3a),∵a<0,
∴-4a- eq \f(1,3a)≥2 eq \r((-4a)·\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,3a))))= eq \f(4\r(3),3),当且仅当-4a=- eq \f(1,3a),即a=- eq \f(\r(3),6)时取等号,∴4a+ eq \f(1,3a)≤- eq \f(4\r(3),3),∴x1+x2+ eq \f(a,x1x2)的最大值为- eq \f(4\r(3),3),∴C正确,D错误.
12.已知集合A={x|x2-2x-3>0},B={x|x2+px+q≤0}.若A∪B=R,且A∩B={x|-2≤x<-1},求实数p及q的值.
解:因为x2-2x-3>0,即(x-3)·(x+1)>0,解得x>3或x<-1,
所以集合A={x|x>3,或x<-1}.
因为A∪B=R,A∩B={x|-2≤x<-1},
所以集合B={x|-2≤x≤3},因为集合B={x|x2+px+q≤0},
所以x=-2和x=3是方程x2+px+q=0的解,
则 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1((-2)2-2p+q=0,,32+3p+q=0,))解得p=-1,q=-6.
13.已知二次函数y=ax2+bx+c的图象与x轴相交于(1,0)与(3,0)两点,则不等式ax2+bx+c>0的解集是否确定?若确定,求出其解集;若不确定,请给出一个条件,使其解集确定.
解:不确定.由二次函数的图象及一元二次不等式的关系可知:
当a>0时,ax2+bx+c>0的解集为{x|x<1,或x>3};
当a<0时,ax2+bx+c>0的解集为{x|1<x<3}.
故只需要给a一个具体值或给定a的符号,不等式ax2+bx+c>0的解集就是确定的,如给定a>0,则其解集为{x|x<1,或x>3}.
【创新探索】
14.设0<b<1+a,若关于x的不等式(x-b)2>(ax)2的整数解恰有3个,求a的取值范围.
解:原不等式转化为[(1-a)x-b][(1+a)x-b]>0.
①当-1<a≤1时,结合不等式解集的形式知不符合题意;
②当a>1时,解原不等式可得 eq \f(b,1-a)<x< eq \f(b,a+1),由题意知0< eq \f(b,a+1)<1,所以要使原不等式的整数解恰有3个,则需-3≤ eq \f(b,1-a)<-2,整理得2a-2<b≤3a-3.结合题意b<1+a,有2a-2<1+a,所以a<3,从而有1<a<3.综上,a的取值范围是1<a<3.
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