一元一次不等式组

📘 不等式与不等式组·
⭐⭐⭐
·数轴法、口诀

🎯 学习目标

  • 理解一元一次不等式组的含义及其解集的概念
  • 掌握用数轴法求解一元一次不等式组的方法
  • 熟练运用口诀快速判断不等式组的解集类型

📚 核心概念

一元一次不等式组是由两个或两个以上含有同一个未知数的一元一次不等式组成的集合。例如:

{x+2>32x15\begin{cases} x + 2 > 3 \\ 2x - 1 \leq 5 \end{cases}

它的解集是所有不等式解集的公共部分,也就是同时满足每一个不等式的 xx 的取值范围。

求解步骤通常为:

  1. 分别解出每个不等式的解集;
  2. 将这些解集在同一条数轴上表示出来;
  3. 找出它们重叠(公共)的部分,即为不等式组的解集。

为了快速判断解集情况,我们常用以下口诀:

  • 同大取大:如 x>3x > 3x>5x > 5,解集为 x>5x > 5
  • 同小取小:如 x<2x < 2x<4x < 4,解集为 x<2x < 2
  • 大小小大中间找:如 x>1x > 1x<3x < 3,解集为 1<x<31 < x < 3
  • 大大小小无处找:如 x>4x > 4x<2x < 2,没有公共部分,无解

注意:解集可能是一个区间、一个点,也可能为空集。

📝 关键公式

  • 同大取大:若 x>ax > ax>bx > b(设 a<ba < b),则解集为 x>bx > b
    示例:x>2x > 2x>5x > 5 → 解集为 x>5x > 5

  • 同小取小:若 x<ax < ax<bx < b(设 a<ba < b),则解集为 x<ax < a
    示例:x<6x < 6x<3x < 3 → 解集为 x<3x < 3

  • 大小小大中间找:若 x>ax > ax<bx < b(且 a<ba < b),则解集为 a<x<ba < x < b
    示例:x>1x > 1x<4x < 4 → 解集为 1<x<41 < x < 4

  • 大大小小无解:若 x>ax > ax<bx < b(但 a>ba > b),则无解。
    示例:x>5x > 5x<2x < 2 → 无解。

💡 经典例题

例题1(基础):解不等式组

{x+1>23x9\begin{cases} x + 1 > 2 \\ 3x \leq 9 \end{cases}

  1. 解第一个不等式:x+1>2x + 1 > 2x>1x > 1
  2. 解第二个不等式:3x93x \leq 9x3x \leq 3
  3. 在数轴上画出 x>1x > 1(空心点1,向右)和 x3x \leq 3(实心点3,向左);
  4. 公共部分为 1<x31 < x \leq 3
  5. 所以原不等式组的解集是 1<x31 < x \leq 3

例题2(进阶):解不等式组

{2x315x>2\begin{cases} 2x - 3 \geq 1 \\ 5 - x > 2 \end{cases}

  1. 解第一个不等式:2x312x - 3 \geq 12x42x \geq 4x2x \geq 2
  2. 解第二个不等式:5x>25 - x > 2x>3-x > -3x<3x < 3(注意不等号方向改变);
  3. 在数轴上表示:x2x \geq 2(实心点2,向右),x<3x < 3(空心点3,向左);
  4. 公共部分为 2x<32 \leq x < 3
  5. 所以解集是 2x<32 \leq x < 3

⚠️ 易错点

  • 忘记变号:在不等式两边同时乘以或除以负数时,未改变不等号方向。例如:2x>4-2x > 4 应得 x<2x < -2,而非 x>2x > -2。避免方法:每一步检查是否涉及负数运算。

  • 混淆“且”与“或”:不等式组要求同时满足所有不等式(逻辑“且”),不是满足其一即可。避免方法:始终找数轴上的公共部分

  • 数轴表示错误:把“>”或“<”画成实心点(应为空心),“≥”或“≤”画成空心点(应为实心)。避免方法:牢记:有“=”就实心,无“=”就空心。

  • 忽略无解情况:当两个不等式解集无交集时(如 x>5x > 5x<2x < 2),误认为有解。避免方法:使用口诀“大大小小无处找”,并结合数轴验证。

  • 口诀套用错误:未先将不等式化为标准形式(如 x>ax > ax<bx < b)就直接套口诀。避免方法:先分别解出每个不等式,整理成统一方向后再用口诀。

💡 例题

1

解不等式

1<x214x+11x22x+3<1.-1 < \frac{x^2 - 14x + 11}{x^2 - 2x + 3} < 1.

我们分别解左右两个不等式。

  1. 左边不等式等价于
x214x+11x22x+3+1>0,\frac{x^2 - 14x + 11}{x^2 - 2x + 3} + 1 > 0,

2x216x+14x22x+3>0.\frac{2x^2 - 16x + 14}{x^2 - 2x + 3} > 0.

两边同除以2,得

x28x+7x22x+3>0.\frac{x^2 - 8x + 7}{x^2 - 2x + 3} > 0.

分子因式分解为

(x1)(x7)x22x+3>0.\frac{(x - 1)(x - 7)}{x^2 - 2x + 3} > 0.

分母x22x+3=(x1)2+2x^2 - 2x + 3 = (x - 1)^2 + 2恒为正数。 所以只需看分子:(x1)(x7)>0(x - 1)(x - 7) > 0,解得x<1x < 1x>7x > 7

  1. 右边不等式等价于
1x214x+11x22x+3>0,1 - \frac{x^2 - 14x + 11}{x^2 - 2x + 3} > 0,

12x8x22x+3>0.\frac{12x - 8}{x^2 - 2x + 3} > 0.

约去公因数4,得

3x2x22x+3>0.\frac{3x - 2}{x^2 - 2x + 3} > 0.

分母恒为正,因此只需3x2>03x - 2 > 0,即x>23x > \frac{2}{3}

  1. 综合两个结果,取交集: x>23x > \frac{2}{3}且(x<1x < 1x>7x > 7), 所以解集是(23,1)(7,)\left( \frac{2}{3}, 1 \right) \cup (7,\infty)
2

找出所有满足不等式

5x1<(x+1)2<7x35x - 1 < (x + 1)^2 < 7x - 3

xx 的值。

  1. 先解左边的不等式:5x1<(x+1)25x - 1 < (x + 1)^2,即 5x1<x2+2x+15x - 1 < x^2 + 2x + 1,整理得
x23x+2>0.x^2 - 3x + 2 > 0.

它可分解为 (x1)(x2)>0(x - 1)(x - 2) > 0,解为 x(,1)(2,)x \in (-\infty,1) \cup (2,\infty)

  1. 再解右边的不等式:(x+1)2<7x3(x + 1)^2 < 7x - 3,即 x2+2x+1<7x3x^2 + 2x + 1 < 7x - 3,整理得
x25x+4<0.x^2 - 5x + 4 < 0.

它可分解为 (x1)(x4)<0(x - 1)(x - 4) < 0,解为 x(1,4)x \in (1,4)

  1. 取两个解集的交集:[(,1)(2,)](1,4)=(2,4)\big[(-\infty,1) \cup (2,\infty)\big] \cap (1,4) = (2,4)

✏️ 练习

1

满足x3y4x1|x - 3| \le y \le 4 - |x - 1|的所有点(x,y)(x,y)xyxy平面上围成一个区域。求这个区域的面积。

2

解不等式:

1<x214x+11x22x+3<1.-1 < \frac{x^2 - 14x + 11}{x^2 - 2x + 3} < 1.
3

f1(x)=1xf_{1}(x)=\sqrt{1-x},对整数n2n \geq 2,定义

fn(x)=fn1(n2x).f_{n}(x)=f_{n-1}\left(\sqrt{n^2 - x}\right).

。令NN为使nn的定义域非空的最大fnf_n值。当取该N,N,值时,fNf_N的定义域仅含一个点{c}.\{c\}.。求c.c.

4

满足x3y4x1|x - 3| \le y \le 4 - |x - 1|的所有点(x,y)(x,y)xyxy平面上围成一个区域。求这个区域的面积。

5

找出所有满足以下不等式的xx的值:

5x1<(x+1)2<7x3.5x - 1 < (x + 1)^2 < 7x - 3.