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第6节 从函数的观点看一元二次方程和一元二次不等式

2023-07-22 来源:汇意旅游网


第6节 从函数的观点看一元二次方程和一元二次不等式

考试要求 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.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.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.借助一元二次函数的图象,了解一元二次不等式与相应函数、方程的联系.

知 识 梳 理

1.一元二次不等式

只含有一个未知数,并且未知数的最高次数为2的整式不等式叫作一元二次不等式.

2.三个“二次”间的关系 判别式Δ=b2-4ac 二次函数y=ax2+bx+c(a>0)的图象 一元二次方程 ax2+bx+c=0 (a>0)的根 ax2+bx+c>0 (a>0)的解集 ax2+bx+c<0 (a>0)的解集 有两相异实根x1,x2(x1<x2) {x|x>x2 或x<x1}{x|x1<x<x2} 有两相等实根 bx1=x2=-2a bx|x≠- 2aΔ>0 Δ=0 Δ<0 没有实数根 R ∅ ∅ 3.(x-a)(x-b)>0或(x-a)(x-b)<0型不等式的解集 不等式 a0 (x-a)·(x-b)<0

1

解集 a=b {x|x≠a} ∅ a>b {x|xa} {x|bb} {x|a4.分式不等式与整式不等式 (1)(2)

f(x)

>0(<0)⇔f(x)·g(x)>0(<0). g(x)

f(x)

≥0(≤0)⇔f(x)·g(x)≥0(≤0)且g(x)≠0. g(x)

[常用结论与微点提醒]

1.绝对值不等式|x|>a(a>0)的解集为(-∞,-a)∪(a,+∞);|x|0)的解集为(-a,a).

记忆口诀:大于号取两边,小于号取中间.

2.解不等式ax2+bx+c>0(<0)时不要忘记当a=0时的情形.

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. a=b=0,a>0,(1)不等式ax+bx+c>0对任意实数x恒成立⇔或

c>0Δ<0.

2

a=b=0,a<0,

(2)不等式ax2+bx+c<0对任意实数x恒成立⇔或

c<0Δ<0.

诊 断 自 测

1.判断下列结论正误(在括号内打“√”或“×”)

(1)若不等式ax2+bx+c>0的解集是(-∞,x1)∪(x2,+∞),则方程ax2+bx+c=0的两个根是x1和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[-a,a].( )

(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.( )

解析 (3)错误.对于不等式x2≤a,当a>0时,其解集为[-a,a];当a=0时,其解集为{0},当a<0时,其解集为∅.

(4)若方程ax2+bx+c=0(a<0)没有实根,则不等式ax2+bx+c>0(a<0)的解集为∅. 答案 (1)√ (2)√ (3)× (4)×

2.(新教材必修第一册P55T3改编)已知集合A={x|x2-5x+4<0},B={x|x2-x-6<0},则A∩B=( )

2

A.(-2,3) C.(3,4)

B.(1,3) D.(-2,4)

解析 由题意知A={x|13.(老教材必修5P80A2改编)y=log2(3x2-2x-2)的定义域是________. 解析 由题意,得3x2-2x-2>0,

1-71+7

令3x2-2x-2=0,得x1=3,x2=3, ∴3x2-2x-2>0的解集为 1-71+7-∞,∪.

33,+∞

1-71+7

∪ 答案 -∞,,+∞33

4.(2020·广州期中考试)若不等式ax+bx+2>0的值是( ) A.-10

B.-14

C.10

D.14

2

11

的解集为x|-2<x<3,则

a-b

解析

11b

-+=-23a,11

由题意知,-2,3是方程ax2+bx+2=0的两根,所以解

112-2×3=a,a=-12,

得故a-b=-10. b=-2.答案 A

5.(2019·河北重点中学模拟)不等式2x2-x-3>0的解集为________. 解析 由2x2-x-3>0,得(x+1)(2x-3)>0, 3

解得x>2或x<-1. ∴不等式2x-x-3>0答案

2

3的解集为x|x>2,或x<-1. 

3

x|x>,或x<-1

2

3

6.(2019·苏北调研)已知函数f(x)=ax2+ax-1,若对任意实数x,恒有f(x)≤0,则实数a的取值范围是______.

解析 若a=0,则f(x)=-1≤0恒成立, a<0,若a≠0,则由题意,得 2

Δ=a+4a≤0,解得-4≤a<0,综上,得a∈[-4,0]. 答案 [-4,0]

考点一 一元二次不等式的解法

【例1】 (1)不等式0x2-x-2>0,x2-x-2>0,2即2 x-x-2≤4,x-x-6≤0,x>2或x<-1,解得

-2≤x≤3.

故原不等式的解集为{x|-2≤x<-1,或2(2)解关于x的不等式ax2-2≥2x-ax(a∈R). 解 原不等式可化为ax2+(a-2)x-2≥0.

①当a=0时,原不等式化为x+1≤0,解得x≤-1. 2

②当a>0时,原不等式化为x-a(x+1)≥0,

2

解得x≥a或x≤-1.

2

③当a<0时,原不等式化为x-a(x+1)≤0.

22

当a>-1,即a<-2时,解得-1≤x≤a; 2

当a=-1,即a=-2时,解得x=-1满足题意; 22

当a<-1,即-2综上所述,当a=0时,不等式的解集为{x|x≤-1};

4

2时,不等式的解集为x|x≥a或x≤-1; 

2

; ≤x≤-1时,不等式的解集为xa

当a>0

当-2<a<0

当a=-2时,不等式的解集为{-1}; 当a<-2

2时,不等式的解集为x|-1≤x≤a. 

规律方法 1.解一元二次不等式的一般步骤 (1)化为标准形式.

(2)确定判别式Δ的符号,若Δ≥0,则求出该不等式对应的一元二次方程的根,若Δ<0,则对应的一元二次方程无根.

(3)结合二次函数的图象得出不等式的解集,特别地,若一元二次不等式左边的二次三项式能分解因式,则可直接写出不等式的解集.

2.含有参数的不等式的求解,首先需要对二次项系数讨论,再比较(相应方程)根的大小,注意分类讨论思想的应用. 【训练1】 (1)(2020·武汉月考)不等式A.[-2,1]

1-x

≥0的解集为( ) 2+x

B.(-2,1]

D.(-∞,-2]∪(1,+∞)

C.(-∞,-2)∪(1,+∞)

(1-x)(2+x)≥0,

解析 原不等式化为

2+x≠0,(x-1)(x+2)≤0,即解得-2(2)求不等式12x2-ax>a2(a∈R)的解集. 解 原不等式可化为12x2-ax-a2>0, 即(4x+a)(3x-a)>0,令(4x+a)(3x-a)=0, aa

解得x1=-4,x2=3. 当a>0

aa时,不等式的解集为x|x<-4,或x>3; 

当a=0时,不等式的解集为{x|x≠0};

5

aa时,不等式的解集为x|x<3,或x>-4. 

当a<0

考点二 一元二次方程与一元二次不等式

11

【例2】 已知不等式ax2-bx-1>0的解集是{x|-211

解析 由题意,知-2,-3是方程ax2-bx-1=0的两个根,且a<0,所以11b-=,-2+3aa=-6,

11-1解得

b=5.

-=-2×a,3故不等式x2-bx-a≥0为x2-5x+6≥0, 解得x≥3或x≤2. 答案 {x|x≥3或x≤2}

规律方法 1.一元二次方程的根就是相应一元二次函数的零点,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的开口方向及与x轴的交点,可以利用代入根或根与系数的关系求待定系数.

【训练2】 (2019·天津和平区一模)关于x的不等式ax-b<0的解集是(1,+∞),则关于x的不等式(ax+b)(x-3)>0的解集是( ) A.(-∞,-1)∪(3,+∞) C.(-1,3)

B.(1,3)

D.(-∞,1)∪(3,+∞)

解析 关于x的不等式ax-b<0即ax0可化为(x+1)(x-3)<0,解得-1考点三 一元二次不等式恒成立问题 角度1 在实数R上恒成立

【例3-1】 (2020·大庆实验中学期中)对于任意实数x,不等式(a-2)x2-2(a-2)x-4<0恒成立,则实数a的取值范围是( ) A.(-∞,2)

多维探究

B.(-∞,2]

6

C.(-2,2) D.(-2,2]

解析 当a-2=0,即a=2时,-4<0恒成立; 当a-2≠0,即a≠2时,

a-2<0,则有 2

Δ=[-2(a-2)]-4×(a-2)×(-4)<0,解得-2综上,实数a的取值范围是(-2,2]. 答案 D

角度2 在给定区间上恒成立

【例3-2】 (一题多解)设函数f(x)=mx2-mx-1(m≠0),若对于x∈[1,3],f(x)<-m+5恒成立,则m的取值范围是________. 解析 要使f(x)<-m+5在[1,3]上恒成立, 故mx2-mx+m-6<0,

13

则mx-2+4m-6<0在x∈[1,3]上恒成立.

13

法一 令g(x)=mx-2+4m-6,x∈[1,3].

当m>0时,g(x)在[1,3]上是增函数, 所以g(x)max=g(3)=7m-6<0. 66

所以m<7,则0<m<7. 当m<0时,g(x)在[1,3]上是减函数, 所以g(x)max=g(1)=m-6<0. 所以m<6,所以m<0. 综上所述,m

6的取值范围是m0<m<7或m<0. 

2

2

2

13

法二 因为x2-x+1=x-2+4>0,

又因为m(x2-x+1)-6<0,所以m<因为函数y=

6

.

x2-x+1

6666

=在[1,3]上的最小值为,所以只需m<77即可. x2-x+1123x-2+4

7

6

的取值范围是m0<m<7

 或m<0 

或m<0 . 

因为m≠0,所以m答案

6m0<m<

7

角度3 给定参数范围的恒成立问题

【例3-3】 对任意m∈[-1,1],函数f(x)=x2+(m-4)x+4-2m的值恒大于零,求x的取值范围.

解 由f(x)=x2+(m-4)x+4-2m =(x-2)m+x2-4x+4, 令g(m)=(x-2)m+x2-4x+4.

由题意知在[-1,1]上,g(m)的值恒大于零, g(-1)=(x-2)×(-1)+x2-4x+4>0,

所以

g(1)=(x-2)+x2-4x+4>0,解得x<1或x>3.

故当x∈(-∞,1)∪(3,+∞)时,对任意的m∈[-1,1],函数f(x)的值恒大于零. 规律方法 1.对于一元二次不等式恒成立问题,恒大于0就是相应的二次函数的图象在给定的区间上全部在x轴上方,恒小于0就是相应的二次函数的图象在给定的区间上全部在x轴下方.另外常转化为求二次函数的最值或用分离参数法求最值.

2.解决恒成立问题一定要搞清谁是主元,谁是参数,一般地,知道谁的范围,谁就是主元,求谁的范围,谁就是参数.

【训练3】 (1)(角度1)(2020·湘潭联考)若不等式4x2+ax+4>0的解集为R,则实数a的取值范围是( ) A.(-16,0) C.(-∞,0)

B.(-16,0] D.(-8,8)

(2)(角度2)(2019·湖北八校联考)若不等式(a-a2)(x2+1)+x≤0对一切x∈(0,2]恒成立,则实数a的取值范围为________________.

(3)(角度3)若mx2-mx-1<0对于m∈[1,2]恒成立,则实数x的取值范围是________.

解析 (1)由题意知Δ=a2-4×4×4<0,解得-88

(2)∵x∈(0,2],∴a2-a≥

x1=

1. x2+1

x+x

11要使a2-a≥1在x∈(0,2]上恒成立,则a2-a≥x+max.由基本不等式得xxx+x

1

1111121+x≥2,当且仅当x=x,即x=1时等号成立.则=,故a-a≥x+max22,解

x得a≤

1-31+31-31+3

-∞,∪. 或a≥.故实数a的取值范围为

2222,+∞

(3)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,

g(1)<0,x2-x-1<0,

则,即2 g(2)<0,2x-2x-1<0,1-31+3解得21-31+3

故x的取值范围为,2.

2

1-31+3

∪ 答案 (1)D (2)-∞,

22,+∞1-31+3

(3),2 2

考点四 一元二次不等式的实际应用

【例4】 甲厂以x千克/时的速度匀速生产某种产品(生产条件要求1≤x≤10),每3

小时可获得利润1005x+1-x元.



(1)要使生产该产品2小时获得的利润不低于3 000元,求x的取值范围; (2)要使生产900千克该产品获得的利润最大,问:甲厂应该选取何种生产速度?并求最大利润.

3

解 (1)根据题意,得2005x+1-x≥3 000,

3

整理得5x-14-x≥0,即5x2-14x-3≥0,

9

1

解得x≥3或x≤-5, 又1≤x≤10,可解得3≤x≤10.

即要使生产该产品2小时获得的利润不低于3 000元,x的取值范围是[3,10]. (2)设利润为y元,则 3900

y=x·1005x+1-x

135+=9×10 x-x2

4

1161

=9×104-3x-6+,

12故当x=6时,ymax=457 500元.

即甲厂以6千克/时的生产速度生产900千克该产品时获得的利润最大,最大利润为457 500元.

规律方法 求解不等式应用题的四个步骤

(1)阅读理解,认真审题,把握问题中的关键量,找准不等关系.

(2)引进数学符号,将文字信息转化为符号语言,用不等式表示不等关系,建立相应的数学模型.

(3)解不等式,得出数学结论,要注意数学模型中自变量的实际意义. (4)回归实际问题,将数学结论还原为实际问题的结果.

【训练4】 已知产品的总成本y(万元)与产量x(台)之间的函数关系式是y=3 000+20x-0.1x2,x∈(0,240).若每台产品的售价为25万元,则生产者不亏本(销售收入不小于总成本)时的最低产量是( ) A.100台 C.150台

B.120台 D.180台

2

解析 由题设,产量x台时,总售价为25x;欲使生产者不亏本时,必须满足总售价大于等于总成本, 即25x≥3 000+20x-0.1x2,

即0.1x2+5x-3 000≥0,x2+50x-30 000≥0, 解之得x≥150或x≤-200(舍去). 故欲使生产者不亏本,最低产量是150台.

10

故选C. 答案 C

A级 基础巩固

一、选择题

1.(2019·福建三明一中月考)不等式(x+1)(x+2)<0的解集是( ) A.(-2,-1) C.(1,2)

B.(-∞,-2)∪(-1,+∞) D.(-∞,1)∪(2,+∞)

解析 由(x+1)(x+2)<0得-2<x<-1,故选A. 答案 A

x+52.不等式≥2的解集是( )

(x-1)21-3,A. 2

1

B.-2,3 1

D.-2,1∪(1,3] 

1

C.2,1∪(1,3] 

2x2-5x-3解析 不等式可化为≤0,

(x-1)2即

(2x+1)(x-3)

≤0,

(x-1)2

1

解得-2≤x<1或13.(2020·重庆质检)若不等式ax2+bx+c>0的解集为{x|-12ax的解集为( ) A.{x|-2B.{x|x<-2或x>1} D.{x|x<0或x>3}

解析 由a(x2+1)+b(x-1)+c>2ax整理得 ax2+(b-2a)x+(a+c-b)>0.①

又不等式ax2+bx+c>0的解集为{x|-111

bb

-1+2=-,a=-1,a

即② cc

(-1)×2=a,a=-2.

cbb

将①两边同除以a得x+a-2x+1+a-a<0,



2

将②代入得x2-3x<0,解得04.已知函数f(x)=-x2+ax+b2-b+1(a∈R,b∈R),对任意实数x都有f(1-x)=f(1+x)成立,当x∈[-1,1]时,f(x)>0恒成立,则b的取值范围是( ) A.(-1,0)

B.(2,+∞) D.不能确定

C.(-∞,-1)∪(2,+∞)

a

解析 由f(1-x)=f(1+x)知f(x)图象的对称轴为直线x=1,则有2=1,故a=2.由f(x)的图象可知f(x)在[-1,1]上为增函数.所以x∈[-1,1]时,f(x)min=f(-1)=-1-2+b2-b+1=b2-b-2,令b2-b-2>0,解得b<-1或b>2. 答案 C

5.(2020·河南豫西南五校联考)已知关于x的不等式kx2-6kx+k+8≥0对任意x∈R恒成立,则k的取值范围是( ) A.[0,1]

B.(0,1]

D.(-∞,0]∪[1,+∞)

C.(-∞,0)∪(1,+∞)

解析 当k=0时,不等式kx2-6kx+k+8≥0可化为8≥0,其恒成立,当k≠0时,要满足关于x的不等式kx2-6kx+k+8≥0对任意x∈R恒成立, k>0,只需解得0Δ=36k2-4k(k+8)≤0,综上,k的取值范围是[0,1]. 答案 A 二、填空题

6.若不等式x2+ax+4<0的解集不是空集,则实数a的取值范围是________________.

解析 由题意得Δ=a2-4×4>0,即a2>16. ∴a>4或a<-4.

12

答案 (-∞,-4)∪(4,+∞)

7.规定记号“⊙”表示一种运算,定义a⊙b=ab+a+b(a,b为正实数),若1⊙k2<3,则k的取值范围是________. 解析 由题意知k2+1+k2<3, 化为(|k|+2)(|k|-1)<0,所以|k|<1, 所以-18.(2020·北京海淀区质检)设a<0,若不等式-cos2x+(a-1)cos x+a2≥0对于任意的x∈R恒成立,则a的取值范围是________.

解析 令t=cos x,t∈[-1,1],则不等式f(t)=t2-(a-1)t-a2≤0对t∈[-1,1]f(-1)≤0,a-a2≤0,恒成立,因此⇒∵a<0,∴a≤-2.

f(1)≤02-a-a2≤0,答案 (-∞,-2] 三、解答题

9.已知f(x)=-3x2+a(6-a)x+6. (1)解关于a的不等式f(1)>0;

(2)若不等式f(x)>b的解集为(-1,3),求实数a,b的值.

解 (1)由题意知f(1)=-3+a(6-a)+6=-a2+6a+3>0,即a2-6a-3<0,解得3-23<a<3+23.

所以不等式的解集为{a|3-23<a<3+23}. (2)∵f(x)>b的解集为(-1,3),

∴方程-3x2+a(6-a)x+6-b=0的两根为-1,3, a(6-a)

(-1)+3=,3a=3±3,∴解得

6-bb=-3.

(-1)×3=-,3故a的值为3±3,b的值为-3.

10.若二次函数f(x)=ax2+bx+c(a≠0),满足f(x+2)-f(x)=16x且f(0)=2. (1)求函数f(x)的解析式;

(2)若存在x∈[1,2],使不等式f(x)>2x+m成立,求实数m的取值范围. 解 (1)由f(0)=2,得c=2,

13

所以f(x)=ax2+bx+2(a≠0),

由f(x+2)-f(x)=[a(x+2)2+b(x+2)+2]-[ax2+bx+2]=4ax+4a+2b, 又f(x+2)-f(x)=16x,得4ax+4a+2b=16x, 4a=16,所以故a=4,b=-8,

4a+2b=0,所以f(x)=4x2-8x+2.

(2)因为存在x∈[1,2],使不等式f(x)>2x+m成立, 即存在x∈[1,2],使不等式m<4x2-10x+2成立, 令g(x)=4x2-10x+2,x∈[1,2], 故g(x)max=g(2)=-2,所以m<-2, 即m的取值范围为(-∞,-2).

B级 能力提升

11.(2019·青岛调研)已知a,b,c,d都是常数,a>b,c>d.若f(x)=2 019-(x-a)(x-b)的零点为c,d,则下列不等式正确的是( ) A.a>c>b>d C.c>d>a>b

B.a>b>c>d D.c>a>b>d

解析 由f(x)=2 019-(x-a)(x-b)=-x2+(a+b)x-ab+2 019,又f(a)=f(b)=2 019,c,d为函数f(x)的零点,且a>b,c>d,所以可在平面直角坐标系中作出函数f(x)的大致图象,如图所示.由图可知c>a>b>d,故选D. 答案 D

112.(2020·西安模拟)若不等式x2+ax+1≥0对一切x∈0,2恒成立,则a的最小

值是( ) A.0

B.-2

5

C.-2

D.-3

1

解析 由于x∈0,2,若不等式x2+ax+1≥0恒成立,

11

则a≥-x+x,x∈0,2时恒成立,

11

0,令g(x)=x+x,x∈, 2

14

11

易知g(x)在0,2上是减函数,则y=-g(x)在0,2上是增函数.

51

+2∴y=-g(x)的最大值是-2=-2. 55

因此a≥-2,则a的最小值为-2. 答案 C

13.(2020·湖北八校联考)已知函数f(x)是定义在R上的奇函数,且当x≥0时,f(x)=3x2,且不等式f(x+m2)≥4f(x)对任意的x∈[m,m+2]恒成立,则实数m的取值范围是________________.

解析 ∵f(x)为奇函数,∴f(-x)=-f(x). 设x<0,则-x>0,f(x)=-f(-x)=-3x2, 3x2 (x≥0),故f(x)=

-3x2(x<0).

3(2x)2(x≥0),

从而4f(x)==f(2x),

-3(2x)2(x<0)故不等式f(x+m2)≥4f(x)同解于f(x+m2)≥f(2x), 又f(x)为R上的单调增函数,故x+m2≥2x, 即m2≥x对任意的x∈[m,m+2]恒成立, ∴m2≥m+2,即m≤-1或m≥2. 答案 (-∞,-1]∪[2,+∞)

14.某商品每件成本价为80元,售价为100元,每天售出100件.若售价降低x8

成(1成=10%),售出商品数量就增加5x成.要求售价不能低于成本价.

(1)设该商店一天的营业额为y,试求y与x之间的函数关系式y=f(x),并写出定义域;

(2)若再要求该商品一天营业额至少为10 260元,求x的取值范围. x8

解 (1)由题意得,y=1001-10·1001+50x.



x

因为售价不能低于成本价,所以1001-10-80≥0,解得0≤x≤2.

所以y=f(x)=40(10-x)(25+4x), 定义域为{x|0≤x≤2}.

15

(2)由题意得40(10-x)(25+4x)≥10 260, 113

化简得8x2-30x+13≤0,解得2≤x≤4. 1

所以x的取值范围是2,2.



C级 创新猜想

15.(多选题)(2020·山东省实验中学月考)当x∈(-∞,-1]时,不等式(m2-m)·4x-2x<0恒成立,则实数m的取值可以是( ) A.0

1 B.2

3 C.2

x

D.2

2x11x2xx2

解析 ∵(m-m)4-2<0,∴m-m<4x=2.又∵函数y=2在(-∞,-1]

11上单调递减,∴2≥2=2.∴m2-m<2,即(m+1)(m-2)<0,解得-1<m<

2.结合选项可知,选ABC. 答案 ABC

16.(多填题)(2019·郑州联考改编)已知f(x)=-2x2+bx+c,不等式f(x)>0的解集是(-1,3),则b=________;若对于任意x∈[-1,0],不等式f(x)+t≤4恒成立,则实数t的取值范围是________.

解析 由不等式f(x)>0的解集是(-1,3),可知-1和3是方程-2x2+bx+c=0b

2=2,b=4,

的根,即解得所以f(x)=-2x2+4x+6.所以不等式f(x)+t≤4

cc=6,

-3=-,2可化为t≤2x2-4x-2,x∈[-1,0].令g(x)=2x2-4x-2,x∈[-1,0],由二次函数的性质可知g(x)在[-1,0]上单调递减,则g(x)的最小值为g(0)=-2,则t≤-2.

答案 4 (-∞,-2]

x

-1

16

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