第2课时 一元二次不等式的应用
学
习
目
标
核
心
素
养
1.掌握一元二次不等式的实际应用．(重点)2.理解三个“二次”之间的关系．3.会解一元二次不等式中的恒成立问题．(难点)
1.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．2.借助一元二次不等式的应用，培养数学建模素养．
1．分式不等式的解法
主导思想：化分式不等式为整式不等式
类型
同解不等式
>0(<0)
法一：或法二：f(x)·g(x)>0(<0)
≥0(≤0)
法一：或法二：
>a
先移项转化为上述两种形式
思考：>0与(x－3)(x＋2)>0等价吗？将>0变形为(x－3)(x＋2)>0，有什么好处？
[提示] 等价；好处是将不熟悉的分式不等式化归为已经熟悉的一元二次不等式．
2．(1)不等式的解集为R(或恒成立)的条件
不等式
ax2＋bx＋c>0
ax2＋bx＋c<0
a＝0
b＝0，c>0
b＝0，c<0
a≠0
(2)有关不等式恒成立求参数的取值范围的方法
f(x)≤a恒成立?f(x)max≤a
f(x)≥a恒成立?f(x)min≥a
思考：x－1>0在区间[2，3]上恒成立的几何意义是什么？区间[2，3]与不等式x－1>0的解集有什么关系？
[提示] x－1>0在区间[2，3]上恒成立的几何意义是函数y＝x－1在区间[2，3]上的图象恒在x轴上方．区间[2，3]内的元素一定是不等式x－1>0的解，反之不一定成立，故区间[2，3]是不等式x－1>0的解集的子集．
3．从实际问题中抽象出一元二次不等式模型的步骤
(1)阅读理解，认真审题，分析题目中有哪些已知量和未知量，找准不等关系．
(2)设出起关键作用的未知量，用不等式表示不等关系(或表示成函数关系).
(3)解不等式(或求函数最值).
(4)回扣实际问题．
思考：解一元二次不等式应用题的关键是什么？
[提示] 解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，选择其中起关键作用的未知量为x，用x来表示其他未知量，根据题意，列出不等关系再求解．
1．若集合A＝{x|－1≤2x＋1≤3}，B＝，则A∩B等于( )
A．{x|－1≤x<0}
B．{x|0
C．{x|0≤x<2}
D．{x|0≤x≤1}
B [∵A＝{x|－1≤x≤1}，B＝{x|02．不等式≥5的解集是
．
[原不等式?≥?≤0?解得03．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
．
(0，8) [因为x2－ax＋2a>0在R上恒成立，
所以Δ＝a2－4×2a<0，所以04.在如图所示的锐角三角形空地中，欲建一个面积不小于300m2的内接矩形花园(阴影部分)，则其边长x(单位：m)的取值范围是
．
[10，30] [设矩形高为y，由三角形相似得：＝，且x>0，y>0，x<40，y<40，xy≥300，整理得y＋x＝40，将y＝40－x代入xy≥300，整理得x2－40x＋300≤0，解得10≤x≤30.]
分式不等式的解法
【例1】 解下列不等式：
(1)<0；
(2)≤1.
[解] (1)<0?(x－3)(x＋2)<0?－2∴原不等式的解集为{x|－2(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
.
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，然后再用上述方法求解．
1．解下列不等式：(1)≥0；(2)<3.
[解] (1)根据商的符号法则，不等式≥0可转化成不等式组
解这个不等式组，可得x≤－1或x>3.
即知原不等式的解集为{x|x≤－1或x>3}．
(2)不等式<3可改写为－3<0，即<0.
可将这个不等式转化成2(x－1)(x＋1)<0，解得－1所以，原不等式的解集为{x|－1一元二次不等式的应用
【例2】 国家原计划以2
400元/吨的价格收购某种农产品m吨．按规定，农户向国家纳税为：每收入100元纳税8元(称作税率为8个百分点，即8%).为了减轻农民负担，制定积极的收购政策．根据市场规律，税率降低x个百分点，收购量能增加2x个百分点．试确定x的范围，使税率调低后，国家此项税收总收入不低于原计划的78%.
思路探究：将文字语言转换成数学语言：“税率降低x个百分点”即调节后税率为(8－x)%；“收购量能增加2x个百分点”，此时总收购量为m(1＋2x%)吨，“原计划的78%”即为2
400m×8%×78%.
[解] 设税率调低后“税收总收入”为y元．
y＝2
400m(1＋2x%)·(8－x)%
＝－m(x2＋42x－400)(0依题意，得y≥2
400m×8%×78%，
即－m(x2＋42x－400)≥2
400m×8%×78%，
整理，得x2＋42x－88≤0，解得－44≤x≤2.
根据x的实际意义，知02．某校园内有一块长为800
m，宽为600
m的长方形地面，现要对该地面进行绿化，规划四周种花卉(花卉带的宽度相同)，中间种草坪，若要求草坪的面积不小于总面积的一半，求花卉带宽度的范围．
[解] 设花卉带的宽度为x
m(0m．
不等式恒成立问题
[探究问题]
1．若函数f(x)＝ax2＋2x＋2对一切x∈R，f(x)>0恒成立，如何求实数a的取值范围？
[提示] 若a＝0，显然f(x)>0不能对一切x∈R都成立．所以a≠0，此时只有二次函数f(x)＝ax2＋2x＋2的图象与直角坐标系中的x轴无交点且抛物线开口向上时，才满足题意，则解得a>.
2．若函数f(x)＝x2－ax－3对x∈[－3，－1]上恒有f(x)<0成立，如何求a的范围？
[提示] 要使f(x)<0在[－3，－1]上恒成立，则必使函数f(x)＝x2－ax－3在[－3，－1]上的图象在x轴的下方，由f(x)的图象可知，此时a应满足
即
解得a<－2.
故当a∈(－∞，－2)时，有f(x)<0在x∈[－3，－1]时恒成立．
3．若函数y＝x2＋2(a－2)x＋4对任意a∈[－3，1]时，y<0恒成立，如何求x的取值范围？
[提示] 由于本题中已知a的取值范围求x，所以我们可以把函数f(x)转化为关于自变量是a的函数，求参数x的取值问题，则令g(a)＝2x·a＋x2－4x＋4.
要使对任意a∈[－3，1]，y<0恒成立，只需满足
即
因为x2－2x＋4<0的解集是空集，
所以不存在实数x，使函数y＝x2＋2(a－2)x＋4对任意a∈[－3，1]，y<0恒成立．
【例3】 已知f(x)＝x2＋ax＋3－a，若x∈[－2，2]，f(x)≥0恒成立，求a的取值范围．
思路探究：对于含参数的函数在闭区间上的函数值恒大于等于零的问题，可以利用函数的图象与性质求解．
[解] 设函数f(x)＝x2＋ax＋3－a在x∈[－2，2]时的最小值为g(a)，则
(1)当对称轴x＝－<－2，即a>4时，g(a)＝f(－2)＝7－3a≥0，解得a≤，与a>4矛盾，不符合题意．
(2)当－∈[－2，2]，即－4≤a≤4时，g(a)＝3－a－≥0，解得－6≤a≤2，此时－4≤a≤2.
(3)当－>2，即a<－4时，g(a)＝f(2)＝7＋a≥0，解得a≥－7，此时－7≤a<－4.
综上，a的取值范围为－7≤a≤2.
1．(变结论)本例条件不变，若f(x)≥2恒成立，求a的取值范围．
[解] 若x∈[－2，2]，f(x)≥2恒成立可转化为：当x∈[－2，2]时，f(x)min≥2?
或
或
解得a的取值范围为[－5，－2＋2].
2．(变条件)将例题中的条件“f(x)＝x2＋ax＋3－a，x∈[－2，2]，f(x)≥0恒成立”变为“不等式x2＋2x＋a2－3>0的解集为R”求a的取值范围．
[解] 法一：∵不等式x2＋2x＋a2－3>0的解集为R，
∴函数f(x)＝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.
法二：令f(x)＝x2＋2x＋a2－3，要使x2＋2x＋a2－3>0的解集为R，则a满足f(x)min＝a2－4>0，解得a>2或a<－2.
法三：由x2＋2x＋a2－3>0，得a2>－x2－2x＋3，
即a2>－(x＋1)2＋4，要使该不等式在R上恒成立，必须使a2大于－(x＋1)2＋4的最大值，即a2>4，故a>2或a<－2.
1．不等式ax2＋bx＋c>0的解是全体实数(或恒成立)的条件是：当a＝0时，b＝0，c>0；
当a≠0时，
2．不等式ax2＋bx＋c<0的解是全体实数(或恒成立)
的条件是：当a＝0时，b＝0，c<0；
当a≠0时，
3．f(x)≤a恒成立?a≥[f(x)]max，
f(x)≥a恒成立?a≤[f(x)]min.
1．解分式不等式时，一定要等价变形为一边为零的形式，再化归为一元二次不等式(组)求解．当不等式含有等号时，分母不为零．
2．对于某些恒成立问题，分离参数是一种行之有效的方法．这是因为将参数分离后，问题往往会转化为函数问题，从而得以迅速解决．当然，这必须以参数容易分离作为前提．分离参数时，经常要用到以下简单结论
(1)若f(x)有最大值f(x)max，则a>f(x)恒成立?a>f(x)max；(2)若f(x)有最小值f(x)min，则a1．判断正误
(1)不等式>1的解集为x<1.
( )
(2)求解m>f(x)恒成立时，可转化为求解f(x)的最小值，从而求出m的范围．
( )
[答案] (1)× (2)×
[提示] (1)>1?－1>0?<0?{x|0f(x)恒成立转化为m>f(x)max，(2)错．
2．不等式≥1的解集为
．
[因为≥1等价于≥0，所以≤0，
等价于解得－43．若不等式x2＋mx＋>0恒成立，则实数m的取值范围是
．
(0，2) [∵不等式x2＋mx＋>0，
对x∈R恒成立，
∴Δ<0，即m2－2m<0，∴04．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能获得400元以上的销售收入，应怎样制定这批台灯的销售价格？
[解] 设每盏台灯售价x元，则x≥15，并且日销售收入为x[30－2(x－15)]，由题意知，当x≥15时，有x[30－2(x－15)]>400，解得：15≤x<20.
所以为了使这批台灯每天获得400元以上的销售收入，应当制定这批台灯的销售价格为x∈[15，20).
PAGE3.2 一元二次不等式及其解法
第1课时 一元二次不等式及其解法
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1.掌握一元二次不等式的解法．(重点)2.能根据“三个二次”之间的关系解决简单问题．(难点)
通过一元二次不等式解法的学习，培养数学运算素养．
1．一元二次不等式的概念
只含有一个未知数，并且未知数的最高次数是2的不等式，称为一元二次不等式．
2．一元二次不等式的一般形式
(1)ax2＋bx＋c＞0(a≠0).
(2)ax2＋bx＋c≥0(a≠0).
(3)ax2＋bx＋c＜0(a≠0).
(4)ax2＋bx＋c≤0(a≠0).
思考：不等式x2－y2>0是一元二次不等式吗？
[提示] 此不等式含有两个变量，根据一元二次不等式的定义，可知不是一元二次不等式．
3．一元二次不等式的解与解集
使一元二次不等式成立的未知数的值，叫做这个一元二次不等式的解，其解的集合，称为这个一元二次不等式的解集．
思考：类比“方程x2＝1的解集是{1，－1}，解集中的每一个元素均可使等式成立”．不等式x2>1的解集及其含义是什么？
[提示] 不等式x2>1的解集为{x|x<－1或x>1}，该集合中每一个元素都是不等式的解，即不等式的每一个解均使不等式成立．
4．三个“二次”的关系
设f(x)＝ax2＋bx＋c(a＞0)，方程ax2＋bx＋c＝0的判别式Δ＝b2－4ac
判别式
Δ＞0
Δ＝0
Δ＜0
解不等式f(x)＞0或f(x)＜0的步骤
求方程f(x)＝0的解
有两个不等的实数解x1，x2
有两个相等的实数解x1＝x2
没有实数解
画函数y＝f(x)的示意图
得等的集不式解
f(x)＞0
{x|x＜x1或x＞x2}
R
f(x)＜0
{x|x1＜x＜x2}
?
?
思考：若一元二次不等式ax2＋x－1>0的解集为R，则实数a应满足什么条件？
[提示] 结合二次函数图象可知，若一元二次不等式ax2＋x－1>0的解集为R，则解得a∈?，所以不存在a使不等式ax2＋x－1>0的解集为R.
1．不等式3＋5x－2x2≤0的解集为( )
A．
B．
C．
D．R
C [3＋5x－2x2≤0?2x2－5x－3≥0?(x－3)(2x＋1)≥0?x≥3或x≤－.]
2．不等式3x2－2x＋1＞0的解集为( )
A．
B．
C．?
D．R
D [因为Δ＝(－2)2－4×3×1＝4－12＝－8＜0，所以不等式3x2－2x＋1＞0的解集为R.]
3．不等式x2－2x－5>2x的解集是
．
{x|x>5或x<－1} [由x2－2x－5>2x，得x2－4x－5>0，
因为x2－4x－5＝0的两根为－1，5，
故x2－4x－5>0的解集为{x|x<－1或x>5}．]
4．不等式－3x2＋5x－4>0的解集为
．
? [原不等式变形为3x2－5x＋4<0.
因为Δ＝(－5)2－4×3×4＝－23<0，所以3x2－5x＋4＝0无解．
由函数y＝3x2－5x＋4的图象可知，3x2－5x＋4<0的解集为?.]
一元二次不等式的解法
【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≤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.
解一元二次不等式的一般步骤
(1)通过对不等式变形，使二次项系数大于零；
(2)计算对应方程的判别式；
(3)求出相应的一元二次方程的根，或根据判别式说明方程没有实根；
(4)根据函数图象与x轴的相关位置写出不等式的解集．
1．解下列不等式
(1)2x2－3x－2>0；
(2)x2－4x＋4>0；
(3)－x2＋2x－3<0；
(4)－3x2＋5x－2>0.
[解] (1)∵Δ>0，方程2x2－3x－2＝0的根是x1＝
－，x2＝2，
∴不等式2x2－3x－2>0的解集为
.
(2)∵Δ＝0，方程x2－4x＋4＝0的根是x1＝x2＝2，
∴不等式x2－4x＋4>0的解集为.
(3)原不等式可化为x2－2x＋3>0，
由于Δ<0，方程x2－2x＋3＝0无解，
∴不等式－x2＋2x－3<0的解集为R.
(4)原不等式可化为3x2－5x＋2<0，
由于Δ>0，方程3x2－5x＋2＝0的两根为x1＝，x2＝1，
∴不等式－3x2＋5x－2>0的解集为.
含参数的一元二次不等式的解法
【例2】 解关于x的不等式ax2－(a＋1)x＋1<0.
思路探究：①对于二次项的系数a是否分a＝0，a<0，a>0三类进行讨论？②当a≠0时，是否还要比较两根的大小？
[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，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－)·(x－1)<0.
若<1，即a>1，则若＝1，即a＝1，则x∈?；
若>1，即0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01时，原不等式的解集为{x解含参数的一元二次不等式时的注意点
(1)若二次项系数含有参数，则需对二次项系数大于0与小于0进行讨论；
(2)若求对应一元二次方程的根需用公式，则应对判别式Δ进行讨论；
(3)若求出的根中含有参数，则应对两根的大小进行讨论．
2．解关于x的不等式：ax2－2≥2x－ax(a<0).
[解] 原不等式移项得ax2＋(a－2)x－2≥0，
化简为(x＋1)(ax－2)≥0.
∵a<0，∴(x＋1)≤0.
当－2当a＝－2时，x＝－1；
当a<－2时，－1≤x≤.
综上所述，
当－2解集为；
当a＝－2时，
解集为{x|x＝－1}；
当a<－2时，
解集为.
一元二次不等式、二次方程、二次函数的关系
[探究问题]
1．利用函数y＝x2－2x－3的图象说明当y>0、y<0、y＝0时x的取值集合分别是什么？这说明二次函数与二次方程、二次不等式有何关系？
[提示] y＝x2－2x－3的图象如图所示．
函数y＝x2－2x－3的值满足y>0时自变量x组成的集合，亦即二次函数y＝x2－2x－3的图象在x轴上方时点的横坐标x的集合{x|x<－1或x>3}；同理，满足y<0时x的取值集合为{x|－1方程ax2＋bx＋c＝0(a≠0)和不等式ax2＋bx＋c>0(a>0)或ax2＋bx＋c<0(a>0)是函数y＝ax2＋bx＋c(a≠0)的一种特殊情况，它们之间是一种包含关系，也就是当y＝0时，函数y＝ax2＋bx＋c(a≠0)就转化为方程，当y>0或y<0时，就转化为一元二次不等式．
2．方程x2－2x－3＝0与不等式x2－2x－3>0的解集分别是什么？观察结果你发现什么问题？这又说明什么？
[提示] 方程x2－2x－3＝0的解集为{－1，3}．
不等式x2－2x－3>0的解集为{x|x<－1或x>3}，观察发现不等式x2－2x－3>0解集的端点值恰好是方程x2－2x－3＝0的根．
3．设一元二次不等式ax2＋bx＋c>0(a>0)和ax2＋bx＋c<0(a>0)的解集分别为{x|xx2}，{x|x1[提示] 一元二次不等式ax2＋bx＋c>0(a>0)和ax2＋bx＋c<0(a>0)的解集分别为{x|xx2}，{x|x1【例3】 已知关于x的不等式ax2＋bx＋c>0的解集为{x|2思路探究：→→
→→
[解] 法一：由不等式ax2＋bx＋c>0的解集为{x|20，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|21．(变结论)本例中的条件不变，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.
解之得.
2．(变条件)若将本例中的条件“关于x的不等式ax2＋bx＋c>0的解集为{x|2[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，
∴所求不等式变为x2＋x＋a＜0，即2ax2＋5ax－3a＞0.
又∵a＜0，∴2x2＋5x－3＜0，
所求不等式的解集为{x}．
法二：由已知得a＜0
且＋2＝－，×2＝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(c＞0)的解集为.
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．解一元二次不等式的常见方法
(1)图象法：由一元二次方程、一元二次不等式及二次函数的关系，可以得到解一元二次不等式的一般步骤：
①化不等式为标准形式：ax2＋bx＋c＞0(a＞0)或ax2＋bx＋c＜0(a＞0)；
②求方程ax2＋bx＋c＝0(a＞0)的根，并画出对应函数y＝ax2＋bx＋c图象的简图；
③由图象得出不等式的解集．
(2)代数法：将所给不等式化为一般式后借助分解因式或配方求解．
当m若(x－m)(x－n)＜0，则可得{x|m＜x＜n}．
有口诀如下：大于取两边，小于取中间．
2．含参数的一元二次型的不等式
在解含参数的一元二次型的不等式时，往往要对参数进行分类讨论，为了做到分类“不重不漏”，讨论需从如下三个方面进行考虑：
(1)关于不等式类型的讨论：二次项系数a＞0，a＜0，a＝0.
(2)关于不等式对应的方程根的讨论：两根(Δ>0)，一根(Δ＝0)，无根(Δ<0).
(3)关于不等式对应的方程根的大小的讨论：x1＞x2，
x1＝x2，x1＜x2.
3．由一元二次不等式的解集可以逆推二次函数图象的开口及与x轴的交点坐标．
1．判断正误
(1)mx2－5x<0是一元二次不等式．
( )
(2)若a>0，则一元二次不等式ax2＋1>0无解．
( )
(3)若一元二次方程ax2＋bx＋c＝0的两根为x1，x2(x1( )
(4)不等式x2－2x＋3>0的解集为R.
( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)√
[提示] (1)错误．当m＝0时，是一元一次不等式；当m≠0时，是一元二次不等式．(2)错误．因为a>0，所以不等式ax2＋1>0恒成立，即原不等式的解集为R.(3)错误．当a>0时，ax2＋bx＋c<0的解集为{x|x1(4)正确．因为Δ＝(－2)2－12<0，所以不等式x2－2x＋3>0的解集为R.
2．设a<－1，则关于x的不等式a(x－a)<0的解集为
．
[因为a<－1，所以a(x－a)·<0?(x－a)·>0.又a<－1，所以>a，所以x>或x3．若不等式ax2＋bx＋2>0的解集是，则a＋b的值为
．
－14 [由已知得，ax2＋bx＋2＝0的解为－，，且a<0.
∴解得
∴a＋b＝－14.]
4．解下列不等式：
(1)x(7－x)≥12；
(2)x2>2(x－1).
[解] (1)原不等式可化为x2－7x＋12≤0，因为方程x2－7x＋12＝0的两根为x1＝3，x2＝4，
所以原不等式的解集为{x|3≤x≤4}．
(2)原不等式可以化为x2－2x＋2>0，
因为判别式Δ＝4－8＝－4<0，方程x2－2x＋2＝0无实根，而抛物线y＝x2－2x＋2的图象开口向上，
所以原不等式的解集为R.
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