Повні розв’язки, як у зошиті. Хочеш розібратися самостійно — під кожним завданням є «Пояснення з репетитором».
§ 12. Квадратні нерівності Quadratic Inequalities
Завдання 647
Параметричні нерівності
Знайти всі m, при яких нерівність виконується для будь-якого дійсного x: а) x2−mx+4>0; б) x2−6mx+m≥0; в) mx2−4x+m+3<0.
Розв’язання
а) Нерівність x2−mx+4>0 має виконуватися для всіх x. Коефіцієнт при x2 дорівнює 1>0, тому парабола відкрита вгору. Потрібно, щоб дискримінант був від'ємним: D=(−m)2−4⋅1⋅4<0.
Обчислимо дискримінант: m2−16<0, звідки −4<m<4.
б) Нерівність x2−6mx+m≥0 має виконуватися для всіх x. Коефіцієнт при x2 дорівнює 1>0. Дискримінант: D=(−6m)2−4⋅1⋅m≤0.
Спростимо нерівність для m: 36m2−4m≤0, поділимо на 4: 9m2−m≤0, звідки m(9m−1)≤0.
Розв'яжемо нерівність для m: корені 0 і 1/9, отже 0≤m≤91.
в) Нерівність mx2−4x+m+3<0 має виконуватися для всіх x. Якщо m=0, отримуємо −4x+3<0, що не виконується для всіх x. Отже, m=0. Оскільки нерівність сустрога (<), парабола має бути повністю нижче осі Ox, тому m<0 і дискримінант від'ємний: D=(−4)2−4⋅m⋅(m+3)<0.
Спростимо умову для D: 16−4m2−12m<0, поділимо на 4: 4−m2−3m<0, або m2+3m−4>0.
Знайдемо корені для m2+3m−4=0: (m+4)(m−1)=0, корені −4 і 1. Нерівність виконується при m<−4 або m>1.
Об'єднаємо умови: m<0 та (m<−4 або m>1). Перетин множин: m<−4 або m>1.
Відповідь:
а) −4<m<4; б) 0≤m≤91; в) m<−4 або m>1.
Завдання 648
Система нерівностей з параметром
Розв'язати систему для кожного значення параметра a: а) {x2+x−2<0x<a; б) {x2−3x−4≥0x≤a.
Розв’язання
а) Розв'яжемо x2+x−2<0. Корені рівняння x2+x−2=0: (x+2)(x−1)=0, корені −2 і 1. Оскільки знак <, розв'язок: −2<x<1.
Друга нерівність системи: x<a. Перетин множин (−2;1) та (−∞;a).
Якщо a≤−2, то перетин порожній (бо x має бути більшим за −2 і меншим за a≤−2).
Якщо −2<a≤1, то верхня межа визначається a, отже −2<x<a.
Якщо a>1, то верхня межа визначається 1, отже −2<x<1.
б) Розв'яжемо x2−3x−4≥0. Корені: (x−4)(x+1)=0, корені −1 і 4. Оскільки знак ≥, розв'язок: x≤−1 або x≥4.
Друга нерівність системи: x≤a. Перетин множин ((−∞;−1]∪[4;+∞)) та (−∞;a].
Якщо a<−1, то перетин: (−∞;a].
Якщо a=−1, то перетин: (−∞;−1].
Якщо −1<a<4, то перетин: (−∞;−1].
Якщо a≥4, то перетин: (−∞;−1]∪[4;a].
Відповідь:
а) при a≤−2 — розв'язків немає; при −2<a≤1 — x∈(−2;a); при a>1 — x∈(−2;1). б) при a<4 — x∈(−∞;−1]; при a≥4 — x∈(−∞;−1]∪[4;a].
Завдання 649
Система нерівностей з параметром
Розв'язати систему для кожного значення параметра a: а) {x2+x−6≤0x≥a; б) {x2−2x−8>0x>a.
Розв’язання
а) Розв'яжемо x2+x−6≤0. Корені: (x+3)(x−2)=0, корені −3 і 2. Оскільки знак ≤, розв'язок: −3≤x≤2.
Друга нерівність системи: x≥a. Перетин множин [−3;2] та [a;+∞).
Якщо a>2, то перетин порожній (бо x має бути ≤2 і ≥a>2).
Якщо −3≤a≤2, то нижня межа визначається a, отже a≤x≤2.
Якщо a<−3, то нижня межа визначається −3, отже −3≤x≤2.
б) Розв'яжемо x2−2x−8>0. Корені: (x−4)(x+2)=0, корені −2 і 4. Оскільки знак >, розв'язок: x<−2 або x>4.
Друга нерівність системи: x>a. Перетин множин (−∞;−2)∪(4;+∞) та (a;+∞).
Якщо a<−2, то перетин: (−2;+∞)? Ні, уважно. Множина x<−2 перетинається з x>a. Якщо a<−2, то частина (−2;+∞) повністю входить, а частина (−∞;−2) перетинається з (a;+∞) на проміжку (a;−2). Отже, x∈(a;−2)∪(4;+∞).
Якщо −2≤a<4, то частина (−∞;−2) не перетинається з (a;+∞) (бо a≥−2), залишається тільки (4;+∞).
Якщо a≥4, то частина (4;+∞) перетинається з (a;+∞) на проміжку (a;+∞).
Відповідь:
а) при a>2 — розв'язків немає; при −3≤a≤2 — x∈[a;2]; при a<−3 — x∈[−3;2]. б) при a<−2 — x∈(a;−2)∪(4;+∞); при −2≤a<4 — x∈(4;+∞); при a≥4 — x∈(a;+∞).
Завдання 650
Розв'язання рівнянь з параметром
Для кожного значення параметра a розв'яжи рівняння: а) 9−x2x2−(a−1)x+2a−6=0; б) x2−2x−3x2−(a−2)x+2a−8=0.
Розв’язання
Варіант а): Область визначення: 9−x2>0⇒x2<9⇒−3<x<3. Чисельник: x2−(a−1)x+2a−6=0. Дискримінант D=(a−1)2−4(2a−6)=a2−2a+1−8a+24=a2−10a+25=(a−5)2. Корені: x1,2=2a−1±(a−5). Отже, x1=a−3, x2=2. Перевіримо умову −3<x<3: якщо a=5, то x1=2 (підходить), x2=2 (підходить). Якщо a=5, корені різні. - Якщо a>6, то x1=a−3>3 (не підходить), x2=2 (підходить). Відповідь: {2}. - Якщо a=5, корені збігаються (x=2). Відповідь: {2}. - Якщо 4<a<6, то −3<a−3<3 і x2=2. Відповідь: {a−3,2}. - Якщо a=4, то x1=1,x2=2. Відповідь: {1,2}. - Якщо a<4, то a−3<1. Але треба перевірити межі. Наприклад, при a=0, x1=−3 (не підходить), x2=2. При a=−2, x1=−5 (не підходить). Уточнення: Корені рівняння x2−(a−1)x+2a−6=0: (x−2)(x−(a−3))=0. Корені: x1=2, x2=a−3. Умова −3<x<3. - x1=2 завжди підходить. - x2=a−3: підходить, якщо −3<a−3<3⇒0<a<6. Отже: при a∈(0;6] відповідь {2,a−3} (якщо a=6, то {2,3} — ні, x<3, отже a−3=3, тобто a=6). При a=6, x2=3 (не підходить). Правильно: при a∈(0;6) відповідь {2,a−3}. При a≤0 або a≥6 відповідь {2}.
Варіант б): Область визначення: x2−2x−3>0⇒(x−3)(x+1)>0⇒x<−1 або x>3. Чисельник: x2−(a−2)x+2a−8=0. Розкладемо на множники: (x−2)(x−(a−4))=0. Корені: x1=2, x2=a−4. Перевіримо умову області визначення для цих коренів. - x1=2: не підходить (бо 2 знаходиться між −1 і 3). - x2=a−4: має задовольняти a−4<−1 або a−4>3. a−4<−1⇒a<3. a−4>3⇒a>7. Отже, при a<3 або a>7 відповідь {a−4}. При 3≤a≤7 рівняння не має розв'язків.
Відповідь:
а) Якщо 0<a<6, то x∈{2,a−3}; якщо a≤0 або a≥6, то x=2. б) Якщо a<3 або a>7, то x=a−4; якщо 3≤a≤7, то розв'язків немає.
Завдання 651
Кількість коренів рівняння з параметром
Для кожного значення параметра a вкажи кількість коренів рівняння: а) x2+4xx2−(2a+3)x+6a=0; б) 12+4x−x2x2−(a+3)x+4(a−1)=0.
Розв’язання
Варіант а): Чисельник: x2−(2a+3)x+6a=(x−3)(x−2a). Корені чисельника: x1=3, x2=2a. Область визначення знаменника: x2+4x>0⇒x(x+4)>0⇒x<−4 або x>0. Перевірка коренів: - x1=3: завжди >0, тобто завжди підходить. (1 корінь). - x2=2a: підходить, якщо 2a>0⇒a>0. Якщо a>0, то ще один корінь. Якщо a≤0, то 2a≤0 (не підходить або дорівнює 0). Отже: при a>0 — 2 корені; при a≤0 — 1 корінь (x=3).
Варіант б): Чисельник: x2−(a+3)x+4(a−1). Дискримінант D=(a+3)2−16(a−1)=a2+6a+9−16a+16=a2−10a+25=(a−5)2. Корені: x1,2=2a+3±(a−5). x1=22a−2=a−1. x2=22a+8=a+4. Область визначення знаменника: 12+4x−x2>0⇒x2−4x−12<0⇒(x−6)(x+2)<0⇒−2<x<6. Перевірка коренів на умову −2<x<6: - x1=a−1: підходить, якщо −2<a−1<6⇒−1<a<7. - x2=a+4: підходить, якщо −2<a+4<6⇒−6<a<2. Аналіз проміжків для a: - Якщо a∈(−1;2): обидва корені підходять (2 корені). - Якщо a=2: x1=1 (так), x2=6 (ні, бо x<6). 1 корінь. - Якщо a∈(−6;−1]: x1≤−2 (ні), x2<5 (так). 1 корінь. - Якщо a=−6: x1=−7 (ні), x2=−2 (ні). 0 коренів. - Якщо a∈(−∞;−6): обидва корені менші за -2. 0 коренів. - Якщо a≥7: x1≥6 (ні), x2>11 (ні). 0 коренів.
Відповідь:
а) При a>0 — 2 корені; при a≤0 — 1 корінь. б) При −1<a<2 — 2 корені; при a=−6,a=2,a=7 — 1 або 0 коренів (точніше: при a=2 один, при a=−6 один? Ні, при a=−6, x1=−7, x2=−2. Обидва не підходять. При a=7, x1=6, x2=11. Не підходять). Правильний розподіл: - 2 корені: −1<a<2. - 1 корінь: a∈(−∞;−6)∪(2;7)? Перевіримо межі. При a=−6: x1=−7,x2=−2. Область (−2;6). Жоден не підходить. При a=7: x1=6,x2=11. Область (−2;6). Жоден не підходить. При a=2: x1=1,x2=6. 1 підходить, 6 ні. (1 корінь). При a=−1: x1=−2,x2=3. −2 ні, 3 так. (1 корінь). Отже: - 2 корені: (−1;2). - 1 корінь: [−6;−1]∪[2;7]? Ні, при a=−5: x1=−6 (ні), x2=−1 (так). При a=5: x1=4 (так), x2=9 (ні). Тобто: - 2 корені: −1<a<2. - 1 корінь: a∈(−∞;−6)∪(−6;−1]∪[2;7)∪(7;∞)? Ні, при a=−6 і a=7 коренів немає. Правильно: - 2 корені: −1<a<2. - 1 корінь: a∈(−∞;−6)∪(−6;−1]∪[2;7)∪(7;∞) — це не так. Давайте простіше: x1 підходить при −1<a<7. x2 підходить при −6<a<2. Перетин: (−1;2) — 2 корені. Тільки x1: (−1;7)∖(−6;2)=[2;7). (При a=2 один, при a=7 нуль). Тільки x2: (−6;−1]. (При a=−1 один, при a=−6 нуль). Жоден: a≤−6 або a≥7.
Варіант а): Рівняння x2−x−2=0⇒(x−2)(x+1)=0, корені −1,2. Парабола y=x2 менша за пряму y=x+2 між точками перетину. Відповідь: (−1;2).
Варіант б): Розглянемо два випадки для модуля. - Якщо x≥0: (x−2)2=x⇒x2−4x+4−x=0⇒x2−5x+4=0⇒(x−1)(x−4)=0, корені 1,4. - Якщо x<0: (x−2)2=−x⇒x2−4x+4+x=0⇒x2−3x+4=0, дискримінант від'ємний, перетинів немає. Порівняємо графи: парабола y=(x−2)2 і пряма y=x (для x≥0). При x=0: 4≥0 (так). Між 1 і 4 парабола нижча за пряму (4≥1 — ні, 1≥1 так, але треба перевірити значення). Перевіримо: при x=2, ліва частина 0, права 2. 0≥2 — ні. Отже, між коренями нерівність не виконується. Зовні коренів ([0;1] і [4;∞)) парабола вища.
Відповідь:
[0;1]∪[4;∞). (З урахуванням x<0, де нерівність завжди виконується, бо (x−2)2>0 і ∣x∣>0, але парабола швидше росте? При x=−1: 9≥1 — так. Тобто для x<0 також підходить).
Завдання 653
Розв'язування нерівностей з модулем
а) ∣x2−5x∣≥6; б) ∣x2+5x∣<7−x2; в) ∣x+2∣(x+4)≤3x.
Розв’язання
Пункт а): Запишемо систему нерівностей: {x2−5x≥6x2−5x≤−6. Розв'яжемо першу: x2−5x−6=0, корені x1=−1,x2=6, розв'язок x∈(−∞;−1]∪[6;+∞). Друга нерівність не має розв'язків (D<0 і парабола відкрита вгору). Об'єднуємо: x∈(−∞;−1]∪[6;+∞).
Пункт в): Розглянемо випадок x=0: ∣2∣⋅4=8≤0, отже x=0. Якщо x>−2, то ∣x+2∣=x+2, нерівність (x+2)(x+4)≤3x⇒x2+6x+8≤3x⇒x2+3x+8≤0. Дискримінант від'ємний, розв'язків немає. Якщо x<−2, то ∣x+2∣=−(x+2), нерівність −(x+2)(x+4)≤3x⇒−x2−6x−8≤3x⇒x2+9x+8≥0. Корені −8 і −1, розв'язок (−∞;−8]∪[−1;+∞). Перетин з умовою x<−2: (−∞;−8].
а) З другого рівняння y=6−2x. Підставимо в перше: x−2(6−2x)=−2⇒x−12+4x=−2⇒5x=10⇒x=2. Тоді y=6−4=2. Відповідь (2;2).
б) Додамо рівняння: (−2x+y)+(3x−y)=−4+5⇒x=1. Підставимо в перше: −2(1)+y=−4⇒y=−2. Відповідь (1;−2).
в) Помножимо перше на 3, друге на 2: {6x−12y=486x+10y=18. Віднімемо: −22y=30⇒y=−1115. Підставимо в перше: 2x−4(−1115)=16⇒2x+1160=11176⇒2x=11116⇒x=1158. Відповідь (1158;−1115).
Відповідь:
а) x=2,y=2; б) x=1,y=−2; в) x=1158,y=−1115.
Завдання 655
Задача на знаходження кількості людей за умовою про внески
Друзі придбали подарунок на суму 2600 грн. Якщо кількість осіб була б на 3 більшою, то внесок кожного був би на 60 грн меншим. Потрібно знайти початкову кількість осіб.
Розв’язання
Складемо рівняння: x2600−x+32600=60. Поділимо все на 20: x130−x+3130=3.
Помножимо на x(x+3): 130(x+3)−130x=3x(x+3)⇒130x+390−130x=3x2+9x⇒390=3x2+9x.
Розділимо на 3: x2+3x−130=0. Дискримінант D=9−4(1)(−130)=529, D=23. Корені: x1=2−3+23=10, x2=2−3−23=−13.
Відкидаємо від'ємний корінь. Кількість осіб 10. Перевірка: внесок 260 грн. Якщо людей 13, внесок 200 грн, різниця 60 грн — правильно.
Відповідь:
10 осіб.
Завдання 656
Спрощення виразів
а) 9x2y⋅(−0,5x2y); б) (−0,5ab3)⋅(−24a2b3).
Розв’язання
Для пункту а) множимо числа 9⋅(−0,5)=−4,5. Змінні x2⋅x2 дають x2+2=x4, а y⋅y дають y1+1=y2. Отже, −4,5x4y2.
Для пункту б) множимо числа (−0,5)⋅(−24)=12. Змінні a⋅a2 дають a1+2=a3, а b3⋅b3 дають b3+3=b6. Отже, 12a3b6.