Неравенства Содержание 1) Основное понятие неравенства 2) Основные свойства числовых неравенств. Неравенства содержащие переменную. 3) Графическое решение неравенств второй степени 4) Системы неравенств. Неравенства и системы неравенств с двумя переменными. 5) Решение рациональных неравенств методом интервалов 6) Решение неравенств, содержащих переменную под знаком модуля 1. Основное понятие неравенства Неравенство [inequality] — соотношение между числами (или любыми математическими выражениями, способными принимать численное значение), указывающее, какое из них больше или меньше другого. Над этими выражениями можно по определенным правилам производить следующие действия: сложение, вычитание, умножение и деление (причем при умножении или делении Н. на отрицательное число смысл его меняется на противоположный). Одно из основных понятий линейного программирования — линейные неравенства вида a 1 x 1 + a 2 x 2 +... + an xn * b , где a 1 ,..., an , b — постоянные и знак * — один из знаков неравенства, напр. ≥, <, ≤. В матричной алгебре знак ≥ означает что все элементы матрицы , расположенной слева, не меньше (а хотя бы часть из них больше) соответствующих элементов матрицы, расположенной справа. В отличие от этого знак ≤ означает, что все элементы левой матрицы не меньше соответствующих элементов правой матрицы; в частности, все соответствующие элементы могут быть попарно равны. (Иногда применяются и другие обозначения.) Классификация неравенств Неравенства, содержащие неизвестные величины, подразделяются на:[1] · алгебраические · трансцендентные Алгебраические неравенства подразделяются на неравенства первой, второй, и т. д. степени. Пример: Неравенство - алгебраическое, второй степени. Неравенство - трансцендентное. 2. Основные свойства числовых неравенств . Неравенства содержащие переменную 1) Если a>b , b<a; 2) Если a>b b>c a>c; 3) Если a>b a+c>b+c; 4) Если a+b>c a> c-b; 5) Если обе части верного неравенства умножить на одно и то же положительное число, то получится верное неравенство; 6) Если обе части верного неравенства умножить на одно и то же число и изменить знак на противоположный, то получится верное неравенство; 7) Множество всех х, при которых имеют смысл выражения f(x) и g(x), называется областью определения неравенства f(x) >g(x); 8) Два неравенства, содержащие одну и ту же переменную, называются равносильными, если они имеют общее множество решений (множество решений этих неравенств совпадают); 9) Если к обеим частям неравенства прибавить(или вычесть) любую функцию J(x). область определения которой содержит область определения неравенств, то получится новое неравенств, равносильное данному; 10) Если обе части неравенства f(x) >g(x) умножить (или разделить) на любую функцию J(x), определенную для всех значений переменной х из области определения данного неравенства, сохраняющую постоянный знак и отличную от нуля, то при J(x)>0 получится неравенство, равносильное данном, а при J(x)<0 равносильным данному является неравенство противоположного знака. Неравенства с одной переменной. Пусть дано неравенство f(x) >g(x). Всякое значение переменной, при котором данное неравенство с одной переменной обращается в верное числовое неравенство, называется решением неравенства с одной переменной. Решить неравенство с переменной - значит найти все его решения или доказать, что их нет. Два неравенства с одной переменной называются равносильными, если решения этих неравенств совпадают. 3. Графическое решение неравенств второй степени 1) Графиком квадратичной функции y = ах2 +bх + с является парабола с ветвями, направленными вверх, если а > 0 , и вниз, если а < 0 (иногда говорят, что парабола направлена выпуклостью вниз, если а > 0 и выпуклостью вверх, если а < 0 ). При этом возможны три случая: 2) Парабола пересекает ось 0х (т. е. уравнение ах2 + bх + с = 0 имеет два различных корня). То есть, если а<0 то решением неравенства является множество [x1;x2]. y = ах2 +bх + с a>0 D>0 y = ах2 +bх + с a <0 D >0, Парабола имеет вершину на оси 0х (т. е. уравнение ах2 + х + с = 0 имеет один корень, так называемый двукратный корень) То есть, если d=0, то при a>0 решением неравенства служит вся числовая прямая, а при a<0 единственная точка х1, являющаяся единственным корнем квадратного трехчлена ах2 + х + с y = ах2 +bх + с a>0 D = 0 y = ах2 +bх + с a <0 D =0, 3) Если d<0 то график квадратного трехчлена f(x) = ах2 +bх + с не пересекает ось Ох и лежит выше этой оси при a>0 и ниже ее при a<0 В первом случае множество решений неравенства есть вся числовая прямая, а во втором оно является пустым. 4) y = ах2 +bх + с a>0 D < 0 y = ах2 +bх + с a <0 D< 0, 4) Решить неравенство графическим способом 1) 3х2 -4х ; 3х2 -4х . 1. Пусть f(x) = 3х2 -4х - 7 тогда найдем такие х при которых f(x) ; 2. Найдем нули функции. 3х2 -4х-7=0, D=100, Х=-1 Х=7\3. f(x) при х . Ответ f(x) при х . 2) х2 >-4x-5; x2 +4x +5>0; Пусть f(x)=х2 +4х +5 тогда Найдем такие х при которых f(x)>0, X2 +4x+5=0, D=-4 Нет нулей. Ответ . 4. Системы неравенств. Неравенства и системы неравенств с двумя переменными 1) Множество решений системы неравенств есть пересечение множеств решений входящих в нее неравенств. 2) Множество решений неравенства f(х;у)>0 можно графически изобразить на координатной плоскости. Обычно линия, заданная уравнением f(х;у)=0 ,разбивает плоскость на 2 части, одна из которых является решением неравенства. Чтобы определить, какая из частей, надо подставить координаты произвольной точки М(х0;у0) , не лежащей на линии f(х;у)=0, в неравенство. Если f(х0;у0) > 0 , то решением неравенства является часть плоскости, содержащая точку М0. если f(х0;у0)<0, то другая часть плоскости. 3) Множество решений системы неравенств есть пересечение множеств решений входящих в нее неравенств. Пусть, например, задана система неравенств: . Для первого неравенства множество решений есть круг радиусом 2 и с центром в начале координат, а для второго- полуплоскость, расположенная над прямой 2х+3у=0. Множеством решений данной системы служит пересечение указанных множеств, т.е. полукруг. 4) Пример. Решить систему неравенств: Решением 1-го неравенства служит множество , 2-го множество (2;7) и третьего - множество . Пересечением указанных множеств является промежуток(2;3], который и есть множество решений системы неравенств. 5. Решение рациональных неравенств методом интервалов В основе метода интервалов лежит следующее свойство двучлена (х-а ): точка х=α делит числовую ось на две части — справа от точки α двучлен (х‑α)>0 , а слева от точки α (х-α)<0 . Пусть требуется решить неравенство (x-α1 )(x-α2 )...(x-αn )>0 , где α1 , α2 ...αn-1 , αn — фиксированные числа, среди которых нет равных, причем такие, что α1 < α2 <...< αn-1 < αn . Для решения неравенства (x-α1 )(x-α2 )...(x‑αn )>0 методом интервалов поступают следующим образом: на числовую ось наносят числа α1 , α2 ...αn-1 , αn ; в промежутке справа от наибольшего из них, т.е. числа αn , ставят знак «плюс», в следующем за ним справа налево интервале ставят знак «минус», затем — знак «плюс», затем знак «минус» и т.д. Тогда множество всех решений неравенства (x-α1 )(x‑α2 )...(x-αn )>0 будет объединение всех промежутков, в которых поставлен знак «плюс», а множество решений неравенства (x-α1 )(x-α2 )...(x‑αn )<0 будет объединение всех промежутков, в которых поставлен знак «минус». 1) Решение рациональных неравенств (т.е неравенств вида P(x) Q(x) где – многочлены) основано на следующем свойстве непрерывной функции: если непрерывная функция обращается в нуль в точках х1 и х2 (х1;х2) и между этими точками не имеет других корней, то в промежутках(х1;х2) функция сохраняет свой знак. Поэтому для нахождения промежутков знакопостоянства функции y=f(x) на числовой прямой отмечают все точки, в которых функция f(x) обращается в нуль или терпит разрыв. Эти точки разбивают числовую прямую на несколько промежутков, внутри каждого из которых функция f(x) непрерывна и не обращается в нуль, т.е. сохраняет знак. Чтобы определить этот знак, достаточно найти знак функции в какой либо точке рассматриваемого промежутка числовой прямой. 2) Для определения интервалов знакопостоянства рациональной функции, т.е. Для решения рационального неравенства, отмечаем на числовой прямой корни числителя и корни знаменателя, которые как и являются корнями и точками разрыва рациональной функции. Решение неравенств методом интервалов 3. < 20. Решение . Область допустимых значений определяется системой неравенств: . Для функции f(x) = – 20. Находим f(x) : откуда x = 29 и x = 13. f (30) = – 20 = 0,3 > 0, f (5) = – 1 – 20 = – 10 < 0. Ответ: [4; 29). х2 +х-2 Пусть f(x)=х2 +х-2 тогда найдем такие х при которых f(x)<0. Найдем нули х=1, х=-2. х3 -4х<0 x(x2 -4)<0 x(x-2)(x+2)<0 x=0 x=2 x=-2 6. Решение неравенств, содержащих переменную под знаком модуля Решение неравенства, содержащего выражение , приводит к рассмотрению двух случаев: Можно воспользоваться геометрической интерпретацией модуля действительного числа, согласно которой |a| означает расстояние точки а координатной прямой от начала отсчета О , а |a-b| означает расстояние между точками а и b на координатной прямой. Можно использовать метод возведения в квадрат обеих частей неравенства, основанный на следующей теореме. Если выражения f(x) и g(x) при любых х принимают только неотрицательные значения, то неравенства f(x)>g(x) и (f(x))2 >(g(x))2 равносильны. Можно использовать свойства неравенств, содержащих переменную под знаком модуля: Решить неравенство: . Объединяя результаты получим .