什么是一元二次不等式?
一元二次不等式就是把一个二次式与零进行比较,例如 \(\text{a}x^{2}+\text{b}x+\text{c} > 0\)。它的解,是所有使该式成立的实数 \(x\) 的集合。由于二次函数的图象是一条抛物线,所以解集的形态总是落在几种固定情况之中:向两侧延伸的两条射线、一段有界区间、全体实数、单独一个点,或者无解。这属于纯数学范畴,无论在哪个国家,规律都完全一致。
如何使用本计算器
先选择要作用于 \(\text{a}x^{2}+\text{b}x+\text{c}\) 的不等号,再依次输入系数 a、b、c。其中 \(\text{a}\) 必须不为零,否则该式退化为一次式,这时应改用一元一次不等式求解器。接着设定显示的有效数字位数,即可直接读出解集、判别式、两个根,以及用于画图的抛物线顶点。
解题方法详解
第一步,计算判别式 $$D = \text{b}^{2}-4\,\text{a}\,\text{c}$$ 当 \(D > 0\) 时,方程有两个不同的根 lo 和 hi;当 \(D = 0\) 时,有一个二重根;当 \(D < 0\) 时,没有实数根。第二步,判断抛物线的开口方向:当 \(\text{a} > 0\) 时开口向上(两根之间取负值,两根之外取正值),当 \(\text{a} < 0\) 时开口向下(正负号正好相反)。最后,把所选的不等号与这些区域对应起来即可得到解:「大于」一类取两根之外,「小于」一类取两根之间;只有非严格不等号(≥、≤)才把端点也包含进来。
例题演示
求解 \(x^{2}+x-2 > 0\)。这里 \(\text{a} = 1\),\(\text{b} = 1\),\(\text{c} = -2\)。\(D = 1-4(1)(-2) = 9\),所以 \(\sqrt{D} = 3\)。两根为 \(\frac{-1-3}{2} = -2\) 与 \(\frac{-1+3}{2} = 1\),即 lo \(= -2\),hi \(= 1\)。由于 \(\text{a} > 0\) 且不等号为「>」,二次式在两根之外取正值,所以解为 \(x < -2\) 或 \(x > 1\)。顶点坐标为 \(x = -0.5\),\(y = -2.25\)。 $$x = \frac{-\text{b} \pm \sqrt{\text{b}^{2} - 4\,\text{a}\,\text{c}}}{2\,\text{a}}$$
常见问题
当 \(D < 0\) 时会怎样?此时抛物线不与 x 轴相交。对开口向上的抛物线,二次式恒为正,所以「>」和「≥」的解是全体实数,而「<」和「≤」则无解;开口向下的抛物线情况正好相反。
为什么二重根的情况只得到一个点?当 \(D = 0\) 时,抛物线在 \(r = \frac{-\text{b}}{2\,\text{a}}\) 处恰好与 x 轴相切。只有与相切方向相符的非严格不等号(例如 \(\text{a} > 0\) 时的「≤」)才在该点成立,从而解为 \(x = r\)。
\(\text{a}\) 可以等于零吗?不可以。当 \(\text{a} = 0\) 时,该式变成一次式,求根公式会出现除以零的情况,因此计算器会提示你改用一元一次不等式求解器。