穿针引线法的前世今生

前言

前世方法

穿针引线法的前世–零点分区间讨论法

说起穿针引线法,不得不说零点分区间讨论法,比如碰到高次不等式,也有人这样来解。

比如解不等式((x+1)(x-2)(x+3)>0),为便于表述令(P=(x+1)(x-2)(x+3))

先找到零点(x=-3,x=-1,x=2),然后分区间列表得到

[egin{array}{c |ccccccc}
x范围& x<-3&x=-3&-3<x<-1&x=-1&-1<x<2&x=2 &x>2\
hline
P的值& – & 0 &+& 0 & – & 0 & + \
end{array}]

由表格就可以得到不等式的解集({xmid -3<x<-1 或x>2})

这和绝对值不等式的解法中的零点分区间讨论法是一样的。后来有人对此方法做了改进,就得到了穿针引线法。

方法今生

“穿针引线法”也叫“数轴标根法”,准确的说,应该叫做“序轴序轴:省去原点和单位,只表示数的大小的数轴。序轴上标出的两点中,左边的点表示的数比右边的点表示的数小。(;;)标根法”,或“数轴穿根法”或“穿根法”。

当高次不等式(f(x)>0(或<0))的左边整式,分式不等式(cfrac{phi(x)}{h(x)}>0(<0))的左边分子、分母能分解成若干个一次因式的积((x-a_1)(x-a_2)cdots (x-a_n))的形式,可把各因式的根标在序轴上,形成若干个区间,最右端的(f(x))(cfrac{phi(x)}{h(x)})的值必须为正值,从右往左通常为正值、负值依次相间,这种解不等式的方法称为序轴标根法。为了形象地体现正负值的变化规律,可以画一条浪线从右上方依次穿过每一根所对应的点,穿过最后一个点后就不再变方向,这种画法俗称“穿针引线法“。很显然,这种方法体现了数形结合思想,所以用起来很方便。

使用步骤

我们以穿针引线法解不等式(x^3-x+2>2x^2)为例,加以说明。

第一步:一端化为(0);先将不等式转化为(f(x)>0)为什么呢,其实这种方法是利用了高中数学中的“函数与方程”思想,做出函数(y=f(x))和数轴(y=0),利用两个函数图像的交点来解读不等式。所以右端必须化为(0)。比如我们将不等式(x^3-x)(+2)(>2x^2)转化为(x^3)(-2x^2)(-x+)(2>0)(quad)((<0))的形式。

第二步:分解调系数;将不等式(x^3-2x^2-x+2>0)分解务必将每一个因式的最高次项的系数调整为正值,比如某不等式分解后为((2-x))((x+1))((x+3))(>0),就必须调整为((x-2))((x+1))((x+3))(<0),附初高中因式分解方法(quad)((x-2))((x-1))((x+1)>0)

第三步:变等求零点;将上述的不等式(f(x)>0)的不等号变成等号即(f(x)=0),求出函数(f(x))的零点;如令((x-2)(x-1)(x+1)=0);得到零点为(x=-1,x=1,x=2)

第四步:序轴并标根;在序轴上从左到右按照大小依次标出各根(-1,1,2)

第五步:划线穿序轴;以序轴为标准,从“最右端的根(2)”的右上方穿过序轴,往左下画线,然后又穿过“次右根(1)”上去,一上一下依次穿过各根。

第六步:读图写解集;观察不等号,如果不等号为(>),则取数轴上方,穿根线以内的范围;如果不等号为(<),则取数轴下方,穿根线以内的范围。

比如不等式((x-2)(x-1)(x+1)>0)的解集为({xmid -1<x<1或x>2})

可以简单记为秘籍口诀:自上而下,自右而左,奇穿偶不穿;

注意事项

使用“穿针引线法”时,常犯以下的几种错误:

①如将不等式分解为((x+2)(1-x)(x+3)>0)解直接穿根,错在需要将其调整为((x+2)(x-1)(x+3)<0)再穿根;

当然不等式((x+2)(x^2-1)<0)也不能直接穿根,因为没有分解到最后;

②没有分清重根的奇偶,比如不等式((x-0.5)^2(x-1)(x-2)^3>0),其中根(x=0.5)是二次重根(偶次重根),根(x=1)是一次重根(奇次重根),根(x=2)是三次重根(奇次重根),故穿根时,在(x=2)(x=1)出都是一次穿过,而在根(x=0.5)处,是穿而不过,就像蜻蜓点水一样。

③出现不能再分解的二次因式时,简单地放弃“穿针引线”,如(x(x+1)(x-2)(x^3-1)>0)也可以用,先化为(x(x+1)(x-2)(x-1)(x^2+x+1)>0),注意到二次三项式(x^2+x+1)由于其(Delta <0),故(x^2+x+1>0)恒成立,所以原不等式等价于(x(x+1)(x-2)(x-1)>0),穿针引线法如右图得到解集({xmid x<-1或0<x<1或x>2})

④以为只可以用来解高次不等式,不能用来解分式不等式,比如解分式不等式(cfrac{x(x-2)}{(x-1)(x+1)}>0),利用符号法则,就可以等价转化为(x(x+1)(x-2)(x-1)>0),故解集同上。具体解分式不等式时,我们甚至不需要将其转化为整式不等式,直接穿根就行了。

适用范围

可以用来解高次不等式和分式不等式,当然也可以解一次和二次不等式。等到使用熟练后,我们利用心算能力就可以画图写出解集了。

对应练习

可以使用转化法或者穿根法求解;

解不等式(x<cfrac{1}{x}<x^2)

分析:先转化为(left{egin{array}{l}{x<cfrac{1}{x}①}\{cfrac{1}{x}<x^2②}end{array}ight.),再用穿根法分别求解,

解①(cfrac{x^2-1}{x}<0)得到(x<-1)(0<x<1);解②(cfrac{x^3-1}{x}>0)得到(x<0)(x>1)

①②求交集得到,解集为((-infty,-1)).

解不等式(cfrac{2}{x+1}<1)

提示:((-infty,-1)cup(1,+infty))

解不等式(cfrac{x-2}{x^2-1}<0)

提示:((-infty,-1)cup(1,2))

解不等式(cfrac{x^2-x-6}{x}leqslant 0)

提示:((-infty,-2]cup(0,3])

解不等式(cfrac{6}{x-4}+1<0)

提示:((-2,4))

解不等式((x^2-4)(x-6)^2leqslant 0)

提示:([-2,2]cup{6});

相关阅读

1、因式分解法参见打开博文的试商法,分组分解法,多项式除法

2、零点分区间讨论法解绝对值不等式

3、穿根法的另类应用

比如函数(f(x)=(x+1)^2cdot (x-2)),我们可以做出函数的图像,

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风君子

独自遨游何稽首 揭天掀地慰生平

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