Линейные и квадратичные
неравенства. Решение рациональных неравенств
• Неравенство вида
![]()
называется линейным неравенством. Его решение и графическая иллюстрация приведены
на рис. ниже.



Выпишите самостоятельно
решения линейного неравенства при других знаках неравенства.
Решите следующие неравенства и системы линейных неравенств (1—14):
Задание 1.
![]()
Ответ:
![]()
Задание 2.
![]()
Ответ:
![]()
Задание 3.

Ответ:
![]()
Задание 4.
![]()
Ответ:
![]()
Задание 5.
(х + 2)2 + 8х2< (Зх -1)2 - 12
Ответ:
![]()
Задание 6.
![]()
Ответ:
![]()
Задание 7.

Ответ:
![]()
Задание 8.

Ответ:
(2; 10]
Задание 9.

Ответ:
При
![]()
при
![]()
Задание 10.

Решение. Переписав систему в виде
![]()
заключаем, что она имеет решение только при выполнении неравенства
![]()
откуда а > 1.
Ответ:
при
![]()
при

Задание 11.
![]()
Ответ:

Задание 12.
|5 - 2х| > 3
Ответ:
![]()
Задание 13.
|2х - 3| < х
Указание:
Здесь х > 0.
Ответ:
(1; 3)
Задание 14.
|х - 1| > х + 2
Решение:
Если
![]()
то неравенство, очевидно,
выполнено. Если же х > -2, то х -1> х + 2 или х - 1 < -(х + 2), откуда
следует,
что
![]()
объединяя найденные решения, получаем ответ.
Ответ:

Задание 15.
Найдите все значения а, для каждого из которых числа л: и у, удовлетворяющие системе уравнений

удовлетворяют также неравенству х > у + 5а.
Ответ:
![]()
• Квадратичным неравенством называется неравенство вида
![]()
где коэффициент
![]()
Решения всех этих неравенств получаем из следующей таблицы графиков квадратного трехчлена у = ах2 + bх + с.

Напомним, что здесь D = b2 - 4ас — дискриминант квадратного трехчлена у = ах2 + bх + с. В случае, когда D > 0, корни х1 и х2 квадратного трехчлена вычисляются по формулам

Решите следующие квадратичные неравенства и системы квадратичных неравенств (16—25):
Задание 16.
![]()
Ответ:
![]()
Задание 17.
4 + Зх - х2 > 0
Ответ:
(-1; 4)
Задание 18.
![]()
Ответ:

Задание 19.
(6х - 5)(х + 1) > (х + 2)(х + 3)
Ответ:

Задание 20.

Ответ:
![]()
Задание 21.

Ответ:
![]()
Задание 22.

Ответ:
![]()
Задание 23.

Ответ:

Задание 24.
Зх4 + 7х2 - 10 < 0
Решение:
Выполнив замену х2 = t, имеем 3t2 + 7t - 10 < 0, откуда
![]()
Решив систему неравенств
![]()
получаем
![]()
Ответ:
( -1; 1)
Задание 25.
2х4 - Зх2 + 1 > 0
Ответ:
![]()
• Умение решать линейные и квадратичные неравенства является основой для решения общих рациональных неравенств методом интервалов, который состоит в следующем. Для решения неравенства

где Р(х) и Q(x) — многочлены, нанесем на числовую ось корни числителя и знаменателя
дроби. В промежутках между этими точками дробь сохраняет знак. Выбирая нужные
промежутки, получаем решение неравенства.
Методом интервалов решите следующие неравенства (26—36):
Задание 26.
![]()
Ответ:
![]()
Задание 27.
![]()
Ответ:
![]()
Задание 28.
![]()
Ответ:
![]()
Задание 29.

Ответ:
![]()
Задание 30.

Указание:
Квадратный трехчлен х2 + 2х + + 4 > 0 при всех х.
Ответ:
Задание 31.

Ответ:
![]()
Задание 32.

Ответ:
![]()
Задание 33.

Ответ:
![]()
Задание 34.

Решение:
Раскладывая числитель и знаменатель дроби на множители, приходим к неравенству
![]()
Квадратный трехчлен х2 + 2х + 4 > 0 при всех х. Таким образом,
получаем расстановку знаков, изображенную на рис.

Точки х = +2 в ответ не входят, так как это корни знаменателя дроби.
Ответ:
![]()
Задание 35.
![]()
Указание:
Воспользуйтесь тем, что х3 - 2х2 - 5х + 6 = (х + 2)(х - 1)(х - 3).
Ответ:
![]()
Задание 36.
![]()
Ответ:
![]()
Решите следующие неравенства (37—50):
Задание 37.
![]()
Ответ:
![]()
Задание 38.
![]()
Ответ:
![]()
Задание 39.
![]()
Решение:
Выполним следующие преобразования:


Ответ:
![]()
Задание 40.
![]()
Ответ:
Задание 41.
![]()
Ответ:
![]()
Задание 42.
![]()
Ответ:
![]()
Задание 43.
![]()
Ответ:

Задание 44.

Решение:
Переписав неравенство в виде

и приведя дроби к общему знаменателю, получаем неравенство
![]()
Его решение приведено на рис.

Ответ:
![]()
Задание 45.

Ответ:
![]()
Задание 46.

Решение:
Так как х3 + 1 = (х + 1)(х2 - х + 1), то, записав неравенство в виде
![]()
и приведя дроби к общему знаменателю, получаем неравенство
![]()
Множитель х2 - х + 1 > 0 при всех
![]()
Отсюда
![]()
Ответ:
![]()
Задание 47.

Ответ:
![]()
Задание 48.

Решение:
Имеем

С помощью рис.

записываем ответ.
Ответ:
![]()
Задание 49.
![]()
Ответ:
![]()
Задание 50.
![]()
Решение:
Выполним следующие преобразования:

Далее, вынося х за скобки и приводя дроби к общему знаменателю, приходим к неравенству

откуда с помощью рис.

получаем ответ:
Ответ:
Решите неравенства, которые сводятся к более простым квадратичным или рациональным неравенствам подходящей заменой переменной (51—58):
Задание 51.
![]()
Указание:
Выполните замену, полагая х2 + х + 1 = t.
Ответ:
(-2; 1)
Задание 52.

Решение:
Пусть х2 + 2х + 2 = t; тогда получим неравенство
![]()
Так как t = x2 + 2x + 2>0 при всех х, то неравенство равносильно следующему:
6(t + 1) - 6t < t(t + 1); t2 + t - 6 > 0, откуда t < -3 или t > 2.
Первое из неравенств не имеет решении, а второе приводит к неравенству х2 + 2х > 0, откуда
![]()
Ответ:
![]()
Задание 53.
x8 - 6х7 + 9х6 - х2 + 6х - 9 > 0
Указание:
х8 - 6х7 + 9х6 - х2 + 6x - 9 = (х6 - 1)(х2 -6х + 9) = (х- 3)2(х - 1)(х + 1)(х4 + х2 + 1).
Ответ:
![]()
Задание 54.
![]()
Указание:
х4 + 4х3 + 4х2 - 9 = (х2 + 2х)2 - 9.
Ответ:
![]()
Задание 55.

Указание:
Положите
![]()
Ответ:

Задание 56.
![]()
Решение:
Отметим, что х = 0 является решением данного неравенства. Если же
![]()
то перепишем его в виде

т. е.

Теперь решаем неравенства:
![]()
Решения первого неравенства:
![]()
второго:
![]()
а третьего:
![]()
Объединяя решения неравенств и добавляя точку х = 0, получаем, что
![]()
Ответ:
![]()
Задание 57.
Зх3 - 14х2 + 20х > 8
Указание:
Зх3 - 14х2 - 20х - 8 = (3х - 2)(х - 2)2.
Ответ:
![]()
Задание 58.
![]()
Решение:
Имеем

Следовательно,
![]()
Ответ:
х € (0; 1] U [2; 3]
Решите следующие неравенства, содержащие знак модуля величины (59—76).
Задание 59.
х2 - 5|х| + 6 > 0
Ответ:
![]()
Задание 60.
![]()
Решение:
Раскладывая квадратный трехчлен на множители, получаем
![]()
откуда

Ответ:
Задание 61.
|х - 1 + |х + 1| < 4
Решение:
Рассмотрим следующие случаи:
1)
![]()
2)
![]()
3)
![]()
Объединяя найденные решения, получаем решение неравенства.
Ответ:
х € (-2; 2)
Задание 62.
|1 + 2х| -|х + 2| < 2
Ответ:
![]()
Задание 63.

Решение:
Данное неравенство равносильно совокупности следующих неравенств:

Решение первого из них -

а второго
![]()
Объединяя эти решения, получаем решение исходного неравенства.
Ответ:
![]()
Задание 64.
![]()
Указание:
Неравенство равносильно системе неравенств:
![]()
Ответ:
![]()
Задание 65.

Ответ:
![]()
Задание 66.

Ответ:
![]()
Задание 67.
![]()
Решение:
Это неравенство имеет вид
![]()
что возможно только в том случае, если
![]()
(получается равенство). Таким образом, исходное неравенство равносильно следующему.
![]()
т. е.
![]()
откуда
![]()
Ответ:
![]()
Задание 68.
||х2 + 5х| - 6| > |х2 + 5х| - 6
Ответ:
![]()
Указание:
Данное неравенство равносильно неравенству |х2 + 5х| - 6 < 0.
Задание 69.
||х - 1| > |х|
Ответ:
![]()
Задание 70.
|2 - |х|| < 2|х|
Ответ:
Задание 71.
![]()
Решение:
Рассмотрим следующие случаи:
1)
![]()
2)
![]()
3)
![]()
Объединяем найденные решения и получаем решение исходного неравенства.
Ответ:
![]()
Задание 72.
![]()
Ответ:
![]()
Задание 73.
||х2 - 3х + 2| - 1 > х - 2
Ответ:
![]()
Задание 74.
|х2 -2х - 3| + 2|х- 2| < 5
Ответ:
![]()
Задание 75.
|12x2 + 33x + 32| < |4x2 + 35x + 38|
Ответ:
![]()
Задание 76.
![]()
Ответ:
![]()
Установите, при каких а следующие неравенства выполняются для всех
![]()
(77—81):
Задание 77.
x2 -2(а -1)x + а + 5 > 0
Указание:
Поскольку коэффициент при х2 положителен, нужное значение а определяется условием D < 0.
Ответ:
(-1; 4)
Задание 78.
(а2 - 1I)x2 + 2(а - 1)x + 2 > 0
Ответ:
![]()
Задание 79.
![]()
Решение:
Так как х - х2 - 1 < 0 для всех х, то исходное неравенство можно умножить на (х - х2 - 1), при этом знак неравенства изменится на противоположный:
![]()
Последнее неравенство выполняется для всех х, если
![]()
Ответ:
[-1; 7]
Задание 80.
![]()
Ответ:
(-2; 4)
Задание 81.
![]()
Ответ:
(-1; 5)
Задание 82.
Найдите все а, при которых неравенство ах2 - 4х + За + 1 > 0 выполнено для всех х > 0.
Решение:
Положим f(x) = ах2 - 4х + За + 1. Данное выражение положительно при всех х > 0 в двух случаях

Последнее неравенство второй системы означает, что абсцисса вершины параболы отрицательна. Так как в этой системе первое и четвертое неравенства несовместны, то искомые значения а удовлетворяют первой системе:

Ответ:
![]()
Задание 83.
Найдите все а, при которых неравенство х2 + ах + а2 + 6а < 0 выполнено для всех х € (1; 2).
Указание:
Для нахождения требуемых значений а достаточно решить систему

Ответ:
![]()
Задание 84.
При каких т все решения неравенства (m - 1)х2 + (m2 - 2m + 2)х +m - 1 > 0 положительны и меньше 2?
Решение:
Найдем корни уравнения
(m - 1)х2 +
(m2 - 2m + 2)х + m - 1 = 0.
Имеем
![]()
Нужные значения m удовлетворяют системе

Ответ:

Задание 85.
Найдите все а, при которых неравенство

выполнено для всех x € [1; 2].
Решение:
На плоскости хОа изобразим множество пар (х; у), для которых выполняется требуемое неравенство

Искомые значения а0 характеризуются тем, что отрезок прямой а = а0 при
![]()
полностью лежит в заштрихованной области. Это достигается при

Ответ:

Задание 86.
Найдите все а, при которых неравенство

выполнено для всех х € (-1; 1).
Решение:
Данное неравенство должно, в частности, выполняться при х = 0. В этом случае оно имеет вид
![]()
откуда
![]()
Кроме того, для
![]()
выражение х + 6 > 0.
Таким образом, при указанных ограничениях исходное неравенство имеет вид
![]()
Абсцисса вершины параболы у = х2 - ах + а2 - 6а равна
![]()
т.к.
![]()
и неравенство выполняется при всех х € (-1; 1), если оно выполняется при х = 1, т. е.
![]()
Учитывая условие ограничения
![]()
получим ответ.
Ответ:
![]()
Задание 87.
При каких а неравенство х2 + |х + а| < 2 имеет хотя бы одно положительное решение?
Решение:
На плоскости хОа изобразим множество точек, координаты которых удовлетворяют неравенству х2 + |х + а| < 2.

При
![]()
неравенство имеет вид а < 2 - х - х2; при х + а < 0 — вид а >х2- х - 2.В заштрихованной области точки с положительной абсциссой существуют при
![]()
Ответ:

Задание 88.
При каких а неравенство х2< 4 - |х - а| имеет хотя бы одно отрицательное решение?
Ответ:
![]()
Задание 89.
При каких а имеет единственное решение система неравенств:

Решение а).
На плоскости хОа изобразим параболы а = -х2 - 2х и
![]()

Точки, координаты которых удовлетворяют данной системе, лежат ниже параболы а = -х2 - 2х и выше параболы
![]()
Эти параболы пересекаются в точках О(0; 0) и
![]()
Заметим, что точка А расположена левее вершины первой параболы В(-1; 1). Горизонтальная прямая пересекает заштрихованную область по единственной точке, если она проходит через точки О и В, т. е. при а = 0 и а = 1.
Ответ:
{0; 1}. б) {0; -1}
Задание 90.
Найдите все а, при которых существует хотя бы одно общее решение неравенств:
![]()
Ответ:
![]()
Задание 91.
Найдите все а, при которых любое число х € R является решением хотя бы одного из неравенств:
![]()
Ответ:
![]()
Задание 92.
Найдите все а, при которых любое решение неравенства
![]()
является также решением неравенства х2 + 2х - 1 + а2 > 0.
Ответ:
![]()
Решите следующие неравенства и системы неравенств (93—104):
Задание 93.
![]()
Решение:
Умножив левую и правую части неравенства на 6 и приведя подобные члены, получаем х (а2 - 9) < а + 3. Рассмотрим следующие случаи:
1) при а < -3 выражение (а2 - 9) > 0, поэтому
![]()
2) при а = -3 получаем неравенство х • 0 < 0, которое не имеет решений;
3) при -3 < а < 3 выражение (а2 - 9) < 0 , поэтому

4) при о = 3 получаем неравенство х • 0 < 6, которое выполняется при всех
х;
5) при а > 3 имеем (а2 - 9) > 0 и, значит,

Ответ:
при
![]()
при
![]()
при
![]()
при
![]()
Задание 94.
х2 - ах + а - 1 < 0
Решение:
Запишем неравенство в виде (х — (а — 1))(х - 1) < О и изобразим точки, координаты которых удовлетворяют ему по плоскости хОа.

При фиксированном а0 решения — это абсциссы точек прямой а = а0, попавшие в заштрихованную область.
Ответ:
при
![]()
при а = 2 => 0; при
![]()
Задание 95.
ах2 - (а + 4)х + 4 > 0
Указание:
![]()
Ответ:
![]()
при
![]()
при
![]()
при
![]()
при
![]()
Задание 96.
![]()
Ответ:
При
![]()
при
![]()
Задание 97.
![]()
Решение:
Приведем неравенство к виду
![]()
и заштрихуем на плоскости хОа множество точек, координаты которых ему удовлетворяют.

Ответ:
при
![]()
при
![]()
при
![]()
Задание 98.

Решение:
На плоскости Оха изобразим множество точек, удовлетворяющих неравенствам: ах > -2, ах < х + 3

Для нахождения ординаты точки А приравняем правые части уравнений
![]()
и

Получаем
![]()
Ответ:
при
![]()
при

при
![]()
при
![]()
Задание 99.

Ответ:
При
![]()
при
![]()
при
![]()
при
![]()
Задание 100.

Ответ:
При
![]()
при
![]()
при
![]()
при
![]()
при
![]()
при
![]()
Задание 101.
|х + За - 6| < |3х - 2 + 7а|
Решение:
Так как
![]()
то
![]()
На плоскости Оха отметим штриховкой множество точек, удовлетворяющих последнему
неравенству.

Ответ:
при
![]()
при
![]()
Задание 102.
![]()
Решение:
На плоскости изобразим Оха
множество точек, удовлетворяющих данному неравенству.

Ответ:
npи

при

при
![]()
при

Задание 103.
![]()
Ответ:
При
![]()
при
![]()
при

при

Задание 104.
||х - 2| > 2а|x|
Решение:
Здесь требуется найти те значения переменной х, при которых график функции у = ||х| - 2| лежит выше графика у = 2а\х\. Первый график не зависит от параметра, а второй меняется при изменении а.
Рассмотрим различные случаи:
1) а < 0 (рис. а). Условию удовлетворяют все
![]()
2) а = 0 (рис. б). Условию задачи удовлетворяют
![]()
3)
![]()
(рис. в).

Найдем координаты точек пересечения графиков:

Условию удовлетворяют
![]()
4)
![]()
(рис. г).
Условию удовлетворяют
![]()
Ответ:
при
![]()
при
![]()
при
![]()
при
![]()
Задание 105.
При каких а фигура, задаваемая неравенствами

имеет наибольшую площадь? Найдите эту площадь.
Решение:
На плоскости хОу изобразим множество точек, удовлетворяющих данной системе неравенств.

В первом случае соответствующие области не имеют общих точек, а во втором общие точки лежат внутри заштрихованного квадрата. Второй случай имеет место, если
![]()
Диагональ заштрихованного квадрата равна 6а - 2а2, т. е. его площадь
![]()
Наибольшее значение функции S(a) на [0; 3] достигается при
![]()
так как при
![]()
— наибольшее. Теперь находим
![]()
Ответ:
![]()
Задание 106.
При каких а фигура, задаваемая неравенствами

имеет наименьшую площадь? Найдите эту площадь.
Ответ:
![]()
Задание 107.
Из города А в город В, находящийся в 240 км от А, со скоростью 40 км/ч выходит автобус. Одновременно с ним из Б в A с постоянной скоростью v (км/ч) выезжает автомобиль. Через полчаса после встречи автомобиль, не доезжая до города А, поворачивает обратно и с прежней скоростью движется по направлению к В. Найдите все те значения и, при которых автомобиль приходит в В раньше, чем автобус.
Решение:
Время, которое автомобиль и автобус затратили до их встречи, составляет
![]()
Автобус доезжает до В за 6 ч, а автомобиль находился в пути
![]()
Получаем

Известно, что через полчаса после встречи автомобиль еще не доехал до А. Расстояние,
которое автобус проехал до встречи, равно
![]()
Это расстояние больше, чем
![]()
откуда
![]()
Ответ:
(56; 120)
Задание 108.
От пристани А к пристани В, находящейся от А на расстоянии 12 км, вниз по течению отходит моторная лодка, скорость которой в стоячей воде равна 6 км/ч. Одновременно с ней из Б в А выходит катер, скорость которого в стоячей воде равна 10 км/ч. После встречи они разворачиваются и возвращаются на свои пристани. Определите все значения v, при которых моторная лодка приходит в А не раньше, чем через 1 ч после возвращения катера в Б, если v — скорость течения.
Ответ:
(2; 6)
Задание 109.
Некоторое предприятие приносит убытки, составляющие 31 тыс. р. в год. Для превращения его в рентабельное было предложено увеличить ассортимент продукции. Подсчеты показали, что дополнительные доходы, приходящиеся на каждый новый вид продукции, составят 25 тыс. р. в год, а дополнительные расходы окажутся равными 5 тыс. р. в год при освоении одного нового вида, но освоение каждого последующего потребует на 10 тыс. р. в год больше расходов, чем освоение предыдущего. Можно ли указанным способом сделать предприятие рентабельным?
Ответ:
Нет
