Какое из перечисленных неравенств следует из неравенства a b

Какое из перечисленных неравенств следует из неравенства a b

1) 2) 3)4)

1) 2) 3)

Сразу становится очевиден ответ: , ответ 3.

3. Тройка чисел удовлетворяют неравенству: . Какому из следующих неравенств не удовлетворяет эта тройка чисел? В ответе запишите номер неравенства.

1)

2)

3)

4)

4. Какое из приведенных ниже неравенств является верным при любых значениях a и b, удовлетворяющих условию .

1)

2)

3)

4)

Перенесем b влево за знак неравенства. Получим: . Но раз эта разность меньше 0, значит, она заведомо меньше 2, так как .

Таким образом, 3) – верно всегда. Первое неравенство при этом может быть соблюдено, а может и не быть: это зависит от конкретных значений a и b. Нам же нужно выбрать тот вариант, который верен всегда. Если неравенство умножить на (-1), то получим: , тогда очевидно, что 4 вариант ответа – неверный. Неравенство второго варианта ответа также может быть соблюдено или нет, и по этой причине мы его отбрасываем.

5. На координатной прямой отмечено число а. Расположите в порядке возрастания числа

Число а – больше ноля (положительно), но меньше 2. Поэтому, если из него вычесть 2 – переместиться на 2 влево- то получим отрицательное число. Если число, которое меньше 2, разделить на 2 – то получим число меньше 1 (правильная дробь). Тогда можем расположить наши числа так:

1)

2)

3)

4)

Число а – отрицательно, а b – положительно. Причем расстояние от 0 до а больше, чем от 0 до b – значит, по модулю a больше b. Рассмотрим варианты ответа, первый: если из отрицательного числа вычесть положительное (смещаемся от а влево) – получим отрицательное число, то есть разность – отрицательна (вариант 3 верен). Умножив ее на отрицательное число а, получим положительное число – вариант 1 верен. Второй вариант: число b возводится в четную степень – получим положительное число, умножив которое на а – получим отрицательное. Вариант 2 верен. И, наконец, 4 вариант: произведение положительного на отрицательное не может быть положительно.

1)

2)

3)

1)

2)

3)

4)

Запишем неравенство исходя из рисунка: число b левее, значит, оно меньше: . Если сравниваемые числа уменьшить на одно и то же число, или разделить на положительное число – неравенство все равно соблюдается. Тогда ни 3), ни 4) не являются верными. Умножим неравенство на (-1) – знак неравенства изменится и мы получим: – это как раз неравенство из первого варианта ответа, значит, оно верно. Во втором варианте к большему числу прибавляют большее, оно также является верным.

1)

2)

3)

4)

Число а больше 4, но меньше 5. Тогда третье неравенство верно, а четвертое – нет. Можем даже утверждать, что это число больше 4,5. Тогда, если вычесть из этого числа 5 – получим отрицательное число, меньшее 1 по модулю, а если вычесть 4 – получим положительное, также меньшее 1 по модулю. При возведении в квадрат числа, которое меньше 1 по модулю, получим число, меньшее даже, чем исходное. Поэтому ни , ни не могут никак быть больше 1 – первое и второе неверно.

10. Одно из чисел

Наше число больше двух, но меньше 3 – значит, его квадрат где-то между 4 и 9. Таким образом, сразу отпадают числа . Вы­бе­ри­те наи­мень­шее из чисел.

1)
2)
3)
4)

Если число а меньше одного, то в четвертом варианте имеем неправильную дробь – число, большее 1. Третий вариант дает нам отрицательное число, модуль которого меньше 1. При возведении в квадрат и в куб положительного числа, меньшего по модулю, чем 1, получим: квадрат числа меньше самого числа, куб – меньше квадрата – но и куб, и квадрат – положительны. Тогда наименьшим будет отрицательное число .

Равносильные неравенства, преобразование неравенств

В процессе решения неравенств зачастую происходит переход от заданного неравенства к неравенствам иного вида, имеющим то же решение, но определяемое проще. Иными словами, в результате преобразований заданное неравенство возможно заменить равносильным ему, облегчающим поиск решения. Данная статья посвящена способам равносильных преобразований. Сформулируем определение, рассмотрим основные виды преобразований.

Равносильные неравенства: определение, примеры

Равносильные неравенства – неравенства, имеющие одни и те же решения. В частном случае, неравенства, не имеющие решений, тоже называются равносильными.

Иными словами, если неравенства равносильны и имеют решения, то любое решение первого будет являться и решением второго. Ни одно из равносильных неравенств не имеет решений, не являющихся решениями других, равносильных ему неравенств.

Даны три равносильных неравенства: x > 2 , 2 · x : 2 > 2 и x > 3 — 1 . В самом деле, множества решений этих неравенств одинаковые, решение каждого их них – числовой промежуток ( 2 , + ∞ ) .

Неравенства х 6 ≥ — 2 и | х + 7 | < 0 являются равносильными, поскольку оба не имеют решений.

Неравенства х > 3 и х ≥ 3 – не равносильные: х = 3 служит решением второго из этих равенств, но не служит решением первого.

Отметим, что указанное определение относится к неравенствам как с одной переменной, так и с двумя, тремя и более.

Равносильные преобразования неравенств

Возможно совершить некоторые действия с правой и левой частью неравенств, что даст возможность получать новые неравенства, имеющие решения, как и у исходного.

Равносильное преобразование неравенства – это замена исходного неравенства равносильным ему, т.е. таким, которое имеет то же множество решений. Сами действия-преобразования, приводящие к равносильному неравенству, тоже называют равносильными преобразованиями.

Равносильные преобразования дают возможность находить решения неравенств, преобразуя заданное неравенство в равносильное ему, но более простое и удобное для решения.

Рассмотрим основные виды равносильных преобразований: по сути без них не обходится решение ни одного неравенства. Отметим также, что равносильные преобразования неравенств очень похожи на равносильные преобразования уравнений. Схожи и принципы доказательства, только, конечно, в данном случае доказательства будут строиться на основе свойств числовых неравенств.

Итак, перечислим основные виды равносильных преобразований неравенств:

1. Замена выражений в обоих частях неравенства тождественно равными выражениями на области допустимых значений (ОДЗ) переменных заданного неравенства есть равносильное преобразование неравенства.

Докажем утверждение. Пусть дано неравенство с одной переменной A ( x ) < B ( x ) , где A ( x ) и B ( x ) — некие выражения с переменной x . Допустим, выражение C ( x ) является тождественно равным выражению A ( x ) , а выражение D ( x ) является тождественно равным B ( x ) на ОДЗ заданного неравенства. Найдем доказательство, что неравенство C ( x ) < D ( x ) служит равносильным неравенству A ( x ) < B ( x ) . С этой целью нам нужно продемонстрировать тот факт, что любое решение q заданного неравенства будет также решением неравенства C ( x ) < D ( x ) , и наоборот: любое решение неравенства C ( x ) < D ( x ) будет решением заданного неравенства A ( x ) < B ( x ) .

Мы приняли, что q – решение неравенства A ( x ) < B ( x ) , тогда верным будет числовое неравенство A ( q ) < B ( q ) . Отсюда по разностному определению неравенства выводим, что A ( q ) − B ( q ) < 0 .

Выражение A ( q ) − B ( q ) можно записать в виде A ( q ) + ( C ( q ) − C ( q ) ) − B ( q ) + ( D ( q ) − D ( q ) ) , что является тем же самым, ( A ( q ) − C ( q ) ) + C ( q ) − ( B ( q ) − D ( q ) ) − D ( q ) . Выражения A ( x ) и C ( x ) , B ( x ) и D ( x ) по условию тождественно равны, тогда: A ( q ) = C ( q ) и B ( q ) = D ( q ) , откуда A ( q ) − C ( q ) = 0 и B ( q ) − D ( q ) = 0 . Таким образом, ( A ( q ) − C ( q ) ) + C ( q ) − ( B ( q ) − D ( q ) ) − D ( q ) = 0 + C ( q ) − 0 − D ( q ) = C ( q ) − D ( q ) . Мы продемонстрировали, что значение выражения A ( q ) − B ( q ) равно значению выражения C ( q ) − D ( q ) , а поскольку A ( q ) − B ( q ) < 0 , то и C ( q ) − D ( q ) < 0 . Отсюда делаем вывод, что C ( q ) < D ( q ) . И крайнее неравенство означает, что q – решение неравенства C ( x ) < D ( x ) .

Таким же образом доказывается, что любое решение неравенства C ( x ) < D ( x ) будет решением и неравенства A ( x ) < B ( x ) , тем самым будет доказано и исходное утверждение.

Подобные преобразования не должны сужать ОДЗ заданного неравенства, тогда возможно совершать тождественные преобразования обеих сторон неравенства.

Покажем пример использования.

Рассмотрим неравенство x > 2 + 6 . В правой части возможно заменить сумму значением так, чтобы получилось равносильное неравенство x > 8 .

В неравенстве 3 · ( x + 1 ) − 2 · x + 11 ≤ 2 · y + 3 · ( y + 1 ) + x , в обоих его частях мы раскроем скобки и приведем подобные слагаемые, получив в итоге равносильное неравенство x + 14 ≤ 5 · y + 3 + x . Если детально разобрать наши действия, то мы заменили левую часть данного неравенства тождественно равным ей выражением x + 14 , а правую часть – тождественно равным ей выражением 5 · y + 3 + x на области допустимых значений переменных x и y заданного неравенства.

Еще раз особенно укажем, как важен учет ОДЗ (область допустимых значений) при совершении замены частей неравенства тождественными выражениями. В случае, когда ОДЗ нового неравенства будет отлична от ОДЗ исходного, неравенство не может считаться равносильным. Это крайне важный аспект, пренебрежение им приводит к неверным ответам при решении неравенств.

1. Прибавление или вычитание из обеих частей неравенства одного и того же числа является равносильным преобразованием.

Приведем обоснование указанного утверждения. Допустим, задано неравенство A ( x ) < B ( x ) и некое число c . Необходимо доказать, что заданному равносильно неравенство A ( x ) + c < B ( x ) + c , которое мы получим, прибавив к обеим частям исходного неравенства число c . Продемонстрируем, что любое решение q заданного неравенства будет также и решением неравенства A ( x ) + c < B ( x ) + c , и наоборот.

Мы приняли, что q – решение неравенства A ( x ) < B ( x ) , тогда верно следующее: A ( q ) < B ( q ) . Из свойств числовых неравенств следует, что к обеим частям верного числового неравенства можно прибавить любое число. Мы прибавим число c к обеим частям крайнего неравенства, получим A ( q ) + c < B ( q ) + c , и это означает, что q служит решением неравенства A ( x ) + c < B ( x ) + c .

Подобным же образом можно доказать, что любое решение неравенства A ( x ) + c < B ( x ) + c будет являться и решением неравенства A ( x ) < B ( x ) . Мы приняли, что q — решение неравенства A ( x ) + c < B ( x ) + c , тогда A ( q ) + c < B ( q ) + c , из обеих частей вычтем число c , получим A ( q ) < B ( q ) , где q – решение неравенства A ( x ) < B ( x ) .

Таким образом, неравенства A ( x ) < B ( x ) и A ( x ) + c < B ( x ) + c являются равносильными. Для наглядности укажем пример: x > 2 и x − 5 > 2 − 5 – равносильные неравенства, а, учитывая рассматриваемое выше утверждение, равносильным им является и неравенство x − 5 > − 3 .

1. Свойство, которое мы доказали выше, возможно расширить: прибавив к левой и правой частям неравенства одно и то же выражение с учетом соблюдения ОДЗ данного неравенства, получим равносильное неравенство.

Исходному неравенству x < 7 будет равносильно неравенство x + ( 12 · x − 1 ) < 7 + ( 12 · x − 1 ) .

1. Указанные выше равносильные преобразования дают как следствие еще одно действие, пожалуй, основное в процессе преобразования неравенств: перенос любого слагаемого из одной части неравенства в другую с противоположным знаком служит равносильным преобразованием.

Исходному неравенству 3 · x − 5 · y > 12 равносильно неравенство 3 · x > 12 + 5 · y .

1. Равносильным преобразованием также является умножение или деление обеих частей неравенства на одно и то же положительное число. И, умножив (или разделив) обе части неравенства на одно и то же отрицательное число, поменяв при этом знак неравенства на противоположный ( < на > , > на < , ≤ на ≥ , а ≥ на ≤ ), получим равносильное неравенство.

Докажем сначала первую часть утверждения. Допустим, задано неравенство A ( x ) < B ( x ) и c – некое положительное число. Приведем доказательство, что A ( x ) < B ( x ) и A ( x ) · c < B ( x ) · c — равносильные неравенства. Примем q как решение заданного неравенства, в таком случае верным будет числовое неравенство A ( q ) < B ( q ) . Опираясь на свойства числовых неравенств, можем утверждать, что, умножив обе части верного числового неравенства на положительное число, получим верное числовое неравенство. Производим умножение на заданное число c , что дает нам A ( q ) · c < B ( q ) · c . Это значит, что q — решение неравенства A ( x ) · c < B ( x ) · c .

Теперь в обратную сторону: примем q как решение неравенства A ( x ) · c < B ( x ) · c , в таком случае: A ( q ) · c < B ( q ) · c . Разделим обе части этого числового неравенства на положительное число c (опираясь на свойства числовых неравенств), что даст нам верное числовое неравенство A ( q ) < B ( q ) . Отсюда можно сделать вывод, что q — решение неравенства A ( x ) < B ( x ) . Так, мы доказали, что при положительном числе c неравенства A ( x ) < B ( x ) и A ( x ) · c < B ( x ) · c являются равносильными.

Таким же образом приводится доказательство второй части утверждения. Здесь можно опереться на свойство умножения и деления числовых неравенств на отрицательное число при смене знака неравенства на противоположный.

Задано неравенство 2 · x ≤ 5 . Умножим его левую и правую части на положительное число 3 , что даст нам равносильное неравенство 6 · x ≤ 15 .

Задано неравенство — 2 3 · z < 1 . Разделим левую и правую его части на отрицательное число — 2 3 , сменив знак неравенства. Получим z > — 1 1 2 — неравенство, равносильное заданному.

Расширим и это свойство неравенств:

• умножив обе части заданного неравенства на одно и то же выражение, положительное при любых значениях переменных из ОДЗ заданного неравенства, не изменяющее ОДЗ, получим равносильное неравенство;
• умножив обе части неравенства на одно и то же выражение, отрицательное при любых значениях переменных из ОДЗ заданного неравенства и не изменяющее ОДЗ, а также изменив знак равенства на противоположный, получим равносильное неравенство.

Задано неравенство x > 1 . Умножим его правую и левую части на выражение x 2 + 1 , положительное на всей ОДЗ, и получим равносильное неравенство x · ( x 2 + 1 ) > 1 · ( x 2 + 1 ) .

В целом, есть и другие равносильные преобразования, однако, они не так распространены и скорее имеют отношение к конкретному виду неравенств, например, к логарифмическим неравенствам. Познакомиться с ними можно подробнее в соответствующей теме.

Результат неравносильных преобразований неравенств

Сколь уж существуют равносильные преобразования, имеют место и неравносильные. Такие действия приводят к искажению заданного неравенства и дают в итоге решение, не являющееся истинным для исходного неравенства. Случается, что и при неравносильных преобразованиях получается верный ответ, но это не более чем случайность.

Собственно, вывод очевиден: решая неравенства, производить только равносильные преобразования.

Разберем примеры для лучшего понимания теории.

Пусть заданы неравенства x > − 2 и 1 x — 1 x + x > — 2 . Решением первого будет числовой промежуток ( − 2 , + ∞ ) , а второго – множество — 2 , 0 ∪ 0 , + ∞ .

Пусть необходимо решить второе неравенство.

Конечно, сазу приходит мысль об упрощении левой части приведением слагаемых, произведя замену просто на х, что даст переход к простому неравенству x > − 2 . Однако мы намеренно не учтем, что переход надо осуществить на ОДЗ переменной х ( х ≠ 0 ) , тогда предложенное выше преобразование даст нам неравносильное неравенство x > − 2 , а следовательно – неверный ответ ( − 2 , + ∞ ) взамен нужного — 2 , 0 ∪ 0 , + ∞ .

Посмотрим с другой стороны:

Мы решим неравенство x > − 2 . При этом нам захотелось заменить его якобы равносильным неравенством 1 x — 1 x + x > — 2 . Однако оно не является таковым: нуль не служит его решением, однако служит решением исходного неравенства. Суть в том, что выражение в его левой части тождественно равно не на всей области допустимых значений исходного неравенства: когда х = 0 , неравенство не равно x (при х = 0 оно не определено). Совершенные действия приведут нас к неверному ответу — 2 , 0 ∪ 0 , + ∞ взамен правильного ( − 2 , + ∞ ) .

Признак вероятного неравносильного преобразования – сужение области допустимых значений. Вновь обратимся к примеру выше: когда мы производили переход от неравенства x > − 2 к неравенству 1 x — 1 x + x > — 2 , произошло сужение ОДЗ со всего множества действительных чисел до множества без нуля. Такое положение вещей точно указывает на то, что полученное в итоге неравенство никак не будет равносильным исходному, т.е. такой переход не приведет к необходимому верному результату.

Неравносильные преобразования чаще всего происходят при невнимательном использовании свойств корней, логарифмов и модуля. Эти моменты будут детально рассмотрены в темах о решении неравенств соответствующих видов.

Неравенства

Если выбрать любые два различных числа, то одно из них обязательно окажется больше другого. Например, 15 больше, чем 12. Для записи этого факта используются специальные знаки. Символ «<»читается как «меньше». Например, запись

читается как «22 меньше 23» Другой знак, «>», означает «больше». Помимо них для сравнения чисел используются символы «⩾» (больше или равно) и «⩽» (меньше или равно).

Выражения, содержащие знаки сравнения, называются неравенствами. Иногда в учебной литературе может использоваться сокращение: нер-во.

Сравнивать натуральные числа очень легко, однако при сравнении отрицательных, дробных, иррациональных чисел могут возникнуть проблемы. Существует универсальный способ сравнивать числа между собой, основанный на использовании координатной прямой.

Можно заметить, что чем больше число, тем правее оно располагается на координатной прямой. Это правило действует для всех действительных чисел.

Отметим на прямой два числа, а и b, а также расстояние между ними (буква c):

b располагается правее а, а потому

Расстояние между ними равно c, причем с – положительное число. Очевидно, что

Перенося слагаемые через знак равенства, можно получить

Получается, что при вычитании из большего меньшего получается положительное число. Если же уменьшаемое меньше вычитаемого, то их разность – отрицательное число. На этом факте основан один из способов сравнения чисел. Чтобы узнать, какое из двух чисел больше, надо лишь вычесть их друг из друга и проанализировать знак получившейся разности.

Пример. Сравните дроби 29/35 и 33/40

Получили положительное число. Значит, уменьшаемое больше вычитаемого.

Ответ: 29/35 > 33/40.

Свойства неравенств

Рассмотрим основные свойства числовых неравенств, которые в дальнейшем помогут нам решать некоторые задачи.

Докажем это. Если а >b, то тогда и разность (a –b) является положительным числом:

умножив части равенства на (– 1), получим:

Так как разность (b– a)оказалась равна отрицательному числу (– с), тоb<a.

Для доказательства этого очевидного факта используем координатную прямую:

Ясно, что если b>a, то оно располагается правее. Аналогично и с располагается правее b, так как с >b. Видно, что тогда сбудет находиться правее а, то есть оно больше.

Данное свойство называют транзитивностью. Им обладает не только отношение «больше — меньше», но и ряд других отношений. Например, из геометрии известно, что если отрезок АВ параллелен отрезку CD, а тот в свою очередь параллелен ещё одному отрезку EF, то и АВ параллельно ЕF.

Свойство транзитивности позволяет использовать так называемые двойные неравенства. Например, нам надо указать, что 25 меньше 48, а 48 меньше 94. Это можно записать в виде одного неравенства:

Можно использовать и более двух знаков сравнения:

365 <366 < 367 < 368 < 369

Другими словами, к обеим частям верного неравенства можно добавить одинаковое число, и оно всё равно останется верным. Действительно, пусть нам надо сравнить величины (а + с) и (b + c). Для этого найдем их разность:

(а + с) – (b + c) = a + c – b – с = а – b

Так как a<b, то и разность а – b отрицательна. Значит, отрицательна разность величин (а + с) и (b + c), из чего следует, что

Проиллюстрируем это на примере неравенства

Добавим к обеим частям число 11 и получим другое верное равенство:

Снова рассмотрим разность величин ac и bc:

Разность (а – b) отрицательна при условии а <b. Если с – положительное число, то всё произведение (a– b)c остается отрицательным, т тогда

Если же c– отрицательное число, то произведение (a– b)c становится положительным, а потому

Пусть есть неравенство

Если умножить его на положительное число, например, на 3, то получим верное равенство

Если же умножить его на (– 3), то придется «перевернуть» знак сравнения, поставить вместо «<»знак «>»:

Следующее свойство неравенств позволяет их складывать:

Докажем эту теорему. Найдем разность чисел (а + c) и (b + d):

(а + c) – (b + d) = а + с – b – d = (a– b) + (b– d)

Получили сумму двух слагаемых, (a– b) и (b– d). Каждое из них является отрицательным числом, так как a<bи c<d. Сумма двух отрицательных чисел также отрицательна, а потому можно утверждать, что

Покажем, как с помощью этого правила можно складывать неравенства. Пусть есть два верных неравенства:

Теперь сложим отдельно их правые и левые части:

Однако если у неравенств разные знаки, то для их сложения надо в одном из них поменять местами правую и левую часть. Например, даны неравенства

В одном стоит знак «меньше», а в другом «больше», поэтому сразу их складывать нельзя. Сначала «перевернем» второе неравенство

теперь в обоих неравенствах стоит знак «<», поэтому их можно сложить:

Последнее правило позволяет перемножать неравенства:

Для доказательства утверждения найдем разность величин ac и bd. При этом добавим к ней слагаемое bc и тут же его вычтем (это необходимо для того, чтобы мы смогли сгруппировать слагаемые):

ac – bd = ac – bd– bc + bc= (ac – bc) + (bc – bd) =

Так как разности (a– b) и (c– d) являются отрицательными числами, c и b – положительными, то и произведения c(a– b) и b(c– d) – это отрицательные величины. Сумма же двух отрицательных величин также отрицательна, поэтому

Покажем на примере использование этого правила. Пусть есть неравенства

Перемножив их, получим:

Оценка значений выражений

Если известны пределы, в которых может изменяться переменная, то можно найти оценку значения выражения, в которое оно входит.

Пример. Известно, что 43 <v< 47. Оцените значение выражения 3v + 9.

Решение. Умножим каждую часть исходного неравенства на 3:

Далее добавим к неравенству девятку:

129 + 9 < 3v + 9 < 141 + 9

138 < 3v + 9 < 150

Получили оценку выражения 3v + 9, которую и требовалось найти

Ответ: 138 < 3v + 9 < 150.

Пример. Сторона квадрата может принимать значения от 16 до 21 см. Оцените величину площади этого квадрата.

Решение. Обозначим сторону квадрата буквой a. Тогда можно записать двойное неравенство

Знак «меньше или равно» используется из-за того, что по условию сторона квадрата может в точности равняться значению 16 или 21 см. Площадь квадрата (обозначим ее как S) равна а 2 . Запишем неравенство из условия дважды, после чего перемножим эти неравенства:

Получили оценку для а 2 , а значит, и для площади S. Отметим, что при решении задач необязательно два раза писать одно и то же неравенство, чтобы потом их перемножать.

Ответ: 256 ⩽S⩽ 441

Пример. Пете надо купить 2 килограмма бананов и пакет молока. Он точно знает, что пакет молока стоит в разных магазинах от 65 до 80 рублей, а стоимость килограмма бананов колеблется от 54 до 69 рублей. Помогите Пете оценить, сколько денег он потратит в магазине.

Решение. Обозначим буквой h стоимость килограмма бананов, а через k – цену пакета молока. Затраты Пети составят 2h + k, при этом можно написать следующие оценки:

Оценим величину 2h

Сложим получившееся неравенство с 65 <k< 80:

108 + 65 < 2h + k< 138 + 80

Ответ: Петя потратит от 173 до 218 рублей.

Доказательство неравенств

Иногда в неравенствах помимо чисел встречаются переменные величины. При этом некоторые из них верны при любом значении этих переменных. Важно уметь доказывать это. Простейшие случаи связаны с использованием того факта, что квадрат любого числа неотрицателен.

Пример. Докажите, что при любом значении d выполняется неравенство

Решение. Запишем очевидно верное неравенство

Добавим к нему число 11:

Число 11 больше 5, поэтому можно записать:

Пример. Докажите, что неравенство

n 2 – 8n + 19> 0

справедливо для любого n.

В левой части стоит квадратный трехчлен, попытаемся преобразовать его с помощью формулы квадрата суммы:

n 2 – 8n + 19 = n 2 – 2•4n + 19 = n 2 – 2•4n +16 – 16 + 19 =

= (n 2 – 2•4n + 4 2 ) – 16 + 19 = (n– 4) 2 + 3

Величина (n – 4) 2 является неотрицательным числом, поэтому сумма (n – 4) 2 + 3 никак не меньше трех, то есть положительна.

Иногда для доказательства числового неравенства можно определить знак разности выражений, стоящих в правой и левой части.

Пример. Докажите, что при любом значении переменных выполняется условие

Решение. Запишем разность выражений, стоящих в неравенстве, а потом преобразуем ее:

2ut – (u 2 + t 2 ) = 2ut – u 2 – t 2 = – (u 2 – 2ut + t 2 ) = – (u – t) 2

Разность получилась неположительной. Значит, между уменьшаемым и вычитаемым можно поставить знак «⩽»:

Полученное выражение означает, что удвоенное произведение двух чисел не превосходит сумму их квадратов. Этот факт мы используем при решении следующего задания.

Пример. Докажите, что

d 2 + s 2 + m 2 ⩾ds + dm + sm

Решение. В предыдущем примере мы установили, что сумма квадратов чисел больше или равна их двойному произведению, поэтому можно записать:

Сложим полученные неравенства:

(d 2 + s 2 ) + (s 2 + m 2 ) + (d 2 + m 2 ) ⩾2ds + 2sm + 2dm

2d 2 + 2s 2 + 2m 2 ⩾2ds + 2sm + 2dm

Осталось поделить на два это неравенство:

d 2 + s 2 + 2m 2 ⩾ds + sm + dm

Решение неравенств с одной переменной

Очевидно, что не все неравенства справедливы при любом значении входящих в них переменных. Так, нер-во

справедливо для х = 3 (так как 3 – 2 > 0), но несправедливо при х = 1. Такие выражения называют неравенствами с одной переменной. Его решением называют значение переменной, при подстановке которого получается справедливое числовое неравенство.

Так, 3 – это одно из решений для нер-ва

ведь при его подстановке получается справедливое числовое нер-во

Чтобы решить нер-во, надо указать сразу ВСЕ решения для него. Однако стоит заметить, что почти всегда нер-во, в отличие от уравнения, имеет бесконечное количество решений. Так, решением для нер-ва

является не только число 3, но также числа 4, 5, 6, 7, 8, и т.д. Более того, подойдут и дробные числа, например, 2,5; 2,6; 2,61 и т.д. Поэтому для указания решения нер-в используются особые математические объекты – числовые промежутки.

Отметим на координатной прямой числа а и b, а также точку с, лежащую между ними. Все числа, расположенные между ними, образуют множество, которое называют числовым промежутком:

Числовой промежуток обозначается скобками, в которых указаны его граничные точки: (а;b). В данном случае скобки круглые, это означает, что сами числа a и b НЕ входят в это множество. По этой причине концы промежутка на рисунке показаны незакрашенными точками, которые ещё называют «выколотыми».

Если некоторое число c располагается между числами a и b, то говорят, что с принадлежит промежутку (а; b). Записывается это так:

Естественно, что с принадлежит промежутку в том случае, если выполняется неравенство

Например, число 29 принадлежит промежутку (21; 37), так как 21 < 29<37:

Промежуток, чьи концы НЕ относятся к нему самому, называют интервалом. Если же концы промежутка тоже входят в сам промежуток, то его уже называют отрезком. При этом для его обозначения используются квадратные скобки, а точки на рисунке показывают закрашенными:

Если точка с принадлежит отрезку [a; b], то это означает, что а ⩽ с ⩽b. Другими словами, записи с∈[a; b] и а ⩽ с ⩽b эквиваленты друг другу и означают одно и то же.

Возможны случаи, когда один конец промежутка относится к нему, а другой – нет. В этом случае промежуток называют полуинтервалом. В его записи одна скобка квадратная, а вторая – круглая:

Во всех этих рисунках под графическим изображением промежутка указывается его обозначение, а также двойное неравенство, которое можно написать для любой точки с, принадлежащей этому промежутку.

Наконец, порою надо указать множество чисел, которое ограничено только с одной стороны. Например, все числа, большие a, будут отмечаться так:

Символ ∞ означает «бесконечность». + ∞ – это условно бесконечно большое положительное число, а (– ∞) – это противоположное ему отрицательное число. Грубо говоря, + ∞ – это условная точка, расположенная правее любой другой на числовой прямой, а (– ∞) – условная точка, расположенная левее любой другой. Так как на самом деле таких точек не существует, то при обозначении соответствующего промежутка скобка со стороны знака бесконечности всегда круглая, а не квадратная. Промежутки, ограниченные лишь с одной стороны, называют числовыми лучами.

Теперь посмотрим, как числовые промежутки используются для решения неравенств. Пусть есть нер-во

Отметим на числовой прямой число 20 и всё множество решений этого нер-ва:

Решением нер-ва будет промежуток (20; + ∞)

Введем понятие равносильных неравенств:

Более сложные нер-ва можно свести к более простым, но равносильным им, с помощью нескольких приемов:

Эти способы основаны на свойствах нер-в и очень сильно напоминают способы преобразований уравнений. Рассмотрим их использование на примере.

Пример. Найдите решение неравенства с одной переменной

х + 10 > 18

Перенесем слагаемое 10 вправо, изменив его знак на противоположный:

Получили нер-во, решением которого является интервал (8; + ∞):

Пример. Решите нер-во

5у ⩾ 20

Решение. Поделим обе части на число 5. Оно положительное, а потому знак нер-ва не меняется:

Решением этого нер-ва будет интервал [4; + ∞)

Пример. Найдите значения переменной, при которых верна запись

–6z > 42

Решение. Поделим нер-во на (– 6). Так как это число отрицательное, то знак неравенства изменится на противоположный:

Решением нер-ва z< – 7 будет интервал (– ∞; – 7).

Пример. При каких значениях k справедливо нер-во

12k + 26 > 146

Решение. Перенесем слагаемое 26 вправо:

Теперь поделим на 12 правую и левую часть:

Для нер-ваk> 10 решением является промежуток

Пример. Решите нер-во

9(h + 2) + 21 < 111 + 6h

Решение. Выполним тождественное преобразование – раскроем скобки в левой части:

9h + 18 + 21 < 111 + 6h

Далее перенесем слагаемое 6h влево, а 18 и 21 вправо:

9h – 6h< 111 – 21 – 18

Множеством решений этого нер-ва является промежуток (24; + ∞).

Решение систем неравенств с одной переменной

Из 7 класса мы помним, что помимо отдельных уравнений порою приходиться решать и системы уравнений. Аналогично существуют и системы неравенств.

Для обозначения систем используются фигурные скобки. Можно убедиться подстановкой, что для системы

числа 12 и 13 будут являться решением, а числа 9 и 16 – нет.

Как и в случае с одиночными нер-вами, нам требуется найти числовой промежуток, все числа которого будет решениями системами. Отметим на координатной прямой решений нер-ва х > 10 (штриховка сверху) и х < 15 (штриховка снизу):

Красным цветом выделен промежуток (10; 15), который является решением для обоих нер-в. Именно он и является решением системы

Заметим, что решением системы неравенств является пересечением множеств решений каждого отдельного нер-ва, входящего в его состав. Подробнее о понятии пересечения множеств можно узнать из этого урока.

Для того чтобы решить систему, надо решить каждое отдельное нер-во, а потом найти пересечение полученных решений. Рассмотрим несколько задач.

Пример. Найдите решение системы неравенств

Решение. В первом нер-ве перенесем слагаемое вправо, а второе поделим на 3:

Решением первого нер-ва будет промежуток (3; + ∞), а второго – промежуток (– ∞; 9). Их пересечением будет промежуток (3; 9):

Пример. При каких значениях переменных верна система

Решение. Преобразуем систему:

Решения этих двух нер-в, (8; + ∞) и (– ∞; – 2), не пересекаются:

Таким образом, система не имеет решения. Другими словами, ее решение – пустое множество, обозначаемое символом ∅.

Пример. Укажите решение системы неравенств

Решениями этих нер-в являются промежутки (– ∞; 4] и (– ∞; 6), их пересечением является (– ∞; 4] (он является подмножеством (– ∞; 6)):

Решение совокупностей неравенств

Несколько неравенств могут быть объединены не только в системы, но и в совокупности. Отличие совокупности от системы заключается в том, что ее решением является любое число, которое обращает в верное числовое неравенство хотя бы одно из входящих в него нер-в.

Для обозначения совокупности используется квадратная скобка. Так решением совокупности

являются все числа, которые либо больше 10, либо меньше 6:

Можно сказать, что решение совокупности является объединением множеств решений всех входящих в него нер-в. Записывается это так:

Пример. Найдите решение совокупности неравенств

Решение. Преобразуем совокупность

Отметим решения этих нер-в:

Так как мы решаем не систему нер-в, а их совокупность, то ответом будет являться та область числовой прямой, которая заштрихована хотя бы с одной стороны, не обязательно с двух (эта область выделена красным цветом). Получаем, что решением совокупности является луч (– ∞; 1).

Заметим, что если бы мы решали систему, а не совокупность, то ответом был бы луч (– ∞; 0,5).

Метод интервалов

При решении сложных неравенств весьма эффективен метод интервалов. Он работает в том случае, если в одной части нер-ва стоит произведение нескольких множителей (обычно линейных полиномов), а в другой ноль. Тогда знак неравенства можно поменять на «=», и получить уравнение. Далее его следует решить и отметить на координатной прямой полученные корни. Эти корни разобьют числовую прямую на несколько интервалов. Далее надо просто определить, на каких интервалах выполняется неравенство. Рассмотрим этот метод на конкретном примере.

Пример. Решите неравенство

(х – 5)(х – 7)(4 – 2х) > 0

Первый шаг – заменим знак «>» на «=»:

(х – 5)(х – 7)(4 – 2х) = 0

Получили уравнение. Вспомним правило: произведение множителей равно нулю, если хоть один из них равен нулю. Поэтому

х – 5 = 0 или х – 7 = 0 или 4 – 2х = 0

Решим каждое из трех полученных линейных уравнений:

1. х – 5 = 0

1. х – 7 = 0

1. 4 – 2х = 0

Получили корни 2, 5 и 7. Отметим их на координатной прямой:

Эти точки разбивают числовую прямую на 4 промежутка:

• (– ∞; 2);
• (2; 5);
• (5; 7);
• (7; + ∞).

В исходном неравенстве слева стоит произведение (х – 5)(х – 7)(4 – 2х). Определим его знак на каждом из этих 4 интервалов. Для этого достаточно взять одно число из интервала и подставить его в выражение:

1. Из промежутка (– ∞; 2) возьмем х = 0:

(х – 5)(х – 7)(4 – 2х) = (0 – 5)(0 – 7)(4 – 2•0) = (– 5)•(– 7)•4 = 140

Получили число, большее нуля: 140 > 0

1. Из промежутка (2; 5) возьмем х = 3:

(х – 5)(х – 7)(4 – 2х) = (3 – 5)(3 – 7)(4 – 2•3) = (– 2)•(– 4)•(– 2) = – 16

Получили отрицательное число.

1. Из промежутка (5; 7) возьмем х = 6:

(х – 5)(х – 7)(4 – 2х) = (6 – 5)(6 – 7)(4 – 2•6) = 1•(– 1)•(– 8) = 8

Получили положительное число

1. Для последнего промежутка возьмем х = 8:

(х – 5)(х – 7)(4 – 2х) = (8 – 5)(8 – 7)(4 – 2•8) = 3•1•(– 12) = – 36

Теперь поставим на числовой прямой знаки, соответствующие каждому интервалу:

Так как в исходном неравенстве стоял знак «>», то в ответ надо записать объединение тех интервалов, на которых левая часть принимает положительные значения.

В этом примере можно заметить, что знаки в интервалах чередовались. Так и должно происходить в том случае, если каждый из множителей в левой части является многочленом первой степени. Напомним, что многочлен 1-ой степени – это выражение вида ах + с, например:

• 5х + 9
• 8х – 13
• 7,56х + 12,35

Пример. Определите, при каких значениях переменной полином

х 2 – 8х + 12

принимает отрицательные значения.

Решение. По сути, нам надо решить нер-во

Вспомним, что квадратный трехчлен можно разложить на линейные множители. Для этого надо решить уравнение:

D = (– 8) 2 – 4•1•12 = 64 – 48 = 16

Зная х₁ и х₂, можем записать, что

х 2 – 8х + 12 = (х – х₁)(х – х₂) = (х – 2)(х – 6)

Перепишем исходное нер-во:

К нему уже можно применить метод интервалов (так как в левой части стоит произведение):

х – 2 = 0 или х – 6 = 0

Естественно, что мы получили те же корни, что и при решении квадратного уравнения выше. Отметим корни на прямой и определим значение трехчлена на каждом из полученных интервалов:

На промежутке (– ∞; 2) при х = 1 имеем (1 – 2)(1 – 6) = (– 1)•(– 5) = 5

Промежуток (2; 6): при х = 3 получаем (3 – 2)(3 – 6) = 1• (– 3) = – 3

На промежутке (6; + ∞) при х = 7 получается (7 – 2)(7 – 6) = 5•1 = 5

В итоге трехчлен отрицателен тогда, когда х принадлежит интервалу (2; 6).

Решение линейных неравенств

Прежде чем перейти к определению и решению неравенств давайте вспомним, какие знаки используют в математике для сравнения величин.

Символ	Название	Тип знака
>	больше	строгий знак (число на границе не включается )
строгий знак (число на границе не включается )
≥	больше или равно	нестрогий знак (число на границе включается )
≤	меньше или равно	нестрогий знак (число на границе включается )

Теперь мы можем разобраться, что называют линейным неравенством и чем неравенство отличается от уравнения.

В отличии от уравнения в неравенстве вместо знака равно « = » используют любой знак сравнения: « > », « », « ≤ » или « ≥ ».

Запомните!

Линейным неравенством называют неравенство, в котором неизвестное стоит только в первой степени.

Рассмотрим пример линейного неравенства.

Как решить линейное неравенство

Важно!

Чтобы решить неравенство, нужно чтобы в левой части осталось только неизвестное в первой степени с коэффициентом « 1 ».

При решении линейных неравенств используют правило переноса и правило деления неравенства на число.

Правило переноса в неравенствах

Также как и в уравнениях, в неравенствах можно переносить любой член неравенства из левой части в правую и наоборот.

Запомните!

При переносе из левой части в правую (и наоборот) член неравенства меняет свой знак на противоположный .

Вернемся к нашему неравенству и используем правило переноса.

Для того, чтобы понять, что получается при решении неравенства, нам нужно вспомнить, понятие числовой оси.

Нарисуем числовую ось для неизвестного « x » и отметим на ней число « 14 ».

Запомните!

При нанесении числа на числовую ось соблюдаются следующие правила:

• если неравенство строгое, то число отмечается как «пустая» точка. Это означает, что число не входит в область решения;
• если неравенство нестрогое, то число отмечается как «заполненная» точка. Это означает, что число входит в область решения.

Заштрихуем на числовой оси по полученному ответу « x » все решения неравенства, то есть область слева от числа « 14 ».

Рисунок выше говорит о том, что любое число из заштрихованной области при подстановке в исходное неравенство « x − 6 » даст верный результат.

Возьмем, например число « 12 » из заштрихованной области и подставим его вместо « x » в исходное неравенство « x − 6 ».

Другими словами, можно утверждать, что любое число из заштрихованной области будет являться решением неравенства.

Важно!

Решить неравенство — это значит найти множество чисел, которые при подстановке в исходное неравенство дают верный результат.

Решением неравенства называют множество чисел из заштрихованной области на числовой оси.

В нашем примере ответ « x » можно понимать так: любое число из заштрихованной области (то есть любое число меньшее « 14 ») будет являться решением неравенства « x − 6 ».

Правило умножения или деления неравенства на число

Рассмотрим другое неравенство.

Используем правило переноса и перенесём все числа без неизвестного, в правую часть.

Теперь нам нужно сделать так, чтобы при неизвестном « x » стоял коэффициент « 1 ». Для этого достаточно разделить и левую, и правую часть на число « 2 ».

Запомните!

При умножении или делении неравенства на число, на это число умножается (делится) и левая, и правая часть.

• Если неравенство умножается (делится) на положительное число, то
  знак самого неравенства остаётся прежним .
• Если неравенство умножается (делится) на отрицательное число, то
  знак самого неравенства меняется на противоположный .

Разделим « 2x > 16 » на « 2 ». Так как « 2 » — положительное число, знак неравенства останется прежним.

2x > 16 | (:2)
2x (:2) > 16 (:2)
x > 8
Ответ: x > 8

Рассмотрим другое неравенство.

Разделим неравенство на « −3 ». Так как мы делим неравенство на отрицательное число, знак неравенства поменяется на противоположный.

−3x ≥ −9
−3x ≥ −9 | :(−3)
−3x : (−3) ≤ −9 :(−3)
x ≤ 3
Ответ: x ≤ 3

Примеры решения линейных неравенств

• 4(x − 1) ≥ 5 + x
  4x − 4 ≥ 5 + x
  4x − x ≥ 5 + 4
  3x ≥ 9 | (:3)
  3x (:3) ≥ 9 (:3)
  x ≥ 3
  Ответ: x ≥ 3
• x + 2 0 | :(−2)
  −2x : (−2) > 0 : (−2)
  x > 0
  Ответ: x > 0