Неравенства рациональные
31. Рациональное неравенство
\( — 9 < {x^4} — 10{x^2} \le 56 \)
Показать ответ и решение
\( — 9 < {x^4} — 10{x^2} \le 56 \)
1) Разобьём неравенство на две части
\( \left\{ \begin{array}{l} {x^4} — 10{x^2} > — 9, \\ {x^4} — 10{x^2} \le 56. \end{array} \right. \)
2) Подставим \( x^2 = t \), \( t \geq 0 \)
\( \left\{ \begin{array}{l} t^2 — 10t + 9 > 0, \\ t^2 — 10t — 56 \le 0. \end{array} \right. \)
3) Найдём корни первого неравенства
\( t^2 — 10t + 9 = 0 \Leftrightarrow t = 1 \, \text{и} \, t = 9 \)
4) Преобразуем его
\( t^2 — 10t + 9 = \left( t — 9 \right)\left( t — 1 \right) \)
5) Найдём корни второго неравенства
\( t^2 — 10t — 56 = 0 \Leftrightarrow t = 14 \, \text{и} \, t = -4 \)
6) Преобразуем его
\( t^2 — 10t — 56 = \left( t — 14 \right)\left( t + 4 \right) \)
7) Изучим неравенства
\( \left\{ \begin{array}{l} (t — 9)(t — 1) > 0, \\ (t — 14)(t + 4) \leq 0. \end{array} \right. \)
8) Разберём первое неравенство
\( \left( t — 9 \right)(t — 1) > 0 \Leftrightarrow t < 1 \, \text{или} \, t > 9 \)
9) Перейдём ко второй переменной
\( \left[ \begin{array}{l} x^2 < 1, \\ x^2 > 9 \end{array} \right. \)
10) Получим промежутки
\( \left[ \begin{array}{l} -1 < x < 1, \\ x < -3 \, \text{или} \, x > 3 \end{array} \right. \)
11) Соединяем разрывы
\( x \in \left( -\infty, -3 \right) \cup \left( -1, 1 \right) \cup \left( 3, \infty \right) \)
12) Изучим второе неравенство
\( (t — 14)(t + 4) \leq 0 \Leftrightarrow -4 \leq t \leq 14 \)
13) Вернёмся к переменной \( x^2 \)
\(-4 \leq x^2 \leq 14 \Leftrightarrow x^2 \leq 14\)
14) Возьмём корень из 14
\( x \in \left[ -\sqrt{14}, \sqrt{14} \right] \)
15) Объединим оба решения
Таким образом,
\( x \in \left[ -\sqrt{14}, -3 \right) \cup \left( -1, 1 \right) \cup \left( 3, \sqrt{14} \right] \)
\( x \in \left[ -\sqrt{14}, -3 \right) \cup \left( -1, 1 \right) \cup \left( 3, \sqrt{14} \right] \)
32. Рациональное неравенство
\(3 < \dfrac{7{x^2} - 5x + 7}{{x^2} + 1} < 6\)
Показать ответ и решение
\(3 < \dfrac{7{x^2} - 5x + 7}{{x^2} + 1} < 6\)
1) Приведём к системе неравенств
\(\left\{ \begin{array}{l} \dfrac{7{x^2} — 5x + 7}{{x^2} + 1} > 3, \\ \dfrac{7{x^2} — 5x + 7}{{x^2} + 1} < 6 \end{array} \right.\)
2) Упростим первое неравенство
\(\dfrac{7{x^2} — 5x + 7 — 3{x^2} — 3}{{x^2} + 1} > 0 \Rightarrow \dfrac{4{x^2} — 5x + 4}{{x^2} + 1} > 0\)
3) Упростим второе неравенство
\(\dfrac{7{x^2} — 5x + 7 — 6{x^2} — 6}{{x^2} + 1} < 0 \Rightarrow \dfrac{{x^2} - 5x + 1}{{x^2} + 1} < 0\)
4) Так как дискриминант квадратного трёхчлена \(4{x^2} — 5x + 4\) меньше нуля, то \(4{x^2} — 5x + 4 > 0\). Можно записать неравенство:
\(\left\{ \begin{array}{l} \dfrac{4{x^2} — 5x + 4}{{x^2} + 1} > 0, \\ \dfrac{{x^2} — 5x + 1}{{x^2} + 1} < 0 \end{array} \right. \Leftrightarrow {x^2} - 5x + 1 < 0\)
5) Решим полученное неравенство методом интервалов
\({x^2} — 5x + 1 < 0 \Leftrightarrow \left( {x - \dfrac{5 + \sqrt{21}}{2}} \right)\left( {x - \dfrac{5 - \sqrt{21}}{2}} \right) < 0\)
6) Найденное решение получается следующим образом:
\(x \in \left( \dfrac{5 — \sqrt{21}}{2}; \dfrac{5 + \sqrt{21}}{2} \right)\)
\(x \in \left( \dfrac{5 — \sqrt{21}}{2}; \dfrac{5 + \sqrt{21}}{2} \right)\)
33. Рациональное неравенство
\( \dfrac{{{x^2} — 2x + 1}}{{{{\left( {x + 2} \right)}^2}}} + \dfrac{{{x^2} + 2x + 1}}{{{{\left( {x — 3} \right)}^2}}} \le \dfrac{{{{\left( {2{x^2} — x + 5} \right)}^2}}}{{2{{\left( {x + 2} \right)}^2}{{\left( {x — 3} \right)}^2}}} \)
Показать ответ и решение
\( \dfrac{{{x^2} — 2x + 1}}{{{{\left( {x + 2} \right)}^2}}} + \dfrac{{{x^2} + 2x + 1}}{{{{\left( {x — 3} \right)}^2}}} \le \dfrac{{{{\left( {2{x^2} — x + 5} \right)}^2}}}{{2{{\left( {x + 2} \right)}^2}{{\left( {x — 3} \right)}^2}}} \)
1) Исходное неравенство можно переписать в виде:
\(\Leftrightarrow \;\;\;\;\dfrac{{{{\left( {x — 1} \right)}^2}{{\left( {x — 3} \right)}^2}}}{{{{\left( {x — 3} \right)}^2}{{\left( {x + 2} \right)}^2}}} + \dfrac{{{{\left( {x + 1} \right)}^2}{{\left( {x + 2} \right)}^2}}}{{{{\left( {x + 2} \right)}^2}{{\left( {x — 3} \right)}^2}} \le \dfrac{{{{\left( {2{x^2} — x + 5} \right)}^2}}}{{2{{\left( {x + 2} \right)}^2}{{\left( {x — 3} \right)}^2}}}\)
2) Упростим дроби:
\(\Leftrightarrow \;\;\;\dfrac{{2{{\left( {{x^2} — 4x + 3} \right)}^2} + 2{{\left( {{x^2} + 3x + 2} \right)}^2} — {{\left( {2{x^2} — x + 5} \right)}^2}}}{{2{{\left( {x + 2} \right)}^2}{{\left( {x — 3} \right)}^2}}} \le 0\)
3) Обозначим:
\(a = {x^2} — 4x + 3,\;\;\; b = {x^2} + 3x + 2\)
Тогда: \(a + b = {x^2} — 4x + 3 + {x^2} + 3x + 2 = 2{x^2} — x + 5\)
4) Подставим \(a\) и \(b\) в свободный член:
\(2{\left( {{x^2} — 4x + 3} \right)^2} + 2{\left( {{x^2} + 3x + 2} \right)^2} — {\left( {2{x^2} — x + 5} \right)^2} = (a — b)^2\)
\(\Leftrightarrow \;\;\; {\left( {7x — 1} \right)}^2\)
5) Таким образом, неравенство принимает вид:
\(\dfrac{{{{\left( {7x — 1} \right)}^2}}}{{2{{\left( {x + 2} \right)}^2}{{\left( {x — 3} \right)}^2}}} \le 0 \Leftrightarrow x = \dfrac{1}{7}\)
\( \dfrac{1}{7} \)