Неравенства с модулем

Неравенства с модулем

Неравенства с модулем
При решении неравенств, содержащих переменную под знаком модуля, используется определение модуля функции:

\left|f(x) \right|=\left\{\begin{matrix} f(x), f(x)\geq 0,\\ -f(x), f(x)<0. \end{matrix}\right.

Можно также пользоваться свойствами модуля, в частности такими как

\left|f(x) \right|\geq 0;\; \left | f(x)\cdot g(x) \right |=\left | f(x) \right |\cdot \left | g(x) \right |;\; \left | f(x) \right |^{2}=\left ( f(x) \right )^{2};\; \left | \frac{f(x)}{g(x)} \right |=\frac{\left | f(x) \right |}{\left | g(x) \right |};


\left|-f(x) \right|=\left | f(x) \right |;\; \left | f(x) \right |><noscript><img src='https://math-helper.net/wp-content/plugins/latex/cache/tex_8cf218227997284dc316a2e760684ad3.gif' style='vertical-align: middle; border: none;' class='tex' alt=\left | g(x) \right |\Leftrightarrow \left ( f(x) \right )^{2}>\left ( g(x) \right )^{2}." />


(аналогичные свойства для неравенств имеют место, если в последней равносильности будет знак <,\: \leq ,\: \geq). Иногда используется геометрическая интерпретация модуля, согласно которой \left|x-a \right| есть расстояние на числовой прямой между точками x и a. Неравенство вида \left|f(x) \right|<a\Leftrightarrow -a<f(x)<a, если a><noscript><img src='https://math-helper.net/wp-content/plugins/latex/cache/tex_323c5f97105643bc61e288fe596194ca.gif' style='vertical-align: middle; border: none; ' class='tex' alt=0" />, если a<0, то неравенство \left|f(x) \right|<a решений не имеет. Неравенство вида  \left|f(x) \right|><noscript><img src='https://math-helper.net/wp-content/plugins/latex/cache/tex_6a0ab0fac64b732a173a51398fb06be4.gif' style='vertical-align: middle; border: none; padding-bottom:2px;' class='tex' alt=a \Leftrightarrow \left[\begin{matrix} f(x)>a,\\ f(x)<-a, \end{matrix} \right." /> если a<0, то решением неравенства \left|f(x) \right|><noscript><img src='https://math-helper.net/wp-content/plugins/latex/cache/tex_96b62d71b3baf774332d2e958d919ec3.gif' style='vertical-align: middle; border: none; padding-bottom:2px;' class='tex' alt=a" /> будет множество допустимых значений функции f(x); если a=0, то решением неравенства \left|f(x) \right|><noscript><img src='https://math-helper.net/wp-content/plugins/latex/cache/tex_96b62d71b3baf774332d2e958d919ec3.gif' style='vertical-align: middle; border: none; padding-bottom:2px;' class='tex' alt=a" /> будет множество тех x, для которых f(x)\neq 0.
При решении неравенств, содержащих более одного модуля, применяют метод интервалов для модулей.
Пример 1. Решить неравенство \left | x+2 \right |\leq 5.
Решение.
1 способ.
Поскольку \left|f(x) \right|\leq a\Leftrightarrow -a\leq f(x)\leq a при a\geq 0, то получаем

\left|x+2 \right|\leq 5\Leftrightarrow -5\leq x+2\leq 5\Leftrightarrow -5-2\leq x\leq 5-2\Leftrightarrow -7\leq x\leq 3\Leftrightarrow x\in \left [ -7;3 \right ].


2 способ.
Возведя обе части исходного неравенства в квадрат, получим равносильное ему неравенство

\left ( x+2 \right )^{2}\leq 5\Leftrightarrow \left ( x+2 \right )^{2}-5^{2}\leq 0 \Leftrightarrow \left ( x+2-5 \right )\left ( x+2+5 \right )\leq 0 \Leftrightarrow \left ( x-3 \right )\left ( x+7 \right )\leq 0 \Leftrightarrow -7\leq x\leq 3


(последнюю равносильность можно получить, используя, например, метод интервалов).
3 способ.
Используем определение модуля \left | x+2 \right |=\left\{\begin{matrix} x+2,\; x+2\geq 0,\\ -(x+2),\; x+2<0. \end{matrix}\right. Отсюда исходное неравенство можно заменить совокупностью двух систем неравенств:

\left\{\begin{matrix} x+2\geq 0,\\ x+2\leq 5; \end{matrix}\right.\Leftrightarrow \left\{\begin{matrix} x+2<0,\\ -(x+2)\leq 5. \end{matrix}\right.

Из первой системы получаем -2\leq x\leq 3, из второй системы -7\leq x\leq -2. Отсюда искомое решение будет объединением решений 1 и 2 систем, т. е. x\in \left [ -2;3 \right ]\bigcup \left [ -7;-2 \right )=\left [ -7;3 \right ]. Ответ: x\in \left [ -7;3 \right ].
Пример 2. Решить неравенство \left | 3x-2 \right |><noscript><img src='https://math-helper.net/wp-content/plugins/latex/cache/tex_1886f229eb4b94fe0e23892135647261.gif' style='vertical-align: middle; border: none; padding-bottom:2px;' class='tex' alt=-2" />.
Решение. Поскольку \left | 3x-2 \right |><noscript><img src='https://math-helper.net/wp-content/plugins/latex/cache/tex_1886f229eb4b94fe0e23892135647261.gif' style='vertical-align: middle; border: none; padding-bottom:2px;' class='tex' alt=-2" />, то исходное неравенство выполняется для любого действительного x, т. е. x\in \left ( -\infty ;+\infty \right ).
Ответ: x\in \left ( -\infty ;+\infty \right ).
Пример 3. Решить неравенство \left | 3x-2 \right |><noscript><img src='https://math-helper.net/wp-content/plugins/latex/cache/tex_901542ebc80f1758cffdb5ee33ebc32c.gif' style='vertical-align: middle; border: none; padding-bottom:2px;' class='tex' alt=7." />
Решение.
1 способ. Поскольку при a><noscript><img src='https://math-helper.net/wp-content/plugins/latex/cache/tex_323c5f97105643bc61e288fe596194ca.gif' style='vertical-align: middle; border: none; ' class='tex' alt=0" /> \left|f(x) \right|><noscript><img src='https://math-helper.net/wp-content/plugins/latex/cache/tex_53a817ee768d1d0afd9a5ef7c2a0a589.gif' style='vertical-align: middle; border: none; padding-bottom:2px;' class='tex' alt=a\Leftrightarrow \left[\begin{matrix} f(x)>a,\\ f(x)<-a, \end{matrix} \right." />,то имеем:

\left | 3x-2 \right |><noscript><img src='https://math-helper.net/wp-content/plugins/latex/cache/tex_4a7d4266a59a51b50f9bf1be62ce5f18.gif' style='vertical-align: middle; border: none;' class='tex' alt=7\Leftrightarrow \left [ \begin{matrix} 3x-2>7,\\ 3x-2<-7 \end{matrix} \right.\Leftrightarrow \left [ \begin{matrix} x>3,\\ x<-\frac{5}{3} \end{matrix} \right.\Leftrightarrow x\in \left ( -\infty ;-\frac{5}{3} \right )\bigcup \left ( 3;+\infty \right )." />

2 способ. Исходное неравенство можно заменить двумя системами (точнее совокупностью двух систем неравенств):

a)\: \left\{\begin{matrix} 3x-2\geq 0,\\ 3x-2><noscript><img src='https://math-helper.net/wp-content/plugins/latex/cache/tex_d9352162bd3759ae2eaa82ba25d8e097.gif' style='vertical-align: middle; border: none;' class='tex' alt=7; \end{matrix}\right." />


b)\: \left\{\begin{matrix} 3x-2<0,\\ -(3x-2)><noscript><img src='https://math-helper.net/wp-content/plugins/latex/cache/tex_47f547a0544f628a171c9ef95cc8563a.gif' style='vertical-align: middle; border: none;' class='tex' alt=7; \end{matrix}\right." />


Решая систему а), найдем x><noscript><img src='https://math-helper.net/wp-content/plugins/latex/cache/tex_70bd59c13dc73bf9bd6d754179e97497.gif' style='vertical-align: middle; border: none; padding-bottom:2px;' class='tex' alt=3" />. Решая систему b), найдем x<-\frac{5}{3}. Решение исходного неравенства есть объединение решений систем а) и b), т. е. x\in \left ( -\infty ;-\frac{5}{3} \right )\bigcup \left ( 3;+\infty \right ).

Ответ: x\in \left ( -\infty ;-\frac{5}{3} \right )\bigcup \left ( 3;+\infty \right ).
Пример 4. Решить неравенство \left | 3x+61 \right |<-1.

Решение. Поскольку \left | 3x+61 \right |\geq 0, то исходное неравенство решений не имеет.
Ответ: x\in \oslash.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

17 − восемь =