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不等式什么时候要变号?把除负数与边界代回放在一起检查

对实数不等式,两边同乘或同除一个已知负数,大小方向才需要反过来;两边加减相同数不会因为出现负号就变向。自编题−3(x−2)≥12的解是x≤−2,边界−2也包含。下面用两条推导、三点代回和条件变化练习,检查你反向的理由是否正确。

书页上数学表达式的特写,作为检查运算步骤的配图
配图:Bozhin Karaivanov · Unsplash License公式书页配图,并非本文−3(x−2)≥12的题目或作答记录。本文例题与参考答案由编辑另行设计。

这篇要学会什么

先写每一步实际做了什么:−3x≥6两边除以−3,得到x≤−2,而不是x≥−2。把−3、−2、−1代回原式,分别得到真、真、假。代入能揭露方向错误,但有限几个点不能证明整个解集;完整范围来自每一步都等价的推导。

看运算,不是看有没有负号

同加一个数和同乘一个负数,对数轴顺序做的是不同事情。用两个自己能算的数比较:1<4,两边加−2后是−1<2,顺序没有反;两边乘−2后是−2>−8,顺序才反过来。

OpenStax的不等式性质区分加法与乘法的影响,也适用于≤和≥。因此“式子里有负号就变号”不是规则;必须说清两边是否真的同乘或同除了已知负数。负指数又是另一件事,可参照底数、括号与负指数的区分。

同一个起点1<4,做三种操作

两边加−2

−1<2。两数同向移动相同距离,原有大小顺序保留。

两边乘2

2<8。已知正倍数保留顺序。

两边乘−2

−2>−8。乘数为负,顺序反过来。

完整例题:在除以−3的那一行反向

以下数值、两条路线与练习均由编辑设计,讨论实数x,不是学生效果测试。解−3(x−2)≥12时,先把括号展开为−3x+6。括号内的−2也要乘到−3,得到+6;这一步只是改写同一表达式,不是把两边都乘了−3。

然后两边都减6,得到−3x≥6,方向保留。最后两边除以已知负数−3,才得到x≤−2。把每行的操作写在旁边,比在看到负号时凭感觉改符号更容易核对。

自编题的逐行推导
当前不等式这一步做什么方向为何如此
−3(x−2)≥12题目给定,x取实数尚未进行变形
−3x+6≥12用分配律展开左侧改写同一个左侧表达式
−3x≥6两边同减6同加减相同数不改变顺序
x≤−2两边同除以−3除数为负,≥反向为≤

换一条只除正数的路线,答案仍须一致

不想在最后除负数,也可以先把含x的项移到右侧,但必须写成两边相同的加减。它不是一种免检查的口诀,而是对同一道题采用另一串等价步骤。

从−3x+6≥12开始,两边加3x得到6≥12+3x;两边减12得到−6≥3x;两边除以正数3,得到−2≥x。最后把这句改写成x≤−2:比较对象交换位置,符号写向也随之交换,表达的仍是同一句“小于等于”。这不是又做了一次数值乘除。

两种写向是否表达同一件事?

把常数写在前面

−2 ≥ x

把x写在前面

x ≤ −2

两句都表示x不大于−2。不能只交换两边而保留≥,否则会把原来的结论写反。两条解题路线最终应给出同一个范围。

代回边界和两侧:抓出反向错误

原题允许等于,因此−2必须包含。解集为x≤−2,区间写作(−∞,−2];在数轴上是−2处实心点并向左延伸。无穷不是可以被取到的端点。

下面检查原始左侧−3(x−2),不要只代回已经可能写错的最后一行。左侧点、边界点、右侧点能帮助定位方向和等号错误;它们不能穷尽全部实数。说明整个范围成立的依据,仍是前面的等价推导。

把三个值代回原式−3(x−2)≥12
位置与x左侧计算原比较检查结论
左侧:−3−3×(−3−2)=1515≥12,真左侧有应包含的值
边界:−2−3×(−2−2)=1212≥12,真边界包含,使用≤与实心点
右侧:−1−3×(−1−2)=99≥12,假右侧这个值不应被解集包含

第一个错误在除法步骤,不在最后的数值

错误草稿

−3x≥6,所以x≥−2。

有依据的修正

两边除以−3,要反向;因此x≤−2。

错误范围包含−1,但原式在−1处为假;还排除了有效的−3。两个反证指向同一个符号错误,而不是把−2重新算一遍就能修复。

改动条件后,先判断哪一条规则变了

先独立解下面三题,并注明操作、完整范围和边界是否包含,再看答案。A题只出现负数而没有除负数;B题把≥改成>;C题要求对三段同时操作。它们分别检查你是否过度变向、漏掉严格性或只改了一个比较符号。

可复制的条件变化练习

在实数范围内求解,并写出每一步两边做的运算。
A. x−5 < −2
B. −3(x−2) > 12
C. −4 < −2x ≤ 6
每题至少检查一个边界值,解释它为什么包含或排除。
自编练习。不要仅凭最后出现的负号决定符号方向。

三道变式的完整参考过程与边界
题目推导完整答案边界与样本检查
Ax−5<−2;两边加5,x<3x<3,即(−∞,3)x=3时−2<−2为假;x=2时−3<−2为真
B−3x+6>12;−3x>6;两边除−3,x<−2x<−2,即(−∞,−2)x=−2时12>12为假;改成空心边界;x=−3时15>12为真
C三段都除−2,2>x≥−3;再按从小到大重排−3≤x<2,即[−3,2)x=−3时−4<6≤6为真;x=2时左侧严格比较失败;x=0时−4<0≤6为真

除数含字母时,先知道它的符号

已知负数规则不能在符号未知时直接套。以另一个自编式ax≥6为例:a>0时,x≥6/a;a<0时,x≤6/a;a=0时,原式变成0≥6,为假,没有解。三种条件必须先分开,不能先除以a,再事后补一句“也许要变号”。

这里仅说明固定系数符号的重要性,不把它扩展成所有含变量分母或二次不等式的通用解法。记错时,用找到第一个错误步骤的记录方法保留原题、实际操作、出错行、完整解集和一次改条件重做。复习目标是能解释为什么反向,本文没有测量任何学习提升。

收起答案前,核对四件事

  • 我能指出同乘或同除已知负数的具体一行,而不是只说“有负号”。
  • 我的≤、<、≥或>与原题允许的等号一致。
  • 我把边界和两侧值代回了原式,并知道这些点不能代替完整推导。
  • 除数符号未知或可能为零时,我没有擅自除过去。

参考资料与延伸阅读

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