含绝对值的不等式
[学习要求]
(1)理解并掌握解含绝对值的不等式的基本思路是化去绝对值符号,转化为不含绝对值符号的不等式(或不等式组)来解。
(2)弄懂去绝对值符号的理论依据,掌握去绝对值符号的主要方法,会解简单的含有绝对值的不等式。
[重点难点]
1.实数绝对值的定义:
|a|=
这是去掉绝对值符号的依据,是解含绝对值符号的不等式的基础。
2.最简单的含绝对值符号的不等式的解。
若a>0时,则
|x| |x|>a x<-a或x>a。 注:这里利用实数绝对值的几何意义是很容易理解上式的,即|x|可看作是数轴上的动点P(x)到原点的距离。 3.常用的同解变形 |f(x)| |f(x)|>g(x) f(x)<-g(x)或f(x)>g(x); |f(x)|<|g(x)| f2(x) 4.三角形不等式: ||a|-|b||≤|a±b|≤|a|+|b|。 例题选讲: 第一阶梯 例1:实数绝对值的涵义是什么 探路:实数绝对值的定义是分类给出的。 解:正数的绝对值就是它本身;负数的绝对值是它的相反数;零的绝对值是零。 即: 评注:绝对值的概念是分类定义的,因此,在解决这类问题时,必须要分类讨论。 例2:型如:|x|a,(其中a>0)不等式的解法。 探路:利用不等式的乘方法则或绝对值意义均可。 解:当a>0时, |x| |x|>a x2>a2x>a或x<-a;其几何意义为 评注: 解:型如|x|0)和|x|>a,(a>0)的不等式,可以利用平方法化为关于x的二次不等式来解;也可以利用定义法来解,均可求得它们的解集。今后,要熟记|x|0)的解集为-a 例3:由定理-“|a|-|b|≤|a+b|≤|a|+|b|”导出定理:“|a|-|b|≤|a-b|≤ |a|+|b|” 探路:利用“代换法” 证明:由定理一可知,|a|-|-b|≤|a+(-b)|≤|a|+|-b|,即|a|-|b|≤|a-b|≤ |a|+|b| 评注:关于和、差、积、商的绝对值与绝对值的和、差、积、商,有下面性质。 (1)|a·b|=|a|·|b|;(2),(b≠0); (3)|a|-|b|≤|a+b|≤|a|+|b|;(4)|a|-|b|≤|a-b|≤|a|+|b| 例4:不等式||<1的解集是() (A){x|5 (C){x|7 探路: 根据不等式的性质|f(x)|0)求解。 解: <1-1<-3<12<<44 评注:本题考查含绝对值不等式的解法。 例5:解不等式|3x+2|+|x-2|>4 探路: 含多个绝对值符号的不等式,利用零点、分区间、讨论法。 解:由3x+2=0,得x=;由x-2=0,得x=2,∴ 原式或或 或或 x<-1或0 x<-1或x>0 故原不等式的解集为{x|<-1或x>0} 评注: ①解含有两个或两个以上绝对值符号的不等式,一般采用零点、分区间、讨论法;即先求出使每个含绝对值符号的解析式值等于零的未知数的值,将这些值依次在数轴上标注出来,它们把序轴分成若干个区间,讨论每一个绝对值符号内解析式在每一个区间上的符号,去掉绝对值符号,转化为不含绝对值的不等式去解。 ②分类讨论思想、解关于x的不等式,若对x讨论,所求不等式的解集是各种情况所得解集的并集。 第二阶梯 例1:解下列不等式 (1)|-2|≤3;(2)|x2-3x|>4 探路:当a>0时,有|f(x)| ≤a-a≤f(x)≤a;|f(x)|>a f(x)>a或f(x)<-a 解: (1)原不等式-3≤-2≤3-1≤≤5,∵≥0,∴0≤≤50≤3x-2≤252≤3x≤27≤x≤9 ∴原不等式的解集为{x|≤x≤9}; (2)原不等式x2-3x>4或x2-3x <-4x2-3x-4>0或x2-3x+4<0 解x2-3x-4>0,得x<-1或x>4;解x2-3x+4<0,得x∈ ∴原不等式的解集是{x|x<-1或x>4}。 评注: 依据a>0,x∈R时,有|x|a x>a或x<-a 可知,去掉绝对值符号的主要方法,为 |f(x)|0); |f(x)|>a f(x)>a或f(x)<-a,(a>0) 例2.解下列不等式 (i)|x2-9|≤x+3; 探路:根据实数绝对值的意义,即|a|=去掉绝对值符号,再行解之。 解:原不等式(I)或(II) 不等式组(I)x=-3或3≤x≤4; 不等式组(II)2≤x<3; ∴原不等式的解集是{x|x=-3或2≤x≤4}。 探路(2):根据不等式的性质|f(x)|≤g(x)-g(x)≤f(x)≤g(x)去掉绝对值符号,再行解之。 解:原不等式-(x+3)≤x2-9≤x+3≤ x=-3或2≤x≤4。 ∴原不等式的解集为{x|x=-3或2≤x≤4}。 评注: 解含绝对值符号不等式的基本方法是去掉绝对值符号,然后再解;去绝对值符号的常用手段有三种,即根据实数绝对值的意义,去绝对值符号;根据不等式性质:去绝对值符号,在这 里不必考虑g(x)的符号问题;也可以根据|a|2=a2,(a∈R),将不等式两边平方,此时要注意不等式两边平方的条件。 (ii)>2x; 探路: |f(x)|>g(x)f(x)>g(x)或f(x)<-g(x)(请同学们直接使用,证明略) 解:原不等式>2x或 <-2x; 由>2x,得x<或x>; 由<-2x,得 ∴原不等式的解集为{x|x<或x>} 评注:熟练应用“|f(x)|>g(x)f(x)>g(x)或f(x) 例3:解下列各不等式 (i) 探路: 利用,将原不等式化为关于|x|的含绝对值二次不等式,先求出|x|的取值范围,再求x的取值范围。 解:∵x2=|x|2 ∴原不等式的解集为 评注:对上面介绍的五种去掉绝对值符号的方法,不要盲目套用,要分析题目的结果特征,选择解题的最佳途径是我们要培养的基础功。 (ii) 探路:∵不等式两边均为非负数,∴可以利用“平方法” 解:∵不等式两边都是非负数,∴不等式两边分别平方,得 ,整理得 又∵此不等式两边都是非负数,∴两边分别平方,得 整理,得 ∴原不等式的解集为; 评注:在利用“平方法”去绝对值符号时,必须注意不等式两边都非负的条件。 探路:可以利用零点、分段、讨论法(即零点区间法) 解4:求零点:令x+3=0,得x=-3;令x-3=0,得x=3 。分段:两个零点将R分为三段; (i)当x≥3时,原不等式化为|x+3-x+3|>3,∵此不等式恒成立;∴x≥3 (ii)当x≤-3时,原不等式化为|-x-3+x-3|>3,∵此不等式恒成立,∴x≤-3 (iii)当-3 求(i)、(ii)、(iii)的并集,得原不等式的解集为 第三阶梯 例1:设集合,若A B,求实数a的取值范围。 探路:分别解绝对值不等式,分式不等式,化简集合A,B,再将集合的包含关系转化为与之等价的不等式组,求a的取值范围。注意此时应包括端点。 解:|x-a|<2-2 ∴A={x|a-2 <0(x+2)(x-3)<0-2 ∴B={x|-2 ∵A B,于是0≤a≤1。 评注: 本题考查的方向是求满足条件实数a的取值范围;考查的知识点为:绝对值不等式,分式不等式的解法以及集合的知识;考查数形结合的数学思想,必须指出的是集合的包含关系,可直观地解释为数轴上区间的覆盖关系,从而将集合的包含关系转化为与之等价的不等式组,求得a的取值范围。 例2:求证: 探路: 用综合法不易得手时,可从结论分析入手,逐步寻找使前一个不等式成立的充分条件或充要条件。 成立,∴原不等式成立。 评注: 本题考查用分析法证明不等式,是对课本P27。例4,证明方法的挖潜,∵每一个不等式都是前一个不等式成立的充分条件或充要条件,因而相邻两个不等式之间要用反向单箭头 “”(表示后一个不等式是前一个不等式成立的充分条件),或用双向箭头“”(表示后一个不等式是前一个不等式成立的充要条件)连结。也可以用“需证”、“即证”等语句连结。通过练习,落实数学思想和方法。 例3:已知| a | < 1, | b |< 1,试比较| a+b | + | a-b | 与2的大小。 探路: ∵要比较大小的对象含有绝对值符号,∴可联想算术平方根,对其进行变形,再利用不等式的性质进行放缩处理。 评注: 对于含有绝对值符号的比较大小问题,可视为绝对值不等式的证明,要结合绝对值不等式的性质,利用放缩等方法解决问题。 探路:本题也可以按a+b与a-b的符号分类讨论,解答问题。 解: (i) 当a+b与a-b同号时,有 (ii)当a+b与a-b异号时,有 (iii)当a+b与a-b至少一者为零时,结论显然综上所述:|a+b|+|a-b|<2 仅供参考,不必深究。 例4:设a>0,且a≠1,解关于x的不等式 探路:利用“同底法”。 解: ∴原不等式 (i)当0 不等式组(Ⅲ),无解,∴原不等式的解集为; (ii)当a>1时 不等式组(Ⅲ),无解,∴原不等式的解集为 评注: 本题是含字母系数a的对数不等式,参数a的作用有两个:一是由01来决定对数函数的单调性;在对数不等式变换为代数不等式时,决定不等号的方向是否改变;二是决定所得代数不等式的解集,还需指出的是,对数函数的定义域为R+的制约作用也不可忽视。 第四阶梯 例1.解不等式 |x2+4x-1|<4.............① 解:①-4 -5 即原不等式的解集是(-5,-3)∪(-1,1)。 例2.解不等式|x2-3|>2x...........① 解:①x2-3<-2x或x2-3>2x x2+2x-3<0或x2-2x-3>0 -3 即原不等式的解集(-∞,1)∪(3,+∞)。 例3.解不等式| |≤1...........① 解:① (2) |2x+3|2≤|x-1|2(2x+3)2-(x-1)2≤0 (2x+3-x+1)(2x+3+x-1)≤0 (x+4)(3x+2)≤0, -4≤x≤- 。 (3) x≠1。 ∴原不等式的解集为[-4,- ]。 例4.解不等式|x+1|+|x-2|<5...........① 分析:为了去掉绝对值符号,首先找到两式的零点-1和2,它们把(-∞,+∞)分成了三个区间;(-∞,-1),[-1,2],(2,+∞)。从而可将不等式①化为三个不等式组。求它们的解集的并集即可。 解:将不等式①化为三个不等式组 (I)-2 (II)-1≤x≤2; (III)2 ∴原不等式的解集为(-2,-1)∪[-1,2]∪(2,3),即(-2,3)。 例5.解不等式|x+1|+|x-2|<1。 解:∵ |x+1|+|x-2|≥|(x+1)-(x-2)|=3,∴原不等式无解。 说明:本题没有采用例4的解法,而是利用三角形不等式直接判断出结果。它提示我们今后解这一类问题,应先判断。 例6.已知:|a|<1, |b|<1。求证:| |<1.........① 证法1:欲证①,只需证<1, 只需证|a+b|<|1+ab|, 只需证(a+b)2<(1+ab)2, 只需证(a+b)2-(1+ab)2<0, 只需证(a2+b2-a2b2-1)<0, 只需证-(a2-1)(b2-1)<0............② ∵ |a|<1, |b|<1。∴a2<1, b2<1,即a2-1<0, b2-1<0。∴②式成立, 证法2:欲证①,只需证-1< <1, 只需证(+1)(-1)<0, 只需证·<0, 只需证<0, 只需证<0............③ ∵ |a|<1, |b|<1, ∴ a2<1, b2<1,即a2-1<0, b2-1<0, 又(1+ab)2>0, ∴③式成立, ∴原不等式成立。 例7.求证: ≤≤+ 。 证法1: ∵≤|a+b|(1+|a|+|b|)≤(|a|+|b|)(1+|a+b|) |a+b|≤|a|+|b|。 ∵上式显然成立,∴≤成立。 又= + ≤+ 。 证法2:这里只证明≤ 分析:观察两式结构均为的形式,又∵|a+b|≤|a|+|b|,而原不等式要成立,只需证明函数y= 在[0,+∞)上单调递增即可。 证明:设0≤x1≤x2, 则- = , ∵ 0≤x1≤x2, ∴ x2-x1≥0, 1+x1>0, 1+x2>0, ∴≥0。 ∴- ≥0, 即≥, 设x1=|a+b|, x2=|a|+|b| ∵ |a+b|≤|a|+|b|, ∴≤。 参考练习: 1.解不等式 |x2+3x-8|≤10。 2.解不等式 |x+7|-|x-2|<3。 3.解不等式 | -3|>1。 4.解不等式 |log3x|+|log3(3-x)|≥1。 5.求y= 的值域。 6.设f(x)=x2+ax+b是整系数二次三项式,求证:|f(1)|< , |f(2)|< , |f(3)|< ,不可能同时成立。 7.已知|x|< , |y|< , |z|< , (ξ>0)。求证:|x+2y-3z|<ξ。 参考答案: 1. [-6, -2]∪[-1, 3]; 2. (-∞, -1); 3. [ , 2)∪(6, +∞); 4. 提示:首先求定义域(0,3)。其次求出二零点1,2。分三个区间(0,1],(1,2],(2,3)解即可。解集(0,)∪[ ,3]。 5.提示:可用反解法解出sinx= ,则解不等式| |≤1得y∈[-4, - ]。 6.提示:用反证法 略证:假设|1+a+b|< , |4+2a+b|< , 及|9+3a+b|< 同时成立。 由题设a, b∈Z, ∴ 1+a+b∈Z, ∴ 1+a+b=0.........① 同理4+2a+b=0.......② 9+3a+b=0.........③