高2下册人教版数学 第一讲 第二节 第2课时 绝对值不等式的解法 逐字稿-6,381字

  师:同学们好,上一节课我们介绍了绝对值三角不等式,今天继续介绍绝对值不等式的解法。首先,从某个数的绝对值说起,对于实数(x)的绝对值,大家能有哪些理解?我们可以从代数角度理解,当(x\gt0)时,(\vert x\vert = x);当(x = 0)时,(\vert x\vert = 0);当(x\lt0)时,(\vert x\vert = -x)。还能从几何角度理解,(\vert x\vert)表示数轴上坐标为(x)的点到原点的距离。

  同学们想一想,还能联系到我们学过的哪些知识?看到在(x)不同取值范围内,绝对值结果不同,也可以从分段函数角度理解。从函数角度看,(y = \vert x\vert)就是一个分段函数,当(x\gt0),函数是(y = x);当(x\lt0)时,(y = -x);当(x = 0)时,图像过原点。

  从代数、几何和函数这三个角度,都能理解(\vert x\vert)的意义。下面同学们能解这个不等式吗?可以根据刚刚三个角度理解不等式意义来求解。

  先利用绝对值的几何意义,(\vert x\vert)表示数轴上(x)到原点的距离,所以(\vert x\vert\lt1),表示数轴上到原点距离小于(1)的点的集合。我们先在数轴上找到到原点距离等于(1)的点,即(-1)与(1),那么到原点距离小于(1)的点的集合就在(-1)与(1)之间,所以此不等式的解集是(( -1, 1))。

  当然也能从代数角度解决这个不等式,分类讨论。当(x\geq0)时,(\vert x\vert = x),原不等式转化为(x\lt1),相当于解不等式组(\begin{cases}x\geq0 \ x\lt1\end{cases}),该不等式组的解集是([0, 1))。当(x\lt0)时,(\vert x\vert = -x),原不等式转化为(-x\lt1),在(x\lt0)的前提条件下,解为(x\gt -1),此时解集是(( -1, 0))。

  综上,原绝对值不等式的解集是(( -1, 0)\cup[0, 1)),写成区间形式就是(( -1, 1))。从代数角度考虑,还能用之前学的方法,先平方,因为左右两边都是非负数,将不等式两边平方得到(x^2\lt1),移项后利用平方差公式,解得(-1\lt x\lt1),不等式的解集还是(( -1, 1))。

  还有别的方法吗?可以从函数角度看这个不等式,先画出函数(y = \vert x\vert)的图像,再画出(y = 1)的函数图像。从函数观点看,(\vert x\vert\lt1)的解集表示(y = \vert x\vert)图像位于(y = 1)图像下方部分所对应的(x)的取值范围。求出两函数交点横坐标是(-1)与(1),那么落在(y = 1)下方部分所对应的(x)取值范围就是(( -1, 1))。从函数观点也能解决这个绝对值不等式问题。所以,对(\vert x\vert)意义有不同理解,就能从不同角度解决绝对值不等式。

  同学们能不能类比刚刚思路,解一下下面这个不等式呢?刚刚的(4)种方法都能用,老师这里用第一种,即绝对值的几何意义。(\vert x\vert\gt1)表示数轴上到原点距离大于(1)的点的集合。画出数轴,找到到原点距离等于(1)的点,到原点距离大于(1)的点就在这两个点之外,即((-\infty, -1)\cup(1, +\infty))。

  解决这两个问题后,要注意解不等式时,结果一定要写成集合或区间的形式。下面把问题一般化,同学们讲讲(\vert x\vert\lt a)或者(\vert x\vert\gt a)型的不等式如何求解呢?这里(a)可以取任意实数,但(a = 0)或者(a\lt0)时,没有研究必要。比如(a = -1),(\vert x\vert\lt -1)的解集是空集,(\vert x\vert\gt -1)的解集是实数集。所以,我们仅研究(a\gt0)时不等式的解。类比刚刚解法,利用绝对值的几何意义求解这类不等式。

  对于(\vert x\vert\lt a),它表示数轴上到原点距离小于(a)的点的集合。在数轴上找到到原点距离等于(a)的点(-a)与(a),那么到原点距离小于(a)的点的集合就在(-a)与(a)之间,即(-a\lt x\lt a),解集写成区间形式是(( -a, a))。同理,(\vert x\vert\gt a)表示数轴上到原点距离大于(a)的点的集合,就在(-a)到(a)之外,即(x\lt -a)或(x\gt a),写成区间形式是((-\infty, -a)\cup(a, +\infty))。

  继续一般化,同学们能解(\vert x - x_1\vert\lt a)或(\vert x - x_1\vert\gt a)这个不等式吗?从绝对值几何意义理解,(\vert x - x_1\vert)表示数轴上坐标为(x_1)的点与坐标为(x)的点之间的距离。(\vert x - x_1\vert\lt a)表示数轴上到坐标为(x_1)的点的距离小于(a)的点的集合。在数轴上先标出(x_1),再找到到(x_1)距离等于(a)的点,即(x_1 - a)与(x_1 + a)。那么到(x_1)距离小于(a)的点的集合就在(x_1 - a)与(x_1 + a)之间,写成集合形式是((x_1 - a, x_1 + a))。同理,(\vert x - x_1\vert\gt a)表示数轴上到坐标为(x_1)的点的距离大于(a)的点的集合,就在(x_1 - a)与(x_1 + a)之外,写成集合形式是((-\infty, x_1 - a)\cup(x_1 + a, +\infty))。

  换个思路,把(x - x_1)看成一个整体,这里的不等式就又划归为之前研究的(\vert X\vert\lt a)的形式。利用刚刚探究的结果解这个绝对值不等式,(\vert X\vert\lt a)意味着(-a\lt X\lt a),即(-a\lt x - x_1\lt a),解这组不等式得到(x_1 - a\lt x\lt x_1 + a)。同理,把第二个不等式转换为(\vert X\vert\gt a),其解集是(X\lt -a)或(X\gt a),即(x - x_1\lt -a)或(x - x_1\gt a),由此得到(x)的取值范围是(x\lt x_1 - a)或(x\gt x_1 + a),也能得到这两个不等式的解。也就是说,对于(\vert x - x_1\vert)的问题,既可以利用绝对值几何意义求解,也可以划归为之前(\vert x\vert)的问题求解。

  更一般的,如果是(\vert ax + b\vert\leq c)或(\vert ax + b\vert\geq c)类型的不等式,如何求解呢?通过一个例题来看,比如解不等式(\vert 3x - 1\vert\leq 2)。类比刚刚思路,把(3x - 1)看成整体(X),相当于解不等式(\vert X\vert\leq 2),其解是(-2\leq X\leq 2),即(-2\leq 3x - 1\leq 2)。左边(3x - 1\geq -2),解得(x\geq -\frac{1}{3});右边(3x - 1\leq 2),解得(x\leq 1)。所以原不等式的解集是([-\frac{1}{3}, 1])。

  能用绝对值的几何意义做这题吗?怎么做?若想用绝对值几何意义求解这个不等式,先对不等式变形,在不等式两边同除以(3),原不等式转换为(\vert x - \frac{1}{3}\vert\leq \frac{2}{3})。这个不等式的几何意义是数轴上到(\frac{1}{3})的距离小于等于(\frac{2}{3})的点的集合。先找到数轴上到(\frac{1}{3})距离等于(\frac{2}{3})的点,即(\frac{1}{3} - \frac{2}{3} = -\frac{1}{3})和(\frac{1}{3} + \frac{2}{3} = 1)。数轴上到(\frac{1}{3})距离小于等于(\frac{2}{3})的点就在(-\frac{1}{3})到(1)之间,所以从几何意义上也能得到不等式的解集是(x\geq -\frac{1}{3})且(x\leq 1)。

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