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x軸と2点で交わる2次不等式の解

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高校数学Ⅰ|2次関数の基本例題52問一覧
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問題|x軸と2点で交わる2次不等式の解

2次関数 392次不等式 \(x^2+x-2 \gt 0~,~\)\(x^2-5x{\small ~≦~}0~,~\)\(2x^2+x-1 \lt 0~,~\)\(x^2-3x+1{\small ~≧~}0~,~\)\(-x^2+2x+1 \gt 0~,~\)\(-2x^2+5\sqrt{3}\,x-6{\small ~≦~}0\) の解の求め方は?

高校数学Ⅰ|2次関数

解法のPoint

x軸と2点で交わる2次不等式の解

Point:x軸と2点で交わる2次不等式の解

2次不等式 \(ax^2+bx+c \gt 0\) の解は、


① 2次不等式 \(ax^2+bx+c=0\) の解を求める。


 因数分解 or 解の公式より、


\(\begin{eqnarray}~~~&&a(x-\alpha)(x-\beta)=0\\[3pt]~~~&&x=\alpha~,~\beta\end{eqnarray}\)


② 2次関数 \(y=ax^2+bx+c\) のグラフとx軸との交点の座標を描き、不等号の向きに注意し2次不等式の解を求める。



\(\small [\,1\,]\) \(ax^2+bx+c \gt 0\) の解は、


 \(y \gt 0\) となる範囲より、\(x \lt \alpha~,~\beta \lt x\)


\(\small [\,2\,]\) \(ax^2+bx+c \lt 0\) の解は、


 \(y \lt 0\) となる範囲より、\(\alpha \lt x \lt \beta\)


※ \(ax^2+bx+c{\small ~≧~}0\) や \(ax^2+bx+c{\small ~≦~}0\) の場合は、解でも \({\small ~≧~}\) や \({\small ~≦~}\) を使う。


※ \(a \lt 0\) の場合は両辺に \(-1\) を掛けて、下に凸のグラフにして解く。


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詳しい解説|x軸と2点で交わる2次不等式の解

2次関数 39

2次不等式 \(x^2+x-2 \gt 0~,~\)\(x^2-5x{\small ~≦~}0~,~\)\(2x^2+x-1 \lt 0~,~\)\(x^2-3x+1{\small ~≧~}0~,~\)\(-x^2+2x+1 \gt 0~,~\)\(-2x^2+5\sqrt{3}\,x-6{\small ~≦~}0\) の解の求め方は?

高校数学Ⅰ|2次関数

2次方程式 \(x^2+x-2=0\) の解は、


\(\begin{eqnarray}~~~(x+2)(x-1)&=&0\\[3pt]~~~x&=&-2~,~1\end{eqnarray}\)


よって、2次関数 \(y=x^2+x-2\) のグラフは、



グラフの \(y \gt 0\) となる範囲がこの2次不等式の解より、


 \(x \lt -2~,~1 \lt x\) となる

 
 

2次方程式 \(x^2-5x=0\) の解は、


\(\begin{eqnarray}~~~x(x-5)&=&0\\[3pt]~~~x&=&0~,~5\end{eqnarray}\)


よって、2次関数 \(y=x^2-5x\) のグラフは、



グラフの \(y{\small ~≦~}0\) となる範囲がこの2次不等式の解より、


 \(0{\small ~≦~}x{\small ~≦~}5\) となる

 
 

2次方程式 \(2x^2+x-1=0\) の解は、


たすき掛けの表を用いると、


 \(\begin{array}{c c c|c}
~~~2&&-1~&~-1\\[-5pt]
&{\times} & & \\[-5pt]
~~~1&&+1~&~+2\\[2pt]
\hline
&&&+1
\end{array}\)


\(\begin{eqnarray}~~~(2x-1)(x+1)&=&0\\[3pt]~~~x&=&-1~,~\displaystyle \frac{\,1\,}{\,2\,}\end{eqnarray}\)


よって、2次関数 \(y=2x^2+x-1\) のグラフは、



グラフの \(y \lt 0\) となる範囲がこの2次不等式の解より、


 \(-1 \lt x \lt \displaystyle \frac{\,1\,}{\,2\,}\) となる

 
 

2次方程式 \(x^2-3x+1=0\) の解は、


左辺が因数分解の形にできないので、解の公式より


\(\begin{eqnarray}~~~x&=&\displaystyle \frac{\,-(-3) \pm \sqrt{\,(-3)^2-4 \cdot 1 \cdot 1\,}\,}{\,2 \cdot 1\,}\\[5pt]~~~x&=&\displaystyle \frac{\,3 \pm \sqrt{\,9-4\,}\,}{\,2\,}\\[5pt]~~~x&=&\displaystyle \frac{\,3 \pm \sqrt{\,5\,}\,}{\,2\,}\end{eqnarray}\)


よって、2次関数 \(y=x^2-3x+1\) のグラフは、



グラフの \(y{\small ~≧~}0\) となる範囲がこの2次不等式の解より、


 \(x{\small ~≦~}\displaystyle \frac{\,3-\sqrt{\,5\,}\,}{\,2\,}~,~\displaystyle \frac{\,3+\sqrt{\,5\,}\,}{\,2\,}{\small ~≦~}x\) となる

 
 

 \(-x^2+2x+1 \gt 0\)


両辺に \(-1\) を掛けると符号の向きが逆になり、


 \(x^2-2x-1 \lt 0\)


ここで、2次方程式 \(x^2-2x-1=0\) の解は、


\(\begin{eqnarray}~~~x&=&\displaystyle \frac{\,-(-2) \pm \sqrt{\,(-2)^2-4 \cdot 1 \cdot (-1)\,}\,}{\,2 \cdot 1\,}\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,2 \pm \sqrt{\,4+4\,}\,}{\,2\,}\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,2 \pm 2\sqrt{\,2\,}\,}{\,2\,}\\[5pt]~~~&=&1 \pm \sqrt{\,2\,}\end{eqnarray}\)


よって、2次関数 \(y=x^2-2x-1\) のグラフは、



グラフの \(y \lt 0\) となる範囲がこの2次不等式の解より、


 \(1-\sqrt{\,2\,} \lt x \lt 1+\sqrt{\,2\,}\) となる

 
 

 \(-2x^2+5\sqrt{3}\,x-6{\small ~≦~}0\)


両辺に \(-1\) を掛けると符号の向きが逆になり、


 \(2x^2-5\sqrt{3}\,x+6{\small ~≧~}0\)


ここで、2次方程式 \(2x^2-5\sqrt{3}\,x+6=0\) の解は、


たすき掛けの表を用いると、


 \(\begin{array}{c c c|c}
~~~2&&-\sqrt{3}~&~-\sqrt{3}\\[-5pt]
&{\times} & & \\[-5pt]
~~~1&&-2\sqrt{3}~&~-4\sqrt{3}\\[2pt]
\hline
&&&-5\sqrt{3}
\end{array}\)


\(\begin{eqnarray}~~~(2x-\sqrt{3}\,)(x-2\sqrt{3}\,)&=&0\\[3pt]~~~x&=&\displaystyle \frac{\,\sqrt{3}\,}{\,2\,}~,~2\sqrt{3}\end{eqnarray}\)


よって、2次関数 \(y=2x^2-5\sqrt{3}\,x+6\) のグラフは、



グラフの \(y{\small ~≧~}0\) となる範囲がこの2次不等式の解より、


 \(x{\small ~≦~}\displaystyle \frac{\,\sqrt{3}\,}{\,2\,}~,~2\sqrt{3}{\small ~≦~}x\) となる

 

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