2.3 二次函数与一元二次方程、不等式

一条抛物线,同时回答三个问题:方程 有哪些根,不等式 (或 )在哪里成立。看图读答案,比背表格可靠。这里 ;二次项系数为零时另按一次式或常数处理。先从抛一个球的简化模型开始。

本节知识点标准化与二次项系数为零的退化二次方程实根、图象交点与零点开口向上且有两根时的符号区间开口向下时的符号与不等号反向判别式为零与重根不变号判别式小于零与全域同号实际约束与不等式解集取交二次式全实数恒成立的基本判定简单分式不等式化为二次式(拓展)二次不等式组的交集求解(拓展)常数界的绝对值不等式(拓展)变量界绝对值不等式的符号门槛(拓展)

第 1 步

从例子进入

用一个竖直抛球的简化模型:从抛出到落地只看 , 秒后的高度是 (米)。点下面不同时刻 (或直接点图上的圆点),看小球高度和抛物线怎么对应:

离地高度 hh = 4t − t20 m1 m2 m3 m4 mt/s01234h = 4 m
小球离地高度 h高度随时间变化:h = 4t − t20 m1 m2 m3 m4 mt/s01234h = 4 m

t=2 秒时:h=4×2−22=4 米,小球到达抛物线的最高点(顶点),还在空中。

想一想

下面哪一刻,球正好落回地面?

看答案与解析

答案:D

代进去算: 时 , 时 , 时 , 时 。D。

「落地」就是 ,也就是方程 ,即 ,根是 (刚抛出)和 (落地)。「在空中」就是 ,也就是不等式 ,答案是 。

把 随 的变化画出来是一条开口向下的抛物线:和横轴交在 和 ,中间拱在横轴上方。方程的根看交点,不等式的解看上方还是下方——这一节就讲这件事。

第 2 步

讲清楚

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1. 先认识几个词:从「抛物线浮沉」建立直觉

要用到:初中的二次函数图象(开口方向、与 轴交点)和因式分解;集合的写法(回看 1.1);2.1 的不等式性质,两边乘负数要反向(回看 2.1)。先看下面这幅微图解:

开口向上(a > 0),x 轴当水面xx1x2y > 0y > 0y < 0
开口向上(a > 0),x 轴当水面xx1x2y > 0y > 0y < 0

Δ>0:抛物线穿过水面,与 x 轴有两个交点 x1、x2。两翼在水上,y>0 取两边:x<x1 或 x>x2;中间沉在水下,y<0 取中间:x1<x<x2。

2. 一个二次三项式,三种角色合一

设 ,并且 ,有两个不同实根 ,三个问题一张图看清:

想一想

自己试试:函数 的零点是?

看答案与解析

答案:B

B。, 和 时函数值是 。选 A 的同学写成了交点,零点是交点的横坐标,是实数。C 是和 轴的交点;D 是 的解集。

3. 开口向上标准解法:三步破题思维链

想一想

自己试试:不等式 的解集是?

看答案与解析

答案:A

A。,两根 和 ,「」取中间,根不要。选 D 的同学把根的符号弄反了: 得 ,不是 。选 B 是读成了「」,选 C 是多要了端点。

4. 开口向下:两步化归法则

想一想

自己试试:不等式 的解集是?

看答案与解析

答案:A

A。乘 得 ,即 ,取中间 。选 B 的同学乘了 却忘了把「」改成「」。代 检查:, 应该在解集里,B 里没有它。

想一想

自己试试:不等式 的解集是?

看答案与解析

答案:A

A。,永远不会小于 。选 B 的同学把「」当成了「」: 时值是 ,不满足「小于」。D 是「」的答案。

5. 用之前必查:三大高频翻车现场

再深一点(可以先跳过)

根不是整数时: 不能分成两个整系数一次因式,可以用求根公式:,根 。开口向上取中间,解集 。

从解集倒推:如果 的解集是 ,「」取了中间,说明开口向下 ,并且 、 是两根,所以 。

另一种看法:符号: 就是两个因式一正一负,只能 且 ,得 ,和读图的答案一样。

「一侧一直上升」:开口向上的抛物线在顶点右边越来越高,这里靠初中的图象知识就够用;严格的说法(单调性)在第 3 章。

第 3 步

动手

① 拖抛物线,看根和解集

拉滑块改 ;也可以直接拖图上的顶点(键盘:先按 Tab 选中,再用方向键)。点下面四个按钮切换不等号,图上 轴的高亮段就是解集。实心点 ● 表示根在解集里,空心点 ○ 表示不在。

互动演示载入中

② 进阶:含参数,什么时候对一切 都成立

看 。拉 (选中滑块后也能用方向键),看抛物线是不是整条在 轴上方。红色是 的地方,有红色就说明「 对一切 成立」不对。特别看看 和 。

互动演示载入中

第 4 步

练一练

从易到难排好了。前两道直接用,中间三道是最常见的错,最后一道是挑战。

直接用

想一想

  1. 不等式 的解集是?
看答案与解析

答案:A

A。,两根 和 。开口向上,「」取中间,根也要。选 B 漏了端点;选 C 读到了上方;选 D 是根的符号弄反了。

想一想

  1. 关于 的方程 没有实根, 的取值范围是?
看答案与解析

答案:A

A。没有实根就是 :,得 。选 C 的同学把 也算进来了:那时 ,方程是 ,有一个重根 。B、D 是有实根的情形。

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易错

想一想

  1. 不等式 的解集是什么?(提示: 的两个根是 和 。)
看答案与解析

答案:B

B。卡在「开口朝哪」: 前面是 ,开口向下,中间拱在 轴上方,两边掉到下方,所以「大于 0」在两根中间。代 :,确实成立。

选 A 的同学背了「大于取两边」,这句话只在开口向上时对。稳妥的做法是先乘 、不等号反向,变成 再读。选 D 是把不等式和方程弄混了: 和 让式子等于 0,恰恰不满足「大于 0」。

想一想

  1. 不等式 的解集是?
看答案与解析

答案:C

C。卡在「根要不要」:,,抛物线在 处碰到 轴又回到上方——重根处不变号。除了 那一点值是 0,其余地方都大于 0。B 是「」的答案;D 是「」的答案。在「动手」①里点「重根」,再把四个不等号点一遍。

0:00 / 3:16

想一想

  1. 一块长方形菜地,长比宽多 米,面积至少 平方米。设宽为 米, 的取值范围是?
看答案与解析

答案:A

A。卡在「实际问题取交集」:,即 ,,解得 或 。宽是长度,要 ,取交集只剩 。选 B 的同学停在了不等式的解集;选 C 读成了中间。

挑战

想一想

  1. 关于 的不等式 对一切实数 都成立, 的取值范围是?
看答案与解析

答案:B

B。卡在「真是二次吗」: 是参数,先看 :式子变成 ,对所有 都成立,所以 要算进去。

时是二次式。要整条抛物线都在 轴上方,必须开口向上 ,并且和 轴没有交点 ,得 。 时 ,式子是 ,在 处等于 0,不满足「」。合起来是 。选 A 漏了 ;选 C 多了 。可以在「动手」②里拉 对照。

第 5 步

高考真题

先独立作答,做完再对照分步解析。选择题点选项自动判对错;填空题写法不同时(集合写法、区间写法都对),看答案自己判。要用到后面章节的题收在最后,学到那里再做。

2019 全国Ⅰ卷(理科) 第 1 题 · 单选

已知集合 ,,则 为( )。

看答案与解析

答案:C

先完整解出二次不等式,再做区间交集。

解二次不等式

。两因子异号时乘积为负,得到 ,所以 。

保留两个集合共有的部分

,与 的共同部分为 ,即选项C。

二次不等式先定根与符号,集合运算再筛选共同区间。

2025 新高考Ⅱ卷 第 4 题 · 单选

不等式 的解集是( )。

看答案与解析

答案:C

先保留 x≠1,再移项后作同号异号分析。

移项并整理

定义域为 。原式等价于 。

安全转为乘积

在 下乘以正数 ,得到 ,即 ,解得 。

排除无定义点

还须排除 ,故解集为 ,选 C。

分式不等式的零点和无定义点必须区别处理。