高中数学 必修第一册 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 a x 2 + b x + c = 0 有哪些根,不等式 a x 2 + b x + c > 0 (或 < 0 ) 在哪里成立。看图读答案,比背表格可靠。这里 a = 0 ; 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)
从例子进入 讲清楚 动手 练一练 高考真题 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 0 ≤ t ≤ 4 ,t 秒后的高度是 h = 4 t − t 2 (米)。点下面不同时刻 t (或直接点图上的圆点),看小球高度和抛物线怎么对应:
t = 0 刚抛出A t = 1 (3 m) B t = 2 最高 (4 m) C t = 3 (3 m) D t = 4 落地 (0 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。
t = 0 秒时:h = 0 米,小球刚从地面抛出。
t = 1 秒时:h = 4× 1− 12 = 3 米,大于 0 ,小球还在空中。
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。
t = 3 秒时:h = 4× 3− 32 = 3 米,大于 0 ,小球还在空中。
t = 4 秒时:h = 4× 4− 42 = 16− 16= 0 米,小球正好落回地面 ,对应抛物线与横轴的交点。
想一想
A t = 1 B t = 2 C t = 3 D t = 4
看答案与解析答案:D
代进去算:t = 1 时 h = 3 ,t = 2 时 h = 4 ,t = 3 时 h = 3 ,t = 4 时 h = 16 − 16 = 0 。D 。
「落地」就是 h = 0 , 也就是方程 4 t − t 2 = 0 , 即 t ( 4 − t ) = 0 , 根是 0 (刚抛出)和 4 (落地)。「在空中」就是 h > 0 , 也就是不等式 4 t − t 2 > 0 , 答案是 0 < t < 4 。
把 h 随 t 的变化画出来是一条开口向下的抛物线:和横轴交在 0 和 4 , 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 看一遍讲解视频 三个二次的内在联系:图象交点与正负区域划分 播放 · 4:12 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 x 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:
Δ> 0 穿过水面Δ= 0 贴着水面Δ< 0 浮在水上
Δ> 0 :抛物线穿过水面,与 x 轴有两个交点 x 1 、x 2 。两翼在水上,y > 0 取两边 :x < x 1 或 x > x 2 ;中间沉在水下,y < 0 取中间 :x 1 < x < x 2 。
Δ> 0 :抛物线穿过水面,与 x 轴有两个交点 x 1 、x 2 。两翼在水上,y > 0 取两边 :x < x 1 或 x > x 2 ;中间沉在水下,y < 0 取中间 :x 1 < x < x 2 。
Δ= 0 :抛物线的顶点正好贴在水面上,只有一个切点 x 0 (重根)。没有沉到水下的部分,除 x 0 外处处 y > 0 。
Δ< 0 :抛物线整条浮在水面上方,与 x 轴没有交点。对任意 x 都有 y > 0 (解集为 R ),y < 0 的解集为 ∅ 。
核心概念 ② 零点是实数,不是坐标点!
让函数值 y = 0 的那个自变量 x 叫零点 ,它是一个实数 (如 x = − 1 和 x = 2 ); 图象经过的 ( − 1 , 0 ) 和 ( 2 , 0 ) 叫与 x 轴的交点 ,零点是交点的横坐标!
核心概念 ③ 口诀「大于取两边、小于取中间」前提是 a > 0
只有开口向上时,水上部分才在两边展翅、水下部分才在谷底凹槽。若 a < 0 , 可直接按开口向下的图象读正负,也可以两边同乘 − 1 、 不等号反向后再用开口向上的规则。
2. 一个二次三项式,三种角色合一
设 a > 0 , 并且 Δ = b 2 − 4 a c > 0 , 有两个不同实根 x 1 < x 2 , 三个问题一张图看清:
找水面交点(实根 / 零点) a x 2 + b x + c = 0 水上两侧: x < x 1 或 x > x 2 a x 2 + b x + c > 0 水下凹槽: x 1 < x < x 2 a x 2 + b x + c < 0
例 1(看一遍怎么写)
求方程 2 x 2 − 3 x − 2 = 0 的实根、函数 y = 2 x 2 − 3 x − 2 的零点,以及图象和 x 轴的交点。
因式分解:2 x 2 − 3 x − 2 = ( 2 x + 1 ) ( x − 2 ) 。 令它等于 0 , 得 x = − 2 1 或 x = 2 。
所以方程的实根是 − 2 1 和 2 ; 函数的零点也是 − 2 1 和 2 ; 图象和 x 轴交于 ( − 2 1 , 0 ) 和 ( 2 , 0 ) 。
想一想
A ( 1 , 0 ) 和 ( 3 , 0 ) B 1 和 3 C ( 0 , 3 ) D 1 < x < 3
看答案与解析答案:B
B 。x 2 − 4 x + 3 = ( x − 1 ) ( x − 3 ) ,x = 1 和 x = 3 时函数值是 0 。 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 y 轴的交点;D 是 y < 0 的解集。
3. 开口向上标准解法:三步破题思维链
例 2(示范:跟老师走一遍思考过程)
解不等式 x 2 − x − 6 ≥ 0 。
第一眼看破题信号:二次项系数 a = 1 > 0 开口向上已就绪,不等号是「≥ 0 」, 对应水上两侧且包含端点!
第二步因式分解求根: x 2 − x − 6 = ( x + 2 ) ( x − 3 ) = 0 ⟹ 两根为 x 1 = − 2 , x 2 = 3 。
第三步读图写出解集(带等号): 开口向上,「≥ 0 」 取两根外侧,两个有限端点取到,解集为 { x ∣ x ≤ − 2 或 x ≥ 3 } , 即 ( − ∞ , − 2 ] ∪ [ 3 , + ∞ ) 。
想一想
A ( 1 , 4 ) B ( − ∞ , 1 ) ∪ ( 4 , + ∞ ) C [ 1 , 4 ] D ( − 4 , − 1 )
看答案与解析答案:A
A 。x 2 − 5 x + 4 = ( x − 1 ) ( x − 4 ) , 两根 1 和 4 , 「< 0 」 取中间,根不要。选 D 的同学把根的符号弄反了:x − 1 = 0 得 x = 1 , 不是 − 1 。 选 B 是读成了「> 0 」, 选 C 是多要了端点。
4. 开口向下:两步化归法则
例 3(示范:跟老师走一遍思考过程)
解不等式 − 2 x 2 + x + 1 ≥ 0 。
第一眼看破题信号:二次项系数是负数 − 2 , 开口向下!绝不能直接套「大于取两边」!
第二步同乘 -1 变向(化归为标准型): 两边同乘 − 1 , 不等号反向:2 x 2 − x − 1 ≤ 0 。
第三步因式分解取中间: ( 2 x + 1 ) ( x − 1 ) ≤ 0 , 两根 − 2 1 和 1 。 标准型开口向上,「≤ 0 」 取中间,解集为 [ − 2 1 , 1 ] 。
想一想
自己试试:不等式 − x 2 + 2 x + 8 > 0 的解集是?
A ( − 2 , 4 ) B ( − ∞ , − 2 ) ∪ ( 4 , + ∞ ) C ( − 4 , 2 ) D ∅
看答案与解析答案:A
A 。乘 − 1 得 x 2 − 2 x − 8 < 0 , 即 ( x + 2 ) ( x − 4 ) < 0 , 取中间 − 2 < x < 4 。 选 B 的同学乘了 − 1 却忘了把「> 」 改成「< 」。 代 x = 0 检查:8 > 0 ,0 应该在解集里,B 里没有它。
想一想
A ∅ B { − 1 } C R D { x ∣ x = − 1 }
看答案与解析答案:A
A 。x 2 + 2 x + 1 = ( x + 1 ) 2 ≥ 0 , 永远不会小于 0 。 选 B 的同学把「< 0 」 当成了「≤ 0 」:x = − 1 时值是 0 , 不满足「小于」。D 是「> 0 」 的答案。
重根与无实根的边界 :设 a > 0 。 若 Δ = 0 , 令重根为 x 0 , 则 f ( x ) = a ( x − x 0 ) 2 :f < 0 无解,f ≤ 0 只取 x 0 ,f > 0 取 R ∖ { x 0 } ,f ≥ 0 取全体实数。若 Δ < 0 , 则恒有 f > 0 。
若 a < 0 , 上述正负相反;严格不等号仍不能包括函数值为零的位置。若 a = 0 , 不能再用二次函数的判别式规则。
5. 用之前必查:三大高频翻车现场
翻车现场 ①二次项系数含字母,漏查 a = 0 典型错解 :解不等式 m x 2 + x − 2 > 0 , 直接当成二次不等式计算判别式 Δ 。
一眼看清真相 :m 正负与是否为零未知!若 m = 0 , 原不等式退化为一次不等式 x − 2 > 0 ⟹ x > 2 , 图象是一条直线而非抛物线,必须单独拉出 m = 0 讨论!
翻车现场 ②开口向下盲目套「大于取两边」 典型错解 :解 − x 2 + 1 > 0 , 不看系数直接背口诀写成 x < − 1 或 x > 1 。
一眼看清真相 :代入 x = 2 得 − 3 > 0 当场穿帮!开口向下时中间拱在水上,也可两边同乘 − 1 、 不等号反向,化成 x 2 − 1 < 0 , 解得 ( − 1 , 1 ) 。
翻车现场 ③(高考最高频!)恒成立问题把 Δ 符号弄反 典型错解 :以为「a x 2 + b x + c > 0 对一切 x 恒成立」要求判别式 Δ > 0 。
一眼看清真相 (点上面浮沉图的「Δ < 0 浮在水上」):恒大于零意味着整条抛物线高悬在水面上方,和水面一个交点都不能有 !因此需同时有 a > 0 与 Δ < 0 ;只看判别式符号还不够。
再深一点(可以先跳过)
根不是整数时 :x 2 − 2 x − 1 < 0 不能分成两个整系数一次因式,可以用求根公式:Δ = 4 + 4 = 8 , 根 x = 2 2 ± 2 2 = 1 ± 2 。 开口向上取中间,解集 ( 1 − 2 , 1 + 2 ) 。
从解集倒推 :如果 a x 2 + b x + c > 0 的解集是 ( − 1 , 2 ) , 「> 0 」 取了中间,说明开口向下 a < 0 , 并且 − 1 、2 是两根,所以 a x 2 + b x + c = a ( x + 1 ) ( x − 2 ) 。
另一种看法:符号 :( x + 1 ) ( x − 3 ) < 0 就是两个因式一正一负,只能 x + 1 > 0 且 x − 3 < 0 , 得 − 1 < x < 3 , 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 a , b , c ; 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 x 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。
② 进阶:含参数,什么时候对一切 x 都成立
看 f ( x ) = m x 2 − m x + 1 。 拉 m (选中滑块后也能用方向键),看抛物线是不是整条在 x 轴上方。红色是 f ( x ) ≤ 0 的地方,有红色就说明「f ( x ) > 0 对一切 x 成立」不对。特别看看 m = 0 和 m = 4 。
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
A [ − 4 , 3 ] B ( − 4 , 3 ) C ( − ∞ , − 4 ] ∪ [ 3 , + ∞ ) D [ − 3 , 4 ]
看答案与解析答案:A
A 。x 2 + x − 12 = ( x + 4 ) ( x − 3 ) , 两根 − 4 和 3 。 开口向上,「≤ 0 」 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
关于 x 的方程 x 2 − 2 x + k = 0 没有实根,k 的取值范围是?
A k > 1 B k < 1 C k ≥ 1 D k ≤ 1
看答案与解析答案:A
A 。没有实根就是 Δ < 0 :( − 2 ) 2 − 4 k = 4 − 4 k < 0 , 得 k > 1 。 选 C 的同学把 k = 1 也算进来了:那时 Δ = 0 , 方程是 ( x − 1 ) 2 = 0 , 有一个重根 1 。 B、D 是有实根的情形。
看一道同类题的讲解 含参二次不等式因式分解与分类讨论 播放 · 3:01
易错
想一想
不等式 − x 2 + x + 2 > 0 的解集是什么?(提示:− x 2 + x + 2 = 0 的两个根是 − 1 和 2 。)
A { x ∣ x < − 1 或 x > 2 } , 因为「大于取两边」B { x ∣ − 1 < x < 2 } C { x ∣ x > 2 } D { − 1 , 2 }
看答案与解析答案:B
B 。卡在「开口朝哪」:x 2 前面是 − 1 , 开口向下 ,中间拱在 x 轴上方,两边掉到下方,所以「大于 0」在两根中间 。代 x = 0 :2 > 0 , 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 − 1 、 不等号反向,变成 x 2 − x − 2 < 0 再读。选 D 是把不等式和方程弄混了:− 1 和 2 让式子等于 0,恰恰不满足「大于 0」。
想一想
A ∅ B R C { x ∣ x = 2 } D { 2 }
看答案与解析答案:C
C 。卡在「根要不要」:x 2 − 4 x + 4 = ( x − 2 ) 2 ,Δ = 0 , 抛物线在 x = 2 处碰到 x 轴又回到上方——重根处不变号 。除了 x = 2 那一点值是 0,其余地方都大于 0。B 是「≥ 0 」 的答案;D 是「≤ 0 」 的答案。在「动手」①里点「重根」,再把四个不等号点一遍。
看一道例题的讲解 二次不等式闭区间恒成立与对称轴动轴讨论 播放 · 3:16 想一想
一块长方形菜地,长比宽多 2 米,面积至少 8 平方米。设宽为 x 米,x 的取值范围是?
A x ≥ 2 B x ≤ − 4 或 x ≥ 2 C − 4 ≤ x ≤ 2 D x ≥ 4
看答案与解析答案:A
A 。卡在「实际问题取交集」:x ( x + 2 ) ≥ 8 , 即 x 2 + 2 x − 8 ≥ 0 ,( x + 4 ) ( x − 2 ) ≥ 0 , 解得 x ≤ − 4 或 x ≥ 2 。 宽是长度,要 x > 0 , 取交集只剩 x ≥ 2 。 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
关于 x 的不等式 m x 2 − m x + 1 > 0 对一切实数 x 都成立,m 的取值范围是?
A 0 < m < 4 B 0 ≤ m < 4 C 0 ≤ m ≤ 4 D m < 0 或 m > 4
看答案与解析答案:B
B 。卡在「真是二次吗」:m 是参数,先看 m = 0 : 式子变成 1 > 0 , 对所有 x 都成立,所以 m = 0 要算进去。
m = 0 时是二次式。要整条抛物线都在 x 轴上方,必须开口向上 m > 0 , 并且和 x 轴没有交点 Δ = m 2 − 4 m < 0 , 得 0 < m < 4 。m = 4 时 Δ = 0 , 式子是 ( 2 x − 1 ) 2 , 在 x = 2 1 处等于 0,不满足「> 0 」。 合起来是 0 ≤ m < 4 。 选 A 漏了 m = 0 ; 选 C 多了 m = 4 。 可以在「动手」②里拉 m 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 M = { x ∣ − 4 < x < 2 } ,N = { x ∣ x 2 − x − 6 < 0 } , 则 M ∩ N 为( )。
A { x ∣ − 4 < x < 3 } B { x ∣ − 4 < x < − 2 } C { x ∣ − 2 < x < 2 } D { x ∣ 2 < x < 3 }
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
x 2 − x − 6 = ( x − 3 ) ( x + 2 ) 。 两因子异号时乘积为负,得到 − 2 < x < 3 , 所以 N = ( − 2 , 3 ) 。
保留两个集合共有的部分
M = ( − 4 , 2 ) , 与 N = ( − 2 , 3 ) 的共同部分为 ( − 2 , 2 ) , 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
A { x ∣ − 2 ≤ x ≤ 1 } B { x ∣ x ≤ − 2 } C { x ∣ − 2 ≤ x < 1 } D { x ∣ x > 1 }
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 x = 1 。 原式等价于 x − 1 x − 4 − 2 ( x − 1 ) = x − 1 − x − 2 ≥ 0 。
安全转为乘积
在 x = 1 下乘以正数 ( x − 1 ) 2 , 得到 − ( x + 2 ) ( x − 1 ) ≥ 0 , 即 ( x + 2 ) ( x − 1 ) ≤ 0 , 解得 − 2 ≤ x ≤ 1 。
排除无定义点
还须排除 x = 1 , 故解集为 [ − 2 , 1 ) , 选 C。
分式不等式的零点和无定义点必须区别处理。