數軸標根法

數軸標根法

“數軸標根法”又稱“數軸穿根法”或“穿針引線法”

基本信息

名稱簡介

附圖 附圖

“數軸標根法”又稱“數軸穿根法”或“穿針引線法”或“浪線法”

準確的說,應該叫做“序軸標根法”。序軸:省去原點和單位,只表示數的大小的數軸。序軸上標出的兩點中,左邊的點表示的數比右邊的點表示的數小。

是高次不等式的簡單解法

當高次不等式f(x)>0(或<0)的左邊整式、分式不等式φ(x)/h(x)>0(或<0)的左邊分子、分母能分解成若干個一次因式的積(x-a1)(x-a2)…(x-an)的形式,可把各因式的根標在數軸上,形成若干個區間,最右端的區間f(x)、 φ(x)/h(x)的值必為正值,從右往左通常為正值、負值依次相間,這種解不等式的方法稱為序軸標根法。

為了形象地體現正負值的變化規律,可以畫一條浪線從右上方依次穿過每一根所對應的點,穿過最後一個點後就不再變方向,這種畫法俗稱“穿針引線法”,如圖1(圖片自上而下依次為圖一,二,三,四)。

步驟

第一步:通過不等式的諸多性質對不等式進行移項,使得右側為0。(注意:一定要保證x前的係數為正數)

例如:將x³-2x²-x+2>0化為(x-2)(x-1)(x+1)>0

第二步:將不等號換成等號解出所有根。

例如:(x-2)(x-1)(x+1)=0的根為:x1=2,x2=1,x3=-1

第三步:在數軸上從左到右依次標出各根。

例如:-1 1 2

第四步:畫穿根線:以數軸為標準,從“最右根”的右上方穿過根,往左下畫線,然後又穿過“次右根”上去,一上一下依次穿過各根。

第五步:觀察不等號,如果不等號為“>”,則取數軸上方,穿根線以內的範圍;如果不等號為“<”則取數軸下方,穿根線以內的範圍。x的次數若為偶數則不穿過,即奇過偶不過。

例如:

若求(x-2)(x-1)(x+1)>0的根。

在數軸上標根得:-1 1 2

畫穿根線:由右上方開始穿根。

因為不等號為“>”則取數軸上方,穿跟線以內的範圍。即:-1<x<1或x>2。(如下圖所示)

數軸標根法 數軸標根法

奇過偶不過

就是當不等式中含有單獨的x偶數冪項時,如(x²)或(x⁴)時,穿根線是不穿過零點的。但是對於X奇數冪項,就要穿過零點了。還有一種情況就是例如:(X-1)^2.當不等式里出現這種部分時,線是不穿過1點的。但是對於如(X-1)³的式子,穿根線要過1點。也是奇過偶不過。可以簡單記為“奇穿過,偶彈回”,一稱“奇穿偶切”。(如圖三,為(X-1)²)

注意事項

運用序軸標根法解不等式時,常犯以下的錯誤:

1. 出現形如(a-x)的一次因式時,匆忙地“穿針引線”。

例1 解不等式x(3-x)(x+1)(x-2)>0。

解 x(3-x)(x+1)(x-2)>0,將各根-1、0、2、3依次標在數軸上,由圖1可得原不等式的解集為{x|x<-1或0<x<2或x>3}。

事實上,只有將因式(a-x)變為(x-a)的形式後才能用序軸標根法,正確的解法是:

解 原不等式變形為x(x-3)(x+1)(x-2)<0,將各根-1、0、2、3依次標在數軸上,由圖1,原不等式的解集為{x|-1<x<0或2<x<3}。

2. 出現重根時,機械地“穿針引線”

例2 解不等式(x+1)(x-1)²(x-4)³<0

解 將三個根-1、1、4標在數軸上,由圖2得,

原不等式的解集為{x|x<-1或1<x<4}。(如圖二)

這種解法也是錯誤的,錯在不加分析地、機械地“穿針引線”。出現幾個相同的根時,所畫的浪線遇到“偶次”點(即偶數個相同根所對應的點)不能過數軸,仍在數軸的同側折回,只有遇到“奇次”點(即奇數個相同根所對應的點)才能穿過數軸,正確的解法如下:

解 將三個根-1、1、4標在數軸上,如圖3畫出浪線圖來穿過各根對應點,遇到x=1的點時浪線不穿過數軸,仍在數軸的同側折回;遇到x=4的點才穿過數軸,於是,可得到不等式的解集

{x|-1<x<4且x≠1}(如圖三)

3. 出現不能再分解的二次因式時,簡單地放棄“穿針引線”

例3 解不等式x(x+1)(x-2)(x³-1)>0

解 原不等式變形為x(x+1)(x-2)(x-1)(x²+x+1)>0,有些同學同解變形到這裡時認為不能用序軸標根法了,因為序軸標根法指明要分解成一次因式的積,事實上,根據這個二次因式的符號將其消去再運用序軸標根法即可。

解 原不等式等價於

x(x+1)(x-2)(x-1)(x²+x+1)>0,

∵ x^2+x+1>0對一切x恆成立,

∴ x(x-1)(x+1)(x-2)>0,由圖4可得原不等式的解集為{x|x<-1或0<x<1或x>2}

本文來源

源自發表於甘肅省數學學會西北師大分會主辦的《數學教學研究》1998年第1期

(本文已作部分修改)

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