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数学I

いち不等式ふとうしき

最終確認日:

このしょうまなぶこと

中学ちゅうがくまなんだ 「一次方程式いちじほうていしき」 の不等号ふとうごうばん高校こうこうでは 不等式ふとうしき として体系たいけいてき整理せいりし、 さらに まで 拡張かくちょうします。 だい 4・5 しょう二次関数にじかんすう解析かいせき中心ちゅうしんてき使つか道具どうぐです。

  • 一次不等式いちじふとうしき解法かいほう注意ちゅういてん
  • 連立不等式れんりつふとうしき共通きょうつう範囲はんい
  • 絶対値ぜったいちふく不等式ふとうしき
  • 二次不等式にじふとうしき二次関数にじかんすうのグラフの関係かんけい
  • 判別式はんべつしき DDかい様子ようす

ポイント: 不等式ふとうしき一番いちばん注意ちゅういするのは かず両辺りょうへんをかけたりわったりすると不等号ふとうごうきがわる」 こと。 ここをとすとすべてがくるいます。

1. いち不等式ふとうしき基本きほん

不等式ふとうしき性質せいしつ

操作そうさ不等号ふとうごう
両辺りょうへんおなかずくわえる / わらない
両辺りょうへんせいすう をかける / わるわらない
両辺りょうへんすう をかける / わる逆転ぎゃくてんする

解法かいほうのステップ

れい: 3x+5<2x+93x + 5 < 2x + 9け。

3x2x<953x - 2x < 9 - 5 x<4x < 4

すう直線ちょくせんでは 「44 よりひだり (44ふくまず)」。

かずでわるれい

れい: 2x+37-2x + 3 \geq 7け。

2x4-2x \geq 4

両辺りょうへん2-2 でわると 不等号ふとうごう逆転ぎゃくてん:

x2x \leq -2

大事だいじ: 答えこたえx2x \leq -2 ならすう直線ちょくせんで 「2-2ふくひだり半分はんぶん」。 不等号ふとうごう黒丸くろまる / 白丸しろまる対応たいおう (\leq なら黒丸くろまる<< なら白丸しろまる) をかなら確認かくにん

2. 連立れんりつ不等式ふとうしき

共通きょうつう範囲はんいをとる

複数ふくすう不等式ふとうしき同時どうじたす xx範囲はんいもとめるのが 連立不等式れんりつふとうしき です。

れい:

{3x1>22x+511\begin{cases} 3x - 1 > 2 \\ 2x + 5 \leq 11 \end{cases}

それぞれくと

x>1かつx3x > 1 \quad \text{かつ} \quad x \leq 3

両方りょうほうたすのは

1<x31 < x \leq 3

かず直線ちょくせん視覚しかく

範囲はんい 1範囲はんい 2共通きょうつう
x>1x > 1x3x \leq 31<x31 < x \leq 3

ポイント:かつ」 はかさなる部分ぶぶん (せまい)、 「または」 はわせた部分ぶぶん (ひろい)。 命題めいだいしょうまなんだ \cap\cupおな関係かんけいです。

3. 絶対ぜったいふく不等式ふとうしき

基本形きほんけい

a>0a > 0 のとき:

x<a    a<x<a|x| < a \;\Leftrightarrow\; -a < x < a x>a    x<a  または  x>a|x| > a \;\Leftrightarrow\; x < -a \;\text{または}\; x > a

例題れいだい

x2<3|x - 2| < 3け。

3<x2<3-3 < x - 2 < 3 1<x<5-1 < x < 5

x23|x - 2| \geq 3け。

x23  または  x23x - 2 \leq -3 \;\text{または}\; x - 2 \geq 3 x1  または  x5x \leq -1 \;\text{または}\; x \geq 5

場合ばあいけを使つかう例

x1+x3<6|x - 1| + |x - 3| < 6け。

範囲はんいx1\vert x-1\vert x3\vert x-3\vert 不等式ふとうしき
x<1x < 11x1 - x3x3 - x42x<6x>14 - 2x < 6 \Rightarrow x > -1
1x<31 \leq x < 3x1x - 13x3 - x2<62 < 6 (つね成立せいりつ)
x3x \geq 3x1x - 1x3x - 32x4<6x<52x - 4 < 6 \Rightarrow x < 5

かく範囲はんいもと範囲はんい共通きょうつう部分ぶぶん をとりわせて:

1<x<5-1 < x < 5

大事だいじ: 絶対ぜったいふく不等式ふとうしき王道おうどう(1) 公式こうしき使つかえるかたちか (2) 場合ばあいけをするか公式こうしき使つかえるならかならずそちらを。

4. 関数かんすうのグラフの復習ふくしゅう

二次不等式にじふとうしきくには 二次関数にじかんすう y=ax2+bx+cy = ax^2 + bx + c のグラフをおもかべるのが一番いちばんはやいです (詳細しょうさいしょう)。

aa符号ふごうかたち
a>0a > 0したとつ (おわんがた)
a<0a < 0うえとつ (帽子ぼうしがた)

xx軸との交点こうてん (y=0y = 0かい) を 実数解じっすうかい といい、 判別式はんべつしき

D=b24acD = b^2 - 4ac

符号ふごう個数こすうまります:

DD符号ふごう実数じっすうかい個数こすう
D>0D > 02
D=0D = 01 (じゅうかい)
D<0D < 00

5. 不等式ふとうしき解法かいほう

基本きほんなが

  1. 右辺うへん00 にする: ax2+bx+c  [<,>,,]  0ax^2 + bx + c \;[<, >, \leq, \geq]\; 0
  2. y=ax2+bx+cy = ax^2 + bx + c のグラフをえが
  3. yy不等号ふとうごうたす xx範囲はんいみとる

a>0a > 0場合ばあい (D>0D > 0, 実数じっすうかいα<β\alpha < \beta)

不等式ふとうしきかい
ax2+bx+c>0ax^2 + bx + c > 0x<αx < \alpha または x>βx > \beta
ax2+bx+c<0ax^2 + bx + c < 0α<x<β\alpha < x < \beta
ax2+bx+c0ax^2 + bx + c \geq 0xαx \leq \alpha または xβx \geq \beta
ax2+bx+c0ax^2 + bx + c \leq 0αxβ\alpha \leq x \leq \beta

例題れいだい

x25x+6>0x^2 - 5x + 6 > 0け。

因数分解いんすうぶんかい: (x2)(x3)>0(x-2)(x-3) > 0。 グラフはしたとつxx軸との交点こうてんx=2,3x = 2, 3

y>0y > 0 (xx軸よりうえ)」 の範囲はんい

x<2  または  x>3x < 2 \;\text{または}\; x > 3

D=0D = 0場合ばあい (じゅうかいα\alpha)

不等式ふとうしきかい
a(xα)2>0a(x - \alpha)^2 > 0xαx \neq \alpha
a(xα)20a(x - \alpha)^2 \geq 0すべての実数じっすう
a(xα)2<0a(x - \alpha)^2 < 0かいなし
a(xα)20a(x - \alpha)^2 \leq 0x=αx = \alpha

D<0D < 0場合ばあい (実数じっすうかいなし)

a>0a > 0 ならグラフは全体ぜんたいxx軸よりうえ:

不等式ふとうしきかい
>0,0> 0, \geq 0すべての実数じっすう
<0,0< 0, \leq 0かいなし

ポイント: 「グラフをかならえがく」 こと。 えがかないで暗算あんざんすると符号ふごうミスをかならずします。

6. 不等式ふとうしき応用おうよう

例題れいだい: 文字もじふく不等式ふとうしき

x2(a+1)x+a<0x^2 - (a+1)x + a < 0け。

因数分解いんすうぶんかい: (x1)(xa)<0(x-1)(x-a) < 0

aa場合ばあいかい
a>1a > 11<x<a1 < x < a
a=1a = 1かいなし (じゅうかいなので <0< 0 にならない)
a<1a < 1a<x<1a < x < 1

例題れいだい: ぜん実数じっすう条件じょうけん

「すべての実数じっすうxxx2+2kx+3>0x^2 + 2kx + 3 > 0」 となる kk範囲はんいもとめよ。

したとつxx軸とまじわらない」 が条件じょうけん判別式はんべつしき:

D=(2k)2413=4k212<0D = (2k)^2 - 4 \cdot 1 \cdot 3 = 4k^2 - 12 < 0

k2<3    3<k<3k^2 < 3 \;\Leftrightarrow\; -\sqrt{3} < k < \sqrt{3}

大事だいじ:すべての実数じっすうけい問題もんだい判別式はんべつしき DD符号ふごう帰着きちゃくします。 だい 5 しょうの 「かい分布ぶんぷ」 のぜんり。

まとめ

  • 不等式ふとうしきかずでわるときが逆転ぎゃくてんだいいち鉄則てっそく
  • 連立不等式れんりつふとうしきすう直線ちょくせんかさなる部分ぶぶん
  • 絶対値ぜったいちふく不等式ふとうしき公式こうしき場合ばあいはず
  • 二次不等式にじふとうしきグラフをえがいて くのが王道おうどう
  • 判別式はんべつしき DD符号ふごうかい様子ようすがわかる

しょうからは 二次関数にじかんすう 本体ほんたいを、 グラフの頂点ちょうてんじく平行移動へいこういどう観点かんてんまなびます。

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