不等式 02 绝对值不等式的解法

一、|f(x)| < g(x) 型不等式

方法一:等价转化法

根据绝对值的性质,|f(x)| < g(x)(g(x)>0)等价于 -g(x) < f(x) < g(x)。

然后分别解这两个不等式,最后取交集得到原不等式的解集。

示例:解不等式 |2x - 1| < 3

由等价关系可得 -3 < 2x - 1 < 3,

分别解这两个不等式:

解 -3 < 2x - 1,移项得:2x > -2,即 x > -1;

解 2x - 1 < 3,移项得:2x < 4,即 x < 2。

所以原不等式的解集为 -1 < x < 2,即 (-1, 2)。

方法二:平方去绝对值法(前提是两边均非负)

当 g(x) ≥ 0 时,因为两边都是非负的,对不等式两边同时平方来去掉绝对值符号。即 |f(x)|² < g(x)²,也就是 [f(x)]² < [g(x)]²,然后进行求解。

示例:解不等式 |x² - 3x| < 2x

首先需保证 2x ≥ 0(即 x ≥ 0),两边同时平方可得:(x² - 3x)² < (2x)²

展开得:x⁴ - 6x³ + 9x² < 4x²

移项化简为:x⁴ - 6x³ + 5x² < 0

提取公因式 x²得:x²(x² - 6x + 5) < 0

即 x²(x - 1)(x - 5) < 0

因为 x² ≥ 0,解 (x - 1)(x - 5) < 0 得 1 < x < 5,结合前提 x ≥ 0,原不等式的解集为 [0, 5) ∩ (1, 5) = (1, 5)。

二、|f(x)| > g(x) 型不等式

方法一:等价转化法

根据绝对值性质,|f(x)| > g(x) 等价于 f(x) > g(x) 或 f(x) < -g(x),分别求解这两个不等式,最后取它们解集的并集作为原不等式的解集。

示例:解不等式 |3x + 2| > 4

等价于 3x + 2 > 4 或 3x + 2 < -4

解 3x + 2 > 4,移项得:3x > 2,即 x > 2/3;

解 3x + 2 < -4,移项得:3x < -6,即 x < -2。

所以原不等式的解集为 x > 2/3 或 x < -2,即 (-∞, -2) ∪ (2/3, +∞)。

方法二:零点分段讨论法(适用于 f(x) 为较复杂的表达式)

令 f(x) = 0,求出零点,根据零点将定义域分成若干区间,在每个区间上去掉绝对值符号进行讨论。

示例:解不等式 |x - 1| - |x + 2| > 1

令 x - 1 = 0,得 x = 1;令 x + 2 = 0,得 x = -2。

分三段讨论:

当 x < -2 时,原不等式化为 -(x - 1) - [-(x + 2)] > 1,化简得 3 > 1,恒成立,所以 x < -2 满足不等式;

当 -2 ≤ x ≤ 1 时,原不等式化为 -(x - 1) - (x + 2) > 1,即 -2x - 1 > 1,解得 x < -1,结合区间得 -2 ≤ x < -1;

当 x > 1 时,原不等式化为 (x - 1) - (x + 2) > 1,即 -3 > 1,不成立。

综上,原不等式的解集为 (-∞, -1)。

三、|f(x)| < |g(x)| 型不等式

方法一:等价转化法(平方去绝对值)

因为两边均为绝对值,两边同时平方去掉绝对值符号,|f(x)|² < |g(x)|² 即 [f(x)]² < [g(x)]²,然后整理式子进行求解。

示例:解不等式 |x - 3| < |x + 1|

两边平方得:(x - 3)² < (x + 1)²

展开:x² - 6x + 9 < x² + 2x + 1

移项化简:-8x < -8,即 x > 1

所以原不等式的解集为 (1, +∞)。

方法二:利用绝对值的几何意义(在合适的情况下)

从几何角度看,|f(x)| < |g(x)| 表示 f(x) 对应的点到原点的距离小于 g(x) 对应的点到原点的距离。

示例:解不等式 |x| < |x - 2|

在数轴上,|x|表示 x 到原点的距离,|x - 2|表示 x 到 2 的距离。

那么满足不等式的 x 是到原点距离小于到 2 的距离的点,直观可得 x < 1,即解集为 (-∞, 1)。

四、|f(x)| > |g(x)| 型不等式

方法一:等价转化法(平方去绝对值)

同样将其转化为 [f(x)]² > [g(x)]²,然后进行化简求解。

示例:解不等式 |2x - 1| > |x + 2|

两边平方得:(2x - 1)² > (x + 2)²

展开:4x² - 4x + 1 > x² + 4x + 4

移项整理:3x² - 8x - 3 > 0

因式分解:(3x + 1)(x - 3) > 0

解得 x > 3 或 x < -1/3,所以原不等式的解集为 (-∞, -1/3) ∪ (3, +∞)。

方法二:零点分段讨论结合绝对值性质

先找出 f(x) 和 g(x) 中令其为 0 的点,分区间讨论去掉绝对值后根据不等式的要求求解。

示例:解不等式 |x² - 4| > |x|

令 x² - 4 = 0,得 x = ±2;令 x = 0。

分区间讨论:

当 x < -2 时,原不等式化为 -(x² - 4) > -x,即 x² - x - 4 < 0,解此二次不等式并结合区间得 x < -2 时部分解;

当 -2 ≤ x < 0 时,原不等式化为 -(x² - 4) > x,即 x² + x - 4 < 0,解此二次不等式并结合区间得对应部分解;

当 0 ≤ x < 2 时,原不等式化为 -(x² - 4) > x,同理求解;

当 x ≥ 2 时,原不等式化为 x² - 4 > x,即 x² - x - 4 > 0,解此二次不等式并结合区间得对应部分解。

最后取所有满足条件的区间并集作为解集(过程略,计算较复杂)。

五、|f(x)| < |g(x)| - h(x) 型不等式

方法一:移项后利用平方去绝对值

先将不等式变形为 |f(x)| + h(x) < |g(x)|,再两边同时平方(需保证两边非负情况合适),然后进行求解。

示例:解不等式 |x - 1| < |x + 2| - 1

移项得 |x - 1| + 1 < |x + 2|

两边平方(要分析使两边非负的 x 的范围等情况):

(x - 1)² + 2|x - 1| + 1 < (x + 2)²

展开并整理得:2|x - 1| < 6x + 2

再进一步分情况去绝对值符号(如当 x ≥ 1 时和 x < 1 时)进行求解(后续步骤略)。

方法二:零点分段结合分析

找出 f(x)、g(x) 令其为 0 的点以及考虑 h(x) 有意义等相关的点,分区间去绝对值符号并根据不等式要求分析求解。

示例:解不等式 |2x - 3| < |x + 1| - x

令 2x - 3 = 0 得 x = 3/2,令 x + 1 = 0 得 x = -1。

分区间讨论:

当 x < -1 时,原不等式化为 -(2x - 3) < -(x + 1) - x,化简判断是否有解;

当 -1 ≤ x < 3/2 时,原不等式化为 -(2x - 3) < (x + 1) - x,进行求解;

当 x ≥ 3/2 时,原不等式化为 (2x - 3) < (x + 1) - x,继续求解。

最后综合各区间情况得到解集(具体计算略)。

六、|f(x)| > |g(x)| - h(x) 型不等式

方法一:等价转化为多个不等式组求解

可转化为两个不等式组:

\(\begin{cases}f(x) > |g(x)| - h(x) & \\ f(x) < -(|g(x)| - h(x)) & \end{cases}\)

然后分别对两个不等式组进行求解,最后取并集。

示例:解不等式 |x + 2| > |x - 1| - 1

转化为:

\(\begin{cases}x + 2 > |x - 1| - 1 & \\ x + 2 < -( |x - 1| - 1) & \end{cases}\)

对于第一个不等式 x + 2 > |x - 1| - 1,分情况讨论去绝对值求解;对于第二个不等式同理,最后取并集得到解集(具体步骤略)。

方法二:结合函数图象分析(在函数较易作图的情况下)

分别考虑函数 y = |f(x)|,y = |g(x)| - h(x) 的图象,通过观察图象找到满足 |f(x)| > |g(x)| - h(x) 的 x 的取值范围。

示例:解不等式 |x² - 2x| > |x - 3| - 2(较复杂,仅示意思路)

画出函数 y = |x² - 2x| 和 y = |x - 3| - 2 的大致图象(通过分析零点、对称轴等性质画图),然后从图象上观察出满足不等式的 x 的区间范围(具体画图及分析略)。

总之,绝对值不等式的解法较为灵活多样,需要根据不等式的具体形式和特点,选择合适的方法进行求解,并且在求解过程中要注意每种方法的适用条件以及运算的准确性。 

数学基础 - 中初数学、高中数学

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