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等等

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计划参加 CSCA 数学、物理、化学或专业中文考试的来华留学考生。

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教程正文

其他常见不等式 (Other Common Inequalities)

在CSCA考试中,除了基本不等式、一元二次不等式和分式不等式,还有一些其他常见类型的不等式需要掌握。它们通常可以通过**等价转化**,利用已知的不等式性质和解法来解决。本节重点介绍**高次不等式**和**含绝对值不等式**。

1. 高次不等式 (Higher-Degree Polynomial Inequalities)

高次不等式是指次数大于2的多项式不等式,例如 $(x-1)(x-2)(x-3) > 0$。其解法与分式不等式的符号分析法(标根法)**完全类似**,因为多项式可以因式分解为一次或二次因式的乘积。

**核心解法步骤**:

1. **因式分解**:将不等式一边化为0,另一边尽可能分解为一次因式 $(x-a)$ 或判别式 $\Delta < 0$ 的不可约二次因式。

2. **标根**:找出所有一次因式的根(即零点),并按从小到大的顺序标在数轴上。判别式小于0的二次因式**没有实根**,其符号**恒正**(若二次项系数为正)或**恒负**,不影响各区间的符号变化,可以忽略或单独考虑其恒定符号。

3. **分区与定号**:零点将数轴分成若干区间。在每个区间内取一个测试值,代入因式分解后的多项式,根据各因式的符号确定整个多项式的符号。

4. **写解集**:根据原不等式的符号要求($>0$, $\ge 0$, $<0$, $\le 0$),选取符号符合条件的区间,注意端点(零点)的包含与否。

**关键原理**:每个一次因式 $(x-a)$ 在其零点 $a$ 处改变符号(从负变正或从正变负)。多项式的总符号由各个一次因式符号的乘积决定。

**例1:解不等式 $(x+1)(x-2)(x-4) < 0$。**

**解**:

1. 零点:$x=-1, 2, 4$。

2. 标根分区:数轴被分为 $(-\infty, -1)$, $(-1, 2)$, $(2, 4)$, $(4, +\infty)$。

3. 区间定号(测试值法):

* $x=-2$: 符号 $(-) \times (-) \times (-) = (-)$,负。

* $x=0$: 符号 $(+) \times (-) \times (-) = (+)$,正。

* $x=3$: 符号 $(+) \times (+) \times (-) = (-)$,负。

* $x=5$: 符号 $(+) \times (+) \times (+) = (+)$,正。

4. 原不等式要求 $<0$(负)。所以解集为:$(-\infty, -1) \cup (2, 4)$。

**例2:解不等式 $x^3 - 4x^2 + x + 6 \le 0$。**

**解**:

1. 因式分解:通过试根(如$x=-1$)或分组等方法,可得 $x^3 - 4x^2 + x + 6 = (x+1)(x-2)(x-3)$。

2. 零点:$x=-1, 2, 3$。不等式含等号,零点包含。

3. 标根分区:$(-\infty, -1]$, $[-1, 2]$, $[2, 3]$, $[3, +\infty)$。

4. 区间定号(同例1):$(-\infty, -1)$负,$(-1, 2)$正,$(2, 3)$负,$(3, +\infty)$正。

5. 原不等式要求 $\le 0$(非正)。所以解集为:$(-\infty, -1] \cup [2, 3]$。

2. 含绝对值不等式 (Inequalities Involving Absolute Value)

绝对值不等式的基本形式有 $|x| < a$, $|x| > a$, $|x| \le a$, $|x| \ge a$,以及更一般的 $|f(x)| < g(x)$ 等形式。解法的核心是理解绝对值的代数定义和几何意义,并进行**分类讨论**或利用公式转化。

**绝对值定义**:$|a| = \begin{cases} a, & \text{if } a \ge 0 \\ -a, & \text{if } a < 0 \end{cases}$

**基本公式($a > 0$)**:

* $|x| < a \quad \Longleftrightarrow \quad -a < x < a$。

* $|x| \le a \quad \Longleftrightarrow \quad -a \le x \le a$。

* $|x| > a \quad \Longleftrightarrow \quad x < -a \ \text{ 或 } \ x > a$。

* $|x| \ge a \quad \Longleftrightarrow \quad x \le -a \ \text{ 或 } \ x \ge a$。

**几何意义**:$|x|$ 表示数轴上点 $x$ 到原点 $0$ 的距离。因此:

* $|x| < a$:所有到原点距离小于 $a$ 的点。

* $|x| > a$:所有到原点距离大于 $a$ 的点。

**一般形式解法**:对于 $|f(x)| < g(x)$ 或 $|f(x)| > g(x)$,通常有两种方法:

1. **公式法(平方法)**:利用 $|f(x)| < g(x) \Longleftrightarrow -g(x) < f(x) < g(x)$ 或 $|f(x)| > g(x) \Longleftrightarrow f(x) < -g(x) \ \text{或} \ f(x) > g(x)$。**前提是 $g(x)$ 必须非负**,否则需讨论。更安全的方法是两边平方:$|f(x)| < g(x) \Longleftrightarrow [f(x)]^2 < [g(x)]^2$,前提是两边非负(通常默认)。

2. **分类讨论法**:根据绝对值内部的表达式 $f(x)$ 的符号($\ge 0$ 或 $< 0$)进行分类,在每个类别下去掉绝对值符号,分别求解,最后合并解集。

**例3:解不等式 $|2x - 1| < 3$。**

**解**(公式法):

由 $|2x-1| < 3$,得 $-3 < 2x - 1 < 3$。

解这个连续不等式:

$-3 < 2x - 1$ 得 $2x > -2$,即 $x > -1$。

$2x - 1 < 3$ 得 $2x < 4$,即 $x < 2$。

取交集,得 $-1 < x < 2$。

解集为:$(-1, 2)$。

**例4:解不等式 $|x^2 - 5x| > 6$。**

**解**(公式法):

由 $|x^2 - 5x| > 6$,得 $x^2 - 5x < -6$ **或** $x^2 - 5x > 6$。

解两个一元二次不等式:

1. $x^2 - 5x + 6 < 0$,即 $(x-2)(x-3) < 0$,解得 $2 < x < 3$。

2. $x^2 - 5x - 6 > 0$,即 $(x-6)(x+1) > 0$,解得 $x < -1$ 或 $x > 6$。

取并集,得解集:$(-\infty, -1) \cup (2, 3) \cup (6, +\infty)$。

**例5:解不等式 $|x-1| > 2x$。**

**解**(分类讨论法):

1. **当 $x-1 \ge 0$,即 $x \ge 1$ 时**,$|x-1| = x-1$。原不等式化为 $x-1 > 2x$,解得 $x < -1$。此解 $x < -1$ 与前提条件 $x \ge 1$ 矛盾,所以**本类无解**。

2. **当 $x-1 < 0$,即 $x < 1$ 时**,$|x-1| = -(x-1) = 1-x$。原不等式化为 $1-x > 2x$,解得 $1 > 3x$,即 $x < \frac{1}{3}$。

此解 $x < \frac{1}{3}$ 与前提条件 $x < 1$ 取交集,得 $x < \frac{1}{3}$。

综合两类,解集为:$(-\infty, \frac{1}{3})$。

**总结**:处理复杂不等式,核心思想是**转化**——通过因式分解、换元、分类讨论等方法,将其转化为我们已经掌握的一元一次、一元二次或基本不等式来求解。