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學習・解釋・訂正

二次式符號與解集

先理解概念,獨立嘗試,再解釋想法如何改變。

高一必修 第一册(A版).pdf · 2.3 · PDF 57 / 印刷頁 50

先重溫:根及解集完整性

專題 01

二次式符號與解集

用根分割數線,再保留端點及定義域條件。

學完之後,你能解釋

  • 逐區間說明符號,不死記未附條件的內外規則。
  • 把代數解集與模型及定義域限制取交集。

根分割符號區間

解方程給出邊界候選值,不等於不等式解集。

連續二次式只可能在根處改變符號;各因式符號證明各區間的符號。

a(x−r1)(x−r2)a(x-r_1)(x-r_2)
  1. r₁<r₂ 時,列各區域兩因式符號。

    (−)(−),(+)(−),(+)(+)(-)(-),\quad(+)(-),\quad(+)(+)
  2. 再乘 a 的符號。

    a>0:+,−,+;a<0:−,+,−a>0:+,-,+;\quad a<0:-,+,-

成立條件

  • 此三區表假設兩相異實根;重根及無根另處理。

反例:−(x−1)(x−3) 在兩根內為正,不在外側。

  • 連結符號表、拋物線及區間表示。

端點與排除值

空心或實心端點表示數學條件,不是畫圖偏好。

非嚴格不等式可包含根,但不會恢復被禁止的分母零值。

x−1x+2≥0,x≠−2\frac{x-1}{x+2}\ge0,\quad x\ne-2
  1. 分開分子零點及分母排除值。

    x=1;x≠−2x=1;\quad x\ne-2
  2. 檢查各區間,再包含允許的等號點。

    (−∞,−2)∪[1,∞)(-\infty,-2)\cup[1,\infty)

成立條件

  • 不可未分類便乘正負未明的式子。

反例:x<0 時,乘 x 會反轉不等號。

  • 檢查原定義域後才把根畫成實心或空心點。

預測 → 操作 → 解釋 → 遷移

先留下預測,再探索關係。

課節思考:a 變號或兩根重合時,正值區間怎樣改變?

模型實驗:先預測調整下列參數會改變哪個結果,再以顯示的數值檢查,並與課節問題比較。

目標 f(x) ≥ 0。解集:(−∞,-1] ∪ [2,∞)。重根及 a=0 另作處理。-665-5

目標 f(x) ≥ 0。解集:(−∞,-1] ∪ [2,∞)。重根及 a=0 另作處理。

圖像的數值資料,可列印
檢查輸入值符合目標?
-24✓
-10✓
0.5-2.25×
20✓
34✓

解釋:從因式讀符號,比較嚴格及非嚴格端點。

遷移:構造解集恰為一點的非嚴格不等式。

試一試,把思路寫下來。

每次只看一個提示。訂正時記錄想法如何改變,不只抄下答案。

例題 1–3:先讀完整示範;由已完成的首步接續推理;再獨立選方法,完成後才展開解答。其餘練習可於課後繼續。

01 / 基礎#示範例題

解嚴格不等式。

(x−1)(x−4)>0(x-1)(x-4)>0
  • 除另訂較小定義域外,輸入均為實數。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
在兩根分割。
提示 2
兩因式同號時積為正。
完整解答
  1. 找邊界及符號。

    1,4;+,−,+1,4;\quad+,-,+
  2. 嚴格不等式排除根。

    x<1 or x>4x<1\text{ or }x>4

(−∞,1)∪(4,∞)。

檢查與易錯點:端點使積為零而非正。

先思考,待同學準備好再展開提示。

02 / 鞏固#示範例題

求解並說明端點包含情況。

−x2+4x−3≥0-x^2+4x-3\ge0

已提供首步,請接續推理:用首項為正的形式。

(x−1)(x−3)≤0(x-1)(x-3)\le0
  • 除另訂較小定義域外,輸入均為實數。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
提出負號。
提示 2
乘 −1 並反轉不等號。
完整解答
  1. 用首項為正的形式。

    (x−1)(x−3)≤0(x-1)(x-3)\le0
  2. 選內側並包含等號。

    1≤x≤31\le x\le3

[1,3]。

檢查與易錯點:首項符號反轉原符號排列。

先思考,待同學準備好再展開提示。

03 / 遷移#示範例題

求使式子對每個實數 x 均嚴格為正的所有 k。

x2−2x+k>0x^2-2x+k>0
  • 除另訂較小定義域外,輸入均為實數。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
用全域最小值,不只試幾個輸入。
提示 2
以 x=1 配方。
完整解答
  1. 顯示最小值。

    x2−2x+k=(x−1)2+k−1x^2-2x+k=(x-1)^2+k-1
  2. 嚴格正值亦須涵蓋頂點輸入。

    k−1>0⇒k>1k-1>0\Rightarrow k>1

k>1。

檢查與易錯點:k=1 在 x=1 失敗,儘管其他輸入均為正。

先思考,待同學準備好再展開提示。

04 / 基礎#獨立練習

有多少整數滿足不等式?

x2<9x^2<9
  • 只計整數 x。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
先在實數中解。
提示 2
−3 及 3 為開端點。
完整解答
  1. 轉換平方界限。

    −3<x<3-3<x<3
  2. 列允許整數。

    −2,−1,0,1,2-2,-1,0,1,2

5。

檢查與易錯點:兩端點均不允許。

先思考,待同學準備好再展開提示。

05 / 基礎#獨立練習

說明把 > 改成 ≥ 後有何確切改變。

(x−2)(x−5)>0(x-2)(x-5)>0
  • 除另訂較小定義域外,輸入均為實數。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
區間符號不變。
提示 2
只增加根處的等號。
完整解答
  1. 嚴格解為兩條開射線。

    (−∞,2)∪(5,∞)(-\infty,2)\cup(5,\infty)
  2. 非嚴格不等式恰增加兩根。

    (−∞,2]∪[5,∞)(-\infty,2]\cup[5,\infty)

只增加 x=2 及 x=5。

檢查與易錯點:端點包含情況改變不會反轉區間符號。

推理清單・自評/教師評核
  • 嚴格解為兩條開射線。
  • 非嚴格不等式恰增加兩根。

先思考,待同學準備好再展開提示。

06 / 基礎#獨立練習

求解並說明為何不獲得一段區間。

(x−2)2≤0(x-2)^2\le0
  • 除另訂較小定義域外,輸入均為實數。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
實數平方不可能負。
提示 2
只可能等號。
完整解答
  1. 合併非負性及已知上界。

    0≤(x−2)2≤00\le(x-2)^2\le0
  2. 平方必為零。

    x=2x=2

單元素集合 {2}。

檢查與易錯點:二重根不產生負值區域。

推理清單・自評/教師評核
  • 合併非負性及已知上界。
  • 平方必為零。

先思考,待同學準備好再展開提示。

07 / 基礎#獨立練習

求解並對每個實輸入說明。

x2+x+1>0x^2+x+1>0
  • 除另訂較小定義域外,輸入均為實數。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
配方。
提示 2
剩餘常數為正。
完整解答
  1. 準確配方。

    x2+x+1=(x+1/2)2+3/4x^2+x+1=(x+1/2)^2+3/4
  2. 每個輸出至少 3/4。

    x2+x+1≥3/4>0x^2+x+1\ge3/4>0

全體實數 x。

檢查與易錯點:單憑無根不足,還須知道函數符號。

推理清單・自評/教師評核
  • 準確配方。
  • 每個輸出至少 3/4。

先思考,待同學準備好再展開提示。

08 / 鞏固#獨立練習

同時解兩個限制。

x2−5x+6≤0,x>2x^2-5x+6\le0,\quad x>2
  • 除另訂較小定義域外,輸入均為實數。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
先解二次限制。
提示 2
把 [2,3] 與 x>2 取交。
完整解答
  1. 分解並選非嚴格內區間。

    (x−2)(x−3)≤0⇒x∈[2,3](x-2)(x-3)\le0\Rightarrow x\in[2,3]
  2. 使用額外嚴格限制。

    x∈(2,3]x\in(2,3]

(2,3]。

檢查與易錯點:某端點符合一條件,仍可能不符合另一條件。

推理清單・自評/教師評核
  • 分解並選非嚴格內區間。
  • 使用額外嚴格限制。

先思考,待同學準備好再展開提示。

09 / 鞏固#獨立練習

不乘以正負未明的分母,解不等式。

x−1x+2≥0\frac{x-1}{x+2}\ge0
  • x≠−2。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
標 −2 為禁值、1 為零點。
提示 2
檢查三符號區間。
完整解答
  1. 商在兩臨界值外為正。

    x<−2 or x>1x<-2\text{ or }x>1
  2. 只包含允許零點。

    x∈(−∞,−2)∪[1,∞)x\in(-\infty,-2)\cup[1,\infty)

(−∞,−2)∪[1,∞)。

檢查與易錯點:非嚴格不等式不允許分母零值。

推理清單・自評/教師評核
  • 商在兩臨界值外為正。
  • 只包含允許零點。

先思考,待同學準備好再展開提示。

10 / 鞏固#獨立練習

求此函數的實數定義域。

y=−x2+6x−5y=\sqrt{-x^2+6x-5}
  • 使用實平方根。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
根號內須非負。
提示 2
連同負號分解根號內式。
完整解答
  1. 轉換定義域要求。

    −(x−1)(x−5)≥0-(x-1)(x-5)\ge0
  2. 使用封閉內區間。

    x∈[1,5]x\in[1,5]

[1,5]。

檢查與易錯點:根號內為零可接受,負值不可。

推理清單・自評/教師評核
  • 轉換定義域要求。
  • 使用封閉內區間。

先思考,待同學準備好再展開提示。

11 / 鞏固#獨立練習

學生除以 x 得 x<2。修正論證。

x(x−2)<0x(x-2)<0
  • 除另訂較小定義域外,輸入均為實數。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
x 的符號未明。
提示 2
負積須異號。
完整解答
  1. 在兩根分割。

    0,2;+,−,+0,2;\quad+,-,+
  2. 選負區域並排除零端點。

    0<x<20<x<2

0<x<2。

檢查與易錯點:x=−1 反駁學生答案:乘積為正。

推理清單・自評/教師評核
  • 在兩根分割。
  • 選負區域並排除零端點。

先思考,待同學準備好再展開提示。

12 / 遷移#獨立練習

長方形周長 20 米。哪些正邊長使面積至少 21 平方米?另列所有可能短邊長。

2(x+y)=20,xy≥212(x+y)=20,\quad xy\ge21
  • 正實邊長,四邊均計入圍欄。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
消去 y,再區分任一邊與短邊。
提示 2
面積條件化成 (x−3)(x−7)≤0。
完整解答
  1. 合併模型及正邊長。

    y=10−x,x∈[3,7]y=10-x,\quad x\in[3,7]
  2. 短邊為 min(x,10−x)。

    3≤min⁡(x,y)≤53\le\min(x,y)\le5

邊長 x、10−x,3≤x≤7;短邊在 [3,5]。

檢查與易錯點:解代數不等式後,還須再作短邊意義的解釋。

推理清單・自評/教師評核
  • 合併模型及正邊長。
  • 短邊為 min(x,10−x)。

先思考,待同學準備好再展開提示。

13 / 遷移#獨立練習

求式子對全體實數 x 非負的所有 a,並處理退化情況。

(a−1)x2+2x+1≥0(a-1)x^2+2x+1\ge0
  • 除另訂較小定義域外,輸入均為實數。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
負首項係數在大 |x| 時失敗;a=1 為一次。
提示 2
a>1 時用頂點或 Δ≤0。
完整解答
  1. 排除非正首項情況。

    a<1:f→−∞;a=1:2x+1a<1: f\to-\infty;\quad a=1:2x+1
  2. 正首項係數要求不穿入負區域。

    4−4(a−1)≤0⇒a≥24-4(a-1)\le0\Rightarrow a\ge2

a≥2。

檢查與易錯點:a=2 時 (x+1)² 取得允許的零值。

推理清單・自評/教師評核
  • 排除非正首項情況。
  • 正首項係數要求不穿入負區域。

先思考,待同學準備好再展開提示。

專注一道題目

課末檢核與訂正

回看最近核對的答案及解釋;改動草稿後須重新核對。書面推理需要自評或教師評核。

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    教師備課與評核

    40 分鐘教案

    分鐘環節教師及學生任務
    5診斷區域用負首項及重根診斷。
    8建立符號學生在三區間相乘因式符號。
    10端點及定義域同桌比較嚴格、非嚴格、根式及分式限制。
    12模型及量詞小組解長方形可行性,再解全實數參數條件。
    5離堂區間要求符號理由及正確端點表示。

    提問順序

    • 只解方程會缺甚麼資料?
    • 「每個 x」是否只檢查三值便足夠?

    板書發展

    • 畫解集前先乘符號。
      a(x−r1)(x−r2)a(x-r_1)(x-r_2)
    • 與原限制取交集。
      Svalid=Ssign∩DS_{\mathrm{valid}}=S_{\mathrm{sign}}\cap D

    預期正誤回答

    • 「平方非負,故嚴格負不可能」是完整理由。
    • 「≥ 允許等號所以包含 −2」忽略分母。

    追問

    • 加入分母後,哪個端點仍可保留?

    補救

    • 內外側錯誤時,重建兩因式符號表,不背口訣。

    離堂檢核

    • 解 (x−1)²≥0 及 >0,解釋單點差異。

    評核清單與作答示例

    • 2 分:符號區域及等號。
      完整:取交後 (2,3];不完整:[2,3]。
    • 2 分:模型解釋。
      完整:任一邊 [3,7]、短邊 [3,5];部分:漏短邊限制。

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    教材與來源說明 ↗