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3.4 Linear Inequalities - 教材全解

线性不等式 - 掌握线性不等式的解法,包括单一线性不等式和复合线性不等式的求解技巧

## 教材全解

线性不等式是用不等号(\(>\)、\(\geq\)、\(<\)、\(\leq\))连接的一次不等式,解法与线性方程相似,但需注意:当不等式两边乘或除以负数时,不等号方向要改变

1. 单一线性不等式的解法

核心步骤:将含\(x\)的项移到一侧,常数项移到另一侧,再化简系数为1(注意不等号方向)。

示例1:解\(5x + 9 \geq x + 20\)

解答:

  • 移项:\(5x - x \geq 20 - 9\)
  • 合并同类项:\(4x \geq 11\)
  • 系数化为1:\(x \geq \frac{11}{4} = 2.75\)
  • 集合表示:\(\{ x: x \geq 2.75 \}\)
示例2:解\(12 - 3x < 27\)

解答:

  • 移项:\(-3x < 27 - 12\)
  • 合并同类项:\(-3x < 15\)
  • 系数化为1(除以\(-3\),不等号方向改变):\(x > -5\)

2. 复合线性不等式的解法

复合不等式由"且(and)"或"或(or)"连接,解集逻辑不同:

复合不等式解集逻辑
  • "且(and)":取两个不等式解集的交集(需同时满足两个条件);
  • "或(or)":取两个不等式解集的并集(满足其中一个条件即可)。
示例3:解\(3x - 5 < x + 8\) and \(5x > x - 8\)

解答:

  • 解\(3x - 5 < x + 8\):移项得\(2x < 13\),即\(x < 6.5\);
  • 解\(5x > x - 8\):移项得\(4x > -8\),即\(x > -2\);
  • "and"取交集,解集为\(-2 < x < 6.5\)。
示例4:解\(x - 5 > 1 - x\) or \(15 - 3x > 5 + 2x\)

解答:

  • 解\(x - 5 > 1 - x\):移项得\(2x > 6\),即\(x > 3\);
  • 解\(15 - 3x > 5 + 2x\):移项得\(-5x > -10\),系数化为1(除以\(-5\),不等号改变)得\(x < 2\);
  • "or"取并集,解集为\(x < 2\) 或 \(x > 3\)。

## 章节练习

通过以下题目巩固线性不等式(单一线性、复合、集合运算)的解法:

1. 单一线性不等式求解

解下列不等式,并用集合表示解集:

练习题
  • a. \(2(x - 3) \geq 0\)
  • b. \(8(1 - x) > x - 1\)
  • c. \(3(x + 7) \leq 8 - x\)
  • d. \(2(x - 3) - (x + 12) < 0\)
  • e. \(1 + 11(2 - x) < 10(x - 4)\)
  • f. \(2(x - 5) \geq 3(4 - x)\)

2. 复合不等式(and/or)求解

用集合符号表示下列复合不等式的解集:

练习题
  • a. \(3(x - 2) > x - 4\) and \(4x + 12 > 2x + 17\)
  • b. \(2x - 5 < x - 1\) and \(7(x + 1) > 23 - x\)
  • c. \(2x - 3 > 2\) and \(3(x + 2) < 12 + x\)
  • d. \(15 - x < 2(11 - x)\) and \(5(3x - 1) > 12x + 19\)
  • e. \(3x + 8 \leq 20\) and \(2(3x - 7) \geq x + 6\)
  • f. \(5x + 3 < 9\) or \(5(2x + 1) > 27\)
  • g. \(4(3x + 7) \leq 20\) or \(2(3x - 5) \geq \frac{7 - 6x}{2}\)

3. 挑战题(集合运算)

已知集合:

\(A = \{ x: 3x + 5 > 2 \}\),\(B = \{ x: \frac{x}{2} + 1 \leq 3 \}\),\(C = \{ x: 11 < 2x - 1 \}\)。
且\(A \cap (B \cup C) = \{ x: p < x \leq q \} \cup \{ x: x > r \}\),求\(p\)、\(q\)、\(r\)的值。

## 章节总结

1. 核心解法

解线性不等式的步骤与线性方程一致(移项、合并同类项、系数化为1),但需注意:当两边乘或除以负数时,不等号方向必须改变

2. 复合不等式的解集逻辑

解集运算规则
  • "且(and)":两个不等式的解集交集(需同时满足);
  • "或(or)":两个不等式的解集并集(满足其一即可)。

3. 集合表示

用\(\{ x: \text{不等式} \}\)表示"使不等式成立的所有实数\(x\)的集合",结合"\(\cap\)(交集)""\(\cup\)(并集)"描述复合条件的解集。

4. 易错点

常见错误提醒
  • 移项时符号错误;
  • 乘除负数时忘记改变不等号方向;
  • 复合不等式中"and""or"的解集逻辑混淆。