CHAPTER 05 · 05

分式不等式:
把商的符号转化为乘积的符号

初中不等式里的分母通常是确定常数;现在分母含有未知数,正负会随取值改变。不能直接去分母,但可以先保留禁点,再乘以确定为正的分母平方。

原分母条件

分母含未知数,先标出不能进入的值

看不等式 \(\dfrac{x+3}{x-1}>0\)。原分母不能为零,所以先写:

原分母条件:\(x\ne1\)

无论后面怎样通分、约分或去分母,这个限制都来自原式,不能消失。

分母平方

分母符号不确定,分母平方却确定为正

当 \(x>1\)

\(x-1>0\),直接乘以它时方向不变。

当 \(x<1\)

\(x-1<0\),直接乘以它时方向要改变。

未知 \(x\) 的范围

无法提前决定不等号方向,所以不能直接乘以 \(x-1\)。

但在 \(x\ne1\) 的范围内,\((x-1)^2>0\)。现在可以两边同时乘以这个正数,方向保持不变。

\[\frac{x+3}{x-1}>0\]

原分母条件是 \(x\ne1\)。

\[\frac{x+3}{x-1}(x-1)^2>0\cdot(x-1)^2\]

乘以确定为正的分母平方,不等号方向不变。

\[(x+3)(x-1)>0\]

商的符号已经转化为乘积的符号。

等价理由

正的分母平方让变形能够双向恢复

在 \(x\ne1\) 下,\((x-1)^2\) 是正数。原不等式乘以它可以得到乘积不等式,乘积不等式再除以它也能回到原不等式。

\[\frac{x+3}{x-1}>0\quad\Longleftrightarrow\quad(x+3)(x-1)>0\]

零点 \(-3\) 和 \(1\) 把数轴分成三段,乘积在两端为正。因此解是 \(x<-3\) 或 \(x>1\)。

\(x=-3\) 时分式等于零,不满足严格大于零;\(x=1\) 时原分式没有意义。

四类符号

严格不等式自动排除零,带等号时要单写分母条件

设 \(B(x)\ne0\)。因为 \(B^2(x)>0\),四种关系可以统一转成乘积符号:

\[\frac{A(x)}{B(x)}>0\quad\Longleftrightarrow\quad A(x)B(x)>0\]
\[\frac{A(x)}{B(x)}<0\quad\Longleftrightarrow\quad A(x)B(x)<0\]
\[\frac{A(x)}{B(x)}\ge0\quad\Longleftrightarrow\quad\begin{cases}A(x)B(x)\ge0,\\B(x)\ne0,\end{cases}\]
\[\frac{A(x)}{B(x)}\le0\quad\Longleftrightarrow\quad\begin{cases}A(x)B(x)\le0,\\B(x)\ne0.\end{cases}\]

严格大于或小于零时,右边的乘积不可能等于零,已经能够排除 \(B(x)=0\)。带等号时,\(A(x)B(x)=0\) 可能来自分母为零,所以必须明确保留 \(B(x)\ne0\)。

移项通分

一边不是零,先把问题整理成商与零比较

解 \(\dfrac{2}{x+1}\le1\) 时,先写 \(x\ne-1\),再移项、通分和乘以分母平方。

\[\frac{2}{x+1}\le1,\qquad x\ne-1\]

先保留原分母条件。

\[\frac{2}{x+1}-1\le0\]

把所有项移到左边,使右边为零。

\[\frac{1-x}{x+1}\le0\]

通分并整理分子。

\[\begin{cases}(1-x)(x+1)\le0,\\x\ne-1\end{cases}\]

乘以正数 \((x+1)^2\),同时保留原分母条件。

\[(-\infty,-1)\cup[1,+\infty)\]

分子零点 \(1\) 可以保留;分母禁点 \(-1\) 必须排除。

约分与禁点

式子外形变简单,原来的空点仍然存在

对于 \(\dfrac{x^2-1}{x-1}>0\),原式先要求 \(x\ne1\)。在这个范围内可以约分:

\[\frac{x^2-1}{x-1}=\frac{(x-1)(x+1)}{x-1}=x+1\]

约分只在 \(x\ne1\) 的范围内成立。

\[x+1>0\quad\Longrightarrow\quad x>-1\]

先解约分后的不等式。

\[(-1,1)\cup(1,+\infty)\]

最后仍要排除原分母禁点 \(x=1\)。

处理顺序

从禁点出发,以禁点检查结束

1

写出所有原分母不为零的条件。

2

移项并通分,使另一边为零,再分解分子和分母。

3

乘以分母平方,把商的符号转化为乘积的符号。

4

用零点划分区间,决定分子零点是否包含,并始终排除原分母禁点。

分式不等式不是不判断符号就直接去分母,而是利用确定为正的分母平方完成等价转化。