§2.2一元二次不等式及其解法一元二次不等式的解集概念方法微思考1.一元二次不等式ax2+bx+c>0(a>0)的解集与其对应的函数y=ax2+bx+c的图象有什么关系?提示ax2+bx+c>0(a>0)的解集就是其对应函数y=ax2+bx+c的图象在x轴上方的部分所对应的x的取值范围.2.一元二次不等式ax2+bx+c>0(<0)恒成立的条件是什么?提示 显然a ≠0.ax 2+bx +c >0恒成立的条件是⎩⎪⎨⎪⎧a >0,Δ<0;ax 2+bx +c <0恒成立的条件是⎩⎪⎨⎪⎧a <0,Δ<0.题组一 思考辨析1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”) (1)若不等式ax 2+bx +c <0的解集为(x 1,x 2),则必有a >0.( √ )(2)若不等式ax 2+bx +c >0的解集是(-∞,x 1)∪(x 2,+∞),则方程ax 2+bx +c =0的两个根是x 1和x 2.( √ ) (3)若方程ax 2+bx +c =0(a ≠0)没有实数根,则不等式ax 2+bx +c >0的解集为R .( × ) (4)不等式ax 2+bx +c ≤0在R 上恒成立的条件是a <0且Δ=b 2-4ac ≤0.( × )(5)若二次函数y =ax 2+bx +c 的图象开口向下,则不等式ax 2+bx +c <0的解集一定不是空集.( √ ) 题组二 教材改编2.[P80A 组T4]已知集合A ={x |x 2-x -6>0},则∁R A 等于( ) A .{x |-2<x <3} B .{x |-2≤x ≤3} C .{x |x <-2}∪{x |x >3} D .{x |x ≤-2}∪{x |x ≥3}答案 B解析 ∵x 2-x -6>0,∴(x +2)(x -3)>0,∴x >3或x <-2,即A ={x |x >3或x <-2}.在数轴上表示出集合A ,如图所示.由图可得∁R A ={x |-2≤x ≤3}. 故选B.3.[P80A 组T2]y =log 2(3x 2-2x -2)的定义域是________________________. 答案 ⎝ ⎛⎭⎪⎫-∞,1-73∪⎝ ⎛⎭⎪⎫1+73,+∞解析 由题意,得3x 2-2x -2>0,令3x 2-2x -2=0,得x 1=1-73,x 2=1+73,∴3x 2-2x -2>0的解集为⎝ ⎛⎭⎪⎫-∞,1-73∪⎝ ⎛⎭⎪⎫1+73,+∞.题组三 易错自纠4.不等式-x 2-3x +4>0的解集为________.(用区间表示) 答案 (-4,1)解析 由-x 2-3x +4>0可知,(x +4)(x -1)<0, 得-4<x <1.5.若关于x 的不等式ax 2+bx +2>0的解集是⎝⎛⎭⎫-12,13,则a +b =________.答案 -14解析 由题意可知,x 1=-12,x 2=13是方程ax 2+bx +2=0的两个根,∴⎩⎨⎧a 4-b2+2=0,a 9+b3+2=0,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =-12,b =-2,∴a +b =-14.6.不等式(a -2)x 2+2(a -2)x -4<0,对一切x ∈R 恒成立,则实数a 的取值范围是( )A .(-∞,2]B .(-2,2]C .(-2,2)D .(-∞,2)答案 B解析 由⎩⎪⎨⎪⎧a -2<0,Δ<0,解得-2<a <2,另a =2时,原式化为-4<0,不等式恒成立, ∴-2<a ≤2.故选B.题型一 一元二次不等式的求解命题点1 不含参的不等式例1 已知集合A ={x |x 2-x -2<0},B ={y |y =2x },则A ∩B 等于( ) A .(-1,2) B .(-2,1) C .(0,1) D .(0,2)答案 D解析 由题意得A ={x |x 2-x -2<0}={x |-1<x <2},B ={y |y =2x }={y |y >0}, ∴ A ∩B ={x |0<x <2}=(0,2).故选D.命题点2 含参不等式例2 解关于x 的不等式ax 2-(a +1)x +1<0(a >0). 解 原不等式变为(ax -1)(x -1)<0, 因为a >0,所以⎝⎛⎭⎫x -1a (x -1)<0. 所以当a >1时,解为1a <x <1;当a =1时,解集为∅;当0<a <1时,解为1<x <1a.综上,当0<a <1时,不等式的解集为⎩⎨⎧⎭⎬⎫x ⎪⎪1<x <1a ; 当a =1时,不等式的解集为∅;当a >1时,不等式的解集为⎩⎨⎧⎭⎬⎫x ⎪⎪1a<x <1. 思维升华 对含参的不等式,应对参数进行分类讨论:①根据二次项系数为正、负及零进行分类.②根据判别式Δ判断根的个数.③有两个根时,有时还需根据两根的大小进行讨论. 跟踪训练1 解不等式12x 2-ax >a 2(a ∈R ). 解 原不等式可化为12x 2-ax -a 2>0, 即(4x +a )(3x -a )>0,令(4x +a )(3x -a )=0, 解得x 1=-a 4,x 2=a3.当a >0时,不等式的解集为⎝⎛⎭⎫-∞,-a 4∪⎝⎛⎭⎫a3,+∞; 当a =0时,不等式的解集为(-∞,0)∪(0,+∞); 当a <0时,不等式的解集为⎝⎛⎭⎫-∞,a 3∪⎝⎛⎭⎫-a4,+∞.题型二 一元二次不等式恒成立问题命题点1 在R 上的恒成立问题例3 已知函数f (x )=mx 2-mx -1.若对于x ∈R ,f (x )<0恒成立,求实数m 的取值范围. 解 当m =0时,f (x )=-1<0恒成立.当m ≠0时,则⎩⎪⎨⎪⎧m <0,Δ=m 2+4m <0,即-4<m <0. 综上,-4<m ≤0,故m 的取值范围是(-4,0].例4 已知函数f (x )=mx 2-mx -1.若对于x ∈[1,3],f (x )<5-m 恒成立,求实数m 的取值范围. 解 要使f (x )<-m +5在x ∈[1,3]上恒成立, 即m ⎝⎛⎭⎫x -122+34m -6<0在x ∈[1,3]上恒成立. 方法一 令g (x )=m ⎝⎛⎭⎫x -122+34m -6,x ∈[1,3]. 当m >0时,g (x )在[1,3]上是增函数, 所以g (x )max =g (3),即7m -6<0, 所以m <67,所以0<m <67;当m =0时,-6<0恒成立; 当m <0时,g (x )在[1,3]上是减函数, 所以g (x )max =g (1),即m -6<0, 所以m <6,所以m <0.综上所述,m 的取值范围是⎩⎨⎧⎭⎬⎫m ⎪⎪m <67. 方法二 因为x 2-x +1=⎝⎛⎭⎫x -122+34>0, 又因为m (x 2-x +1)-6<0,所以m <6x 2-x +1.因为函数y =6x 2-x +1=6⎝⎛⎭⎫x -122+34在[1,3]上的最小值为67,所以只需m <67即可. 所以m 的取值范围是⎩⎨⎧⎭⎬⎫m ⎪⎪m <67. 引申探究1.若将“f (x )<5-m 恒成立”改为“f (x )<5-m 无解”,如何求m 的取值范围? 解 若f (x )<5-m 无解,即f (x )≥5-m 恒成立, 即m ≥6x 2-x +1恒成立,则m ≥⎝⎛⎭⎫6x 2-x +1max ,又x ∈[1,3],得m ≥6,即m 的取值范围为[6,+∞).2.若将“f (x )<5-m 恒成立”改为“存在x ,使f (x )<5-m 成立”,如何求m 的取值范围. 解 由题意知f (x )<5-m 有解,即m <6x 2-x +1有解,则m <⎝⎛⎭⎫6x 2-x +1max ,又x ∈[1,3],得m <6,即m 的取值范围为(-∞,6).例5 若mx 2-mx -1<0对于m ∈[1,2]恒成立,求实数x 的取值范围.解 设g (m )=mx 2-mx -1=(x 2-x )m -1,其图象是直线,当m ∈[1,2]时,图象为一条线段,则⎩⎪⎨⎪⎧ g (1)<0,g (2)<0,即⎩⎪⎨⎪⎧x 2-x -1<0,2x 2-2x -1<0,解得1-32<x <1+32,故x 的取值范围为⎝⎛⎭⎪⎫1-32,1+32. 思维升华 解决恒成立问题一定要搞清谁是主元,谁是参数,一般地,知道谁的范围,谁就是主元,求谁的范围,谁就是参数.跟踪训练2 函数f (x )=x 2+ax +3.(1)当x ∈R 时,f (x )≥a 恒成立,求实数a 的取值范围; (2)当x ∈[-2,2]时,f (x )≥a 恒成立,求实数a 的取值范围; (3)当a ∈[4,6]时,f (x )≥0恒成立,求实数x 的取值范围. 解 (1)∵当x ∈R 时,x 2+ax +3-a ≥0恒成立, 需Δ=a 2-4(3-a )≤0,即a 2+4a -12≤0, ∴实数a 的取值范围是[-6,2].(2)当x ∈[-2,2]时,设g (x )=x 2+ax +3-a ≥0, 分如下三种情况讨论(如图所示):①如图①,当g (x )的图象与x 轴不超过1个交点时, 有Δ=a 2-4(3-a )≤0,即-6≤a ≤2. ②如图②,g (x )的图象与x 轴有2个交点, 但当x ∈[-2,+∞)时,g (x )≥0,即⎩⎪⎨⎪⎧ Δ>0,x =-a2<-2,g (-2)≥0,即⎩⎪⎨⎪⎧a 2-4(3-a )>0,-a2<-2,4-2a +3-a ≥0,可得⎩⎪⎨⎪⎧a >2或a <-6,a >4,a ≤73,解得a ∈∅.③如图③,g (x )的图象与x 轴有2个交点, 但当x ∈(-∞,2]时,g (x )≥0.即⎩⎪⎨⎪⎧Δ>0,x =-a2>2,g (2)≥0,即⎩⎪⎨⎪⎧a 2-4(3-a )>0,-a2>2,7+a ≥0,可得⎩⎪⎨⎪⎧a >2或a <-6,a <-4,a ≥-7.∴-7≤a <-6,综上,实数a 的取值范围是[-7,2].(3)令h (a )=xa +x 2+3.当a ∈[4,6]时,h (a )≥0恒成立.只需⎩⎪⎨⎪⎧ h (4)≥0,h (6)≥0,即⎩⎪⎨⎪⎧x 2+4x +3≥0,x 2+6x +3≥0,解得x ≤-3-6或x ≥-3+ 6. ∴实数x 的取值范围是(-∞,-3-6]∪[-3+6,+∞).1.已知集合A ={x |x ≥0},B ={x |(x +1)(x -5)<0},则A ∩B 等于( ) A .[-1,4) B .[0,5)C .[1,4]D .[-4,-1)∪ [4,5)答案 B解析 由题意得B ={x |-1<x <5},故A ∩B ={x |x ≥0}∩{x |-1<x <5}=[0,5).故选B. 2.若不等式ax 2+bx +2>0的解集为{x |-1<x <2},则不等式2x 2+bx +a >0的解集为( )A.⎩⎨⎧⎭⎬⎫x ⎪⎪x <-1或x >12 B.⎩⎨⎧⎭⎬⎫x ⎪⎪-1<x <12 C .{x |-2<x <1} D .{x |x <-2或x >1}答案 A解析 ∵不等式ax 2+bx +2>0的解集为{x |-1<x <2},∴ax 2+bx +2=0的两根为-1,2,且a <0,即-1+2=-b a ,(-1)×2=2a ,解得a =-1,b =1,则所求不等式可化为2x 2+x -1>0,解得⎩⎨⎧⎭⎬⎫x ⎪⎪x <-1或x >12,故选A. 3.若一元二次不等式2kx 2+kx -38<0对一切实数x 都成立,则k 的取值范围为( )A .(-3,0)B .[-3,0]C .[-3,0)D .(-3,0] 答案 A解析 由题意可得⎩⎪⎨⎪⎧k <0,Δ=k 2-4×2k ×⎝⎛⎭⎫-38<0, 解得-3<k <0.4.若存在实数x ∈[2,4],使x 2-2x +5-m <0成立,则m 的取值范围为( ) A .(13,+∞) B .(5,+∞) C .(4,+∞) D .(-∞,13)答案 B解析 m >x 2-2x +5,设f (x )=x 2-2x +5=(x -1)2+4,x ∈[2,4],当x =2时,f (x )min =5,存在x ∈[2,4]使x 2-2x +5-m <0成立,即m >f (x )min ,∴m >5.故选B.5.若不等式x 2-(a +1)x +a ≤0的解集是[-4,3]的子集,则a 的取值范围是( ) A .[-4,1] B .[-4,3] C .[1,3] D .[-1,3] 答案 B解析 原不等式为(x -a )(x -1)≤0,当a <1时,不等式的解集为[a,1],此时只要a ≥-4即可,即-4≤a <1;当a =1时,不等式的解集为{x |x =1},此时符合要求;当a >1时,不等式的解集为[1,a ],此时只要a ≤3即可,即1<a ≤3,综上可得-4≤a ≤3.6.(2018·浙江宁波十校适应性测试)当x ∈(a ,b ]时,不等式2x -1x +2≤1恒成立,则实数a 的取值范围为( )A .[-2,3)B .(-2,3]C .(-2,3)D .{-2} 答案 A解析 由2x -1x +2≤1,得2x -1x +2-1=x -3x +2≤0,解得-2<x ≤3,因为当x ∈(a ,b ]时,不等式2x -1x +2≤1恒成立,所以(a ,b ]⊆(-2,3],则a ∈[-2,3),故选A.7.若不等式x 2-2ax +a ≤-1有唯一解,则a 的值为______. 答案1±52解析 若不等式x 2-2ax +a ≤-1有唯一解,则x 2-2ax +a =-1有两个相等的实根,所以 Δ=4a 2-4(a +1)=0,解得a =1±52.8.某商场若将进货单价为8元的商品按每件10元出售,每天可销售100件,现准备采用提高售价来增加利润.已知这种商品每件售价提高1元,销售量就会减少10件.那么要保证每天所赚的利润在320元以上,销售单价的取值范围是________. 答案 (12,16)解析 设售价定为每件x 元,利润为y , 则y =(x -8)[100-10(x -10)], 依题意有(x -8)[100-10(x -10)]>320, 即x 2-28x +192<0,解得12<x <16, 所以每件售价应定为12元到16元之间.9.若不等式x 2+ax +4≥0对一切x ∈(0,1]恒成立,则a 的取值范围为________. 答案 [-5,+∞)解析 由题意,分离参数后得,a ≥-⎝⎛⎭⎫x +4x . 设f (x )=-⎝⎛⎭⎫x +4x ,x ∈(0,1], 则只要a ≥[f (x )]max 即可.由于函数f (x )在区间(0,1]上单调递增, 所以[f (x )]max =f (1)=-5,故a ≥-5.10.设a ∈R ,若x ∈[1,2]时,均有(x -a )(x 2+2a )<0,则a 的取值范围是__________________. 答案 (-∞,-2)∪(2,+∞)解析 当a ≥0时,x 2+2a >0,即当x ∈[1,2]时,均有x <a ,从而有a >2. 当a <0时,x -a >0,即当x ∈[1,2]时,均有x 2+2a <0, 则(x 2+2a )max <0,即4+2a <0,得a <-2. 综上可得,a >2或a <-2.11.已知f (x )=-3x 2+a (6-a )x +6. (1)解关于a 的不等式f (1)>0;(2)若不等式f (x )>b 的解集为(-1,3),求实数a ,b 的值. 解 (1)∵f (x )=-3x 2+a (6-a )x +6, ∴f (1)=-3+a (6-a )+6=-a 2+6a +3>0, 即a 2-6a -3<0,解得3-23<a <3+2 3. ∴原不等式的解集为{a |3-23<a <3+23}. (2)∵f (x )>b 的解集为(-1,3),∴方程-3x 2+a (6-a )x +6-b =0的两根为-1,3, ∴⎩⎨⎧-1+3=a (6-a )3,-1×3=-6-b3,解得⎩⎨⎧a =3±3,b =-3.12.(2018·浙江绍兴一中模拟)已知f (x )=x 2-2ax -3a 2. (1)设a =1,解不等式f (x )>0;(2)若不等式f (x )<x 的解集中有且仅有一个整数,求a 的取值范围; (3)若a >14,且当x ∈[1,4a ]时,|f (x )|≤4a 恒成立,试确定a 的取值范围.解 (1)当a =1时,不等式f (x )>0,即x 2-2x -3>0, 解得x >3或x <-1.故当a =1时,不等式f (x )>0的解集为(-∞,-1)∪(3,+∞). (2)f (x )-x =x 2-(2a +1)x -3a 2, 令g (x )=x 2-(2a +1)x -3a 2,若a =0,则f (x )<x 的解集为(0,1),不满足条件;若a ≠0,由g (0)=-3a 2<0知x =0是不等式f (x )<x 的一个整数解,所以由⎩⎪⎨⎪⎧g (1)≥0,g (-1)≥0,得1-73≤a <0.综上,a 的取值范围为⎣⎢⎡⎭⎪⎫1-73,0.(3)若14<a ≤1,则⎩⎪⎨⎪⎧|f (1)|≤4a ,|f (4a )|≤4a ,即⎩⎪⎨⎪⎧|1-2a -3a 2|≤4a ,|5a 2|≤4a ,得14<a ≤45;若a >1,因为|f (a )|=4a 2,|f (4a )|=5a 2, 所以由⎩⎪⎨⎪⎧4a 2≤4a ,5a 2≤4a ,a >1,得此不等式的解集为∅.综上,a 的取值范围是⎝⎛⎦⎤14,45.13.若不等式a 2+8b 2≥λb (a +b )对于任意的a ,b ∈R 恒成立,则实数λ的取值范围为__________. 答案 [-8,4]解析 因为a 2+8b 2≥λb (a +b )对于任意的a ,b ∈R 恒成立,所以a 2+8b 2-λb (a +b )≥0对于任意的a ,b ∈R 恒成立,即a 2-λba +(8-λ)b 2≥0恒成立, 由一元二次不等式的性质可知, Δ=λ2b 2+4(λ-8)b 2=b 2(λ2+4λ-32)≤0, 所以(λ+8)(λ-4)≤0,解得-8≤λ≤4.14.已知b ,c ∈R ,若关于x 的不等式0≤x 2+bx +c ≤4的解集为[x 1,x 2]∪[x 3,x 4](x 2<x 3),则(2x 4-x 3)-(2x 1-x 2)的最小值是________.答案 4 3解析 如图,据题意可知x 1,x 4是方程x 2+bx +c =4的两根,x 2,x 3是方程x 2+bx +c =0的两根.由根与系数的关系可得(2x 4-x 3)-(2x 1-x 2)=2(x 4-x 1)-(x 3-x 2)=2(x 4+x 1)2-4x 4·x 1-(x 3+x 2)2-4x 2·x 3=2b 2-4c +16-b 2-4c ,令b 2-4c =t ,则有(2x 4-x 3)-(2x 1-x 2)=f (t )=2t +16-t ,令f ′(t )=1t +16-12t =0,解得t =163, 当0<t <163时,f ′(t )<0,f (t )单调递减, 当t >163时,f ′(t )>0,f (t )单调递增. 据题意可知f (t )min =f ⎝⎛⎭⎫163=4 3.15.(2019·杭州高级中学仿真测试)若关于x 的不等式(x 2-a )(2x +b )≥0在(a ,b )上恒成立,则2a +b 的最小值为________.答案 0解析 要使2a +b 取得最小值,尽量考虑a ,b 取负值的情况,因此当a <b ≤0时,不等式(x 2-a )(2x +b )≥0等价于2x +b ≥0,即b ≥-2x 在(a ,b )上恒成立,则b ≥-2a >0,与b ≤0矛盾;当a <0<b 时,不等式(x 2-a )(2x +b )≥0等价于2x +b ≥0,即b ≥-2x 在(a ,b )上恒成立,则b ≥-2a ,即2a +b ≥0,此时2a +b 的最小值为0;当0≤a <b 时,显然2a +b >0.综上可知,2a +b 的最小值为0.16.(2018·浙江省海盐高级中学期中)已知函数f (x )=x 2-(a +2)x +2-a ,若集合A ={x ∈N |f (x )<0}中有且只有一个元素,求实数a 的取值范围.解 ∵集合A ={x ∈N |f (x )<0}中有且只有一个元素,故方程f (x )=x 2-(a +2)x +2-a =0有两个实根,即Δ=(a +2)2-4(2-a )>0,亦即a 2+8a -4>0,方程x 2-(a +2)x +2-a =0的根为x 1=2+a -a 2+8a -42,x 2=2+a +a 2+8a -42. 又∵f (0)=2-a ,若f (0)=2-a <0,则a >2,此时x 2=2+a +a 2+8a -42>1, 则集合A ={x ∈N |f (x )<0}中至少有两个元素0,1,不符合题意; 故f (0)=2-a ≥0,a ≤2,此时要使集合A ={x ∈N |f (x )<0}中有且只有一个元素,需满足⎩⎪⎨⎪⎧ f (0)≥0,f (1)<0,f (2)≥0,即⎩⎪⎨⎪⎧2-a ≥0,12-(a +2)+2-a <0,22-(a +2)×2+2-a ≥0, 解得12<a ≤23,即a 的取值范围是⎝⎛⎦⎤12,23.。