Nierówność wymierna
Definicja: Nierówność wymierna

Nierównością wymierną nazywamy nierówność postaci: WxVx>0 lub WxVx<0, lub WxVx0, lub WxVx0, gdzie WxVx są wielomianami i Vx nie jest wielomianem zerowym.

Nierówności równoważne
Definicja: Nierówności równoważne

Dwie nierówności wymierne określone w tej samej dziedzinie nazywamy równoważnymi, jeżeli mają te same zbiory rozwiązań.

Dopełnienie zbioru
Definicja: Dopełnienie zbioru

Jeżeli zbiór A zawiera się w zbiorze , to dopełnieniem zbioru A do zbioru nazywamy zbiór i oznaczamy go symbolem A'.

Przykład 1

Zbiór A jest zbiorem rozwiązań nierówności: 2x+1x+11, a zbiór B zbiorem rozwiązań nierówności: 2-2xx+2-3. Wyznacz zbiory: A, B, A'=RA, B'=RB, AB, AB, AB oraz BA.

Rozwiązanie:

W celu wyznaczenia poszukiwanych zbiorów kolejno rozwiążemy nierówności:

A

B

2x+1x+11

2-2xx+2-3

• określamy dziedzinę nierówności:

x-1

x-2

• odejmujemy liczbę 1 od obu stron nierówności:

• dodajemy liczbę 3 do obu stron nierówności:

2x+1x+1-10

2-2xx+2+30

• sprowadzamy wyrażenia do wspólnego mianownika:

2x+1x+1-x+1x+10

2-2xx+2+3x+2x+20

• doprowadzamy ułamek do postaci nieskracalnej:

2x+1-x-1x+10

2-2x+3x+6x+20

xx+10

x+8x+20

• zamieniamy otrzymany ułamek na postać iloczynową, co wynika z identyczności znaku ilorazu i znaku iloczynuidentyczność znaku ilorazu i iloczynuidentyczności znaku ilorazu i znaku iloczynu:

xx+10

x+8x+20

• sporządzamy ilustrację graficzną nierówności i odczytujemy jej rozwiązania z uwzględnieniem ustalonej dziedziny:

RYGtUsIqyRB96

x-,-10,

R1eaozcyqX3Zz

x-8,-2

A=-,-10,

B=-8,-2

Rc4QuuEWBnjMD

A'=A=-1,0

B'=B=-,-8-2,

AB=A, ponieważ zbiór B jest podzbiorem A

AB=B, ponieważ zbiór B jest podzbiorem A

AB=-,-8-2,-10,

BA=

W celu wyznaczenia poszukiwanych zbiorów kolejno rozwiążemy nierówności:

Zacznamy od określenia dziedziny nierówności 2x+1x+11, czyli x-1.

Odejmujemy liczbę 1 od obu stron nierówności:

2x+1x+1-10.

Sprowadzamy wyrażenie do wspólnego mianownika

2x+1x+1-x+1x+10,

a następnie doprowadzamy ułamek do postaci nieskracalnej

2x+1-x-1x+10,

2-2x+3x+6x+20.

Zamieniamy otrzymany ułamek na postać iloczynową, co wynika z identyczności znaku ilorazu i znaku iloczynuidentyczność znaku ilorazu i iloczynuidentyczności znaku ilorazu i znaku iloczynuą

xx+10.

Sporządzamy ilustrację graficzną nierówności i odczytujemy jej rozwiązania z uwzględnieniem ustalonej dziedziny.

Na rysunku przedstawiona jest pozioma oś X oraz wykres funkcji w kształcie paraboli z ramionami skierowanymi do góry przecinający podaną oś w punkcie -1 , który nie należy do rozwiązania oraz w punkcie 0, który należy do rozwiązania. Na lewo od argumentu -1 wykres znajduje się nad osią X i oznaczono ten fragment plusami oraz na prawo od argumentu 0 wykres również znajduje się na osią X i oznaczono ten obszar plusami.

A=-,-10,.

Przejdziemy do wzynaczenia zbioru B.

Ponownie zaczniemy od wyznaczenia dziedziny nierówności 2-2xx+2-3, czyli x-2.

Dodajemy liczbę 3 do obu stron nierówności:

2-2xx+2+30.

Sprowadzamy wyrażenie do wspólnego mianownika

2-2xx+2+3x+2x+20,

a następnie doprowadzamy ułamek do postaci nieskracalnej

x+8x+20.

Zamieniamy otrzymany ułamek na postać iloczynową, co wynika z identyczności znaku ilorazu i znaku iloczynuidentyczność znaku ilorazu i iloczynuidentyczności znaku ilorazu i znaku iloczynu.

x+8x+20

Sporządzamy ilustrację graficzną nierówności i odczytujemy jej rozwiązania z uwzględnieniem ustalonej dziedziny:

Na rysunku przedstawiona jest pozioma oś X oraz wykres funkcji w kształcie paraboli z ramionami skierowanymi do góry przecinający podaną oś w punkcie -8, który należy do rozwiązania oraz w punkcie -2, który nie należy do rozwiązania. Część wykresu znajduje się pod osią X między argumentem -8-2 i oznaczono ten obszar trzema minusami.

B=-8,-2.

Stworzymy ilustrację graficzną przedstawiającą obydwa zbioru na wspólnej osi X:

Na rysunku przedstawiona jest pozioma  oś X od minus ośmiu do dwóch. Nad osią zaznaczone są zbiory A oraz B. Zbiór A składa się z dwóch półprostych. Pierwsza półprosta leży nad osią X od minus nieskończoności do punktu -1, który nie należy do zbioru A . Druga prosta również leżąca nad osią X zaczyna się w punkcie 0, który należy do zbioru A i kończy w plus nieskończoności. Odcinek oznaczający zbiór B leży nad argumentem -8, który należy do zbiory B  i kończy się nad argumentem -2 nie należącym do zbioru B.

Zatem

A'=A=-1,0 oraz B'=B=-,-8-2,.

Następnie

AB=A, ponieważ zbiór B jest podzbiorem A,

AB=B, ponieważ zbiór B jest podzbiorem A,

AB=-,-8-2,-10,,

BA=.

Przykład 2

Dla jakich liczb ab spełniona jest nierówność: ab+2>-ba?

Rozwiązanie

Ustalamy, że liczby ab muszą być różne od zera:
zał.: a0b0

Stosujemy przekształcenia równoważneprzekształcenia równoważne nierównościprzekształcenia równoważne aż uzyskamy najprostszą postać nierówności:

ab+2+ba0

a2+2ab+b2ab0

a+b2ab0

W liczniku ułamka otrzymaliśmy kwadrat sumy, który jest nieujemny dla dowolnych liczb rzeczywistych. Mianownik zaś jest dodatni dla liczb ab o jednakowych znakach.

Zatem nierówność jest spełniona dla liczb ab o równych znakach (obie dodatnie lub obie ujemne) oraz dowolnej pary liczb przeciwnych, tzn. a=-b. W tym ostatnim przypadku badany ułamek przyjmuje wartość zero.

Przykład 3

Dla jakich wartości parametru m suma odwrotności kwadratów pierwiastków równania x2-2mx-m=0 jest mniejsza od 3mm+1?

Rozwiązanie

W pierwszym etapie rozwiązania zadania należy ustalić dla jakich wartości parametru dane równanie posiada rozwiązania (jedno lub dwa). Warunkiem jest, aby Δ0.

Δ=b2-4ac

Δ=4m2+4m

4m2+4m0

4mm+10

m=0 lub m=-1

Rg627fuTPIBMT

m-,-10,

W drugim etapie rozwiązania zapisujemy warunek wynikający z treści zadania:

1x12+1x22<3mm+1

Korzystając ze wzorów Viete'a, otrzymujemy:

x12+x22x12x22<3mm+1

x1+x22-2x1x2x1x22<3mm+1

-ba2-2caca2<3mm+1

Ponieważ a=1, b=-2m, c=-m więc podstawiając powyżej otrzymujemy nierówność wymierną z niewiadomą m:

2m2+2mm2<3mm+1

4m2+2mm2<3mm+1

Założenia: m-1 oraz m0

4m2+2mm2-3mm+1<0

4m2+2mm+1-3m·m3m2m+1<0

4m3+4m2+2m2+2m-3m3m2m+1<0

m3+6m2+2mm2m+1<0

mm2+6m+2m2m+1<0

m2+6m+2mm+1<0

mm+1m2+6m+2<0

Δ=36-8=28

Δ=27

m1=-6-272=-23+72=-3+7

m2=-6+272=-23-72=-3-7

m3=0, m4=-1

RrpdZgKhr1Mzd

m-3-7,-1-3+7,0

Obydwa rozważane warunki muszą być spełnione jednocześnie, zatem wskazujemy iloczyn (część wspólną) rozwiązań obu nierówności:

RNNy0xdqIYXtG

m-3-7,-1

Przykład 4

Przedsiębiorca rozważa zastosowanie jednej z dwóch linii produkcyjnych. Uruchomienie linii L1 kosztuje 780 , a koszt produkcji każdej sztuki produktu wynosi 14 . W przypadku linii L2 wartości te wynoszą odpowiednio 560 20 .

  1. Ile minimalnie sztuk produktu trzeba wyprodukować korzystając z L1, a ile korzystając z L2, aby średni koszt produkcji 1 sztuki był niższy niż 40 ?

  2. Przy jakiej wielkości produkcji średni koszt produkcji 1 sztuki jest niższy przy użyciu linii L1?

  3. Zakładając, że cena sprzedaży 1 sztuki produktu wynosi 50  oraz, że przedsiębiorca sprzeda wszystkie wyprodukowane egzemplarze, oblicz wielkość produkcji dla każdej z linii, która zagwarantuje dodatni zysk.

Rozwiązanie:

Przyjmijmy oznaczenie: x – wielkość produkcji w sztukach, x+.

Średni koszt produkcji 1 sztuki wynosi:

L1

L2

780+14xx

560+20xx

780+14xx<40

560+20xx<40

W toku rozwiązania tych nierówności wymiernych można pomnożyć obie strony nierówności przez x, ponieważ pozwala na to założenie dotyczące znaku zmiennej x:

780+14x<40x
26x>780
x>30

560+20x<40x
20x>560
x>28

a) Należy wyprodukować przynajmniej 31 szt. produktu.

a) Należy wyprodukować przynajmniej 29 szt. produktu.

Dysponując podanymi informacjami tworzymy, a następnie rozwiązujemy nierówność wymierną:

780+14xx<560+20xx
780+14x<560+20x
6x>220
x>3623

b) Niższy średni koszt produkcji 1 szt. przy użyciu linii L1 uzyskamy przy prodykcji minimum 37 szt.

Zakładając, że cena sprzedaży 1 szt. produktu wynosi 50 , przy sprzedaży x sztuk osiągnięty zostanie przychód 50x. Zatem zysk uzyskany przez przedsiębiorcę po sprzedaży x sztuk można wyrazić wzorem:

L1

L2

50x-780+14xx

50x-560+20xx

Wielkość produkcji gwarantującą osiągnięcie dodatniego zysku obliczymy rozwiązując nierówności:

50x-780+14xx>0

50x-560+20xx>0

50x2-780-14x>0
50x2-14x-780>0
25x2-7x-390>0
Δ=49+39000=39049
Δ197,61
x1=-b-Δ2a7-197,6150, x2=-b+Δ2a7+197,6150
x1-3,81, x24,09

RuCI3vnKpdXVS

50x2-560-20x>0
50x2-20x-560>0
5x2-2x-56>0
Δ=4+1120=1124
Δ33,53
x1=-b-Δ2a2-33,5110, x2=-b+Δ2a2+33,5310
x1-3,15, x23,55

RlWo0FCTxHUwV

Minimalna wielkość produkcji gwarantująca dodatni zysk to 5 sztuk produktu.

Minimalna wielkość produkcji gwarantująca dodatni zysk to 4 sztuki produktu.

  1. Zaczniemy od wyznaczenia ile minimalnie sztuk produktu trzeba wyprodukować korzytając z L1 aby średni koszt produkcji 1 sztuki był niższy niż 40 .

    26x>780
    x>30.

    20x>560
    x>28.

  2. Dysponując informacjami z podpunktu (a), tworzymy, a następnie rozwiązujemy nierówność wymierną:

    780+14xx<560+20xx
    780+14x<560+20x
    6x>220
    x>3623

    Zatem niższy średni koszt produkcji 1 szt. przy użyciu linii L1 uzyskamy przy prodykcji minimum 37 sztuk.

  3. Zakładając, że cena sprzedaży 1 szt. produktu wynosi 50 , przy sprzedaży x sztuk osiągnięty zostanie przychód 50x. Zatem zysk uzyskany przez przedsiębiorcę po sprzedaży x sztuk można wyrazić dla lini L1 wzorem

    50x-780+14xx.

    Wielkość produkcji gwarantującą osiągnięcie dodatniego zysku obliczymy rozwiązując nierówności:

    50x2-780-14x>0
    50x2-14x-780>0
    25x2-7x-390>0
    Δ=49+39000=39049
    Δ197,61
    x1=-b-Δ2a7-197,6150, x2=-b+Δ2a7+197,6150
    x1-3,81, x24,09.

    Sporządzamy ilustrację graficzną nierówności i odczytujemy jej rozwiązania z uwzględnieniem ustalonej dziedziny

    Na rysunku przedstawiona jest pozioma oś X oraz wykres funkcji w kształcie paraboli z ramionami skierowanymi do góry przecinający podaną oś w punktach -3,81 oraz 4,09, które nie należą do rozwiązania. Na lewo od argumentu-3,81 wykres znajduje się nad osią X i oznaczono ten fragment D oraz na prawo od argumentu 4,09 wykres również znajduje się na osią X i oznaczono ten obszar plusami.

    Stąd minimalna wielkość produkcji gwarantująca dodatni zysk to 5 sztuk produktu.

    Przejdziemy do wyznaczenia minimalnej wielości produkcji gwarantującej dodatni zysk dla lini L2. Zakładając wszystko jak dla lini L1 zysk uzyskany przez przedsiębiorcę po sprzedaży x sztuk można wyrazić wzorem

    50x-560+20xx.

    Wielkość produkcji gwarantującą osiągnięcie dodatniego zysku obliczymy rozwiązując nierówności:

    50x2-560-20x>0
    50x2-20x-560>0
    5x2-2x-56>0
    Δ=4+1120=1124
    Δ33,53
    x1=-b-Δ2a2-33,5110, x2=-b+Δ2a2+33,5310
    x1-3,15, x23,55.

    Sporządzamy ilustrację graficzną nierówności i odczytujemy jej rozwiązania z uwzględnieniem ustalonej dziedziny.

    Na rysunku przedstawiona jest pozioma oś X oraz wykres funkcji w kształcie paraboli z ramionami skierowanymi do góry przecinający podaną oś w punktach -3,15 oraz 3,55, które nie należą do rozwiązania. Na lewo od argumentu -3,15 wykres znajduje się nad osią X i oznaczono ten fragment D oraz na prawo od argumentu 3,55 wykres również znajduje się na osią X i oznaczono ten obszar plusami.

    Stąd minimalna wielkość produkcji gwarantująca dodatni zysk to 4 sztuki produktu.

Słownik

przekształcenia równoważne nierówności
przekształcenia równoważne nierówności

są to przekształcenia, w wyniku których otrzymujemy nierówności równoważne. Należą do nich: dodawanie/odejmowanie liczb lub wyrażeń do obu stron nierówności; mnożenie obu stron nierówności przez liczbę dodatnią lub wyrażenie stale dodatnie; mnożenie stron nierówności przez liczbę ujemną lub wyrażenie stale ujemne – w tym ostatnim przypadku otrzymujemy nierówność o zwrocie przeciwnym w stosunku do nierówności, którą przekształcamy

identyczność znaku ilorazu i iloczynu
identyczność znaku ilorazu i iloczynu

w przypadku nierówności wymiernych prawdziwe są także następujące przekształcenia równoważne dla wszystkich liczb rzeczywistych x, dla których Vx0:

WxVx>0Wx·Vx>0

WxVx<0Wx·Vx<0

WxVx0Wx·Vx0

WxVx0Wx·Vx0