Квадратні нерівності
~15 хв · 9 розділів · 8 тестових запитань
Розв'язування квадратних нерівностей ax² + bx + c > 0 (<, ≥, ≤) за ескізом параболи: від пошуку коренів і визначення напряму віток до випадків D = 0 і D < 0 включно. Окрема увага — цілі розв'язки, неповні нерівності та робота з від'ємним старшим коефіцієнтом.
Квадратною нерівністю називають нерівність вигляду (або , , ), де . Перш ніж застосовувати алгоритм, усі доданки треба перенести в ліву частину. Наприклад, перетворюємо на .
Графічний зміст квадратної нерівності дуже наочний. Розв’язки нерівності — це абсциси тих точок графіка функції , які лежать вище від осі . Розв’язки — абсциси точок, які лежать нижче від осі . Для побудови ескізу параболи достатньо знати два елементи: корені квадратного тричлена (де графік перетинає вісь ) і напрям віток (куди «дивляться» вітки). Вершину параболи будувати не треба.
Алгоритм покроково:
Знайти корені рівняння через дискримінант або за теоремою Вієта. Формула коренів і розклад є в довідкових матеріалах НМТ.
Позначити корені на числовій осі : виколоті точки — для строгих нерівностей ( або ), зафарбовані — для нестрогих ( або ).
Провести уявну параболу: при вітки вгору, при вітки вниз.
Заштрихувати на осі ті проміжки, де парабола лежить вище від (для ) або нижче (для ).
Записати відповідь: один проміжок або об’єднання двох, з круглими чи квадратними дужками.
Приклад із додатним старшим коефіцієнтом
Розв’яжімо . Маємо . Знаходимо корені: , , . Вітки вгору. Нерівність — беремо проміжки, де парабола над віссю. Відповідь: . Для нестрогої нерівності корені входять у відповідь, тому .
Приклад із від’ємним старшим коефіцієнтом
Розв’яжімо . Найпростіший спосіб — домножити нерівність на і змінити її знак на протилежний: . Корені : , . , нерівність — проміжок між коренями з включенням меж. Відповідь: . Можна й не множити: при вітки вниз, означає «над віссю» — проміжок між коренями, той самий .
Для квадратної нерівності з додатним старшим коефіцієнтом () і двома різними коренями існує просте мнемонічне правило:
— один проміжок між коренями;
або — об’єднання двох крайніх проміжків.
Чому це так? Розкладімо тричлен на множники: . Оскільки , знак добутку збігається зі знаком усього виразу. Добуток двох множників від’ємний тоді й лише тоді, коли множники мають різні знаки. Це можливо саме між коренями. Наприклад, : при маємо , отже .
Перевірка пробним числом
Якщо сумніваєшся, який проміжок обрати, підстав у нерівність число з проміжку між коренями. Для візьми : — хибно. Отже, проміжок між коренями не входить. Правильна відповідь — крайні проміжки .
Неповні квадратні нерівності
Нерівність розв’язують без дискримінанта. Якщо , розв’язків немає (квадрат не буває від’ємним). Якщо , то . Наприклад, , тобто . Запис «» — груба помилка: позначення не є числом і не може стояти в нерівності.
Для маємо або . Для — усі дійсні числа, бо квадрат завжди більший за від’ємне число.
Нерівності вигляду (без вільного члена)
Розв’язуємо через розклад на множники. Наприклад, . Корені: і . , нерівність — проміжок між коренями: .
Ні в якому разі не діли на ! Знак невідомий, тому ділення може змінити знак нерівності. Розкладай: . , нерівність — два крайні проміжки: . Якби ти поділив на , отримав би і втратив би всі від’ємні розв’язки.
Запам’ятай: на змінну в нерівності ніколи не ділимо — тільки розкладаємо на множники!
Досі ми розглядали випадок , коли парабола перетинає вісь у двох точках. Але квадратний тричлен може мати дискримінант, що дорівнює нулю або від’ємний. Розв’язки нерівності в цих випадках відрізняються якісно.
Випадок : парабола не перетинає вісь
Коли , квадратний тричлен не має дійсних коренів. Парабола цілком лежить або над віссю (якщо ), або під віссю (якщо ). Відповідь залежить від знака нерівності.
Розгляньмо . Обчислимо . , тому парабола лежить над віссю при всіх . Нерівність виконується для всіх дійсних чисел: . А от — розв’язків немає, бо жодна точка параболи не лежить на осі або нижче неї.
Якщо і , ситуація протилежна. Наприклад, : , , парабола лежить під віссю при всіх , тому нерівність виконується для всіх .
Випадок : парабола дотикається до осі
Коли , квадратний тричлен має один корінь (кратності 2): . Парабола дотикається до осі у точці й не перетинає її. Розгляньмо .
, тобто — усі числа, крім 3.
— усі дійсні числа , бо квадрат завжди невід’ємний.
— розв’язків немає, квадрат не буває від’ємним.
— лише одне число.
Зведена таблиця для
Дискримінант | |||
|---|---|---|---|
У таблиці означає «розв’язків немає». Для спершу помнож нерівність на і зміни її знак — тоді застосовуй цю таблицю.
При не пиши автоматично «розв’язків немає» — спочатку подивися на знак і знак нерівності! Якщо парабола вся над віссю, то дає всі числа, а — жодного.
У завданнях можуть питати не лише проміжок, а й кількість, суму або найменший цілий розв’язок квадратної нерівності. Розгляньмо різні ситуації.
Проміжок між коренями: скінченна кількість цілих розв’язків
Нехай . Знаходимо корені: , . , нерівність — проміжок між коренями з включенням меж: . Цілі числа з цього проміжку: 1, 2, 3, 4. Їхня кількість — 4, сума — .
Якби нерівність була строгою , відповіддю був би проміжок , і цілі розв’язки — лише 2 і 3. Їхня кількість — 2, сума — 5.
Скінченну кількість цілих розв’язків дає лише проміжок між коренями. Для двох крайніх проміжків цілих розв’язків нескінченно багато, тому там можуть питати найменший натуральний або найбільший від’ємний розв’язок.
Два крайні проміжки: найменший натуральний / найбільший від’ємний
Розв’яжімо . Корені: , . , нерівність — два крайні проміжки: . Найменший натуральний розв’язок — 6 (бо 5 не входить, а 6 — перше натуральне число з проміжку ). Найбільший цілий від’ємний розв’язок — (бо не входить, а — найбільше від’ємне ціле з проміжку ).
Ірраціональні корені: оцінюємо наближено
Розв’яжімо . , корені . , тому , . Проміжок: . Цілі розв’язки: , 0, 1, 2, 3 — п’ять чисел. Сума: .
Квадратна нерівність як крок іншої задачі
Квадратна нерівність часто є частиною складнішого завдання. Наприклад, вираз має зміст, коли підкореневий вираз невід’ємний: . Домножимо на : . Корені : , . Відповідь: . Саме так квадратна нерівність визначає область допустимих значень.
Розберімо чотири типові завдання, які можуть зустрітися на НМТ. Кожне розв’яжемо покроково й пояснимо, чому інші варіанти неправильні.
Приклад 1. Розв’яжіть нерівність
Це завдання з вибором однієї відповіді з п’яти (А–Д).
Крок 1. Знайдемо корені квадратного тричлена . За теоремою Вієта: , , звідки , . Розклад: .
Крок 2. , тому вітки параболи вгору. Нерівність — проміжок між коренями, де парабола нижче від осі .
Крок 3. Оскільки нерівність строга, корені не входять у відповідь. Відповідь: .
Чому інші варіанти неправильні?
— узяли крайні проміжки замість проміжку між коренями (плутанина зі знаком ).
— помилка в знаках коренів: корені і , а не і .
— квадратні дужки при строгому знаку : корені не входять.
— узяли лише один із двох крайніх проміжків, ігноруючи ліву частину.
Приклад 2. Знайдіть кількість цілих розв’язків нерівності
Це завдання з короткою відповіддю — число, записане десятковим дробом.
Крок 1. Обчислимо дискримінант: . Корені: , , .
Крок 2. , нерівність — проміжок між коренями з включенням меж: .
Крок 3. Цілі числа з цього проміжку: 0, 1, 2, 3, 4. Їхня кількість — 5.
Типові пастки
Відповідь 6 — помилка: округлили до і додали його, хоча не входить у проміжок .
Відповідь 4 — помилка: пропустили межу 4, вважаючи, що не входить, хоча нерівність нестрога ().
Приклад 3. Укажіть нерівність, яка виконується при всіх дійсних значеннях
Завдання з вибором однієї відповіді з п’яти. Потрібно знайти нерівність, чиїм розв’язком є .
Ключ: . Обчислимо . , тому парабола лежить над віссю при всіх . Отже, нерівність виконується для всіх дійсних .
Чому інші варіанти неправильні?
— це , що хибно при .
— має корені і , не виконується на проміжку .
— , але , тому парабола вся під віссю, і нерівність не має розв’язків.
— має корені і , виконується лише на проміжку .
Приклад 4. Знайдіть суму цілих розв’язків нерівності
Завдання з короткою відповіддю.
Крок 1. Старший коефіцієнт від’ємний (). Домножимо нерівність на і змінимо знак: .
Крок 2. Корені : , . , нерівність — проміжок між коренями: .
Крок 3. Цілі числа з цього проміжку: , , 0, 1, 2, 3. Сума: .
Типові пастки
Відповідь 4 — помилка: включили межі і , хоча нерівність строга (), тому корені не входять.
Відповідь «нескінченно багато» — помилка: не змінили знак нерівності після множення на , отримали і два крайні проміжки з нескінченною кількістю цілих розв’язків.
Розгляньмо найпоширеніші помилки, яких припускаються учні під час розв’язування квадратних нерівностей. Уникай їх — і твоя відповідь буде правильною.
Для при записують проміжок між коренями, хоча потрібні два крайні. Наприклад, дає замість . Запам’ятай: «більше» — це «зовні», «менше» — це «всередині».
Множать нерівність на і забувають змінити її знак — або змінюють і знак, і напрям віток, отримуючи «подвійну» зміну. Роби так: помножив на — обов’язково переверни знак нерівності, а далі працюй з новим .
Ділять на і отримують , втрачаючи всі від’ємні розв’язки. Ніколи не діли нерівність на змінну — завжди розкладай на множники.
З пишуть або замість . Запис «» безглуздий: — не число. З пишуть — це те саме, що і , тобто лише , втрачаючи .
При автоматично пишуть «розв’язків немає», не дивлячись на знак і знак нерівності. Наприклад, має , але відповідь — усі числа, а не «немає».
Вважають правильною для всіх , забуваючи виключити . Квадрат дорівнює нулю при , тому строга нерівність там не виконується.
Ставлять квадратні дужки біля коренів у строгій нерівності чи біля нескінченності. Нескінченність завжди з круглою дужкою: , ніколи .
Розв’язувати нерівності першого та другого степенів — вимога рівня стандарту теми 2.1 програми НМТ з математики. У демоваріанті НМТ-2026 розділ «Рівняння, нерівності та їх системи» містить 4 завдання з 22 (№ 4, 11, 13, 22).
Завдання з вибором однієї відповіді з п’яти (завдання 1–15, 0 або 1 бал) пропонують варіанти-проміжки, які відрізняються вибором «між коренями / зовні» й типом дужок. У демоваріанті 2026 завдання № 6 перевіряє знак квадратичної функції за ескізом графіка — це та сама навичка читання параболи, що й у квадратних нерівностях.
Завдання з короткою відповіддю (завдання 19–22, 0 або 2 бали без часткових) можуть питати кількість чи суму цілих розв’язків. Відповідь — лише число, записане десятковим дробом.
У довідкових матеріалах НМТ є дискримінант, формула коренів і розклад квадратного тричлена на множники, але правила вибору проміжків там немає. Тому стратегія така: зроби ескіз параболи в чернетці, познач корені, визнач напрям віток, заштрихуй потрібні ділянки — і запиши відповідь. Для перевірки підстав одне число з відповіді та одне число поза нею: перше має задовольняти нерівність, а друге — ні.
Пам’ятай: ескіз параболи — твій головний інструмент. Він займає 10 секунд у чернетці й гарантує правильний вибір проміжків.
Чому для відповідь — два проміжки, а не один?
Тому що при парабола лежить над віссю ліворуч від лівого кореня й праворуч від правого кореня. Між коренями вона — під віссю. Нерівність означає «над віссю», тому потрібні два крайні проміжки: . Один проміжок був би відповіддю для .
Що робити, якщо старший коефіцієнт від’ємний?
Найпростіше — помножити обидві частини нерівності на , змінивши знак нерівності на протилежний. Після цього старший коефіцієнт стане додатним, і ти застосовуєш звичайне правило. Наприклад, перетворюємо на й далі розв’язуємо як звичайно. Можна й не множити — тоді пам’ятай, що при вітки вниз, і «над віссю» — це проміжок між коренями, а «під віссю» — два крайні.
Як розв’язати квадратну нерівність, коли дискримінант від’ємний?
Коли , парабола не перетинає вісь . Якщо , парабола вся над віссю: дає всі числа, — розв’язків немає. Якщо , парабола вся під віссю: дає всі числа, — розв’язків немає. Не пиши автоматично «розв’язків немає» — спочатку подивися на знак !
Чи можна поділити обидві частини нерівності на ?
Ні, не можна! Знак невідомий: якщо від’ємне, ділення на нього змінить знак нерівності, а ти про це не дізнаєшся. Завжди переноси всі доданки в ліву частину й розкладай на множники: . Далі розв’язуєш через ескіз параболи: корені 0 і 3, , нерівність — два крайні проміжки .
Як порахувати цілі розв’язки, якщо корені ірраціональні?
Не округлюй корені, а визнач, між якими цілими числами лежить кожен. Наприклад, для корені , а , тож і . Найменший цілий розв’язок — найменше ціле число, більше за лівий корінь (тут ), найбільший — найбільше ціле число, менше за правий корінь (тут ); для нестрогої нерівності ціле число, що дорівнює кореню, теж входить. Отже, цілі розв’язки: , 0, 1, 2, 3 — п’ять штук.
Спершу всі доданки ліворуч і корені тричлена, потім ескіз параболи за знаком .
: «» — між коренями, «» — два крайні проміжки, об’єднані знаком .
— помнож нерівність на і зміни її знак.
— «усі числа» або «розв’язків немає»; — «усі, крім », «лише », «усі» чи «жодного».
На змінну не ділимо: .
Цілі розв’язки виписуй явно, ірраціональні межі оцінюй наближено.