При решении уравнений мы можем найти корни любым удобным способом, а затем проверить их подстановкой или проверкой ОДЗ. Для иррациональных неравенств такой подход не работает: их решениями являются бесконечные множества (интервалы), которые невозможно проверить подстановкой.
Поэтому главное правило ДВИ для неравенств с радикалами — каждый шаг должен быть равносильным (эквивалентным) переходом. Ты не можешь просто возвести обе части в квадрат, не наложив строгие условия на знаки обеих частей и область допустимых значений (ОДЗ).
Равносильные переходы
Квадратный корень — функция неотрицательная, и извлекать его можно только из неотрицательных чисел. Эти два факта диктуют правила избавления от радикалов. Системы ниже нужно понимать логически, а не просто заучивать.
Пояснение: Если корень меньше g(x), то g(x) обязан быть строго больше нуля (ведь корень ⩾0). Возводить в квадрат можно, только когда обе части неотрицательны — здесь обе ⩾0.
Нестрогий случайf(x)⩽g(x) решается аналогично, но обязательно держи все три условия (не вырони ОДЗ f⩾0!):
f(x)⩽g(x)⟺⎩⎨⎧f(x)⩾0g(x)⩾0f(x)⩽(g(x))2
Пояснение: Здесь возникает совокупность (квадратная скобка, означающая «ИЛИ»).
Если правая часть ⩾0, обе части можно возвести в квадрат (ОДЗ f(x)⩾0 выполнится автоматически, так как f(x) больше квадрата).
Если правая часть <0, то неравенство верно всегда, лишь бы существовал корень (нужно потребовать f(x)⩾0).
Нестрогий случайf(x)⩾g(x) — те же два случая, только в первой системе f(x)⩾(g(x))2 становится нестрогим:
f(x)⩾g(x)⟺{g(x)⩾0f(x)⩾(g(x))2{g(x)<0f(x)⩾0
Пояснение: Обе части неотрицательны, поэтому возводить в квадрат можно без оговорок. Условие g(x)⩾0писать не надо — оно следует автоматически: из f(x)⩾0 и f(x)<g(x) сразу g(x)>0. Для нестрогого f⩽g держи {f⩾0;f⩽g}. Эта схема нужна, когда корни сравниваются напрямую, без дроби — рационализация (см. ниже) применима к дробям, а здесь дроби нет.
Сводная таблица базовых схем
Перед экзаменом удобно держать все случаи в одном месте. Различия — только в знаках строгости; логика везде одна.
Мнемоника: в случаях «меньше» — одна система (правая часть обязана быть положительной/неотрицательной); в случаях «больше» — совокупность двух систем (правая часть может быть отрицательной, тогда неравенство верно «даром», лишь бы корень существовал). См. также справочник, раздел «Иррациональные неравенства».
Корни нечётной степени
Всё сказанное выше — про чётный корень (, 4 и т.д.), который требует ОДЗ и контроля знаков. С нечётным корнем (3, 5) ситуация принципиально проще.
Главное отличие от : ОДЗ кубического корня не сужается (под ним может стоять что угодно), знак можно не проверять, скобки «совокупность» не нужны. Это резко упрощает технику — но именно поэтому абитуриент, выучивший только квадратный корень, теряется, встретив 3.
Метод рационализации (замены множителя)
На ДВИ очень часто встречаются дробно-рациональные неравенства, где в числителе и/или знаменателе стоят разности корней. Решать их возведением в квадрат крайне сложно. Здесь спасает метод рационализации.
Почему так: домножим разность на сопряжённое — оно положительно:
f−g=f+g(f−g)(f+g)=f+gf−g.
Знаменатель f+g>0 на ОДЗ, поэтому знак всей дроби равен знаку f−g. На ДВИ полезно знать этот вывод на случай, если проверяющий придерётся к необоснованному переходу.
Это правило шире, чем «разность двух корней»: число всегда можно внести под корень. Отработаем его в Примере 2.
Алгоритм решения
Примеры
Пример 1. Классический равносильный переход
Реши неравенство 2x2−5x+2>x−1.
Переходим к равносильной совокупности
Имеем неравенство вида f(x)>g(x). Переходим к равносильной совокупности:
Корни квадратного трехчлена: x=23±5.
Парабола ветвями вверх, решение неравенства: x∈(−∞;23−5)∪(23+5;+∞).
Пересекаем с условием x⩾1. Так как 23−5<1, а 23+5>1, получаем x∈(23+5;+∞).
Объединяем случаи
Объединяем множества из двух случаев.
Ответ:x∈(−∞;0,5]∪(23+5;+∞).
Пример 2. Дробь и метод рационализации
Реши неравенство x+2−13−2x−1⩽1.
ОДЗ
Выражения под корнями неотрицательны, знаменатель не равен нулю.
⎩⎨⎧3−2x⩾0x+2⩾0x+2−1=0⟹⎩⎨⎧x⩽1,5x⩾−2x=−1
ОДЗ: x∈[−2;−1)∪(−1;1,5].
Преобразование
Перенесем 1 влево и приведем к общему знаменателю:
x+2−13−2x−1−(x+2−1)⩽0⟺x+2−13−2x−x+2⩽0
Заметь: число 1 в знаменателе мы записали как 1 — это и есть приём «корень минус число» f−a=f−a2 при a=1>0.
Рационализация (словами!)
Запиши на экзамене явно: «На ОДЗ применим метод замены множителя (рационализации) к числителю и к знаменателю». Числитель: 3−2x−x+2→(3−2x)−(x+2). Знаменатель: x+2−1→(x+2)−1. Оба условия неотрицательности подкоренных уже учтены в ОДЗ.
(x+2)−1(3−2x)−(x+2)⩽0⟺x+11−3x⩽0
Метод интервалов
Умножим числитель на −1. Поскольку −1<0, знак неравенства меняется на противоположный:
x+13x−1⩾0
Корни: числитель x=31 (нестрогое неравенство ⇒ точка закрашенная), знаменатель x=−1 (всегда выколотая).
Расставляем знаки: + на (−∞;−1), − на (−1;1/3), + на (1/3;+∞).
Решение этого неравенства: x∈(−∞;−1)∪[31;+∞).
Пересечение с ОДЗ
Пересекаем полученное множество (−∞;−1)∪[31;+∞) с ОДЗ [−2;−1)∪(−1;1,5].
Слева остаётся [−2;−1) (точка −1 выколота и там, и там). Справа остаётся [31;1,5]: левый конец 1/3 закрашен (он в обоих множествах), правый конец 1,5 закрашен (граница ОДЗ, неравенство там определено).
Получаем [−2;−1)∪[31;1,5].
Ответ:x∈[−2;−1)∪[31;1,5].
Пример 3. Скрытая ловушка с изолированной точкой
Реши неравенство (x2−4)x−1⩽0.
ОДЗ и разбор структуры
Начнем с ОДЗ: x−1⩾0⟹x⩾1.
Произведение меньше либо равно нулю. Корень всегда ⩾0.
Разберем два случая.
Случай 1: корень равен нулю
x−1=0⟹x=1. Проверяем подстановкой: (12−4)⋅0⩽0⟹0⩽0. Верно! Точка x=1 идет в ответ.
Случай 2: корень строго больше нуля
x−1>0⟹x>1. В этом случае на корень можно разделить (он положителен, знак неравенства не изменится):
x2−4⩽0⟺x∈[−2;2]
Пересекаем это с условием случая x>1: получаем x∈(1;2].
Объединяем результаты
Объединяем результаты: точка {1} и интервал (1;2].
Ответ:x∈[1;2].
Пример 4. Базовая схема «корень меньше» с нелинейной правой частью
Реши неравенство x2−1<x+1.
Переходим к системе
Это схема f<g. Переходим к одной системе:
⎩⎨⎧x2−1⩾0x+1>0x2−1<(x+1)2
Разбираем по строкам
x2−1⩾0⟺x∈(−∞;−1]∪[1;+∞);
x+1>0⟺x>−1;
x2−1<x2+2x+1⟺−1<2x+1⟺−2<2x⟺x>−1 (это уже было).
Пересекаем и проверяем границу
Пересекаем все три. Условие x>−1 убивает ветвь (−∞;−1], остаётся [1;+∞).
Ответ:x∈[1;+∞).
Замечание. Проверим граничную точку x=1: 0<2⟺0<2 — верно, точка входит (она закрашена, потому что условие x2−1⩾0 нестрогое). Это и есть аккуратная работа со строгостью границы.
Пример 5. Нечётный корень и сумма радикалов: оценка слагаемых
Реши неравенство 32−x+x−1⩽1.
Анализ структуры и ОДЗ
Двумя школьными схемами это не решается: слева сумма корней разной степени. Применяем приём оценки слагаемых на ОДЗ (см. справочник, «Метод мажорант» и «Монотонность и оценки»).
Кубический корень определён при любом аргументе, поэтому ОДЗ задаёт только квадратный: x−1⩾0⟹x⩾1.
Угадываем граничную точку
При x=2:
32−2+2−1=30+1=0+1=1.
Равенство достигается: x=2 — кандидат в концы ответа.
Сумма «убывающая + возрастающая» сама по себе не обязана быть монотонной, поэтому оценим аккуратно. Проверим знак производной или, проще, сравним значения по краям и в середине:
x=1: F=31+0=1;
x=2: F=0+1=1;
x=1,5: 30,5+0,5≈0,794+0,707=1,501>1.
Внутри отрезка значение больше 1, на концах равно 1. Значит, на [1;2] неравенство F(x)⩽1 выполняется только в двух точках x=1 и x=2, а строго внутри — нарушается.
Что на [2;+∞)
На этом луче оба корня определены, а функция F(x)=32−x+x−1непрерывна (сумма непрерывных). На левом конце F(2)=30+1=0+1=1 — равенство достигается (точка x=2 включается). Дальше слагаемое 32−x становится отрицательным и тянет сумму вниз, поэтому сразу за x=2 значение F опускается ниже1 (проба x=5: 3−3+4≈−1,442+2=0,558⩽1). Но при x→+∞ доминирует x−1→+∞ (квадратный корень обгоняет кубический), поэтому F(x)→+∞ — значит, правее неравенство снова нарушится, и есть точка, где F возвращается к 1.
Эту правую границу не надо подбирать численно — она табличная. Проверим x=10:
F(10)=32−10+10−1=3−8+9=−2+3=1.
Оба корня извлеклись нацело: x=10 — точный корень уравнения F(x)=1. Итак, на [2;+∞) ровно две точки равенства: x=2 и x=10.
Сборка через тест знаков на ОДЗ
Граничные точки равенства на [1;+∞): x=1, x=2 и x=10. Они режут ОДЗ на куски; тестируем F(x)⩽1 по одной пробной точке каждого:
(1;2): проба x=1,5⇒F≈1,50>1 — не подходит;
(2;10): проба x=5⇒F≈0,56⩽1 — подходит;
(10;+∞): проба x=27⇒3−25+26≈−2,92+5,10=2,18>1 — не подходит.
Концы x=1, x=2, x=10 дают равенство ⇒ входят (неравенство нестрогое). Точка x=1 — изолированная (соседний интервал (1;2) не подошёл), а [2;10] — сплошной отрезок.
Ответ:x∈{1}∪[2;10].
Чему учит пример. (1) Кубический корень не сужает ОДЗ и определён при любом знаке. (2) Сумму радикалов не «раздавить» одной схемой — работают оценка значений, непрерывность и тест знака на интервалах ОДЗ. (3) Границы ищи прежде всего среди «круглых» x, где оба корня берутся нацело (здесь 3−8=−2, 9=3): на ДВИ ответ почти всегда табличный, а не подобранный численно.
Универсальный метод: граничные точки + тест знака
Когда системы громоздки, схемы не подходят (сумма радикалов, смешанные степени), работает страховочный метод, полностью обоснованный под рубрику ДВИ.
Метод медленнее систем, но почти не даёт логических ошибок — его держат как запасной, когда «красивого» равносильного перехода не видно.
Частые ошибки
Оформление под рубрику ДВИ
ДВИ оценивают по outcomes-рубрике с частичным баллом «±»: важен не только ответ, но и обоснованность каждого перехода. Ниже эталон записи на примере x2−1<x+1 (Пример 4) — как это должно выглядеть в чистовике.
Эталон полного решения
Дано:x2−1<x+1.
Решение. Неравенство вида f<g равносильно системе (корень неотрицателен, правая часть обязана быть положительной, обе части неотрицательны — возводим в квадрат):
Проверка границыx=1: 0<2 — верно, точка включается.
Ответ:x∈[1;+∞).
Что запомнить
Никаких догадок. Иррациональные неравенства решаются только равносильными переходами или методом интервалов с жёстким соблюдением ОДЗ.
Четыре схемы + корень против корня. Держи в голове сводную таблицу: f<g, f⩽g, f>g, f⩾g, f<g — различаются только знаками строгости.
Нечётный корень — проще.3 определён при любом знаке, ОДЗ не сужает, возводи в нечётную степень без условий.
Рационализация — ключ к дробям. Знак f−g совпадает со знаком f−g на ОДЗ (оба корня!); рационализировать можно и числитель, и знаменатель, и «корень минус число».
Сумма радикалов — оценка/монотонность или универсальный метод граничных точек + тест знака.
Строгость границ решает балл. Каждую граничную точку проверяй подстановкой.
Стратегия на ДВИ
Проверь себя
Неравенство f(x)<g(x) равносильно системе из каких условий?
При каком условии знак разности f(x)−g(x) совпадает со знаком f(x)−g(x)?
Что верно про кубический корень 3f(x) в неравенствах?