Przedziały liczbowe i zbiory – zadania maturalne

Krok 1. Obliczenie miejsc zerowych wielomianu \((x+1)(x-3)\).
Aby wyznaczyć miejsca zerowe wystarczy przyrównać wielomian \((x+1)(x-3)\) do zera. Wielomian jest podany w postaci iloczynowej, co znacznie upraszcza ustalenie miejsc zerowych, bo tak naprawdę musimy przyrównać do zera wartości w każdym z nawiasów, zatem:
$$(x+1)(x-3)=0 \\
x+1=0 \quad\lor\quad x-3=0 \\
x=-1 \quad\lor\quad x=3$$

Krok 2. Szkicowanie wykresu paraboli.
Ramiona paraboli będą na pewno skierowane do góry, bo po wymnożeniu wartości w nawiasach otrzymamy \(x^2\), czyli współczynnik \(a\gt0\). Zaznaczamy na osi wyliczone miejsca zerowe. Kropki będą niezamalowane, bo w nierówności wystąpił znak \(\gt\).



Krok 3. Odczytanie rozwiązania nierówności.
Poszukujemy wartości większych od zera, tak więc interesuje nas przedział \(x\in(-\infty;-1)\cup(3;+\infty)\). Taki zbiór został przedstawiony na trzecim rysunku i to jest nasza poszukiwana odpowiedź.

\(|x+1|\lt3\)

Możemy rozwiązać każdą z nierówności oddzielnie i sprawdzić która z nich da rozwiązanie wskazane na rysunku. Chcąc obliczyć to nieco bardziej matematycznie musimy najpierw wyznaczyć środek pomiędzy wartościami krańcowymi tego przedziału:
$$a=\frac{-4+2}{2}=\frac{-2}{2}=-1$$

Zgodnie ze wzorami po lewej stronie nierówności będziemy mieć \(|x-a|\). W naszym przypadku będzie to \(|x-(-1)|\), czyli \(|x+1|\).

Musimy jeszcze ustalić znak nierówności. Widzimy, że nasze punkty krańcowe przedziałów są oddalone od środka tego przedziału o \(3\) jednostki, a wszystkie inne wartości znajdujące się w tym przedziale są oddalone o mniej niż \(3\) jednostki. Stąd też ostatecznym rozwiązaniem będzie:
$$|x+1|\lt3$$

Krok 1. Obliczenie miejsc zerowych wielomianu.
Nasza nierówność jest podana w postaci iloczynowej, więc w bardzo łatwy sposób możemy obliczyć jej miejsca zerowe, bo wystarczy przyrównać poszczególne wartości w nawiasach do zera:
$$3(x-1)(x-5)=0 \\
x-1=0 \quad\lor\quad x-5=0 \\
x=1 \quad\lor\quad x=5$$

Krok 2. Szkicowanie paraboli przechodzącej przez wyznaczone miejsca zerowe.
Ramiona funkcji muszą być skierowane ku górze, bo współczynnik \(a\) stojący przed \(x^2\) po wykonaniu mnożenia wartości w nawiasach byłby na pewno dodatni. Pamiętajmy także o tym, by w tym przypadku punkty \(x=1\) oraz \(x=5\) były z zamalowaną kropką (bo w nierówności mieliśmy znak \(\le\)).



Krok 3. Odczytujemy przedział dla jakiego funkcja przyjmuje wartości mniejsze lub równe zero.
Zgodnie z wykresem nasza funkcja przyjmuje wartości mniejsze lub równe zero dla \(x\in\langle1;5\rangle\).

Krok 4. Interpretacja wyników i wybór właściwej odpowiedzi.
Wiemy już, że interesującym nas zbiorem liczbowym jest \(x\in\langle1;5\rangle\), ale wbrew pozorom to nie koniec rozwiązywania, bo musimy jeszcze uwzględnić informację z treści zadania, która mówi o tym, że \(x\gt1\). To oznacza, że "jedynka" z naszego zbioru nie spełnia już warunków zadania, tak więc interesującym nas zbiorem będzie \(x\in(1;5\rangle\). To oznacza, że prawidłowy jest wykres z trzeciej odpowiedzi.

Musimy najpierw rozwiązać daną nierówność, a następnie wskazać rysunek z poprawnie zaznaczonym przedziałem:
$$2(3-x)\gt x \\
6-2x\gt x \\
6\gt3x \\
x\lt2$$

Taki przedział jest zaznaczony na czwartym rysunku i to jest nasza poszukiwana odpowiedź.

Aby rozwiązać ten przykład wystarczy dodać \(1\) do każdej ze stron:
$$-4\le x-1\le4 \\
-4+1\le x-1+1\le4+1 \\
-3\le x\le5$$

Prawidłowym graficznym przedstawieniem tej nierówności jest więc trzeci rysunek.

$$2-3x\ge4 \\
-3x\ge2 \quad\bigg/:(-3) \\
x\le\frac{2}{3}$$

Pamiętaj, że dzieląc przez liczbę ujemną musimy zmienić znak nierówności.

Rozwiązanie naszej nierówności zostało więc przedstawione na czwartym rysunku.

\((-\infty;-5)\cup(0;+\infty)\)

Krok 1. Obliczenie miejsc zerowych wielomianu.
Wielomian mamy podany w bardzo wygodnej postaci iloczynowej. Aby więc jego wartość była równa zero, to:
$$x=0 \quad\lor\quad x+5=0 \\
x=0 \quad\lor\quad x=-5$$

Krok 2. Szkicowanie wykresu paraboli.
Parabola będzie mieć ramiona skierowane do góry, bo przed wartościami \(x\) nie stoi znak ujemny. Zaznaczamy na osi obliczone przed chwilą miejsca zerowe. Kropki będą niezamalowane, bo w nierówności wystąpił znak \(\gt\), tak więc parabola będzie wyglądać następująco:



Interesują nas wartości znajdujące się nad osią, czyli rozwiązaniem tej nierówności będzie przedział:
$$(-\infty;-5)\cup(0;+\infty)$$

\((-\infty;-3\rangle \cup \langle2;+\infty)\)

Krok 1. Obliczenie miejsc zerowych nierówności.
Nierówność jest zapisana w postaci iloczynowej, więc aby odnaleźć jej miejsca zerowe (które przydadzą nam się do naszkicowania wykresu) wystarczy przyrównać wartości w jednym i drugim nawiasie do zera.
$$x-2=0 \quad\lor\quad x+3=0 \\
x=2 \quad\lor\quad x=-3$$

Krok 2. Szkicowanie wykresu paraboli.
Współczynnik \(a\) jest na pewno dodatni, bo przed wartościami \(x\) nie stoją żadne znaki ujemne, więc ramiona paraboli będę skierowane ku górze i będą przechodzić przez wyznaczone przed chwilą miejsca zerowe. Pamiętaj, że kropki przy \(x=2\) oraz \(x=-3\) będą zamalowane, bo w nierówności wystąpił znak \(\ge\).



Krok 3. Odczytanie rozwiązania.
Odczytujemy z wykresu dla jakich argumentów \(x\) funkcja przyjmuje wartości większe lub równe \(0\). Pamiętaj, że skoro mamy znak \(\ge\) to wartości \(x=2\) oraz \(x=-3\) będą także należeć do zbioru rozwiązań (czyli nawiasy będą domknięte).
$$x\in(-\infty;-3\rangle \cup \langle2;+\infty)$$