初中数学专题——不等式(组)整数解问题的解法

含字母系数的一元一次不等式(组)整数解问题是不等式(组)教学中的难点,许多学生在学习中觉得太难了,在解题中更是茫然无绪,不少老师在教学中也是不得要领,不知从何突破?本文介绍一种解法供大家参考.

首先,我们来重新认识一下方程的解与非解的含义:

如果x=m是关于x的方程f(x)=0的解,x=n不是方程f(x)=0的解,则f(m)=0,f(n)≠0.

与方程的解和非解的含义一样,我们可以得到不等式的解与非解的含义如下:

如果x=m是关于x的不等式f(x)>0(或<0)的解,则f(m)>0(或<0);

如果x=n不是不等式f(x)>0(或<0)的解,则f(n)≯0(或≮0),即f(n)≤0(或≥0).

例如,已知x=2是关于x的不等式ax+3<x+3a的解,求a的取值范围.

解:根据不等式解的含义,把x=2代入不等式,得

2a+3<2+3a,解得a>1.

又如,已知x=2不是关于x的不等式ax+3<x+3a的解,求a的取值范围.

解:根据不等式非解的含义,把x=2代入不等式,得

2a+3≥2+3a,解得a≤1.

显然,不等式的解与非解的含义是不难理解的,但重要的是运用这两个含义解决不等式(组)整数解难题就再也不难了.

(一)不等式最小整数解问题

例1 已知关于x的不等式3(x-k)>x(1-k)的最小整数解为x=1,求k的取值范围.

解析:因为不等式最小整数解为x=1,所以x=1是不等式的解,而比1的小的所有整数都不是不等式的解,而要保证比1的小的整数都不是该不等式的解,只需要x=0不是该不等式的解就可以了.

分别根据不等式解与非解得含义,得

3(1-k)>1·(1-k)且3(0-k)≤0·(1-k),

即3-3k>1-k-3k≤0,

分别解之,得k<1且k≥0,

所以k的取值范围是0≤k<1.

例2 求证:关于x的不等式k(2x-1)<x(k-3)+1的最小整数解不可能是x=0.

解析:假设原不等式的最小整数解是x=0,则x=-1不是该不等式的解,分别根据不等式解与非解得含义,得:

k(0-1)<0+1且k(-2-1)≥-(k-3),

分别解之,得:k>-1且k-3/2,

所以-1<k-3/2;

把不等式化为(k+3)x<k+1,

因为不等式有最小整数解,所以k+3<0,k<-3,与x>-1矛盾,

所以不等式的最小整数解不可能是x=0.

评注:如果关于x的一元一次不等式ax>b(或ax<0)有最小整数解x=m,则a>0(或a<0),且x=m-1不是该不等式的解.

(二)不等式最大整数解问题

例3 已知x=3是关于x的不等式3(x-k)-2(x-3)+6k<6的最大整数解,求k的取值范围

解析:根据题意,x=3是不等式的解,x=4不是该不等式的解.

x=3代入不等式,得

3(3-k)-0+6k<6,解得k<-1;

x=4代入不等式两边,得

3(4-k)-2(4-3)+6k≥6,解得k-4/3.

所以k的取值范围是-4/3≤k<-1.

例4 求证:关于x的不等式kx+1<2x-k的最大整数解不可能是x=1.

解析:假设不等式的最大整数解是x=1,则x=2不是该不等式的解.

x=1代入不等式,得

k+1<2-k,解得k<1/2;

x=2代入不等式两边,得

2k+1≥4-k,解得k≥1,与k<1/2矛盾.

所以已知的不等式的最大整数解不可能是x=1.

评注:如果关于x的一元一次不等式ax<b(或ax>0)有最大整数解x=m,则a>0(或a<0),且x=m+1不是该不等式的解.

(三)不等式组没有整数解

例5 已知关于x的不等式组

没有整数解,求k的取值范围.

解析:不等式组的整数解取决于x>0和3x+1<2k的整数解,由于x>0有最小整数,3x+1<2k有最大整数解,当两个不等式中的最小整数解与最大整数解不兼容时,不等式组就没有整数解.

因为x=1是不等式x>0的最小整数解,故依题意,x=1不是不等式3x+1<2k的解.根据不等式非解的意义,得:

3×1+1≥2k,解之,得k≤2,

所以k的取值范围是k≤2.

例6 如果关于x的不等式组

没有整数解,求k的取值范围.

:因为x<1的最大整数解是x=0,依题意,x=0不是不等式2x-1<3k的解,根据不等式非解的意义,得:

2×2-1≥3k,解之,得k≤1,

所以k的取值范围是k≤1.

评注:如果不等式组中的一个不等式有最小整数解,另一个有最大整数解,当其中一个不等式的最小整数解(或最大整数解)不是另一个不等式的解时,该不等式组没有整数解.

(四)不等式组有整数解

例7 如果关于x的不等式组

没有整数解,求k的取值范围.

解析:不等式组的整数解取决于x>1和2x-1<3k的整数解,由于x>1有最小整数,2x-1<3k有最大整数解,当两个不等式中的最小整数解与最大整数解有交集时,不等式组就有整数解.

因为x=2是不等式x>1的最小整数解,故依题意,x=2是不等式2x-1<3k的解,根据不等式解的意义,得:

2×1-1<3k,解之,得k>1/3,

所以k的取值范围是k>1/3.

例8 如果关于x的不等式组

有整数解,求k的取值范围.

解析:由不等式组可知不等式4x>3k-9有最小整数解,x<-2有最大整数解,且最大整数解为x=-3,依题意,x=-3是不等式4x>3k-9的解,根据不等式解得意义,得:

-12>3k-9,k<-1.

所以k的取值范围是k<-1.

评注:如果不等式组中的一个不等式有最小整数解,另一个有最大整数解,当其中一个不等式的最小整数解(或最大整数解)也是另一个不等式的解时,该不等式组就有整数解.

(五)不等式组有若干个整数解

例9 如果关于x的不等式组

恰有三个整数解,求k的取值范围.

解析:由不等式x>1的最小整数解为x=2,依题意,不等式组有三个整数解,这三个整数解只能是x=2,3,4.

因为不等式(x-5)/3+(2x-k)/2<0有最大整数解,为了使不等式组恰有三个整数解,其最大整数解只能是x=4,而为了使它的最大整数解为x=4,只需要使x=5不是它的解即可.

分别由x=4是不等式(x-5)/3+(2x-k)/2<0的解和x=5不是它的解,得:

解之,得22/3<k≤10.

所以k的取值范围是22/3<k≤10.

例10 如果关于x的不等式组

恰有四个整数解,求k的取值范围.

解析:由不等式x/2-1<0,解得x<2,其最大整数解为1,所以不等式组的四个整数解只能是x=1,0,-1,-2,

因为不等式2(x-k+1>k有最小整数解,为了使不等式组恰有四个整数解,其最小整数解只能是x=-2,而为了使它的最小整数解为x=-2,只需要使x=-3不是它的解即可.

分别由x=-22(x-k+1>k的解和x=-3不是它的解,得:

解之,得-5/3≤k<-1.

所以k的取值范围是-5/3≤k<-1.

评注:不等式组有若干个整数解问题,先由其中的一个不等式确定其最小整数解(或最大整数解),再由整数解的个数确定另一个不等式的最大整数解(或最小整数解),然后由不等式最大整数解(或最小整数解)确定字母系数的取值范围.

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