Краткий ответ
Метод интервалов — это способ решать неравенства вида «слева произведение или дробь, справа 0». Работает он на одном факте: на каждом промежутке между соседними нулями выражения его знак постоянный, а при переходе через нуль знак меняется. Поэтому достаточно найти нули, расставить знаки и выбрать нужные промежутки.
Почему это работает
Когда мы переходим через точку \(x=a\), где множитель \((x-a)\) обращается в нуль, этот множитель меняет знак, а все остальные сохраняют его. Значит, и всё произведение (или дробь) меняет знак — но только если этот множитель входит в нечётной степени. Если \((x-a)^2\), то минус «гасится»: \((x-a)^2 \ge 0\) всегда, знак не меняется.
Алгоритм из 5 шагов
- Привести к виду \(F(x) \gtrless 0\): всё перенести влево, справа оставить 0, разложить на множители (или привести дроби к общему знаменателю). Умножать на знаменатель нельзя — его знак неизвестен.
- Сделать коэффициенты при \(x\) положительными: например, \((2-x)\) переписать как \(-(x-2)\).
- Найти нули числителя и знаменателя и отметить их на оси. Нули числителя при нестрогом неравенстве (\(\le\), \(\ge\)) — закрашенные, при строгом — выколотые. Нули знаменателя — всегда выколотые (на 0 делить нельзя).
- Определить знак на крайнем правом промежутке — подставить любое число оттуда. Если все множители вида \((x-a)\) с положительным коэффициентом, там всегда «+».
- Расставить знаки чередованием (кроме корней чётной кратности) и выбрать промежутки по знаку неравенства.
Пример 1
\[(x-1)(x+3) < 0\]Нули: \(x=1\), \(x=-3\), оба выколотые (неравенство строгое). На \((1;+\infty)\) берём \(x=2\): \(1\cdot 5 = 5>0\) → «+». Чередуем: на \((-3;1)\) знак «−», на \((-\infty;-3)\) «+».
Нужен «−»: \(\;x \in (-3;\,1)\).
Проверка: \(x=0\) из ответа: \((-1)(3)=-3<0\) ✓. \(x=2\) не из ответа: \(5>0\) ✓.
Пример 2 (дробь)
\[\frac{x-2}{x+5} \ge 0\]Нуль числителя \(x=2\) — закрашенная точка, нуль знаменателя \(x=-5\) — выколотая. На \((2;+\infty)\) при \(x=3\): \(\frac{1}{8}>0\) → «+». Далее: \((-5;2)\) — «−», \((-\infty;-5)\) — «+».
Нужно «\(\ge 0\)»: \(\;x \in (-\infty;\,-5) \cup [2;\,+\infty)\).
Пример 3 (кратность)
\[(x-1)^2(x+2) > 0\]В точке \(x=1\) знак не меняется (квадрат). Справа «+», значит слева от 1 тоже «+», а через \(x=-2\) переходим в «−».
Ответ: \(\;x \in (-2;\,1) \cup (1;\,+\infty)\).
Частые ошибки
- умножили обе части на знаменатель или на выражение с \(x\);
- сделали нуль знаменателя закрашенным;
- забыли, что при чётной степени знак не чередуется;
- не вынесли минус, когда при \(x\) стоит отрицательный коэффициент.
Если хочешь, пришли своё неравенство — разберём его по этому алгоритму.