Zadania CKE | Matura podstawowa z matematyki
1. Liczby rzeczywiste.

Nierówność z wartością bezwzględną

Na maturze podstawowej z matematyki obowiązują nas tylko nierówności z wartością bezwzględną typu:

|x-a| < b

|x-a| \le b

|x-a| > b

|x-a| \ge b

gdzie a \in \mathbb{R}, zaś b>0.

Na przykład:

|x+5| < 7\hspace{4mm}(a=-5, b=7)

|x-2|\le 2\hspace{4mm}(a=2, b=2)

|x-4| > 6\hspace{4mm}(a=4, b=6)

|x+1|\ge 3\hspace{4mm}(a=-1, b=3)

|x|< 5\hspace{4mm}(a=0, b=5)

Nierówności z wartością bezwzględną ze znakiem <

Jeżeli |x-a| < b, to:
x-a < b \hspace{1mm}\wedge\hspace{1mm} x-a > -b

Podobnie:

Jeżeli |x-a| \le b, to:
x-a \le b \hspace{1mm}\wedge\hspace{1mm} x-a \ge -b

Jak zapamiętać, że spójnikiem logicznym jest tutaj \wedge? Obróćmy znak nierówności < o 90^{\circ} zgodnie z ruchem wskazówek zegara. I już mamy: \wedge.

Przykład. Rozwiąż: |x+5| < 7.

|x+5| < 7

x+5 < 7\hspace{4mm} \wedge\hspace{4mm} x+5 > -7

x < 7-5\hspace{4mm} \wedge\hspace{4mm} x > -7-5

x < 2\hspace{4mm} \wedge\hspace{4mm} x > -12

Gotowe. Możemy jeszcze zapisać rozwiązanie w postaci przedziału liczbowego. Zaznaczmy rozwiązanie na osi liczbowej:

rozwiązanie x < 2\hspace{1mm} \wedge \hspace{1mm} x > -12 na osi liczbowej

Wyznaczamy iloczyn (część wspólną) tych dwóch przedziałów (spójnik logiczny \wedge):

rozwiązanie x < 2\hspace{1mm} \wedge \hspace{1mm} x > -12 na osi liczbowej (iloczyn przedziałów)

Czyli: x \in (-12,2).

Rozwiążmy jeszcze przykład, gdy a=0:

Przykład. Rozwiąż: |x|\le 2.

|x|\le 2

x \le 2\hspace{4mm} \wedge\hspace{4mm} x\ge -2

Gotowe, czyli: x \in \langle-2,2\rangle.

W przypadku kiedy mamy nierówność z liczbą ujemną po prawej stronie, nie trzeba stosować powyższego rozpisania. Na przykład w nierówności |x + 5| < -5 mamy wartość bezwzględną mniejszą od -5. Ale wartość bezwzględna jest zawsze nieujemna, więc takie nierówności nigdy nie są spełnione. Zatem zawsze w takich przypadkach piszemy: x \in \varnothing (nie ma rozwiązania).

Nierówności z wartością bezwzględną ze znakiem >

Jeżeli |x-a| > b, to:
x-a > b \hspace{1mm}\vee\hspace{1mm} x-a < -b

Podobnie:

Jeżeli |x-a| \ge b, to:
x-a \ge b \hspace{1mm}\vee\hspace{1mm} x-a \le -b

Jak zapamiętać, że spójnikiem logicznym jest tutaj \vee? Podobnie jak poprzednio: obróćmy znak nierówności > o 90^{\circ} zgodnie z ruchem wskazówek zegara. I już mamy: \vee.

Przykład. Rozwiąż: |x+1|\ge 3.

|x+1|\ge 3

x+1 \ge 3\hspace{4mm} \vee\hspace{4mm} x+1 \le -3

x \ge 3-1\hspace{4mm} \vee\hspace{4mm} x \le -3-1

x \ge 2\hspace{4mm} \vee\hspace{4mm} x \le -4

Mamy rozwiązanie. Możemy jeszcze zapisać to rozwiązanie w postaci przedziału liczbowego. Zaznaczmy rozwiązanie na osi liczbowej:

rozwiązanie x \ge 2\hspace{1mm} \vee\hspace{1mm} x \le -4 na osi liczbowej

Wyznaczamy sumę tych dwóch przedziałów (spójnik logiczny \vee):

rozwiązanie x \ge 2\hspace{1mm} \vee\hspace{1mm} x \le -4 na osi liczbowej (suma przedziałów)

Czyli: x \in (-\infty,-4 \rangle \cup \langle 2,\infty).

Rozwiążmy jeszcze przykład, gdy a=0:

Przykład. Rozwiąż: |x| > 4.

|x| > 4

x > 4\hspace{4mm} \wedge\hspace{4mm} x < -4

Gotowe, czyli: x \in (-\infty,-4) \cup (4,\infty).

W przypadku kiedy mamy nierówność z liczbą ujemną po prawej stronie, nie trzeba stosować powyższego rozpisania. Na przykład w nierówności |x + 2| > -1 mamy wartość bezwzględną większą od -1. Ale wartość bezwzględna jest zawsze \ge 0, więc takie nierówności są zawsze spełnione. Zatem zawsze w takich przypadkach piszemy: x \in \mathbb{R} (wszystkie rozwiązania rzeczywiste).