第二節 以圖解法求解二元一次不等式
二元一次不等式的圖像

我們知道,二元一次不等式的圖像是一條直線,這條直線把平面分為兩個部分,稱為上半平面和下半平面,而直線本身就是這兩個半平面的邊界。例如,附圖中的直線為方程\(\;x+y-1=0\;\)的圖像,直線下方的藍色區域是下半平面,而直線上方的橙色區域則是上半平面,兩個平面由直線作為邊界所分隔。

數學實驗 - 二元一次不等式的圖像

在附設的模擬模型中,選擇「半平面」模式。在此模式中,直線的方程為\(\;Ax+By+C=0\),被此直線劃分成的上下兩個半平面以不同顏色顯示。你可以移動數值滑桿改變直線方程的系數,該直線的圖像及兩個半平面會自動更新。你亦可以移動\(\;P\;\)點,系統會自動計算出對於該點,函數\(\;Ax+By+C\;\)是大於、等於,還是小於\(\;0\)。

  1. 不要移動任何數值滑桿或\(\;P\;\)點,預設的直線方程為\(\;x+y-1=0\),而\(\;P\;\)的坐標為\(\;(0,0)\)。

    1. \(P\;\)點位於直線\(\;x+y-1=0\;\)所劃分的上半平面還是下半平面?

      上半平面

      下半平面

    2. 函數\(\;x+y-1\;\)在\(\;P\;\)點時,是大於、等於,還是小於\(\;0\)?

      大於\(\;0\)

      等於\(\;0\)

      小於\(\;0\)

  2. 不要改變直線的系數,隨意移動\(\;P\;\)點,但不要令其離開下半平面的範圍。函數\(\;x+y-1\;\)的正負性有沒有改變?

    沒有

  3. 不要改變直線的系數,現在移動\(\;P\;\)點至上半平面。函數\(\;x+y-1\;\)的正負性有沒有改變?

    沒有

  4. 不用改變系數或移動\(\;P\;\)點,你認為如果\(\;P\;\)點剛好在線上,函數\(\;x+y-1\;\)是大於、等於,還是小於\(\;0\)?

    大於\(\;0\)

    等於\(\;0\)

    小於\(\;0\)

  5. 現在把直線的方程改為\(\;x-2y+1=0\)。把\(\;P\;\)點放在上半平面,這時函數\(\;x-2y+1\;\)是大於、等於,還是小於\(\;0\)?

    大於\(\;0\)

    等於\(\;0\)

    小於\(\;0\)

  6. 當\(\;P\;\)點同樣都在上半平面時,你在第 3. 和 5. 題中看到的函數正負性是否相同?

    相同

    不相同

在附設的模擬模型中,選擇「不等式」模式。在此模式中,你可以移動數值滑桿改變不等式\(\;Ax+By+C=0\;\)的系數,亦可改變不等號,該不等式的解會自動顯示。你亦可以移動\(\;P\;\)點,系統會自動計算出對於該點,函數\(\;Ax+By+C\;\)是大於、等於,還是小於\(\;0\),若\(\;P\;\)點是不等式的解,該點會由紅色變為綠色。

  1. 將不等式設成\(\;x+y-1\geq 0\),並把\(\;P\;\)點移至\(\;(0,0)\)

    1. \((0, 0)\;\)是否不等式的解?

      不是

    2. \(P\;\)點位於直線\(\;x+y-1=0\;\)所劃分的上半平面還是下半平面?

      上半平面

      下半平面

      在線上

    3. 不等式的解是直線\(\;x+y-1=0\;\)所劃分的上半平面還是下半平面?

      上半平面

      下半平面

  2. 將不等式設成\(\;x-2y+3\geq 0\),並把\(\;P\;\)點移至\(\;(0,0)\)

    1. \((0, 0)\;\)是否不等式的解?

      不是

    2. \(P\;\)點位於直線\(\;x-2y+3=0\;\)所劃分的上半平面還是下半平面?

      上半平面

      下半平面

      在線上

    3. 不等式的解是直線\(\;x-2y+3=0\;\)所劃分的上半平面還是下半平面?

      上半平面

      下半平面

  3. 不要改變不等式的系數和符號(即\(\;x-2y+3\geq 0\)),並把\(\;P\;\)點移至\(\;(1,2)\)

    1. \((1,2)\;\)位於直線\(\;x-2y+3=0\;\)所劃分的上半平面還是下半平面?

      上半平面

      下半平面

      在線上

    2. 你能夠單從 a. 部分的資料確定不等式的解對應哪個半平面嗎?

      能夠

      不能夠

二元一次不等式的圖像
以圖解法求解二元一次不等式

總結以上兩個實驗,我們可利用試值法求解二元一次不等式。

以圖解法求解二元一次不等式的步驟如下:

  1. 首先繪畫對應直線的圖像。若不等式中的不等號為「≥」或「≤」,應使用實線繪畫該直線,否則應使用虛線。
  2. 選擇任何不在直線上的一點作為試點,把這個試點的坐標代入不等式中,測試該點是否滿足該不等式:
    1. 若試點的坐標滿足不等式,則該點所在的半平面就是不等式的解。
    2. 若試點的坐標不滿足不等式,則不等式的解是不包含該點的半平面。

注意 若原點\(\;(0, 0)\;\)不在直線上,則選擇原點作為試點能令運算更簡單。

利用圖解法解以下不等式:

  1. \(3x-y\geq 5\)
  2. \(2y \lt x\)

  1. 首先以實線繪畫直線\(\;3x-y=5\;\)的圖像,並以\(\;(0,0)\;\)作為試點,考慮 \[ \hbox{左方} = 3(0)-(0) = 0 \lt 5 = \hbox{右方} \] 即\(\;(0,0)\;\)不是不等式的解。因此,不等式的解為不包含\(\;(0,0)\;\)的半平面。附圖的陰影部分(包括邊界)為不等式的解。

陰影部分為不等式\(\;3x-y\geq 5\;\)的解。
  1. 首先以虛線繪畫直線\(\;2y=x\;\)的圖像。注意\(\;(0,0)\;\)在直線上,不能被用作試點。我們以\(\;(1, 0)\;\)作為試點,考慮 \[ \hbox{左方} = 2(0) = 0 \lt 1 = \hbox{右方} \] 即\(\;(1,0)\;\)是不等式的解。因此,不等式的解為包含\(\;(0,0)\;\)的半平面。附圖的陰影部分(不包括邊界)為不等式的解。

陰影部分為不等式\(\;2y \lt x\;\)的解。

根據下列圖像,寫出陰影部分所對應的不等式。

  1.  

  1.  

  1. 以\(\;(0,0)\;\)作為試點,考慮 \[ \hbox{左方} = 2(0)+(0)-3 = -3 \lt 0 \] 由於試點不在解的範圍內,而且解不包含邊界,所求的不等式為\(2x+y-3 \gt 0\)。

  1. 我們首先找出直線的方程。利用截距式,可得直線的方程為 \[ \frac{x}{2} + \frac{y}{3} = 1 \] 以\(\;(0,0)\;\)作為試點,考慮 \[ \hbox{左方} = \frac{0}{2} + \frac{0}{3} = 0 \lt 1 \] 由於試點在解的範圍內,而且解包含邊界,所求的不等式為 \[ \frac{x}{2} + \frac{y}{3} \leq 1 \]

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