Ти навчишся записувати розв'язки нерівності числовим проміжком, зображати проміжки на координатній прямій і не плутати квадратну дужку з круглою. А ще — знаходити перетин і об'єднання двох проміжків.
Уже розв'язав вправи й шукаєш свою помилку? Почни з розділу «Де найчастіше помиляються».
Що таке числовий проміжок
У статті до § 4 розв'язки нерівності ми описували словами або нерівністю. Візьмемо подвійну нерівність $-2\lt x\lt 3$. Її задовольняють усі числа, більші за −2 і менші від 3.
На координатній прямій ці числа лежать між точками −2 і 3. Цю частину прямої заштриховуємо:
Самі числа −2 і 3 цю нерівність не задовольняють: −2 не більше за −2, а 3 не менше від 3. Тому на прямій їх позначають порожніми, або «виколотими», точками.
Множину всіх чисел, що задовольняють нерівність $-2\lt x\lt 3$, називають числовим проміжком, або просто проміжком. Позначають її $(-2;\,3)$ і читають: «проміжок від −2 до 3».
- Число 0 задовольняє нерівність: $-2\lt 0\lt 3$. Кажуть: 0 належить проміжку $(-2;\,3)$. На прямій воно лежить між −2 і 3, у заштрихованій частині.
- Число 3 не задовольняє нерівність, тож проміжку $(-2;\,3)$ не належить.
Усі види проміжків
Кінці проміжку можуть входити в нього, а можуть і не входити. Це видно з дужки й точки на прямій:
- кінець входить — дужка квадратна, точка зафарбована;
- кінець не входить — дужка кругла, точка порожня.
Якщо проміжок необмежений праворуч, пишемо $+\infty$ («плюс нескінченність»). Якщо ліворуч — $-\infty$ («мінус нескінченність»). На прямій такий проміжок — промінь: штриховка йде до краю.
Ось усі вісім видів на числах −1 і 3:
| Нерівність | Проміжок | Як читають |
|---|---|---|
| $-1\lt x\lt 3$ | $(-1;\,3)$ | від −1 до 3 |
| $-1\leqslant x\leqslant 3$ | $[-1;\,3]$ | від −1 до 3, включаючи −1 і 3 |
| $-1\leqslant x\lt 3$ | $[-1;\,3)$ | від −1 до 3, включаючи −1 |
| $-1\lt x\leqslant 3$ | $(-1;\,3]$ | від −1 до 3, включаючи 3 |
| $x\gt -1$ | $(-1;\,+\infty)$ | від −1 до плюс нескінченності |
| $x\geqslant -1$ | $[-1;\,+\infty)$ | від −1 до плюс нескінченності, включаючи −1 |
| $x\lt 3$ | $(-\infty;\,3)$ | від мінус нескінченності до 3 |
| $x\leqslant 3$ | $(-\infty;\,3]$ | від мінус нескінченності до 3, включаючи 3 |
Ті самі вісім проміжків на координатній прямій:
Як не переплутати дужки
- Знаки $\leqslant$ і $\geqslant$ називають нестрогими, а $\lt$ і $\gt$ — строгими. У нестрогих знаків є рисочка знизу: вона означає «або дорівнює». Є рисочка — число входить у проміжок: дужка квадратна, точка зафарбована.
- Строгі знаки $\lt$ і $\gt$ без рисочки: число не входить, дужка кругла, точка порожня.
- Біля $+\infty$ і $-\infty$ дужка завжди кругла. Нескінченність — не число, тож «включити» її неможливо.
Уся пряма і порожня множина
- Множину всіх чисел зображають усією координатною прямою і позначають $(-\infty;\,+\infty)$.
- Множину, у якій немає жодного числа, називають порожньою множиною і позначають $\varnothing$.
Як записати проміжок
- Знайди лівий кінець і правий кінець. Якщо з якогось боку обмеження немає, там пиши $-\infty$ (завжди ліворуч) чи $+\infty$ (завжди праворуч).
- Менше число пиши ліворуч, більше — праворуч, через крапку з комою.
- Для кожного кінця вибери дужку: входить — квадратна, не входить або $\infty$ — кругла.
- Перевір одним числом усередині і самими кінцями.
Розв'язані приклади
Приклад 1. Зобрази проміжок на координатній прямій
Зобразимо проміжки: 1) $(-3;\,2]$; 2) $[4;\,+\infty)$; 3) $(-\infty;\,-1)$.
- 1)У пункті 1 біля −3 кругла дужка: точка −3 порожня. Біля 2 квадратна: точка 2 зафарбована. Штрихуємо частину прямої між ними.
- 2)У пункті 2 кінець лише один — число 4, і дужка біля нього квадратна. Точка 4 зафарбована, штриховка йде праворуч до стрілки: проміжок не має правого кінця.
- 3)У пункті 3 ліворуч стоїть $-\infty$. Штриховка йде ліворуч від точки −1, а сама точка порожня, бо дужка кругла.
Приклад 2. Запиши проміжок, зображений на малюнку
Запишемо три проміжки, зображені на малюнку:
| 1) | $[-5;\,-2]$; |
| 2) | $(-\infty;\,0]$; |
| 3) | $(6;\,+\infty)$. |
- 1)У пункті 1 обидві точки зафарбовані: обидві дужки квадратні. Ліворуч пишемо менше число, −5.
- 2)У пункті 2 штриховка йде ліворуч без кінця — пишемо $-\infty$ з круглою дужкою. Точка 0 зафарбована — дужка квадратна.
- 3)У пункті 3 точка 6 порожня, а штриховка йде праворуч. Обидві дужки круглі.
Відповідь: 1) $[-5;\,-2]$; 2) $(-\infty;\,0]$; 3) $(6;\,+\infty)$.
Приклад 3. Зобрази й запиши проміжок, заданий нерівністю
Зобразимо на координатній прямій і запишемо проміжок, який задано нерівністю: 1) $x\geqslant -2{,}5$; 2) $0{,}6\lt x\leqslant 1\frac{3}{4}$.
| 1) | $x\geqslant -2{,}5$; $[-2{,}5;\,+\infty)$; |
| 2) | $0{,}6\lt x\leqslant 1\frac{3}{4}$; $\left(0{,}6;\,1\frac{3}{4}\right]$. |
- 1)У пункті 1 знак нестрогий: −2,5 входить. Точка зафарбована, дужка квадратна. Числа, більші за −2,5, лежать праворуч, тому праворуч пишемо $+\infty$.
- 2)У пункті 2 ліворуч знак строгий: 0,6 не входить, дужка кругла. Праворуч нестрогий: $1\frac{3}{4}$ входить, дужка квадратна.
- 3)Мішане число $1\frac{3}{4}$ переносимо в запис проміжку без змін, як у нерівності.
Відповідь: 1) $[-2{,}5;\,+\infty)$; 2) $\left(0{,}6;\,1\frac{3}{4}\right]$.
Приклад 4. Перевір, чи належить число проміжку
Чи належить проміжку $[-2{,}05;\,-1{,}9)$ число: 1) −2; 2) −2,1; 3) −1,9; 4) −1,95; 5) −2,05; 6) −1,89?
| $-2{,}05\leqslant x\lt -1{,}9$; | |
| 1) | $-2{,}05\lt -2\lt -1{,}9$ — так; |
| 2) | $-2{,}1\lt -2{,}05$ — ні; |
| 3) | $-1{,}9\lt -1{,}9$ — неправильна; ні; |
| 4) | $-2{,}05\lt -1{,}95\lt -1{,}9$ — так; |
| 5) | $-2{,}05\leqslant -2{,}05$ — так; |
| 6) | $-1{,}89\gt -1{,}9$ — ні. |
- 1)Записуємо проміжок подвійною нерівністю. Квадратна дужка дає знак $\leqslant$, кругла — знак $\lt$.
- 2)З двох від'ємних чисел більше те, що ближче до нуля. Число −1,89 ближче до нуля, ніж −1,9. Тому $-1{,}89\gt -1{,}9$, і ця точка лежить праворуч від кінця.
- 3)Кінці перевіряємо за дужками. −2,05 стоїть біля квадратної дужки — входить. −1,9 біля круглої — не входить.
Відповідь: 1) так; 2) ні; 3) ні; 4) так; 5) так; 6) ні.
Приклад 5. Запиши цілі, натуральні, додатні й від'ємні числа проміжку
Запишемо: 1) усі цілі числа проміжку $(-3{,}2;\,2]$; 2) усі натуральні числа проміжку $[0{,}5;\,\sqrt{10})$; 3) два додатних і два від'ємних числа проміжку $(-1{,}5;\,0{,}3]$.
| 1) | −3; −2; −1; 0; 1; 2; |
| 2) | $3^2=9\lt 10$; $4^2=16\gt 10$; |
| $3\lt \sqrt{10}\lt 4$; числа 1; 2; 3; | |
| 3) | додатні: 0,1; 0,3; |
| від'ємні: −1; −0,5. |
- 1)У пункті 1 найменше ціле число, більше за −3,2, — це −3. Число 2 входить, бо дужка біля нього квадратна.
- 2)У пункті 2 треба знати, між якими цілими числами лежить $\sqrt{10}$. Шукаємо сусідні квадрати: $9\lt 10\lt 16$, тому $\sqrt{10}$ між 3 і 4. Натуральні числа від 0,5 до $\sqrt{10}$ — це 1, 2 і 3.
- 3)У пункті 3 додатні числа лежать між 0 і 0,3, причому 0,3 входить. Від'ємні — між −1,5 і 0, а саме −1,5 не входить. Чисел у проміжку безліч, тож відповідь може бути й іншою.
Відповідь: 1) −3; −2; −1; 0; 1; 2; 2) 1; 2; 3; 3) наприклад, 0,1 і 0,3; −1 і −0,5.
Приклад 6. Знайди найменше або найбільше ціле число проміжку
Знайдемо найменше ціле число проміжку: 1) $(-4;\,7)$; 2) $[2{,}3;\,+\infty)$. Знайдемо найбільше ціле число проміжку: 3) $(-\infty;\,6)$; 4) $(-2;\,-0{,}4]$.
| 1) | −4 не входить; найменше: −3; |
| 2) | $2\lt 2{,}3\lt 3$; найменше: 3; |
| 3) | 6 не входить; найбільше: 5; |
| 4) | $-1\lt -0{,}4\lt 0$; найбільше: −1. |
- 1)Найменше число шукаємо біля лівого кінця, найбільше — біля правого.
- 2)Якщо кінець — ціле число, дивимося на дужку. У пункті 1 дужка біля −4 кругла, тож беремо наступне ціле праворуч: −3. У пункті 3 так само замість 6 беремо 5. Якби дужка була квадратна, відповіддю був би сам кінець: у $[-4;\,7)$ найменше ціле — −4.
- 3)Якщо кінець дробовий, беремо найближче ціле всередині проміжку. У пункті 2 праворуч від 2,3 лежить 3. У пункті 4 ліворуч від −0,4 лежить −1. Число 0 не підходить: воно більше за −0,4.
- 4)У проміжку $(-\infty;\,6)$ найменшого числа немає: ліворуч числа тягнуться без кінця. Так само немає найбільшого в $[2{,}3;\,+\infty)$.
Відповідь: 1) −3; 2) 3; 3) 5; 4) −1.
Приклад 7. Порівняй корені з кінцями проміжку
1) Чи належить проміжку $(2{,}2;\,3{,}6]$ число: а) $\sqrt{5}$; б) $\sqrt{13}$; в) $\sqrt{12}$; г) $\sqrt{4{,}5}$? 2) Знайдемо найменше і найбільше натуральні числа проміжку $[\sqrt{7};\,\sqrt{50})$.
| 1) | $2{,}2^2=4{,}84$; $3{,}6^2=12{,}96$; |
| $\sqrt{a}$: $4{,}84\lt a\leqslant 12{,}96$; | |
| а) 5 — так; б) 13 — ні; | |
| в) 12 — так; г) 4,5 — ні; | |
| 2) | $7\leqslant n^2\lt 50$; |
| $2^2=4\lt 7$; $3^2=9$; $7^2=49\lt 50$; $8^2=64$; | |
| найменше: 3; найбільше: 7. |
- 1)Корінь незручно порівнювати з десятковим дробом. Тому підносимо до квадрата кінці проміжку: $2{,}2=\sqrt{4{,}84}$, $3{,}6=\sqrt{12{,}96}$.
- 2)З двох коренів більший той, у якого більше число під коренем. Отже, число $\sqrt{a}$ належить проміжку, якщо $4{,}84\lt a\leqslant 12{,}96$. Знаки ті самі, що й у дужок.
- 3)Перевіряємо числа під коренями: 5 і 12 підходять, 13 більше за 12,96, а 4,5 менше від 4,84.
- 4)У пункті 2 позначимо натуральне число буквою $n$. Воно належить проміжку, якщо $7\leqslant n^2\lt 50$. Підносимо до квадрата 2, 3, … : підходять 3, 4, 5, 6, 7.
Відповідь: 1) а) так; б) ні; в) так; г) ні; 2) 3 і 7.
Перетин і об'єднання проміжків
Перетин числових проміжків — множина всіх чисел, що належать кожному з цих проміжків. Позначають знаком $\cap$.
Об'єднання числових проміжків — множина всіх чисел, що належать хоча б одному з цих проміжків. Позначають знаком $\cup$.
Щоб не заплутатися, перший проміжок штрихуємо над прямою, а другий — під нею. Перетин — там, де є обидві штриховки. Об'єднання — там, де є хоча б одна.
Приклад 8. Знайди перетин проміжків
Знайдемо перетин: 1) $[-3;\,4)$ і $(1;\,6]$; 2) $(-\infty;\,2]$ і $[2;\,5)$; 3) $(-1;\,3)$ і $[3;\,+\infty)$; 4) $(-\infty;\,1)$ і $(-\infty;\,4]$.
| 1) | $[-3;\,4)\cap(1;\,6]=(1;\,4)$; |
| 2) | $(-\infty;\,2]\cap[2;\,5)=\{2\}$; |
| 3) | $(-1;\,3)\cap[3;\,+\infty)=\varnothing$; |
| 4) | $(-\infty;\,1)\cap(-\infty;\,4]=(-\infty;\,1)$. |
- 1)Зображаємо обидва проміжки на одній прямій: синя штриховка — перший, помаранчева — другий. Відповідь — зелена смуга над ними.
- 2)У пункті 1 обидві штриховки є від 1 до 4. Число 1 не входить у другий проміжок, число 4 — у перший. Тому обидві дужки круглі.
- 3)У пункті 2 спільне лише число 2: воно входить в обидва проміжки. Перетин — одна точка. Пишемо {2}: фігурні дужки означають множину, у якій лише одне число 2.
- 4)У пункті 3 число 3 входить лише в другий проміжок, а інших спільних чисел немає. Перетин — порожня множина.
- 5)У пункті 4 перший проміжок лежить усередині другого. Перетин — сам перший проміжок.
Відповідь: 1) $(1;\,4)$; 2) {2}; 3) $\varnothing$; 4) $(-\infty;\,1)$.
Приклад 9. Знайди об'єднання проміжків
Знайдемо об'єднання: 1) $[-2;\,1)$ і $(0;\,5]$; 2) $(-\infty;\,3)$ і $[3;\,6)$; 3) $(-4;\,-1]$ і $[2;\,+\infty)$; 4) $(-\infty;\,2)$ і $(-1;\,+\infty)$.
| 1) | $[-2;\,1)\cup(0;\,5]=[-2;\,5]$; |
| 2) | $(-\infty;\,3)\cup[3;\,6)=(-\infty;\,6)$; |
| 3) | $(-4;\,-1]\cup[2;\,+\infty)$ |
| — не проміжок; | |
| 4) | $(-\infty;\,2)\cup(-1;\,+\infty)=$ |
| $=(-\infty;\,+\infty)$. |
- 1)У пункті 1 штриховки перекриваються, тому разом вони дають суцільну смугу від −2 до 5. Кінці −2 і 5 входять, дужки квадратні.
- 2)Порожня точка 1 — кінець лише першого проміжку. Число 1 входить у другий проміжок, а для об'єднання цього досить. Тому зелена смуга над точкою 1 суцільна.
- 3)У пункті 2 проміжки стикаються в точці 3. Вона входить у другий проміжок, тож смуга суцільна до 6.
- 4)У пункті 3 між −1 і 2 немає жодної штриховки. Смуга розірвана, і одним проміжком її не записати. Відповідь пишемо через знак $\cup$.
- 5)У пункті 4 штриховки разом покривають усю пряму.
Відповідь: 1) $[-2;\,5]$; 2) $(-\infty;\,6)$; 3) $(-4;\,-1]\cup[2;\,+\infty)$; 4) $(-\infty;\,+\infty)$.
Спільний кінець із різними дужками
Буває, що кінець один і той самий, а дужки біля нього різні. Тоді дивимося, чи входить це число у відповідь:
- у перетин кінець входить, лише якщо входить в обидва проміжки. Хоч одна дужка кругла — у відповіді кругла;
- в об'єднання кінець входить, якщо входить хоча б в один проміжок. Хоч одна дужка квадратна — у відповіді квадратна.
| 1) | $[-1;\,4)\cap(-1;\,6]=(-1;\,4)$; |
| 2) | $(0;\,3]\cup[-2;\,3)=[-2;\,3]$. |
У пункті 1 число −1 не входить у другий проміжок, тому й у перетин не входить. У пункті 2 число 3 входить у перший проміжок, тож входить і в об'єднання.
Як перевірити себе
- Дужки. Підстав кінець у нерівність. У прикладі 3 для $x\geqslant -2{,}5$ маємо $-2{,}5\geqslant -2{,}5$ — правильна, тому дужка квадратна.
- Число всередині. Візьми будь-яке число з відповіді й перевір, що воно задовольняє умову. Наприклад, перетин $[-3;\,4)$ і $(1;\,6]$ — це $(1;\,4)$. Візьми з нього 2: воно є і в $[-3;\,4)$, і в $(1;\,6]$.
- Найменше чи найбільше ціле. Перевір сусіда. У прикладі 6 число −3 належить $(-4;\,7)$, а на одиницю менше, −4, уже ні.
- Об'єднання. Кожне число з обох проміжків має потрапити у відповідь. Кінці, що стикаються, перевір окремо. Наприклад, в об'єднанні $(-\infty;\,3)$ і $[3;\,6)$ числа 3 немає в першому проміжку, але воно є в другому. Тому відповідь — $(-\infty;\,6)$, без розриву в точці 3.
Де найчастіше помиляються
1. Квадратна дужка біля нескінченності
Завдання: записати проміжком нерівність $x\geqslant 4$.
Неправильно
| $x\geqslant 4$; $[4;\,+\infty]$. |
Правильно
| $x\geqslant 4$; $[4;\,+\infty)$. |
Що сталося: квадратну дужку поставили з обох боків. Але $+\infty$ — не число, воно не може входити в проміжок.
Як помітити: біля знака $\infty$ дужка лише кругла, без винятків.
2. Строгий знак записали квадратною дужкою
Завдання: записати проміжком нерівність $x\lt 5$.
Неправильно
| $x\lt 5$; $(-\infty;\,5]$. |
Правильно
| $x\lt 5$; $(-\infty;\,5)$. |
Що сталося: число 5 не задовольняє нерівність: $5\lt 5$ — неправильна. Тому 5 не входить у проміжок.
Як помітити: у знаку $\lt$ немає рисочки знизу, отже, дужка кругла.
3. Найбільше ціле число від'ємного проміжку
Завдання: знайти найбільше ціле число проміжку $(-7;\,-2{,}3)$.
Неправильно
| $(-7;\,-2{,}3)$; найбільше: −2. |
Правильно
| $-3\lt -2{,}3\lt -2$; найбільше: −3. |
Що сталося: у −2,3 просто відкинули дробову частину. Але $-2\gt -2{,}3$: число −2 лежить праворуч від кінця і в проміжок не входить.
Як помітити: познач кінець на прямій і подивись, яке ціле число лежить ліворуч від нього.
4. У об'єднанні загубили «дірку»
Завдання: знайти об'єднання проміжків $[1;\,3)$ і $(3;\,5]$.
Неправильно
| $[1;\,3)\cup(3;\,5]=[1;\,5]$. |
Правильно
| $[1;\,3)\cup(3;\,5]$ — не проміжок. |
Що сталося: число 3 не входить ні в перший проміжок, ні в другий. У $[1;\,5]$ воно є, тож цей запис неправильний.
Як помітити: коли проміжки стикаються, перевір спільний кінець: чи входить він хоча б в один із них.
Спробуй сам
- Зобрази на координатній прямій проміжок: 1) $(-1;\,4]$; 2) $(-\infty;\,2]$.
- Запиши проміжки, зображені на малюнку:
- Зобрази на координатній прямій і запиши проміжок, заданий нерівністю: 1) $x\lt -3$; 2) $-1{,}5\leqslant x\lt 2$.
- Чи належить проміжку $(-0{,}8;\,1{,}2]$ число: 1) −0,8; 2) 1,2; 3) −0,75; 4) 1,25?
- Запиши всі цілі числа проміжку $[-2{,}5;\,3)$.
- Знайди: 1) найменше ціле число проміжку $(-6;\,1)$; 2) найбільше ціле число проміжку $(-\infty;\,-3{,}5)$.
- Чи належить проміжку $[1{,}5;\,2{,}8)$ число: 1) $\sqrt{3}$; 2) $\sqrt{8}$?
- Знайди перетин проміжків: 1) $[-2;\,5)$ і $(3;\,7]$; 2) $(-\infty;\,0)$ і $[0;\,4]$.
- Знайди об'єднання проміжків: 1) $(-3;\,1]$ і $[1;\,4)$; 2) $[0;\,2)$ і $(-1;\,1]$.
Перевірити відповіді
- 1) Точка −1 порожня, точка 4 зафарбована, штриховка між ними; 2) точка 2 зафарбована, штриховка ліворуч.
- 1) $(-4;\,0]$; 2) $(-\infty;\,2{,}5)$.
- 1) $(-\infty;\,-3)$, точка −3 порожня, штриховка ліворуч; 2) $[-1{,}5;\,2)$, точка −1,5 зафарбована, точка 2 порожня.
- 1) Ні; 2) так; 3) так; 4) ні.
- −2; −1; 0; 1; 2.
- 1) −5; 2) −4.
- 1) Так; 2) ні.
- 1) $(3;\,5)$; 2) $\varnothing$.
- 1) $(-3;\,4)$; 2) $(-1;\,2)$.
Повне розв'язання завдання 7
| $1{,}5^2=2{,}25$; $2{,}8^2=7{,}84$; | |
| $\sqrt{a}$: $2{,}25\leqslant a\lt 7{,}84$; | |
| 1) | $2{,}25\lt 3\lt 7{,}84$ — так; |
| 2) | $8\gt 7{,}84$ — ні. |
Кінці проміжку підносимо до квадрата і порівнюємо з ними числа під коренем. Знаки беремо за дужками: квадратна — $\leqslant$, кругла — $\lt$.
Повне розв'язання завдання 9 (2)
| $[0;\,2)\cup(-1;\,1]$; | |
| лівий кінець: −1, не входить; | |
| правий кінець: 2, не входить; | |
| $=(-1;\,2)$. |
Проміжки перекриваються від 0 до 1, тож смуга суцільна. Число 0 належить і першому проміжку, і відповіді. А лівим кінцем відповіді стало −1: другий проміжок починається лівіше.
Якщо твоя відповідь не збіглася, подивись розділ «Де найчастіше помиляються». Найімовірніше, дужку поставили не за знаком нерівності або загубили кінець, що входить лише в один проміжок.
Для батьків
Попросіть дитину записати проміжком нерівності $x\gt 2$ і $x\geqslant 2$ та пояснити, чим відрізняються записи. Правильна відповідь: $(2;\,+\infty)$ і $[2;\,+\infty)$ — у другому число 2 входить.
Запитайте, чому біля знака $\infty$ дужка завжди кругла. Правильна відповідь: нескінченність — не число, її не можна включити в проміжок.
