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2022年5月7日

不等号が2つある2次不等式を解く

 \[\Large -8\leqq x^2+6x\leqq16\]

「上の不等式を解け。」

 この不等式は$-8\leqq x^2+6x$かつ$x^2+6x\leqq16$というように書くことができるので、
\[\left\{\begin{aligned}&-8\leqq x^2+6x&\cdots(1)\\ &x^2+6x\leqq16&\cdots(2)\end{aligned}\right.\]
という連立不等式にして解きます。

(1)$-8\leqq x^2+6x$

\begin{align*}x^2+6x&\geqq-8\\ \\ x^2+6x+8&\geqq0\\ \\ (x+2)(x+4)&\geqq0\end{align*}

(x+4)(x+2)≧0
(1)はさらに$y=(x+2)(x+4)$かつ$y\geqq0$と書けます。
これを満たすのは上のグラフの赤線部分でこれが存在する$x$の範囲
\[x\leqq-4,-2\leqq x\qquad\cdots(3)\]
が(1)の解となります。

(2)$x^2+6x\leqq16$

\begin{align*}x^2+6x-16&\leqq0\\ \\ (x+8)(x-2)&\leqq0\end{align*}

(x+8)(x-2)≦0
(2)はさらに$y=x^2+6x-16$かつ$y\leqq0$と書けます。
これを満たすのは上のグラフは赤線部分で、これが存在する$x$の範囲
\[-8\leqq x\leqq2\qquad\cdots(4)\]
が(2)の解となります。

 不等式の解は(3)、(4)をともに満たす$x$の範囲なので
紫で示した部分の$-8\leqq x\leqq-4,-2\leqq x\leqq2$となります。

関連:2次不等式を解く(2)

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