威威學長|高中數學
$|x-2|<3$ 拆出來是 $-1<x<5$,一個區間。$|x-2|>3$ 拆出來是 $x>5$ 或 $x<-1$,兩段。 同樣一個絕對值,一邊變成「而且」(同時符合兩個條件),另一邊變成「或者」(符合其中一個就好)。這兩個字一差,答案的形狀就完全不同:一個是一段,一個是兩段。很多人是靠背的:小於拆成中間、大於拆成兩邊。背下來也能用,但只要題目換成 $|x-2|>x$ 這種右邊也是變數的,那條口訣就沒東西可套了。 會卡住的地方不是計算,是那個「而且/或者」沒想通。
絕對值就是「距離」
$|u|$ 的意思是「$u$ 這個點離 $0$ 多遠」。這句話是國中就有的,但進入不等式之後常被忘記。 拿它重看兩個式子。$|x-2|<3$ 是「$x$ 離 $2$ 的距離小於 $3$」。在數線上,離 $2$ 不到 $3$ 的點,就是 $2$ 左邊 $3$ 格到右邊 $3$ 格之間:$-1$ 到 $5$。這是一段連續的區間,所以要同時滿足「比 $-1$ 大」和「比 $5$ 小」,那是「而且」。 $|x-2|>3$ 是「$x$ 離 $2$ 的距離大於 $3$」。要嘛跑到 $5$ 的右邊,要嘛跑到 $-1$ 的左邊,兩個方向都算數。這是「或者」。
👑 威威說重點:靠近某個點 → 一段(而且);遠離某個點 → 兩段(或者)。記這個圖像,比記「小中間、大兩邊」再可靠一點,因為它不用另外記誰對誰。
前提是右邊那個數要是正的
拆解的規則建立在「距離 $<a$」上,所以 $a$ 本身必須是正的。這件事看起來像廢話,但它是這一節最常被忽略的地方。 $|x|<5$ 有意義,$|x|<-5$ 呢?絕對值算出來不可能是負的,所以「距離小於 $-5$」永遠不成立,這條不等式無解,不是「解得 $5<x<-5$」那種看起來就很怪的區間。 反過來,$|x|>-5$ 呢?距離永遠 $\geq0>-5$,所以所有實數都是解。這一題的答案不是兩段,是全部。 ⚠️ 學長的警告:看到 $|x|<a$ 就套公式之前,先看 $a$ 的正負。$a<0$ 的時候有兩個現成答案:「$<$」無解、「$>$」全體實數。套公式硬拆會得到一堆無意義的區間。
一邊是變數的時候,改成平方
$|x-1|<x+2$ 這種題目右邊是變數,不能直接拆成「$-x-2<x-1<x+2$」,那需要 $x+2>0$ 成立才行,而你還不知道。 處理順序是這樣。第一步先問右邊能不能是負的:如果 $x+2\leq0$,左邊 $\geq0$、右邊 $\leq0$,不等式不可能成立(等號兩邊同為 $0$ 也辦不到,因為 $x=-2$ 代入左邊是 $3$)。所以要先要求 $x>-2$,這是生存條件。 有了 $x>-2$,兩邊就都非負了:左邊是絕對值,右邊被生存條件逼成正的。兩邊非負就可以平方且不改變不等號方向: $$(x-1)^2<(x+2)^2$$ 展開:$x^2-2x+1<x^2+4x+4$,整理得 $-6x<3$,即 $x>-\dfrac12$。再跟生存條件 $x>-2$ 取交集,因為 $-\dfrac12>-2$,所以答案是 $x>-\dfrac12$。 整段真正重要的只有那一步「先確認兩邊非負」。這件事如果是第一次看到,可以對照 根號不等式的兩步驟 SOP,那裡處理的是同一個問題的另一個版本:什麼時候可以平方。
一個常被講得太快的不等式
高中課本會給一條「三角不等式」:對任何實數 $a,b$, $$|a+b|\le|a|+|b|$$ 它說的是「先加再取距離」不會超過「各自取距離再加」。為什麼?因為 $a$ 和 $b$ 如果一正一負,相加的時候會互相抵銷,距離就變短了;同號的時候沒有東西可抵銷,兩邊才會相等。 等號成立的條件就只有兩種:$a$、$b$ 同號,或其中至少一個是 $0$。用 $a=3$、$b=-5$ 檢查:左邊 $|3-5|=2$,右邊 $3+5=8$,確實左邊小。再用 $a=3$、$b=5$:左邊 $8$、右邊 $8$,相等。 這條不等式以後在別的地方會再出現(例如證明距離的性質),現在只要記住那個「同號才相等」的條件就好。
換你動手
練習 1:解 $|2x+1|\le7$。 拆成 $-7\le2x+1\le7$。三邊都減 $1$:$-8\le2x\le6$;都除以 $2$:$-4\le x\le3$。帶等號所以端點要收,答案 $-4\le x\le3$。 練習 2:解 $|x+3|>2x$。 先看右邊:如果 $2x\le0$(即 $x\le0$),左邊 $\geq0\geq$ 右邊,不等式自動成立。所以 $x\le0$ 整段都是解,一段白撿(注意要確認 $x=0$ 時左邊是 $3>0$ ✓)。 再看右邊為正的情形:$x>0$。此時兩邊非負,平方得 $(x+3)^2>(2x)^2$,即 $x^2+6x+9>4x^2$,整理 $3x^2-6x-9<0$,同除以 $3$ 得 $x^2-2x-3<0$,即 $(x-3)(x+1)<0$,得 $-1<x<3$。與假設 $x>0$ 取交集:$0<x<3$。 合併兩段:$x<3$。($x\le0$ 與 $0<x<3$ 接起來正好是全部小於 $3$ 的實數。) 練習 3:$|x-4|<-1$ 的解是什麼? 無解。絕對值不可能小於 $0$,更不可能小於 $-1$。答案寫「無解」或空集合,不要硬拆成 $-1<x-4<-1$ 這種區間,那個區間本身就是空的。
挑三題你手上絕對值不等式的題目,這次先不要寫解答,只在題目旁邊做一件事:把「而且」或「或者」寫出來,並且畫一條數線標出答案是幾段。三題標完再回去算。如果你在第 3 題那種「右邊是負數」的題目上卡住,那通常是拆解前沒先看右邊的正負,跟算術無關,把那一題丟給我,我們一起看那一步。