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高次不等式:偶次方的根為什麼要「彈回來」

威威 Willy · 2026-10-12

威威學長|高中數學


$(x-1)(x-2)^2(x-3)>0$。 課本教你畫一條數線、標出 $1$、$2$、$3$,然後從右邊開始畫一條曲線穿過去:奇次方的根穿過去,偶次方的根彈回來。圖畫完,看哪幾段在 $x$ 軸上方,答案就出來了。 但為什麼偶次方要彈回來?「彈回來」這個動詞聽起來像是圖形真的會轉彎,實際上你畫的那條線根本不存在,它只是符號的示意圖。真正的理由完全不需要圖,只要看一件事:那個因式會不會變號。

變號的只有一種因式

整條乘積的正負,是由每一個因式的正負一起決定的。所以只要盯住「跨過一個根的時候,哪個因式翻面了」。

  • $(x-1)$ 跨過 $x=1$ 時,從負變正。它翻面了,所以整個乘積的正負跟著翻。
  • $(x-2)^2$ 跨過 $x=2$ 時,$x-2$ 從負變正,但平方之後 $(-)^2$ 和 $(+)^2$ 都是正。它沒翻面。
  • $(x-3)$ 跨過 $x=3$ 時,翻面。

所以「奇次穿過、偶次彈回」不是一條要背的規則,它是「平方會把負號吃掉」的直接後果。$(x-2)^4$、$(x-2)^6$ 都一樣。偶數次方永遠非負,跨過根的時候值只會從「正」降到「$0$」再回到「正」,中間沒有變號的機會。

👑 威威說重點:一個因式如果永遠非負(偶次方),它就不可能改變整條乘積的正負。它只決定「那個點等於 $0$」,不決定左右的符號。

完整的做法

第一步,把所有因式的 $x$ 係數調成正的。 例如 $(2-x)$ 要寫成 $-(x-2)$。這一步是在替下一步鋪路:如果每個因式都是「$x$ 減掉某個數」的形狀,那它在根的右邊就一定是正的。 第二步,把常數(那些提出來的負號)整理到不等式另一邊,記得翻轉不等號。 例如原式是 $(2-x)(x-1)>0$,寫成 $-(x-2)(x-1)>0$,也就是 $(x-2)(x-1)<0$。⚠️ 學長的警告:這一步是唯一會把不等號方向弄反的地方,也是這類題目最常見的失分點。移項、乘負數,都要檢查方向。 第三步,從最右邊開始。 取一個比所有根都大的 $x$(例如 $x=100$),每個因式都是正的,所以整條乘積是正的。這給了你最右邊那一格的符號。 第四步,往左走,每跨過一個根就處理一次。 奇次 → 翻面;偶次 → 不翻。 第五步,讀出答案。 題目要 $>0$ 就挑正號的區段,要 $<0$ 就挑負號的區段。而且要注意等號:如果是嚴格不等號($>$ 或 $<$),根的本身不能收(因為那裡整條是 $0$)。

把 $(x-1)(x-2)^2(x-3)>0$ 跑一次

因式的 $x$ 係數都已經是正的。根依大小排:$1$、$2$、$3$。次方依序是 $1$、$2$、$1$。 從最右邊開始。取 $x=100$,三個因式都是正的,乘積為正。

  • $x>3$:正
  • 跨過 $x=3$(次方 $1$,奇數)→ 翻面 → $2<x<3$:負
  • 跨過 $x=2$(次方 $2$,偶數)→ 不翻 → $1<x<2$:負
  • 跨過 $x=1$(次方 $1$,奇數)→ 翻面 → $x<1$:正

題目要 $>0$,所以取正的兩段:$x<1$ 或 $x>3$。 檢查一下 $x=2$:整條是 $0$,不滿足嚴格大於,所以 $x=2$ 不在答案裡,這跟上面「偶次不翻」是兩件不同的事:偶次根不改變左右的符號,但它自己仍然是 $0$。$x=1$、$x=3$ 同理。 答案寫成 $(-\infty,1)\cup(3,\infty)$。

分式的不等式:根是空心的

$\dfrac{(x-1)(x-2)}{x-3}\ge0$ 這種,做法一模一樣,因為除法的正負號跟乘法一樣(正正得正、正負得負)。把分母當成一個因式放進去排就好。 唯一要記得的是:分母的根不能收進答案,因為那裡讓分母變成 $0$,整個式子沒有值。所以 $x=3$ 一定排除。分子貢獻的等號則可以收。 具體走一次。根是 $1$、$2$、$3$,都是一次方。取 $x=100$:正。跨 $3$ → 負;跨 $2$ → 正;跨 $1$ → 負。所以 $(x-1)(x-2)/(x-3)\ge0$ 的正區段是 $1<x<2$ 或 $x>3$。 再補端點:$x=1$、$x=2$ 讓分子為 $0$,整個分式等於 $0$,題目是 $\ge0$ 所以可以收。$x=3$ 讓分母為 $0$,排除。 答案:$1\le x\le2$ 或 $x>3$。

一個很容易踩的坑:不要約掉公因式

看到 $\dfrac{(x-2)^2(x-1)}{x-2}>0$,很多人第一反應是約掉一個 $(x-2)$,變成 $(x-2)(x-1)>0$ 再往下解。這樣做會漏掉一個條件:原式在 $x=2$ 是 $\dfrac00$,本來就沒有定義。約掉之後那個限制消失了,於是有可能把 $x=2$ 這種壞點算進答案。 約分的規則不只是「看起來一樣就約掉」,它附帶一個「不等於 $0$」的條件。在不等式的題目裡,那個條件往往正好是答案的一部分。

換你動手

練習 1:解 $(x+1)(x-2)^2>0$。 根是 $-1$、$2$,次方 $1$ 與 $2$。取 $x=100$:兩個因式都是正,乘積正。跨 $2$(偶)不翻 → $-1<x<2$ 時仍為正;跨 $-1$(奇)翻面 → $x<-1$ 為負。 所以正區段是 $-1<x<2$ 與 $x>2$。$x=2$ 讓乘積為 $0$,不收。 答案:$x>-1$ 且 $x\ne2$。 (這裡「偶次不翻」的效果很明顯:$x=2$ 左右兩邊都是正的,所以答案不是兩段,是「一整段挖掉一個點」。) 練習 2:解 $x(x-1)(x+2)^3<0$。 根 $-2$、$0$、$1$,次方 $3$、$1$、$1$(全是奇數)。取 $x=100$:三個因式都正,乘積正。 跨 $1$ → 負($0<x<1$);跨 $0$ → 正($-2<x<0$);跨 $-2$ → 負($x<-2$)。 要 $<0$,取負的兩段:$x<-2$ 或 $0<x<1$。 練習 3:解 $\dfrac{x^2-4}{x-1}\le0$。 先把分子因式分解成 $(x-2)(x+2)$,原式 $\dfrac{(x-2)(x+2)}{x-1}\le0$。根 $-2$、$1$、$2$,都是一次方。取 $x=100$:正。跨 $2$ → 負;跨 $1$ → 正;跨 $-2$ → 負。 要 $\le0$,先取負的兩段 $x<-2$ 與 $1<x<2$;再補上讓分子為 $0$ 的兩個點 $x=-2$ 與 $x=2$(題目是不等號,等號由分子貢獻)。合起來是 $x\le-2$ 或 $1<x\le2$。$x=1$ 因為分母為 $0$ 必須排除,注意它剛好落在兩段的中間,所以答案拆成兩塊而不是一整段。


翻出三題高次或分式不等式的題目,這次不要畫曲線,改在數線上只標「+」「−」兩種符號,每跨一個根就在心裡問一次「這個因式會不會翻面」。三題標完,你應該會發現自己不再需要「奇穿偶不穿」這六個字,因為那件事變成你自己看出來的了。 如果答案跟解答差在端點收不收,先回頭檢查兩件事:題目是不等號還是嚴格不等號,以及分母有沒有你的根。

威威
威威 Willy
德國數學碩士、前 Amazon 資料科學家。數學是邏輯的語言,英文是世界的窗口。
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