5.3 Ensimmäisen asteen epäyhtälö
Määritelmä
Ensimmäisen asteen epäyhtälön ratkaiseminen algebrallisesti
Ensimmäisen asteen epäyhtälön ratkaiseminen algebrallisesti
- Ensimmäisen asteen epäyhtälö ratkaistaan samalla periaatteella kuin ensimmäisen asteen yhtälö, kun muistetaan epäyhtälön laskusäännöt:
Negatiivisella luvulla kerrottaessa tai jaettaessa epäyhtälömerkin suunta kääntyy - Epäyhtälö sievennetään niin pitkälle kuin mahdollista, jotta saadaan [[$ x $]] ratkaistua
Esimerkki 1
Ratkaise epäyhtälö [[$ \frac{x}{4}<7 $]].
Ratkaisu:
[[$ \begin{align} \frac{x}{4}&<7 \ & ∥ \cdot4\\ 4 \cdot \frac{x}{4}&<4 \cdot7\\ x&<28\end{align} $]]
Vastaus: [[$ x<28 $]]
Esimerkki 2
Ratkaise epäyhtälö [[$ -6(x+10)<2(7-3x) $]].
Ratkaisu:
[[$ \begin{align} -6(x+10)&<2(7-3x)& &∥\text{poistetaan sulut}\\ -6x-60&<14-6x& &∥+6x\\-60&<14& &∥\text{identtisesti tosi}\end{align} $]]
Vastaus: Epäyhtälö toteutuu muuttujan [[$ x $]] kaikilla arvoilla. (Vastaus voidaan ilmoittaa myös [[$ R_{j}=\mathbb{R} $]] tai [[$ x\in \mathbb{R} $]]).
Esimerkki 3
Ratkaise epäyhtälö [[$ 9(\frac{x}{3}+1)+\frac{1}{4}(-32+2x) \geq 7(\frac{1}{2}x-5)+36 $]].
Ratkaisu:
[[$$ \begin{align} 9(\frac{x}{3}+1)+\frac{1}{4}(-32+2x)& \geq 7(\frac{1}{2}x-5)+36&&\parallel\text{poistetaan sulut}\\
3x+9-8+\frac{1}{2}x&\geq\frac{7}{2}x-35+36&&\\
3\frac{1}{2}x+1&\geq 3\frac{1}{2}x+1&& \parallel -3\frac{1}{2}x-1\\
0&\geq0&&\parallel\text{identtisesti tosi}\end{align} $$]]
Vastaus: Epäyhtälö toteutuu muuttujan [[$ x $]] kaikilla arvoilla. (Vastaus voidaan ilmoittaa myös [[$ R_{j}=\mathbb{R} $]] tai [[$ x\in \mathbb{R} $]])
Esimerkit 4 ja 5
Esimerkki 4
Olkoon [[$0<x<5$]]. Ratkaise epäyhtälö [[$ \frac{6-x}{3}-1≤2x $]].
Ratkaisu:
[[$$
\begin{align} \frac{6-x}{3}-1&≤2x &∥& \cdot3&
\text{kaikki termit kerrotaan 3:lla}\\
3\cdot\frac{6-x}{3}-3
\cdot1 &≤3\cdot2x\\6-x-3&≤6x &∥&-6x\\-7x+3&≤0
&∥&-3\\-7x&≤-3 &∥&:(-7) & \text{merkki
kääntyy!}\\
\\
x&≥\frac{3}{7}\end{align} $$]]
Otetaan alkuehto [[$0<x<5$]] huomioon!
Vastaus: [[$ \frac{3}{7} \leq x<5 $]]
Esimerkki 5
Ratkaise epäyhtälö [[$ \sqrt{5}x-7≥3+2 \sqrt{5}x $]].
Ratkaisu:
[[$$ \begin{align} \sqrt{5}x-7&≥3+2 \sqrt{5}x
&∥&-2\sqrt{5}x\\
\sqrt{5}x-7-2 \sqrt{5}x&≥3+2
\sqrt{5}x-2 \sqrt{5}x\\- \sqrt{5}x-7&≥3 &∥&+7\\-
\sqrt{5}x&≥10 &∥&:(- \sqrt{5}) &\text{merkki
kääntyy!}\\
x&≤- \frac{10}{ \sqrt{5}}^{( \sqrt{5}} \
&&& \text{lavennetaan} \sqrt{5} \text{:llä}\\x&≤-
\frac{10 \sqrt{5}}{5}\\x&≤-2 \sqrt{5}\end{align} $$]]
Vastaus: [[$ x≤-2 \sqrt{5} $]]
Esimerkki 6
Ratkaise epäyhtälöstä [[$ x $]] [[$ a $]]:n suhteen. [[$ \frac{1}{3}(9x-6)>-\frac{a}{2}+1 $]]
Ratkaisu:
Epäyhtälössä on vakio [[$ a $]]. Epäyhtälöä ratkaistaessa ei kannata kertoa tai jakaa [[$ a $]]:lla, koska [[$ a $]]:n merkki ei ole tiedossa. Jos [[$ a $]] on negatiivinen, epäyhtälömerkki kääntyy. Jos [[$ a $]] on positiivinen, merkki ei käänny.
[[$$ \begin{align} \frac{1}{3}(9x-6)&>-
\frac{a}{2}+1 \ &&&\text{poistetaan sulut}\\
3x-2&>- \frac{a}{2}+1\
&∥&\cdot2\\6x-4&>-a+2 &∥&+4\\6x&>-a+6
&∥ &:6\\x&>- \frac{a}{6}+1&&\end{align} $$]]
Vastaus: [[$ x>- \frac{a}{6}+1 $]]
Erisuuruusmerkki epäyhtälöissä

Toinen vaihtoehto on siirtää [[$ g(x) $]] erisuuruusmerkin toiselle puolelle eli molemmilta puolilta vähennetään [[$ g(x) $]], jolloin epäyhtälö saadaan muotoon [[$ f(x)-g(x) \neq0$]]. Sievennetään [[$ f(x)-g(x) $]] ja ratkaistaan sen nollakohta. Epäyhtälö toteutuu tällöin kaikissa muissa pisteissä kuin nollakohdassa.
Esimerkki 7
Ratkaise epäyhtälö [[$ -2x+7 \neq 0 $]].
Ratkaisu:[[$$ \begin{align}-2x+7& \neq0 &∥&-7\\-2x& \neq-7 &∥&:(-2)\\x& \neq \frac{7}{2}\\x& \neq3 \frac{1}{2}\end{align} $$]]
Vastaus: [[$ x \neq3 \frac{1}{2} $]]
Esimerkki 8
Ratkaise epäyhtälö [[$ 4x+1 \neq-8x-5 $]].
Ratkaisu:
[[$$ \begin{align}4x+1& \neq -8x-5 &∥&+8x\\12x+1& \neq-5 &∥&-1\\12x& \neq-6 &∥&:12\\x& \neq -\frac{6}{12}\\x& \neq- \frac{1}{2}\end{align} $$]]
Vastaus: [[$ x \neq- \frac{1}{2} $]]
Ensimmäisen asteen epäyhtälön ratkaiseminen tyyppikuvaajan tai merkkikaavion perusteella
Ensimmäisen asteen epäyhtälö voidaan ratkaista myös tyyppikuvaajan tai merkkikaavion perusteella.
1. asteen epäyhtälön ratkaiseminen tyyppikuvaajan tai merkkikaavion perusteella
- Siirretään kaikki termit epäyhtälömerkin vasemmalle puolelle, jolloin epäyhtälö saadaan muotoon, jossa oikealla puolella on vain nolla
- Sievennetään niin pitkälle kuin mahdollista
- Ratkaistaan polynomin nollakohta
- Piirretään tyyppikuvaaja ja/tai merkkikaavio
- Luetaan epäyhtälön vastaus tyyppikuvaajasta tai merkkikaaviosta
Esimerkki 9
Ratkaise [[$ 2x-4<-x-3 $]].
Ratkaisu:
[[$$ \begin{align}2x-4&<-x-3&\parallel+x\\3x-4&<-3& ∥+3\\3x-1&<0\end{align} $$]]
Ratkaistaan polynomin [[$ 3x-1 $]] nollakohta. [[$$ \begin{align}3x-1=0 \ & ∥+1\\3x=1 \ & ∥:3\\x= \frac{1}{3}\end{align} $$]]
Koska polynomin [[$ 3x-1 $]] ensimmäisen asteen termin kerroin [[$3$]] on positiivinen, kuvaaja on nouseva suora.
Merkkikaavio:
Näistä voidaan lukea epäyhtälön [[$ 3x-1<0 $]] ratkaisu.
Vastaus: [[$ x<\frac{1}{3} $]]
Ensimmäisen asteen epäyhtälön ratkaiseminen graafisesti
Epäyhtälö tulee ratkaista graafisesti vain, mikäli tehtävässä nimenomaan pyydetään graafista ratkaisua.
Algebrallisen ratkaisun voi aina tarkistaa graafisesti.
1. asteen epäyhtälön [[$ f(x)>g(x) $]] ratkaiseminen graafisesti
- Piirretään funktioiden [[$ f(x) $]] ja [[$ g(x) $]] kuvaajat samaan koordinaatistoon
- Jos kuvasta ei yksiselitteisesti selviä funktioiden [[$ f(x) $]] ja [[$ g(x) $]] kuvaajien leikkauspiste, ratkaistaan se. Merkitään [[$ f(x)=g(x) $]] ja ratkaistaan [[$ x $]]. Jos kuvaajat ovat yhdensuuntaisia erillisiä suoria (eli ensimmäisen asteen termin kerroin [[$ a $]] on molemmilla sama), niillä ei ole leikkauspistettä
- Katsotaan kuvasta, milloin [[$ f(x)>g(x) $]]. Epäyhtälö toteutuu niillä muuttujan [[$ x $]] arvoilla, joilla [[$ f(x) $]]:n kuvaaja on [[$ g(x) $]]:n kuvaajan yläpuolella
Jos epäyhtälö on muotoa [[$ f(x) \geq g(x) $]], ratkaisuun otetaan mukaan myös suorien leikkauspiste. Jos epäyhtälö on muotoa [[$ f(x) \neq g(x) $]], se toteutuu kaikilla muilla muuttujan [[$ x $]] arvoilla paitsi suorien leikkauspisteessä.
Esimerkkejä
Esimerkki 10
Ratkaise epäyhtälö [[$ -9x-5<-x+3 $]] graafisesti ja tarkista vastaus algebrallisesti.
Ratkaisu:
Piirretään epäyhtälön vasemman ja oikean puolen kuvaajat ja katsotaan milloin epäyhtälö toteutuu.
Suorat leikkaavat kohdassa [[$ x=-1 $]].
Oranssi suora on sinisen suoran alapuolella, kun [[$ x>-1 $]].
Vastaus: [[$ x>-1 $]]
Tarkistus:[[$$ \begin{align} -9x-5&<-x+3 &∥&+x\\
-8x-5&<3 &∥&+5\\-8x&<8&∥&:(-8) &&&\text{merkki kääntyy!}\\x&>-1\end{align} $$]]Saatu tulos vahvistaa graafisen ratkaisun oikeellisuuden.
Esimerkki 11
Ratkaise epäyhtälö [[$ -3x-4>-3x+2 $]] graafisesti ja tarkista vastaus algebrallisesti.
Ratkaisu:
Oranssi suora [[$ f(x)=-3x-4 $]] on aina sinisen suoran [[$ g(x)=-3x+2 $]] alapuolella, joten epäyhtälö ei toteudu millään muuttujan [[$ x $]] arvolla. Suorat ovat yhdensuuntaiset, koska molempien ensimmäisen asteen termin kerroin on [[$ -3 $]] , joten ne eivät leikkaa toisiaan missään pisteessä.
Vastaus: Ei ratkaisua (vastaus voidaan ilmoittaa myös [[$R_{j}=\phi $]])
Tarkistus:
[[$ \begin{align} -3x-4&\geq-3x+2 &∥&+3x\\ -4&\geq2 &&&\text{identtisesti epätosi, joten ei ratkaisua}\end{align} $]]
Saatu tulos vahvistaa graafisen ratkaisun oikeellisuuden.
GeoGebra-sovelma
Alla olevaan GeoGebra-sovelmaan voit kirjoittaa kaksi suoraa muodossa [[$ f(x)=kx + b $]] eli esimerkiksi [[$ 2x - 1 $]] ja [[$ -x + 3 $]]. Sovelma muodostaa niistä epäyhtälön "oranssi suora" [[$ > $]] "vihreä suora". Katso kuvaajasta, millä muuttujan [[$ x $]] arvoilla oranssi suora on ylempänä kuin vihreä suora. Klikkaamalla ruutua ”näytä vastaus”, voit tarkistaa vastauksen.
Kaksoisepäyhtälön ratkaiseminen

Sitä voidaan nimittää myös yhdistetyksi epäyhtälöksi, koska se koostuu kahdesta epäyhtälöstä [[$ f(x) < g(x) $]] ja [[$ g(x) < h(x) $]]. Kaksoisepäyhtälön ratkaisu ovat ne pisteet, joissa molemmat epäyhtälöt toteutuvat.
Kaksoisepäyhtälön ratkaiseminen
- Kaksoisepäyhtälö [[$ f(x) < g(x) < h(x) $]] jaetaan kahdeksi erilliseksi epäyhtälöksi [[$ f(x) < g(x) $]] ja [[$ g(x) < h(x) $]]
- Molemmat epäyhtälöt ratkaistaan erikseen
- Tutkitaan merkkikaavion tai lukusuorien avulla, millä muuttujan [[$ x $]] arvoilla molemmat epäyhtälöt toteutuvat
Vastaus voidaan tarkistaa sijoittamalla saadulle välille kuuluva muuttujan [[$ x $]] arvo kaksoisepäyhtälöön ja tutkimalla, toteuttaako se epäyhtälön.
Esimerkki 12
Ratkaise [[$ 3x<-x+1<\frac{x}{2}+4 $]].
Ratkaisu:
Jaetaan kaksoisepäyhtälö epäyhtälöiksi [[$ 3x<-x+1 $]] ja [[$ -x+1<\frac{x}{2}+4 $]].
1. epäyhtälö
[[$$\begin{align}3x&<-x+1&\| &+x\\4x&<1&\| &:4\\x&<\frac{1}{4}\end{align}$$]]
2. epäyhtälö
[[$$\begin{align}-x+1&<\frac{x}{2}+4&\| &\cdot2\\-2x+2&<x+8&\| &-x\\-3x+2&<8&\| &-2\\-3x&<6&\| &:(-3)&\text{Merkki kääntyy!}\\x&>-2\end{align}$$]]
Yhdistetään vastaukset:

Vastaus: [[$ -2<x<\frac{1}{4} $]]
Tarkistetaan vastaus sijoittamalla saadulle välille [[$ -2<x<\frac{1}{4} $]] kuuluva arvo [[$ x = -1 $]] alkuperäiseen kaksoisepäyhtälöön [[$ 3x<-x+1<\frac{x}{2}+4 $]]. Sijoitetaan myös saadulle välille kuulumattomat muuttujan [[$ x $]] arvot [[$ x=-3 $]] ja [[$ x=1 $]] alkuperäiseen kaksoisepäyhtälöön.
[[$ 3x < -x + 1 < \dfrac{x}{2} + 2 $]] | ||
---|---|---|
[[$x = -3$]] | [[$ 3\cdot (-3) < -(-3)+1 < \dfrac{-3}{2}+4 $]] [[$-9 < 4 < 2 \dfrac{1}{2}$]] |
epätosi |
[[$x = -1$]] | [[$ 3 \cdot (-1) < -(-1)+1 < \dfrac{-1}{2}+4$]] [[$ -3 < 2 < 3\dfrac{1}{2} $]] |
tosi |
[[$x = 1$]] | [[$3 \cdot 1 < -1+1 < \dfrac{-1}{2}+4$]] [[$ 3 < 0 < 4 \dfrac{1}{2} $]] |
epätosi |
[[$ x=-1 $]] toteuttaa kaksoisepäyhtälön, joten vastaus on oikea.
Ratkaisutapa 2
Jos kaksoisepäyhtälössä muuttuja [[$ x $]] on vain yhdessä lausekkeessa, nopein tapa ratkaista kaksoisepäyhtälö on ratkaista molemmat epäyhtälöt yhtä aikaa.
Esimerkki 13
Ratkaise kaksoisepäyhtälö [[$ -7<3x-4<-8 $]].
Ratkaisu:
[[$$\begin{align}-7&<3x-4<-8&\| &+4&\text{kaikkiin termeihin lisätään 4}\\-3&<3x<-4&\| &:3\\-1&<x<-\frac{4}{3}\end{align}$$]]
Tarkastellaan vastausta merkkikaaviolla.
Epäyhtälöt eivät toteudu samoilla muuttujan [[$ x $]] arvoilla, joten kaksoisepäyhtälöllä ei ole ratkaisua.
Vastaus: Ei ratkaisua. (Vastaus voidaan ilmoittaa myös [[$R_{j}=\emptyset$]].)
Kaksoisepäyhtälön ratkaiseminen graafisesti
Esimerkki 14
Ratkaise [[$ 3x < -x + 1 < \frac{x}{2}+ 4 $]].
Ratkaisu:
[[$ 3x < -x + 1 $]], kun sininen suora on oranssin alapuolella.
Lasketaan suorien leikkauspiste.
[[$\begin{align}3x&=-x+1&\| &+x\\4x&=1&\| &:4\\x&=\frac{1}{4}\end{align}$]]
Sininen ja oranssi suora leikkaavat kohdassa [[$ x=\frac{1}{4} $]], joten epäyhtälö toteutuu, kun [[$ x<\frac{1}{4} $]].
[[$ -x + 1 < \frac{x}{2}+ 4 $]], kun oranssi suora on vihreän alapuolella.
Oranssi ja vihreä suora leikkaavat toisensa kohdassa [[$ x=-2 $]] , joten epäyhtälö toteutuu, kun [[$ x>-2 $]].
Yhdistämällä edellä olevat ratkaisut saadaan kaksoisepäyhtälölle ratkaisu [[$ -2<x<\frac{1}{4} $]].
Vastaus: [[$ -2<x<\frac{1}{4} $]]