Question

При каком наименьшем целом значении параметра а неравенство (a-1)x^2-2x-a>0 справедливо для любого x>3? (Желательно с объяснением)

Answer 1

$(a-1)x^2-2x-a\ \textgreater \ 0$
Если $a=1$, то получим линейное неравенство:
$-2x-1\ \textgreater \ 0 \\\ x\ \textless \ - \frac{1}{2}$
Полученный промежуток не включает в себя заданыый $x\ \textgreater \ 3$.
Рассматриваем случай, когда $a \neq 1$ - имеем квадратное неравенство.
Заданное неравенство ">0", в зависимости от знака старшего коэффициента общие решения неравенства можно записать в виде:
 - если старший коэффициент больше 0: $x\in(-\infty;x_1)\cup(x_2;+\infty)$
 - если старший коэффициент меньше 0: $x\in (x_3;x_4)$
Вывод: необходимо рассмотреть случай с положительным старшим коэффициентом: $a-1\ \textgreater \ 0$, тогда $a\ \textgreater \ 1$
Решаем неравенство. Приравниваем левую часть к нулю:
$(a-1)x^2-2x-a=0 \\\ D_1=(-1)^2-(a-1)\cdot(-a)=a^2-a+1$
Получившийся дискриминант всегда больше 0, т.к. $a^2-a+1=a^2-2\cdot \frac{1}{2} + \frac{1}{4} - \frac{1}{4} +1=(a- \frac{1}{2} )^2+ \frac{3}{4}\ \textgreater \ 0$
$x= \frac{1\pm \sqrt{a^2-a+1} }{a-1} \\\ \Rightarrow x\in(-\infty; \frac{1-\sqrt{a^2-a+1} }{a-1} )\cup( \frac{1+\sqrt{a^2-a+1} }{a-1} ;+\infty)$
Чтобы получившийся ответ включал интервал х>3, необходимо потребовать выполнение следующего условия:
$\frac{1+\sqrt{a^2-a+1} }{a-1} \leq 3 \\\ \frac{1+\sqrt{a^2-a+1} -3(a-1)}{a-1} \leq 0 \\\ \frac{4-3a+\sqrt{a^2-a+1} }{a-1} \leq 0$
Так как в рассматриваемом случае $a-1\ \textgreater \ 0$, то можно перейти к следующему неравенству:
$4-3a+\sqrt{a^2-a+1} \leq 0 \\\ \sqrt{a^2-a+1} \leq 3a-4 \\\ \begin{cases} a^2-a+1 \leq (3a-4)^2 \\ 3a-4\ \textgreater \ 0 \right \end{cases} \\\ \begin{cases} a^2-a+1 \leq 9a^2-24a+16 \\ 3a\ \textgreater \ 4 \right \end{cases} \\\ \begin{cases} 8a^2-23a+15 \geq 0 \\ a\ \textgreater \ \frac{4}{3} \right \end{cases} \\\ \begin{cases} a\in(-\infty;1]\cup[ \frac{15}{8} ;+\infty) \\ a\ \textgreater \ \frac{4}{3} \right \end{cases}$
Итоговое решение с учетом рассматриваемого ограничения $a-1\ \textgreater \ 0$: $a\in[ \frac{15}{8} ;+\infty)$
Искомое минимальное целое значение $a_{min; \in Z}=2$
Ответ: 2