SKKN: Hướng dẫn học sinh lớp 12 giải một số bài toán về số phức trong các kỳ thi vào đại học - cao đẳng

Chia sẻ: Trần Thị Ta | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

33
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là làm sáng tỏ hệ thống kiến thức về phương trình, bất phương trình vô tỉ ở trường phổ thông để hình thành cho học sinh phương pháp giải các dạng toán này một cách chủ động, tự tin và khoa học.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: SKKN: Hướng dẫn học sinh lớp 12 giải một số bài toán về số phức trong các kỳ thi vào đại học - cao đẳng

PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU I. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1. Với mục tiêu “Nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài, hình thành đội ngũ lao động có tri thức và tay nghề, có năng lực thực hành, năng động, sáng tạo, có đạo đức cách mạng, tinh thần yêu nước, yêu chủ nghĩa xã hội " (Trích văn kiện Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ VII). Tại Hội nghị Ban Chấp hành Trung ương Đảng (khóa XI), ngày 29/10/2012 cũng đã ban hành Kết luận số 51 KL/TW về Đề án “Đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo, đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế”. Trong những năm qua giáo dục nước ta đã và đang có những đổi mới mạnh mẽ cả về nội dung, phương pháp và đã thu được những kết quả khả quan. 2. Việc đổi mới phương pháp dạy học là vấn đề cấp bách, thiết thực nhằm đào tạo những con người có năng lực hoạt động trí tuệ tốt. Đổi mới phương pháp dạy học không chỉ trong các bài giảng lí thuyết, mà ngay cả trong quá trình luyện tập. Luyện tập ngoài việc rèn luyện kỹ năng tính toán, kỹ năng suy luận mà thông qua qua đó còn giúp học sinh biết tổng hợp, khái quát các kiến thức đã học, sắp xếp các kiến thức một cách hệ thống, giúp học sinh vận dụng các kiến thức đã học vào giải bài tập một cách năng động sáng tạo. 3. Về mặt phương pháp, từ các phương pháp dạy truyền thống như phương pháp dùng lời (thuyết trình, đàm thoại ...), các phương pháp trực quan, các phương pháp thực hành, luyện tập.... đến các xu hướng dạy học hiện đại như: dạy học giải quyết vấn đề, lý thuyết tình huống, dạy học phân hóa, dạy học có sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, có sử dụng máy tính đã tạo ra một không khí học tập hoàn toàn mới. 4. Với tinh thần đó, tôi cũng đã có những đổi mới về mặt phương pháp giảng dạy để phù hợp với giáo dục trong giai đoạn hiện nay. Trong công tác giảng dạy, tôi đã luôn trau dồi, tích luỹ kinh nghiệm qua từng bài học, qua từng tiết dạy cũng như đã dự nhiều tiết dạy của đồng nghiệp giúp tôi ngày càng hoàn thiện từ đó giúp các em học 1
sinh hăng say trong tìm tòi nghiên cứu và học tập, các em đã linh hoạt và sáng tạo hơn trong con đường chiếm lĩnh tri thức của mình. II. MỤC ĐÍCH, NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Qua đề tài này, tác giả cố gắng làm sáng tỏ hệ thống kiến thức về phương trình, bất phương trình vô tỉ ở trường phổ thông để hình thành cho học sinh phương pháp giải các dạng toán này một cách chủ động, tự tin và khoa học. III. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Các bài toán về phương trình, bất phương trình vô tỉ ở trường THPT thường gặp trong các kỳ thi THPT Quốc Gia và thi HSG. IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Phương pháp nghiên cứu lý luận: Nghiên cứu Sách giáo khoa, Sách bài tập, Sách tham khảo, đề thi THPT, đề thi HSG và các tài liệu liên quan. 2. Phương pháp điều tra thực tiễn: Dự giờ của đồng nghiệp, quan sát việc dạy và học phần bài tập này. 3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tiến hành trên các tập thể lớp. 2
PHẦN HAI: NỘI DUNG A. CỞ SỞ LÝ LUẬN: Muốn giải một bài toán ta thường thực hiện 2 bước: Bước 1: Huy động kiến thức: Là một thao tác tư duy nhằm tái hiện các kiến thức có liên quan với bài toán, từ lý thuyết, phương pháp giải, các bài toán đã gặp, do đó người làm toán phải biết và cần biết ý tưởng kiểu như: ta đã gặp bài toán nào gần gũi với bài toán này hay chưa? Nhà bác học Polia đã viết ra một quyển sách kinh điển với nội dung: "Giải bài toán như thế nào trong đó ông có đề cập đến nội dung trên như một điều kiện thiết yếu”. Bước 2: Tổ chức kiến thức: Là một tổ hợp các hành động, thao tác để sắp xếp các kiến thức đã biết và các yêu cầu của bài toán lên hệ với nhau như thế nào để từ đó trình bày bài toán theo một thể thống nhất. Có nhiều cách lựa chọn cho việc tổ chức kiến thức mà trong đó phương pháp tương tự hay tổng quát hóa là những thao tác tư duy cần thiết cho người làm toán. B. THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Trong chương trình Toán cấp THCS và THPT học sinh thường gặp nhiều bài toán về phương trình và bất phương trình vô tỉ (có ẩn trong dấu căn thức). Như vậy vấn đề đặt ra là làm thế nào để có thể giải tốt đượ c loại toán này? Để trả lời đượ c câu hỏi đó bản thân học sinh cần có kiến thức và nắm vững kỹ năng giải toán. Song hiểu theo cách nói là một lẽ, nhưng để giải quyết tốt loại toán này lại là một vấn đề không dễ. Khi làm các bài tập dạng này đa số học sinh còn gặp nhiều khó khăn, lời giải thường thiếu chặt ch ẽ d ẫn đến không có kết quả tốt, hoặc nếu có thì kết quả cũng không cao. 2. Với những đặc điểm như vừa nêu, tôi cũng đã nghiên cứu, tìm tòi qua nhiều tài liệu, suy nghĩ nhiều giải pháp với mong muốn giúp các em học sinh có thể tiếp cận 3
các bài toán về phương trình, bất phương trình vô tỉ một cách đơn giản, nhẹ nhàng nhưng vẫn đảm bảo các yêu cầu cần thiết của đối với nội dung này, giúp học sinh có cái nhìn cụ thể, rõ ràng hơn đối với một trong những vấn đề khó ở trường phổ thông, bởi vậy tôi chọn đề tài “ Hướng dẫn học sinh gi ải ph ương trình, bất phương trình vô tỉ trong thi tốt nghi ệp THPT Qu ốc Gia và thi học sinh Giỏi ”. Tôi mong rằng qua đề tài này có thể góp phần làm tăng thêm khả năng tư duy khoa học, khả năng thực hành, kỹ năng giải toán... về phương trình và bất phươ ng trình vô tỉ của phần đa các em học sinh. C. CÁC GIẢI PHÁP ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I. HƯỚNG DẪN HỌC SINH TIẾP THU KIẾN THỨC CƠ BẢN 1. Những định lý về dấu thường được sử dụng: 1.1. Định lý về dấu nhị thức bậc nhất: b Cho nhị thức f ( x) = a.x + b ( a, b ι R, a 0 ) có nghiệm x0 = − . Khi đó dấu của f ( x) a được thể hiện tóm tắt qua bảng sau: x − x0 + Dấu của trái dấu hệ số a 0 cùng dấu hệ số a f ( x) 1.2: Định lý về dấu tam thức bậc hai: Cho tam thức f ( x) = a.x 2 + b.x + c ( a, b, c ι R; a 0 ). Kí hiệu ∆ = b 2 − 4ac ( hoặc ∆ ' = b '2 − ac ). Khi đó: + Nếu ∆ < 0 thì tam thức cùng dấu hệ số a với ∀x ﾡ (có nghĩa là a. f ( x) > 0 ∀x ﾡ ) b + Nếu ∆ = 0 thì tam thức cùng dấu hệ số a với ∀x ι ﾡ , x − (nghĩa là 2.a b a. f ( x) > 0 ∀x − ) 2a −b − ∆ −b + ∆ + Nếu ∆ > 0 thì tam thức có hai nghiệm phân biệt x1 = , x2 = . 2a 2a Khi đó dấu của tam thức được thể hiện tóm tắt qua bảng sau x − x1 x2 + Dấu của f(x) cùng dấu a 0 trái dấu a 0 cùng dấu a 2. Các bước thực hiện giải một phương trình, bất phương trình vô tỉ 4
Bước 1: Nêu điều kiện xác định hoặc điều kiện nghiệm (nếu có) Bước 2: Dùng các phép biến đổi tương đương để khử dần các căn thức Bước 3: Đưa về một hệ gồm các phương trình, bất phương trình đơn giản và giải hệ thu được đó Bước 4: Lấy giao các tập nghiệm vừa tìm được để xác định tập nghiệm cho bài toán ban đầu (có thể sử dụng trục số để lấy nghiệm). 3. Các phương trình, bất phương trình vô tỉ cơ bản: Dạng 1. Phương trình f ( x) = g ( x) (1). g ( x) 0 Đối với phương trình dạng (1) ta đưa về giải hệ sau . f ( x) = [g ( x )]2 Ví dụ 1: Giải phương trình 3x 2 − 4 x + 1 = 2 x − 2 Lời giải: Phương trình tương đương với hệ 2x − 2 0 x 1 x 1 .Vậy, tập nghiệm của PT là 3 x − 4 x + 1 = (2 x − 2) 2 2 x − 4x + 3 = 0 2 x = 1 �x = 3 S = { 1;3} . Ví dụ 2: Giải phương trình − x 2 + 4 x − 3 = 2 x − 5 Lời giải: Phương trình tương đương với hệ 5 5 x 2x − 5 0 x 2 14 �14 � 2 � x = . Vậy S = � � − x 2 + 4 x − 3 = 4 x 2 − 20 x + 25 14 5 �5 5 x − 24 x + 28 = 0 2 x = �x = 2 5 Dạng 2. Bất phương trình f ( x) g ( x) (2). g ( x) 0 Đối với bất phương trình dạng (2) ta đưa về giải hệ f ( x) 0 [ g ( x) ] 2 f ( x) Ví dụ 3: Giải bất phương trình x 2 − 4 x + 3 < x + 1 . (3) x +1 > 0 x > −1 1 0 x 3 �1 � Vậy tập nghiệm của bất phương trình đã cho là S = ;1￺ �[ 3; +�) . �3 � 5
Ví dụ 4: Giải bất phương trình 2( x 2 − 1) x + 1 . Lời giải: Bất phương trình tương đương hệ sau 2( x 2 − 1) 0 x ‫ڳ‬−�1 x 1 x‫ ڳ‬1 x − 1= x = −1 x + 1 0 ۳ x −1 . −1 x 3 1 x 3 2( x 2 − 1) ( x + 1) 2 x2 − 2 x − 3 0 Vậy tập nghiệm của bất phương trình đã cho là S = [1;3] �{ −1} . Dạng 3. Bất phương trình f ( x) g ( x) (III). Đối với bất phương trình dạng (3) được ta đưa về giải hai hệ g ( x) 0 g ( x) 0 là (A) và hệ 2 (B) f ( x) 0 f ( x) [ g ( x) ] Ví dụ 5: Giải bất phương trình x 2 − 4 x > x − 3 . Lời giải: Bất phương trình tương đương với hai hệ sau: x2 − 4 x 0 x−3 0 (A) và 2 (B) x−3< 0 x − 4 x > ( x − 3) 2 x ‫�ڳ‬ 0 x 4 x 3 9 *) Hệ (A) ta có x 0 . *) Hệ (B) ta có � � x > . x 9 2 �9 � ;0] � ; +��. Vậy tập nghiệm của bất phương trình đã cho là S = ( −�� 2 � � Ví dụ 6: Giải bất phương trình x 2 − 4 x + 5 + 2 x 3 . Lời giải: Bất phương trình đã cho được viết lại x 2 − 4 x + 5 3 − 2 x (6) Bất phương trình (6) tương đương với hai hệ sau: x2 − 4 x + 5 0 3 − 2x 0 (A) và 2 (B) 3 − 2x < 0 x − 4 x + 5 (3 − 2 x) 2 ∀x ﾡ 3 3 x * Giải hệ (A) ta được 3 � x > . * Giải hệ (B) ta được 2 x> 2 2 3x − 8 x + 4 0 2 2 3 � x . 3 2 2 � � Vậy tập nghiệm của BPT đã cho là S = ;+ . 3 � � 6
II. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THƯỜNG VẬN DỤNG ĐỂ GIẢI PHƯƠNG TRÌNH, BẤT PHƯƠNG TRÌNH VÔ TỈ TRONG THI THPT QUỐC GIA VÀ THI HỌC SINH GIỎI Phương pháp 1: Nâng lũy thừa và các phép biến đổi tương đương để đưa các phương trình, bất phương trình về một hệ. 1. Thuật toán chung: Bước 1: Nhận dạng đặc điểm bài toán, nêu điều kiện xác định (ĐKXĐ). Bước 2: Biến đổi để hai vế cùng không âm, nếu cần. Bước 3: Nâng lũy thừa (thường là bậc hai) hai vế để khử dần các căn thức. Bước 4: Gộp các điều kiện lại để được một hệ gồm các PT, BPT cơ bản. Bước 5: Giải hệ thu được để từ đó xác định tập nghiệm của bài toán. 2. Một số ví dụ minh họa: Ví dụ 1: Giải phương trình 2( x + 4) − 2 x = 2 x + 3 (1) Lời giải: Điều kiện xác định: x 0 Ta có (1) � 2( x + 4) = 2 x + 3 + 2 x � 2( x + 4) = 2 x + 3 + 2 (2 x + 3)(2 x) + 2 x 5 − 2x 0 � 2 (2 x + 3)(2 x) = 5 − 2 x (1’) 4(2 x + 3)(2 x) = (5 − 2 x) 2 5 5 x x 2 1 �1 � Ta có (1’) 2 � x = . Vậy, tập nghiệm là S = � �. 1 25 2 �2 12 x + 44 x − 25 = 0 2 x = �x = − 2 6 Ví dụ 2: Giải bất phương trình 5 x + 1 − 4 x − 1 3 x (2) 1 Lời giải: Điều kiện xác định: x 4 1 Ta có (2) � 5 x + 1 � 4 x − 1 + 3 x � 6 4 x 2 − x �2 − 8 x (2’), vì x � � 2 − 8 x �0 , do đó BPT 4 1 (2’) luôn thỏa mãn. Vậy, tập nghiệm cần tìm là S = [ ; + ) . 4 Ví dụ 3: Giải bất phương trình x + 2 − x − 1 2 x − 3 (3) 3 Lời giải: Điều kiện xác định: x 2 Ta có (3) � x + 2 � 2 x − 3 + x − 1 � x + 2 �3x − 4 + 2 2 x − 3. x − 1 � x 2 − 5 x + 3 �3 − x (3’) 7
3− x 0 3 3 x 3 x 3 3 (3’) � 2 x − 5 x + 3 �0 2 2 2 � x 2. 2 2 x 2 − 5 x + 3 (3 − x) 2 x2 + x − 6 0 −3 x 2 3 � � Tập nghiệm của bất phương trình là S = � ; 2 �. 2 � � Ví dụ 4: Giải phương trình x 2 − x + x 2 − 2 x = x 2 + 3x (4) x2 − x 0 x 2 Lời giải: Điều kiện: x − 2 x �� 0 2 x=0 x 2 + 3x 0 x −3 Bình phương cả hai vế phương trình đã cho ta được ( x 2 − x) + ( x 2 − 2 x) + 2 x 2 − x . x 2 − 2 x = x 2 + 3 x � 2 x 2 − x . x 2 − 2 x = 6 x − x 2 0 x 6 x=0 6 x − x2 0 � x =0 2 � 2 21 4( x 2 − x)( x 2 − 2 x) = (6 x − x 2 ) 2 x= 3x = 28 2 3 � 2 21 � Vậy, tập nghiệm của phương trình là S = �0; � � 3 � 2( x2 − 16) 7− x Ví dụ 5: Giải bất phương trình + x−3 > (5) x−3 x−3 x2 − 16 0 Lời giải: Điều kiện: ۳ x 4 x−3> 0 Biến đổi bất phương trình về dạng 2( x2 − 16) + x − 3 > 7 − x � 2( x2 − 16) > 10 − 2x (5’) 10 − 2x < 0 x>5 Bất phương trình (5’) � 10 − 2x 0 � � x > 10 − 34 10 − 34 < x 5 2( x2 − 16) > (10 − 2x)2 Vậy, tập nghiệm của bất phương trình đã cho là: S = ( 10 − 34; + ). Ví dụ 6: Giải bất phương trình −3x + x + 4 + 2 < 2 (6) 2 x 3x2 + x + 4 0 4 Lời giải: Điều kiện: � −1 �x � , x �0 . x 0 3 Ta xét theo hai trường hợp sau: 4 Trường hợp 1: 0 < x , khi đó (6) � −3x 2 + x + 4 < 2 x − 2 (6.1) 3 8
x >1 2x − 2 > 0 4 9 4 Ta có (6.1) � −3x 2 + x + 4 �0 � −1 �x � � < x � . 3 7 3 −3 x 2 + x + 4 < (2 x − 2) 2 7x − 9x > 0 2 Trường hợp 2: −1 x < 0 , bất phương trình (6) � −3x 2 + x + 4 > 2 x − 2 (6.2) Bất phương trình (6.2) luôn luôn đúng (vì 2 x − 2 < 0 ∀x < 0 ). 4 Vậy tập nghiệm của bất phương trình đã cho là: S = [ − 1;0) (0; ] . 3 Nhận xét: Đối với các bất phương trình có chứa cả ẩn ở mẫu thức, ta có thể chia miền xác định của bài toán để xét. Phương pháp 2: Dùng ẩn phụ để đưa về một phương trình, hệ phương trình hoặc một bất phương trình đơn giản. 1. Thuật toán chung: Bước 1. Đặt t = f ( x) (hoặc t = a. f ( x) + b g ( x) + ... ) , với f ( x), g ( x),... là các biểu thức của x và a, b, ... là các hằng số. Nêu điều kiện cho t (nếu cần). Bước 2. Đưa bài toán về phương trình, bất phương trình ẩn t. Giải bài toán theo t. Bước 3. Với mỗi giá trị nghiệm thỏa mãn, thay trở lại để tìm x. Kết luận tập nghiệm. 2. Các trường hợp thường gặp trong đối với cách đặt ẩn phụ: Loại 1: Trong phương trình, bất phương trình có chứa: f ( x) , f ( x) * Trong trường hợp này ta thường đặt t = f ( x) Ví dụ 1: Giải phương trình 2 x 2 + 4 x + 1 = 1 − 2 x − x 2 . Lời giải: Đặt t = 2 x 2 + 4 x + 1 ( t 0 ) � t 2 = 2 x 2 + 4 x + 1 . Phương trình trở thành 1 3 t 2 + t − = 0 � t = 1 �t = −3 .Vì t 0 nên ta chọn t = 1 � 2 x 2 + 4 x + 1 = 1 � 2 x 2 + 4 x = 0 2 2 Giải phương trình ta được x = 0, x = −2 . Ví dụ 2: Giải bất phương trình ( x + 1) ( x + 4 ) < 5 x 2 + 5 x + 28 . Lời giải: Đặt t = x 2 + 5 x + 28 ( t 0 ) � t 2 = x 2 + 5 x + 28 . Bất phương trình trở thành t 2 − 5t − 24 < 0 � −3 < t < 8 . Vì t 0 nên ta có t < 8 � x 2 + 5 x − 36 < 0 � −9 < x < 4 . Vậy tập nghiệm của bất phương trình là S = (−9; 4) . Loại 2: Phương trình, bất phương trình đã cho hoặc biến đổi về dạng 9
A( f ( x) ) g ( x ) + B f ( x).g ( x ) + C.h( x) = 0 (hoặc A( f ( x) g ( x) ) + B f ( x).g ( x ) + C.h( x) 0 Trong đó: A, B, C là các hằng số, f ( x), g ( x), h( x) là các biểu thức của x. * Trong trường hợp này ta thường đặt t = f ( x) g ( x) rồi biến đổi đưa phương trình, bất phương trình về ẩn t. Ví dụ 3: Giải phương trình 2( x − 1)( x + 2) + 2 = (3 − x − x 2 ) x 2 + x + 2 . Lời giải: Điều kiện xác định: x ﾡ Phương trình tương đương với 2( x 2 + x + 2) − 6 = [5 − ( x 2 + x + 2)] x 2 + x + 2 . Đặt t = x 2 + x + 2 ( t 0 ). Phương trình trở thành 2t 2 − 6 = (5 − t 2 )t � t 3 + 2t 2 − 5t − 6 = 0 � (t − 2)(t + 1)(t + 3) = 0 � t = 2 (vì t 0 ) từ đó ta được x 2 + x + 2 = 4 � x 2 + x − 2 = 0 � x = −2 �x = 1 . Vậy, tập nghiệm của phương trình là S = { −2;1} . Ví dụ 4: Giải phương trình 2 − x + x + 5 2 x − x 2 = 7 . Lời giải: Điều kiện xác định: 0 x 2 . Đặt t = 2 − x + x � t 2 = 2 + 2 2 x − x 2 (với t 0 ), phương trình trở thành 5 2 5 12 t+ 2 ( t − 2 ) = 7 � t 2 + t − 12 = 0 � t = 2 hoặc t = − 2 5 Do t 0 nên ta chọn t = 2 � 2 x − x 2 = 1 � x 2 − 2 x + 1 = 0 � x = 1 . Ví dụ 5: Giải phương trình 3 2 + x − 6 2 − x + 4 4 − x 2 = 10 − 3x . Lời giải: Điều kiện xác định −2 x 2 . Đặt t = 2 + x − 2 2 − x � t 2 = 2 + x − 4 4 − x 2 + 8 − 4 x t =0 phương trình trở thành 3t + 10 − t 2 = 10 � t 2 − 3t = 0 t =3 6 * t = 0 � 2 + x − 2 2 − x = 0 � 2 + x = 2 2 − x � x = (thỏa mãn điều kiện) 5 * t = 3 � 2 + x − 2 2 − x = 3 � 2 + x = 3 + 2 2 − x � 2 + x = 9 + 12 2 − x + 4(2 − x) � 12 2 − x = 5 x − 15 ( PT này vô nghiệm do x �2 � VP = 5 x − 15 < 0 �VT ). �6 � Vậy tập nghiệm của phương trình đã cho là S = � �. �5 Loại 3: Sử dụng kỹ thuật nhân, chia cho một đại lượng (khác 0) để xuất hiện ẩn phụ 10
Ví dụ 6: Giải phương trình x 2 − x + 4 + x 2 + 11x + 4 = 6 x Lời giải: Điều kiện x 0 . *Xét x = 0 không thỏa mãn phương trình. *Xét x 0 , chia hai vế của phương trình cho x ta được phương trình 4 4 4 4 x −1 + + x + 11 + = 6 x+ − 1 + x + + 11 = 6 . x x x x 4 Đặt t = x + − 1 ( t 0 ), phương trình trở thành t + 12 + t 2 = 6 � t 2 + 12 = 6 − t x 6−t 0 t 6 4 4 � � t = 2 . Với t = 2 � x + − 1 = 2 � x + − 1 = 4 t + 12 = (6 − t ) 2 2 t=2 x x x = 1 . Vậy tập nghiệm của phương trình đã cho là � x2 − 5x + 4 = 0 S = { 1; 4} . x=4 Ví dụ 7: Giải bất phương trình x + 1 + x 2 − 4 x + 1 3 x Lời giải: Điều kiện x 0 . * Xét x = 0 : thỏa mãn bất phương trình. * Xét x 0 , chia hai vế của bất phương trình cho x ta được 1 1 1 x+ + x+ −4 3 .Đặt t = x + ( t > 0 ), bất phương trình trở thành x x x 3−t 0 5 t + t2 − 6 3 � t 2 − 6 �3 − t � 3 − t < 0 hoặc . Giải ra ta được t ( 3−t) 2 t −6 2 2 5 1 5 1 1 Với t � � x + � ۳ x 2 hoặc x 0 >� ‫�ڳ‬ x x 4. 2 x 2 2 4 1 Vậy tập nghiệm của bất phương trình đã cho là S = [0; ] �[ 4; +�) . 4 Ví dụ 8: Giải phương trình 2 x 2 − 6 x + 4 = 3 x3 + 8 Lời giải: Điều kiện x −2 . Phương trình được biến đổi thành 2( x 2 − 2 x + 4) − 2( x + 2) − 3 ( x + 2)( x 2 − 2 x + 4) = 0 Chia hai vế của phương trình cho x 2 − 2 x + 4 > 0 ta được 2( x + 2) 2( x + 2) x+2 2− −3 = 0 . Đặt t = ( t 0 ), khi đó phương trình trở ( x − 2 x + 4) 2 ( x − 2 x + 4) 2 x − 2x + 4 2 1 1 thành 2t 2 + 3t − 2 = 0 � t = �t = −2 . Do t 0 nên ta chọn t = 2 2 x+2 1 x+2 1 x = 3 − 13 � = � 2 = � x2 − 6x − 4 = 0 x − 2x + 4 2 2 x − 2x + 4 4 x = 3 + 13 11
Ví dụ 9: Giải bất phương trình ( x − 1)2 + 3 2 x3 − 1 Lời giải: Điều kiện x 1 . Bất phương trình được biến đổi thành 3( x − 1) x −1 ( x 2 + x + 1) − 2( x − 1) − 2 ( x − 1)( x 2 + x + 1) 0 � 1− −2 2 �0 . ( x + x + 1) 2 x + x +1 x −1 1 Đặt t = ( t 0 ), khi đó bất phương trình trở thành 3t 2 + 2t − 1 0 t−‫ڣڣڣڣڣ‬۳ t 1 . x + x +1 2 3 1 x −1 1 x −1 1 Do t 0 nên ta chọn t ۳ 2 � x 2 − 8 x + 10 �0 3 x + x +1 2 3 x + x +1 9 � 4 − 6 �x �4 + 6 . Vậy, tập nghiệm của BPT là S = � 4 − 6; 4 + 6 � � �. Ví dụ 10: Giải bất phương trình x 2 − x − 20 + 3 x 5x 2 − 4 x − 6 Lời giải: Điều kiện x 2 .Bình phương hai vế ta được x 2 − x − 20 + 9 x + 6 x ( x 2 − x − 20) 5 x 2 − 4 x − 6 � 3 x( x 2 − x − 20) �2 x( x − 2) − 2( x + 1) . x( x − 2) x( x − 2) Chia hai vế bất phương trình cho x + 1 > 0 ta được 2 2 −2 x +1 x +1 x( x − 2) 1 Đặt t = ( t 0 ), khi đó bất phương trình trở thành 2t 2 − 3t − 2 0 t−‫ڣڣڣڣڣ‬۳ 2 t . x +1 2 x( x − 2) Do t 0 nên ta chọn t 2 ۳ 4 � x 2 − 6 x − 4 �0 x+‫ڳ‬3 13 x− 3 13 . x +1 Kết hợp điều kiện xác định ta suy ra tập nghiệm của BPT là S = 3 + 13; + ). Loại 4: Sử dụng hai ẩn phụ để chuyển về một hệ đơn giản Ví dụ 11: Giải phương trình 2 3x − 2 − 2 x − 1 = 1 2 Lời giải: Điều kiện x . Đặt 3x − 2 = u, 2 x − 1 = v với u 0, v 0 3 � u 2 = 3x − 2 , v 2 = 2 x − 1 � 2u 2 − 3v 2 = −1 . Khi đó ta thu được hệ 2u − v = 1 v = 2u − 1 u =1 u = 1/ 5 hoặc 2u − 3v = −1 2 2 10u − 12u + 2 = 0 2 v =1 v = −3 / 5 u =1 Do điều kiện đối với u, v nên ta chọn � 3x − 2 = 2 x − 1 = 1 � x = 1 . v =1 Ví dụ 12: Giải phương trình 4 x + 5 + 4 (1 − x)(4 x + 5) = 3 − 2 1 − x 5 Lời giải: Điều kiện − x 1 . Đặt 4 x + 5 = u , 2 1 − x = v với u 0, v 0 � u 2 + v 2 = 9 . 4 12
(u + v) 2 − uv = 9 (3 − 2uv) 2 − uv = 9 uv = 0 Khi đó ta thu được hệ � 4u 2 v 2 − 12uv = 0 \ u + v + 2uv = 3 u + v = 3 − 2uv uv = 3 * uv = 0 � ( 4 x + 5 ) ( 1 − x ) = 0 � x = 1 �x = −5 / 4 . * uv = 3 � 4 ( 4 x + 5 ) ( 1 − x ) = 9 � 16 x 2 − 16 x + 11 = 0 (VN). Vậy, tập nghiệm là S = { 1; − 5 / 4} 4x − 2 Ví dụ 13: Giải phương trình 5 x 2 + 2 = 4 . 5 1 4x − 2 Lời giải: Điều kiện x .Đặt = y ( y 0 ) � 5 y 2 + 2 = 4 x . 2 5 5x 2 + 2 = 4 y Ta được hệ � ( x − y )(5 x + 5 y + 4) = 0 � x = y �5 x + 5 y + 4 = 0 . 5 y2 + 2 = 4x Vì x 0, y 0 � 5 x + 5 y + 4 > 0 , do đó x = y � 5 x 2 − 4 x + 2 = 0 (VN). Vậy, bài toán vô nghiệm. Phương pháp 3: Nhóm nhân tử chung để đưa về dạng tích. 1. Thuật toán chung: 1) Nêu điều kiện xác định và điều kiện nghiệm, nếu có. 2) Nhận dạng các biểu thức xuất hiện trong bài toán để ghép thành các cặp sao cho xuất hiện nhân tử chung. 3) Biến đổi để đưa về phương trình, bất phương trình có dạng tích. 4) Giải các phương trình, bất phương trình thu được từ kết quả trên. Lấy nghiệm bài toán 2. Một số ví dụ minh họa: Ví dụ 1: Giải bất phương trình x 2 + 10 x + 21 3 x + 3 + 2 x + 7 − 6 Lời giải: Điều kiện x −3 . BPT tương đương với ( x + 3)( x + 7) − 3 x + 3 − 2 x + 7 + 6 0 x+3 2 x+3 2 � ( x + 3 − 2)( x + 7 − 3) �0 (A) hoặc (B) x+7 3 x+7 3 x+3 4 x+3 4 Hệ (A) �۳ x 2 . Hệ (B) � x 1. x+7 9 x+7 9 Tập nghiệm của bất phương trình là S = [ −3;1] �[ 2; +�) . Ví dụ 2: Giải phương trình x3 + x 2 + 3x + 3 + 2 x = x 2 + 3 + 2 x 2 + 2 x 13
Lời giải: Điều kiện x 0 . Phương trình đã cho tương đương với (3 + x 2 )( x + 1) + 2 x = x 2 + 3 + 2 x( x + 1) x2 + 3 = 2x � x + 1( x + 3 − 2 x ) − ( x + 3 − 2 x ) = 0 � ( x + 3 − 2 x )( x + 1 − 1) = 0 2 2 2 x +1 = 1 Từ đó suy ra nghiệm của phương trình là x = 0 . Ví dụ 3: Giải phương trình 4 x 2 + 2 x + 3 = 8 x + 1 Lời giải: Điều kiện x −3 / 2 . Phương trình tương đương với 4 x 2 − 6 x + = ( 2 x + 3 ) − 2 x + 3 + 9 2 1 4 4 2 2 2x −1 = 2x + 3 � 3� � � 2� � 1� ( )( � �2 x − �= � 2 x + 3 − �� 2 x − 2 x + 3 − 1 2 x + 2 x + 3 − 2 = 0 2� ) 2x − 2 = 2x + 3 5 − 21 3 + 17 Giải các phương trình dạng cơ bản trên ta tìm được x = , x = . 4 4 Phương pháp 4: Nhân chia với biểu thức liên hợp 1.Thuật toán chung: Bước 1. Nhận dạng đặc điểm bài toán. Nêu điều kiện xác định và điều kiện nghiệm, nếu có. Bước 2. Nhân hai vế của phương trình, bất phương trình với biểu thức liên hợp tương ứng, từ đó biến đổi làm xuất hiện các nhân tử chung của chúng. Bước 3. Đưa phương trình, bất phương trình về dạng đơn giản. Giải các phương trình, bất phương trình đó. Lấy nghiệm của bài toán. 2. Một số ví dụ minh họa: Ví dụ 1: Giải phương trình x + 1 + 1 = 4 x 2 + 3x Lời giải: Điều kiện x 0 . 2x −1 Phương trình tương đương với (4 x 2 − 1) + 3 x − x + 1 = 0 � (2 x − 1)(2 x + 1) + =0 3x + x + 1 1 1 � (2 x − 1)(2 x + 1 + ) = 0 � 2 x − 1 = 0 (do 2 x + 1 + > 0 ∀x 0 ) 3x + x + 1 3x + x + 1 1 Vậy, nghiệm của phương trình là x = . 2 Ví dụ 2: Giải phương trình 2 x − 3 + x = 2 x − 6 14
3 Lời giải: Điều kiện x . 2 x−3 1 Phương trình tương đương với − 2( x − 3) = 0 � ( x − 3)( − 2) = 0 2x − 3 + x 2x − 3 + x � x=3 (1) 1 3 3 1 hoặc =2 (2) . Do x � 2x − 3 + x � > 1 �
Phương pháp 5: Dùng tính chất đơn điệu của hàm số để rút ra một phương trình hay một bất phương trình đơn giản hơn từ phương trình, bất phương trình đã cho 1. Cơ sở lí thuyết: Định lí 1: Nếu hàm số f luôn đồng biến (hoặc luôn nghịch biến) và liên tục trên tập D thì phương trình f ( x) = c (c là hằng số) có không quá một nghiệm trên tập hợp D. Định lí 2: Nếu hàm số f luôn đồng biến (hoặc luôn nghịch biến) và liên tục trên tập D thì phương trình f (u ( x)) = f (v( x)) tương đương với phương trình u ( x) = v( x) trên D. Định lí 3: Nếu hàm số f luôn đồng biến và liên tục trên tập D thì bất phương trình f (u ( x)) f (v( x)) tương đương với phương trình u ( x) v ( x ) trên D. Định lí 4: Nếu hàm số f luôn nghịch biến và liên tục trên tập D thì bất phương trình f (u ( x)) f (v( x)) tương đương với phương trình u ( x) v ( x ) trên D. 2. Thuật toán chung: Bước 1: Nhận dạng bài toán, nêu điều kiện xác định và điều kiện nghiệm, nếu có. Bước 2: Biến đổi phương trình (hoặc bất phương trình) về dạng f (u ) = f (v) (hoặc f (u ) f (v) ) với u = u ( x) , v = v( x) là các biểu thức của x. Bước 3: Xét tính chất của hàm y = f (t ) trên miền xác định của nó. Bước 4: Từ tính chất của hàm f ta suy ra một phương trình (hoặc bất phương trình) tương đương. Bước 5: Giải phương trình, bất phương trình thu được để xác định tập nghiệm. 3. Một số ví dụ minh họa: Ví dụ 1: Giải phương trình x3 + 3x 2 + 4 x + 2 = (3x + 2) 3x + 1 (1) Lời giải: Điều kiện x −1/ 3 . Phương trình tương đương với ( x + 1)3 + ( x + 1) = ( 3 x + 1)3 + 3 x + 1 (1’) Xét hàm số f (t ) = t 3 + t với t ﾡ , ta có f '(t ) = 3t 2 + 1 > 0 ∀t ﾡ nên suy ra hàm số đồng biến trên R, do đó phương trình (1’) tương đương với f ( x + 1) = f ( 3x + 1) x +1 0 x −1 x=0 � x + 1 = 3x + 1 3x + 1 = ( x + 1) 2 x −x=0 2 x =1 Ví dụ 2: Giải bất phương trình 8 x3 + 2 x > ( x + 2) x + 1 (2) Lời giải: Điều kiện x −1 . Khi đó (2) � (2 x)3 + 2 x > ( ( x + 1)3 + x + 1 (2’) Xét hàm số f (t ) = t 3 + t với t ﾡ , ta có f '(t ) = 3t 2 + 1 > 0 ∀t ﾡ 16
2x 0 x 0 BPT đã cho có dạng f (2 x) = f ( x + 1) � x + 1 < 2 x . x + 1 < 4x2 4 x2 − x −1 > 0 � 1 + 17 � Giải hệ trên kết hợp điều kiện xác định ta suy ra tập nghiệm là S = � � ;+ � � � 8 � Ví dụ 3: Giải bất phương trình ( x − 1) x 2 − 2 x + 5 − 4 x x 2 + 1 x + 1 Lời giải: Điều kiện x ﾡ . Bất phương trình tương đương với ( x − 1)( x 2 − 2 x + 5 + 1) 4 x x 2 + 1 + 2 x � ( x − 1)( ( x − 1) 2 + 4 + ( x − 1) �2 x 4 x 2 + 4 + 2 x t2 ﾡ , ta có f '(t ) = 1 + t + 4 + > 0 ∀t 2 Xét hàm số f (t ) = t + t t + 4 với t 2 ﾡ f là t2 + 4 hàm đồng biến, do đó BPT tương đương với f ( x − 1) f (2 x) �−x�−1 2 x x 1 Vậy, tập nghiệm của BPT là S = ( − ; −1] Ví dụ 4: Giải phương trình 8 x3 − 36 x 2 + 53x − 25 = 3 3x − 5 (3) Lời giải: Điều kiện x ﾡ . Phương trình tương đương với (2 x − 3)3 + (2 x − 3) = ( 3 3 x − 5)3 + 3 3 x − 5 Xét hàm số f (t ) = t 3 + t với t ﾡ . Ta có f '(t ) = 3t 2 + 1 > 0 ∀t ﾡ suy ra hàm số đồng biến trên R, do đó phương trình (3) tương đương với f (2 x − 3) = f ( 3 2 x − 3) � 2 x − 3 = 3 2 x − 3 � 8 x 3 − 36 x 2 + 51x − 22 = 0 x=2 x=2 � ( x − 2)(8 x − 20 x + 11) = 0 2 5 3 8 x 2 − 20 x + 11 = 0 x= 4 Ví dụ 5: Giải phương trình 2 2 x + 4 + 4 2 − x = 9 x 2 + 16 (4) Lời giải: Điều kiện −2 x 2 . Bình phương hai vế của phương trình ta được 16 −2 x 2 + 8 = 9 x 2 + 8 x − 32 2 �x � �x � x � 4(−2 x 2 + 8) + 16 −2 x 2 + 8 = 4 � �+ 16 � � do −2 x 2 − 1 và −2 x 2 + 8 0 �2 � �2 � 2 Xét hàm số f (t ) = 4t 2 + 16t với t −1 ta có f '(t ) = 8t + 16 > 0 ∀t −1 do đó hàm f đồng x biến trên miền đang xét, suy ra phương trình (1) tương đương với −2 x 2 + 8 = 2 x 0 x 0 4 2 x2 �x= −2 x 2 + 8 = 9 x = 32 2 3 4 17
x2 + 2 x − 8 Ví dụ 6: Giải phương trình = ( x + 1)( x + 2 − 2) x2 − 2 x + 3 Lời giải: Điều kiện x −2 . Phương trình tương đương với ( x − 2)( x + 4) ( x − 2) x+4 x +1 = ( x + 1) � x = 2 hoặc 2 = (*) x − 2x + 3 2 x+2 −2 x − 2x + 3 x+2+2 Phương trình (*) tương đương ( x + 4) x + 2 + 2) = ( x + 1)( x 2 − 2 x + 3) � (( x + 2) + 2) x + 2 + 2) = (( x − 1) + 2)(( x − 1) 2 + 2) Xét hàm số f (t ) = (t + 2)(t 2 + 2) với t ﾡ , ta có f '(t ) = 3t 2 + 4t + 2 > 0 ∀t ﾡ x −1 0 x 1 3 + 13 do đó PT tương đương với x + 2 = x − 1 � � � �2 �x= . x + 2 = ( x − 1) 2 x − 3x − 1 = 0 2 � 3 + 17 � Vậy, tập nghiệm của PT là S = �2; � � 2 � Ví dụ 7: Giải bất phương trình x − 3x − 2 9 x 2 − 6 x − x x 2 + 2 (6) Lời giải: Điều kiện x 2 / 3 . Ta có (6) � x + x x 2 + 2 � 3x − 2 + (3x − 2).3x � x + x x 2 + 2 � 3x − 2 + 3x − 2 (3 x − 2) 2 + 2 t2 Xét hàm số f (t ) = t + t t 2 + 2 với t ﾡ , ta có f '(t ) = 1 + t 2 + 2 + > 0 ∀t ﾡ f là t2 + 2 hàm đồng biến, do đó BPT tương đương với f ( x) f ( 3 x − 2) � x < 3 x − 2 (*) � x 2 − 3 x + 2 �0 � 1 x 2 (vì x 2 / 3 nên hai vế của BPT (*) đều dương) . Vậy, tập nghiệm của BPT là S = [ 1; 2] Phương pháp 6: Sử dụng bảng biến thiên hàm số để biện luận các bài toán có chứa tham số 1.Thuật toán chung: Bước 1: Nêu điều kiện xác định và điều kiện nghiệm, nếu có. Bước 2: Cô lập tham số về một vế của phương trình, bất phương trình. Bước 3: Xét hàm số tương ứng ở vế còn lại. Lập bảng biến thiên của hàm số vừa xét. Bước 4: Căn cứ vào bảng biến thiên để qua đó xác định các giá trị của tham số cần tìm. 2. Một số ví dụ minh họa Ví dụ 1: Tìm m để phương trình sau 4 x − 2 + 3 21 − 4 x − x 2 − m = 0 18
a) Có nghiệm. b) Có đúng 1 nghiệm. c) có 2 nghiệm phân biệt. Giải : Tập xác định D= 7;3 , Xét hàm số f ( x ) = 4 x − 2 + 3 21 − 4 x − x 2 , ta có 3(2 + x ) f '( x ) = 4 − , f’(x) = 0 x= 6 (Loại) v x = 2. 21 − 4 x − x 2 Ta có bảng biến thiên của hàm số f(x). x 7 2 3 f’(x) + 0 15 f(x) 30 10 a) Phương trình có nghiệm khi min [ −7;3] f ( x ) m max f ( x ) 30 m 15 [ −7;3] b) Phương trình có đúng 1 nghiệm khi 30 m 0 2 x + 12 −1 − h ( x) = 5 − x + 4 − x > 0 � h ( x) = 1 0 và tăng; h ( x ) > 0 và giảm hay h ( x ) > 0 và tăng f ( x) = tăng. h ( x) Suy ra f ( x ) = m có nghiệm � m �� 2( min f ( x ) ; max f ( x ) �= [ f ( 0 ) ; f ( 4 ) ] = � � 15 − 12 ) ;12 � � �[ 0;4] [ 0;4] � Phương pháp 7: Sử dụng tính chất bất đẳng thức để đánh giá 19
Ví dụ 1: Giải phương trình x 2 + 4 x + 5 = 2 2 x + 3 Lời giải: Điều kiện x −3 / 2 . Áp dụng bất đẳng thức Cauchy ta có (2 x + 3) + 1 2 2 x + 3 kết hợp với phương trình đã cho ta được 2 x + 4 x 2 + 4 x + 5 � x 2 + 2 x + 1 �0 � ( x + 1)2 �0 � x = −1 . Vậy, phương trình có nghiệm duy nhất x = −1 . x− x Ví dụ 2: Giải bất phương trình: 1 1 − 2(x 2 − x + 1) Lời giải: Ta có 1 − 2(x 2 − x + 1) < 0 nên BPT � 2(x 2 − x + 1) �1 − x + x (1) Mặt khác ta lại có: 2(x 2 − x + 1) = 2(1 − x) 2 + 2( x ) 2 1 − x + x (2) 3− 5 Từ (1) và (2) � 2(x 2 − x + 1) = 1 − x + x . Dấu bằng khi 1 − x = x � x = (nhận) 2 Ví dụ 3: Giải phương trình x − 4 + 6 − x = x 2 − 10 x + 27 Lời giải: Điều kiện 4 x 6 1+ x − 4 1+ 6 − x Áp dụng bất đẳng thức Cau chy ta có 1. x − 4 ; 1. 6 − x VT 2 2 2 Mặt khác: VP = x 2 − 10 x + 27 = ( x − 5) 2 + 2 2 , do đó phương trình xảy ra khi và chỉ khi 1= x−4 = 6− x VT = VP = 2 � � x = 5 . Vậy, phương trình có nghiệm duy nhất x = 5 . x −5 = 0 1 1 Ví dụ 4: Giải phương trình x = x − + 1 − x x Lời giải: Điều kiện x 1 1 1 1+ x + + x −1 Áp dụng bất đẳng thức Cau chy ta có 1( x − 1 ) x ; 1 ( x − 1) x suy ra x 2 x 2 1 1= x− 1 1 x x− + 1− x , do đó phương trình xảy ra khi và chỉ kh � x2 − x −1 = 0 x x 1 = x −1 x 1+ 5 Giải ra kết hợp điều kiện xác định ta được x = . 2 PHẦN BA: KẾT LUẬN 1. Kết quả đạt được 20