Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (124.69 KB, 8 trang )
<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>
<b>Ví dụ 34. Giải phương trình </b> x2 2 3x 51 x24 3x 87 3 30.
<b>- Phân tích hướng giải. Quan sát phương trình ta thấy muốn thốt căn thức của phương trình ta chỉ có </b>
thể nghĩ các hướng nâng lũy thừa và đặt ẩn phụ. Tuy vậy, nếu nâng lũy thừa ta sẽ gặp phương trình bậc
bốn có thể sẽ gây khó khăn cho chúng ta do hình thức phương trình (cố gắng thì có thể chúng ta vẫn tới
đích được), cịn nếu đặt ẩn phụ thì ta sẽ chọn ẩn phụ thế nào đây khi mà cả hai đại lượng trong căn bậc hai
chẳng có liên quan gì đến nhau. Vậy ta thoát căn thức bài toán này bằng cách nào?
Nhận xét rằng ta có: x2 2 3x 51 0; x24 3x 87 0.
Do đó theo suy nghĩ tự nhiên ta sẽ tách hai đại lượng này về hình thức:
ax b k.
Cụ thể ta có:
2
2
x 2 3x 51 x 3 48
2
x 4 3x 87 x 2 3 75
Khi đó phương trình đã cho sẽ được biến đổi thành phương trình sau:
Mỗi căn thức ở vế trái của phương trình
Thật vậy nếu ta có: u
<sub>2</sub> <sub>2</sub>
u x y
Vậy ta sẽ xét hai véc tơ: u
v x 2 3;5 3
.
Khi đó ta có:
2 2
u x 3 4 3 ; v
Tới đây, ta áp dụng bất đẳng thức véc tơ sau đây: u v u v
Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi u, v
cùng phương.
Nhưng chúng ta thấy bên vế phải của phương trình
<b>- Trường hợp 1:</b>
u x 3;4 3 ; v
u x 3;4 3 ; v
+ Phương trình đã cho được biến đổi thành phương trình:
Xét các vec tơ:
u x 3;4 3 ; v
Khi đó phương trình
Ta lại có: u v u v .
Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi u, v
cùng phương.
Từ đó ta có: 5 3
3
x .
3
Vậy phương trình có nghiệm duy nhất
3
x .
<b>- Bình luận. Hướng đi trong bài tốn chính là hướng giải phương trình vơ tỷ bằng bất đẳng thức hình học,</b>
hướng giải của phương pháp này cần độ khéo léo trong biến đổi véc tơ và chọn véc tơ thích hợp để dấu
bằng bất đẳng thức xảy ra và nghiệm đúng phương trình đã cho.
<b>Ví dụ 35. Giải phương trình </b>
4 4
4<sub>3 x 5</sub><sub></sub> <sub></sub> <sub>11 x</sub><sub></sub> <sub></sub> <sub>13 x</sub><sub></sub> <sub></sub> 4<sub>3 3 x .</sub><sub></sub>
<b>- Phân tích hướng giải. Quan sát phương trình ta nhận thấy muốn thốt căn phương trình này thì ta </b>
khơng thể dùng phép nâng lũy thừa được vì các căn thức đều là căn bậc cao. Vì vậy, đường hướng thoát
căn hiệu quả trong lúc này chính là đặt ẩn phụ. Có hai hướng đặt ẩn phụ.
<b>- Hướng 1: Đặt 4 ẩn phụ cho tất cả các đại lượng có trong bài tốn. </b>
Phương trình đã cho ta sẽ biến đổi phương trình về phương trình.
4<sub>3 x 5</sub><sub></sub> <sub></sub>4<sub>3 3 x</sub><sub></sub> <sub></sub> <sub>13 x</sub><sub></sub> <sub></sub> <sub>11 x 1</sub><sub></sub>
Đặt: a43 x 5 ;
Khi đó
4 4 4 4
a b c d
*
a b c d
Sử dụng hằng đẳng thức:
4 4 3 2 2 3 4
m n m 4m n 6m n 4mn n .
Ta có: a4b4 c4d4
4 <sub>2</sub> <sub>2</sub> 4 <sub>2</sub> <sub>2</sub>
a b 2ab 2a 3ab 2b c d 2cd 2c 3cd 2d
ab 2 a b ab cd 2 c d cd
Có được tất cả các phép biến đổi đó là nhờ sử dụng a b c d.
Tới đây ta chú ý rằng:
a b 4ab ab;
Do đó ta có
ab cd
a 0
b 0
<sub></sub>
ab cd <sub> vì </sub>
a 0
b 0
<sub> vơ nghiệm</sub>
Tới đây ta có thể giải quyết trọn vẹn bài toán như sau:
<b>+ Cách 1: Điều kiện: 5 x 3.</b>
Đặt: a43 x 5 ;
Kết hợp điều này với phương trình đã cho ta có hệ phương trình: 4 4 4 4
a b c d
a b c d
Từ: a4b4 c4d4
ab 2 a b ab cd 2 c d cd
Ta ln có:
a b 4ab ab;
Do đó từ
ab cd
a 0
b 0
<sub></sub> <sub></sub>
ab cd <sub> vì </sub>
a 0
b 0
<sub> vơ nghiệm.</sub>
Với ab cd 4 9 x 5 3 x
2 2
9x 18x 135 x 2x 143
2
x 1 0
Kiểm tra lại ta thấy phương trình có nghiệm duy nhất x1.
<b>- Hướng 2: Đặt hai ẩn phụ do có nhận thấy </b>
Đặt:
4
4
a 15 3x
b 9 3x
4
4
a 15 3x
b 9 3x
a4b4 24
Ta để ý rằng:
4 4
1 2a b
x 13 2 15 3x 9 3x
3 3
<sub></sub> <sub></sub>
4 4
1 a 2b
11 x 15 3x 2 9 3x
3 3
<sub></sub> <sub></sub>
Kết hợp với phương trình ta có hệ phương trình:
4 4
2 4 4 4
4 4
a b 24
2a b a 2b
a b
3 3
<sub></sub> <sub></sub>
Hệ này giải trực tiếp rất không khả thi với các biến đổi đại số thơng thường nên thử tìm tịi một hướng đi
khác xem sao?
Bắt đầu từ nhận xét:2a4b4 a4a4b ;4 a42b4 a4b4b4
Ta liên tưởng đến một bất đẳng thức cơ bản rất quen thuộc:
2 2 2 1
m n p m n p .
3
Từ đó:
2
4 4 4 1 2 2 2
a a b a b b
3
2
2 4
1 1 1
a a b 2a b
3 3 27
<sub></sub> <sub></sub>
Hay:
4 4
4
2a b 1
2a b
3 81
4 4
4 2a b 1 2a b
3 3
Đánh giá tương tự ta có:
4 4
4 a 2b 1 a 2b
3 3
Từ đó ta có:
4 4 4 4
4 2a b 4 a 2b a b
3 3
.
Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi a b. Và tới đây bài toán được giải quyết, do đó ta có lời giải thứ hai
như sau:
<b>+ Cách 2: Điều kiện: 5 x 3.</b>
Đặt:
4
4
a 15 3x
b 9 3x
4
4
a 15 3x
b 9 3x
a4b4 24<sub> , </sub>
Ta có:
4 4
1 2a b
x 13 2 15 3x 9 3x
3 3
<sub></sub> <sub></sub>
4 4
1 a 2b
11 x 15 3x 2 9 3x
3 3
<sub></sub> <sub></sub>
Kết hợp từ điều kiện và phương trình đã cho ta có hệ phương trình:
4 4
2 4 4 4
4 4
a b 24
2a b a 2b
a b
3 3
<sub></sub> <sub></sub>
Ta có với mọi số thực m, n, p ta ln có:
2 2 2 1
m n p m n p
3
3 m n p m n p 2 m
Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi: m n p
Áp dụng bất đẳng thức này ta có:
4 4 4 4 4 <sub>2</sub>
2 2 2
2a b a a b 1 1
. a a b
3 3 3 3
2
2 4
1 1 1
a a b 2a b
9 3 81
<sub></sub> <sub></sub>
Hay ta có:
4 4
4 2a b 1 2a b .
3 3
Thiết lập tương tự ta có:
4 4
4 a 2b 1 a 2b
3 3
Từ đó ta có:
4 4 4 4
4 2a b 4 a 2b a b
3 3
. Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi: a b.
Khi đó ta có hệ phương trình:
4 4
a b 24
a b
2
2
a 2 3
15 3x 2 3
9 3x 2 3
x1.
Vậy phương trình có một nghiệm duy nhất x1.
Bây giờ ta sẽ nhìn bài tốn với một cách nhìn khác ngồi ẩn phụ xem bài tốn có thể đi theo hướng giải
quyết nào nữa khơng?
Ta quan sát phương trình và để ý thấy rằng:
13 x 15 x 2 ; 11 x 9
Khi đó ta biến đổi phương trình đã cho trở thành phương trình:
4<sub>15 3x</sub> 4<sub>9 3x</sub> <sub>4</sub><sub>15</sub> <sub>x 2</sub> <sub>4</sub><sub>9</sub> <sub>x 2</sub> <sub>3</sub>
Qua hình thức của phương trình
<b>+ Cách 3: Điều kiện: 5 x 3.</b>
Phương trình đã cho được biến đổi về phương trình sau:
4<sub>15 3x</sub> 4<sub>9 3x</sub> <sub>4</sub><sub>15</sub> <sub>x 2</sub> <sub>4</sub><sub>9</sub> <sub>x 2</sub> <sub>3</sub>
Xét hàm số f t
Ta có:
1 1
f ' t ,
15 t 9 t
<sub>f ' t</sub>
1 1
15 t 9 t
<sub>t</sub> <sub>3.</sub>
Khi đó ta có: f ' t
Mặt khác: 3x, x 2
Vậy phương trình có nghiệm duy nhất x1.
<b>- Chú ý: Ta có thể biến đổi phương trình về phương trình:</b>
4<sub>12 3 x 1</sub><sub></sub> <sub></sub> <sub></sub>4<sub>12 3 x 1</sub><sub></sub> <sub></sub> <sub></sub>4<sub>12</sub><sub></sub> <sub>x 1</sub><sub></sub> <sub></sub>4<sub>12</sub><sub></sub> <sub>x 1</sub><sub></sub>
Và từ đó dẫn đến xét hàm số đặc trưng: f t
thể biến đổi trực tiếp đại số vì sẽ gặp những khó khăn nhất định và trong bài tốn có sự xuất hiện dấu hiệu
để sử dụng các bất đẳng thức quen thuộc. Ở cách 3 thì phương hướng đi đã quen thuộc và khơng khó để
có thể nhận thấy hàm số đặc trưng, tuy nhiên trong cách 3 nó có sự khó khăn riêng nếu ta không quen với
việc chia khoảng (đoạn) để thấy rõ tính đơn diệu. Đặc biệt hình thức bài tốn và dấu hiệu chỉ có nghiệm
duy nhất hay đưa chúng ta về việc suy nghĩ dùng phương pháp liên hợp nhưng rõ ràng phương pháp này
hoàn tồn thất bại trong phương trình này vì q khó khăn.
<b>Ví dụ 36. Giải phương trình </b> x 2 3 x 1 43x 5 2 3x 26 5
<b>- Phân tích hướng giải. Bài tốn này về hình thức thật sự ấn tượng bởi bậc của các căn thức. Cũng chính </b>
sự đặc biệt này nên để giải quyết bài tốn này chúng ta khơng cần tính đến vệc phải thốt căn thế nào là
hiệu quả. Với hình thức phương trình này, ta sẽ có bước đầu tìm nghiệm của phương trình bằng máy tính
và có nghiệm duy nhất là x 2 . Và có lẻ con đường có thể giải quyết tốt bài tốn này là dùng tính đơn
điệu của hàm số để giải. Do đó ta sẽ khơng phân tích sâu các bước giải mà trực tiếp vào lời giải cho bài
toán như sau:
+ Điều kiện:
5
x .
3
Phương trình đã cho được biến đổi về phương trình sau:
3 4 5
x 2 x 1 3x 5 2 3x 26 0 <sub> </sub>
Xét hàm số f x
5
x .
3
Ta có:
3 4 5
1 1 3 6
f ' x
2 x 2 3 x 1 4 3x 5 5 3x 26
<sub></sub> <sub></sub> <sub></sub>
Tới đây ta sẽ tìm cách đánh giá cho f ' x
Quan sát thấy giữa hai đại lượng 3x 26 <sub> và x 2</sub><sub> liên quan đến nhau và về bậc căn thức ta cũng thấy dễ </sub>
kết hợp hơn nên ta sẽ xét hiệu sau:
5
1 6
A
2 x 2 5 3x 26
<sub></sub>
Để xét dấu biểu thức A thì ta cần chuẩn quy về một căn thức để có thể tiện lợi so sánh và vì trong biểu
thức A chứa căn bậc hai và căn bậc năm nên ta sẽ chuẩn quy về căn bậc mười. Do đó ta biến đổi như sau:
8 5
10 10
10 10
4 4
5 5
5 3x 26 12 x 2
1 6
A
2 x 2 5 3x 26 10 x 2. 3x 26
<sub></sub> <sub></sub> <sub></sub>
Vậy để xét dấu của A ta chỉ cần xét dấu của hiệu:
8 5
10 10
10<sub>5 3x 26</sub><sub></sub> <sub></sub> 10<sub>12</sub> <sub>x 2</sub><sub></sub>
Ta có:
5
x
3
3x 26 31.
Lại có:
8 5 3 5
10 10 10 3
5 3x 26 5 3x 26 . 3x 26 5 3x 26 .31
Từ đó ta có:
8 5 5 5
10 10 5 3 10 5 3 10
5 3x 26 5 .3 x 12 .31 5 .3 x 2 .31 12 x 2
Do đó : A 0 f ' x
5
x ; .
3
<sub></sub> <sub></sub>
<sub> Mặt khác ta </sub>
có f 2
<b>- Bình luận. Đây là một bài toán hay, tuy đường lối giải quyết có sự hạn chế do đặc điểm đặc biệt của </b>
hình thức phương trình nhưng rõ ràng để giải trọn vẹn bài tốn thì chúng ta sẽ khơng có những đánh giá
nhàm chán quen thuộc mà lồng vào đó có những đánh giá khéo léo và thú vị.
<b>Ví dụ 37. Giải phương trình </b>
2 2
<b>- Phân tích hướng giải. Quan sát bài tốn này dùng máy tính ta bấm được nghiệm duy nhất x 1,</b> ta thấy
Cụ thể ta đặt t 4x 5
2
t 5
x .
4
Khi đó phương trình đã cho trở thành phương trình:
2
2 2
2 2 2 2
t 5 t 5 t 5 t 5
2 1 2 3 t 1
4 4 4 4
<sub></sub> <sub></sub> <sub></sub> <sub></sub> <sub></sub> <sub></sub> <sub></sub> <sub></sub>
<sub></sub> <sub></sub> <sub></sub> <sub></sub>
Phương trình
Một điều dễ gây nhiễu cho cách nhìn của bài tốn này chính là cách sắp xếp phương trình khá độc đáo.
Thật vậy, bằng phép biến đổi đưa nhân tử ta có thể đưa phương trình về phương trình đẹp mắt sau:
2 x x 1 2 x x 1 1 4x 5 2
Tới phép biến đổi này ở vế trái của phương trình
Vậy hai hướng đi xem chừng như có thể giải quyết bài toán lại cho chúng ta vào đường cụt. Tuy nhiên cái
thú vị ở bài tốn này vẫn cịn, cụ thể ta sẽ khai triển bình phương có trong bài tốn ta vẫn thu được một
phương trình đẹp mắt tiếp theo như sau:
2 2
2 x x 1 2 x x 3 4x 5
2 x x 2 x x 1 4x 5 3
Phương trình
Tới đây, xem như ta chưa tìm được lối thốt của phương trình, vậy bây giờ ta bắt buộc phải tính đến việc
bắt nhân tử
Muốn vậy ta xử lí căn thức như các ví dụ trên đã đề cập thì ta có hai hướng tách như sau:
<b>+ Hướng 1: </b>
4 x 1
4x 5 3
4x 5 3
<b>+ Hướng 2: </b>
4 1 x
3 4x 5
3 4x 5
Rõ ràng kết quả hướng hai cho phép ta sử dụng tốt nhất vì đơn giản là 3 4x 5 0<sub> </sub>
Do đó ta biến đổi phương trình đã cho về phương trình:
2 x x 2 x x 3 1 3 4x 5 0
2 x x x x 2 3 4x 5 0
2 x x 1 x x 2 0
3 4x 5
Tới đây bài toán xem như được giải quyết. Bây giờ sẽ đi vào lời giải cụ thể hơn.
Điều kiện:
5
x .
4
Phương trình đã cho được biến đổi thành phương trình:
2 x x 2 x x 1 4x 5
2 x x 2 x x 3 1 3 4x 5 0
2 x x x x 2 3 4x 5 0
2 x x 1 x x 2 0
3 4x 5
4x 5 3
<sub></sub> <sub></sub>
x 1 0
2
x 2 x x 1 0
4x 5 3
3
x 1
2
x 1 1 0
3 4x 5
Ta có:
3 2
x 1 1 0,
4x 5 3
5
x .
4
Thật vậy ta có
5
x .
4
thì
64 3
2 5
.
3
4x 5 3
<sub></sub>
Vậy phương trình đã cho có nghiệm duy nhất x 1.
<b>- Bình luận. Qua lời giải chính thức của bài tốn các bạn độc giả sẽ có cảm nhận là phương trình vơ tỷ </b>
này cách tiếp cận là đưa ra hướng giải cũng rất quen thuộc nhưng vì sao chúng tơi khơng đi vào trực tiếp
phân tích ngay lời giải theo hướng liên hợp? Câu trả lời của chúng tơi chính là do cách sắp xếp hình thức
phương trình khá độc đáo và đại lượng căn thức chỉ có một nên sẽ dễ gây tác động “ảo” cho người giải về
định hướng tư duy giải bài tốn này. Đó chính là mục đích chính của chương này để giúp cho cách nhìn
tư duy giải một bài tốn theo hướng hồn thiện hơn và mở ra nhiều sự suy nghĩ hơn logic cũng như chưa
logic khi đứng trước một lời giải cho bài tốn phương trình vơ tỷ. Chú ý rằng bài tốn sẽ vẫn giải quyết
tốt nếu ta biến đổi phương trình đã cho về phương trình
4 x 1
4x 5 3
4x 5 3
<sub> sẽ dễ sai lầm nếu khơng có điều kiện 4x 5 3 0</sub> <sub> </sub>
<b>Ví dụ 38. Giải phương trình </b>
<b>- Phân tích hướng giải. Quan sát bài tốn ta thấy có sự xuất hiện cả ba căn thức nên ta cần giảm đi số </b>
lượng căn thức càng ít càng tốt. Đặc biệt vế phải của phương trình cí chứa đơn biến x ngồi căn và khơng
có hệ số nào nên suy nghĩ tự nhiên đó là kiểm tra phương trình với x 0 .
Cụ thể thấy ngay x 0 thỏa phương trình đã cho. Lúc đó ta sẽ xét x 0 và kết hợp với những điều kiện
có trong bài tốn thì ta sẽ chia hai vế phương trình x x và phân phối hợp lí ta thu được phương trình
sau:
2 x 1 x 4 2x 1 x
. . 3
x x x x
2 1 2 1
1 1 4 1 3 1
x x x x
<sub></sub> <sub></sub> <sub></sub> <sub></sub>
Phương trình
Đặt:
1
u 1
x
1
v 1
x
<sub></sub> <sub></sub>
v2 u2 <sub> </sub>2.
Ta sẽ biểu diễn hai đại lượng
2
1;
x
2
4
x
thông qua hai ẩn phụ bằng cách tìm cặp số
2 1 1
1 m 1 n 1
x x x
<sub></sub> <sub></sub> <sub></sub> <sub></sub>
m n 2
m n 1
3
m
2
1
n
2
2 1 1
4 m 1 n 1
x x x
<sub></sub> <sub></sub> <sub></sub> <sub></sub>
m n 2
m 3
n 1
Khi đó
2 2 2 2
3 1
u v u 3u v v 3
2 2
2 2 2 2
3u v u 2 3u v v 6 2
Từ
Cụ thể ta có hệ phương trình:
2 2
3 2 2 3
v u 2
*
3u 6u v uv 2v 6
Hệ
Mặt khác khi u v ta khơng tìm được x do đó ta có u v nên rõ ràng từ các điều này ta có quyền nghĩ
đến biến đổi hai phương trình trong hệ về một phương trình sau:
3 2 2 3 2 2
3u 6u v uv 2v 3 v u
<sub>3u</sub>2 <sub>3uv 2v</sub>2 <sub>3u 3v 0.</sub>
<sub> </sub>
Với phương trình vừa biến đổi được ta sẽ có một hệ phương trình mới gọn đẹp hơn như sau:
2 2
2 2
v u 2
*'
3u 3uv 2v 3u 3v 0
Hệ
Ta có:
2 2 2 2
2 v u 2 3u 3uv 2v 3u 3v 0