Ứng dụng đạo hàm vào giải một số bài toán phương trình-hệ phương trình
lượt xem 143
download
Ở bậc Trung học phổ thông, học sinh được làm quen với phương trình, hệ phương trình và một số phương pháp giải như: Biến đổi tương đương, dùng ẩn phụ, phương pháp hình học...Tuy nhiên, những năm gần đây trong các đề thi vào đại học phương trình và hệ phương trình được khai thác nhiều hơn dưới quan điểm hàm số, hệ thống bài tập thuộc dạng này ít được đề cập ở sách giáo khoa. Do vậy, trong bài viết này chúng tôi đưa một số ví dụ mẫu và việc vận dụng đạo hàm vào giải một số bài toán về...
Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!
Nội dung Text: Ứng dụng đạo hàm vào giải một số bài toán phương trình-hệ phương trình
- ỨNG DỤNG ĐẠO HÀM VÀO GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN PHƯƠNG TRÌNH- HỆ PHƯƠNG TRÌNH ThS. Nguyễn Kiếm Ở bậc Trung học phổ thông, học sinh được làm quen với phương trình, hệ phương trình và một số phương pháp giải như: Biến đổi tương đương, dùng ẩn phụ, phương pháp hình học...Tuy nhiên, những năm gần đây trong các đề thi vào đại học phương trình và hệ phương trình được khai thác nhiều hơn dưới quan điểm hàm số, hệ thống bài tập thuộc dạng này ít được đề cập ở sách giáo khoa. Do vậy, trong bài viết này chúng tôi đưa một số ví dụ mẫu và việc vận dụng đạo hàm vào giải một số bài toán về phương trình, hệ phương trình. 1. Một số kiến thức cơ bản về hàm số và đạo hàm. 1.1. Ánh xạ và tính chất đơn ánh của ánh xạ. Định nghĩa 1. Cho hai tập hợp A và B. Một ánh xạ f từ A vào B là một quy tắc liên hệ giữa A và B sao cho mỗi phần tử a ∈ A có duy nhất một phần tử kí hiệu f ( a ) ∈ B . Phần tử ( ) f a ∈ B được gọi là giá trị của f tại a. Định nghĩa 2. Khi A, B là hai tập con của tập số thực R thì ánh xạ f từ A vào B gọi là hàm số f : A → B với x ∈ A f ( x ) ∈ B Định nghĩa 3. Ánh xạ f : A → B được gọi là đơn ánh nếu với mọi x1, x2 thuộc A và x1 ≠ x2 thì f(x1) ≠ f(x2) hay: f ( x1 ) = f ( x 2 ) ⇒ x1 = x 2 Định nghĩa 4. Hàm số f được gọi là đồng biến trên A nếu: ∀ x1, x2 ∈A, x1 < x2 ⇒ f ( x1 ) < f ( x2 ) Hàm số f được gọi là nghịch biến trên A nếu: ∀ x1, x2 ∈A, x1 < x2 ⇒ f ( x1 ) > f ( x2 ) Định lý 1. Giả sử hàm số f có đạo hàm trên khoảng I a) Nếu f ( x ) > 0 với mọi x ∈I thì hàm số f đồng biến trên khoảng I ' b) Nếu f ( x ) < 0 với mọi x ∈I thì hàm số f nghịch biến trên khoảng I ' Định lý 2. Nếu hàm số f đồng biến hoặc nghịch biến trên khoảng I thì ánh xạ f đơn ánh Chứng minh. Giả sử hàm số f đồng biến trên khoảng I ∀x1 , x2 ∈ I : x1 > x2 ⇒ f ( x1 ) > f ( x2 ) và x1 < x2 ⇒ f ( x1 ) < f ( x2 ) Suy ra: x1 ≠ x2 ⇒ f ( x1 ) ≠ f ( x2 ) . Vậy f đơn ánh 1.2. Mối liên hệ giữa tính đơn điệu hàm số và số nghiệm của phương trình. Mệnh đề 1. Giả sử hàm số f đồng biến( nghịch biến) trên khoảng I và tồn tại x0 ∈ I sao cho f ( x0 ) = 0 thì phương trình f(x) = 0 có nghiệm duy nhất x0 ∈ I Chứng minh. Giả sử phương trình f(x) = 0 có hai nghiệm x1 , x2 ∈ I . Khi đó: f ( x1 ) = 0 và f ( x2 ) = 0 hàm số f đồng biến ( nghịch biến) trên khoảng I nên f là đơn ánh và f ( x1 ) = f ( x2 ) = 0 ⇒ x1 = x2 Mệnh đề 2. Giả sử α ( x ) , β ( x ) là hai hàm xác định trên khoảng I và với x ∈I thì α ( x ) , β ( x ) thuộc khoảng K. Nếu hàm F(t) đồng biến ( nghịch biến) trên khoảng K và F ( α ( x ) ) = F ( β ( x ) ) ⇒ α ( x ) = β ( x ) với mọi x ∈I 2. Ứng dụng đạo hàm vào giải một số bài toán về phương trình 1
- 2.1. Sử dụng định lý 1 và mệnh đề 1 để giải phương trình. 2 Ví dụ 1. Giải phương trình: 3 x − 2 − 6 − x + 3 x 2 − 12 = 0 Điều kiện: ≤ x≤6 3 2 Xét hàm số f ( x ) = 3x − 2 − 6 − x + 3x 2 − 12 với x ∈ ;6 3 3 2 2 f ' ( x) = + + 6 x > 0, ∀ x ∈ ;6 ÷ . 2 3x − 2 2 6 − x 3 2 Suy ra hàm số f ( x ) = 3x − 2 − 6 − x + 3x 2 − 12 đồng biến trên khoảng ;6 ÷ 3 Ta có: f ( 2 ) = 3.2 − 2 − 6 − 2 + 3.22 − 12 = 2 − 2 + 12 − 12 = 0 ⇒ x = 2 là nghiệm duy nhất của phương trình Từ cách giải trên, ta nhận thấy phương trình có một nghiệm bằng 2 nên có thể dùng cách phân tích để đưa về cách giải sau. ( 3x − 2 − 6 − x )( 3x − 2 + 6 − x ) + 3 x2 − 4 = 0 Cách khác: 3x − 2 − 6 − x + 3x 2 − 12 = 0 ⇔ 3x − 2 + 6 − x ( ) 4 ( x − 2) 4 ⇔ + 3( x − 2) ( x + 2) = 0 ⇔ ( x − 2) + 3( x + 2) ÷= 0 ⇔ x = 2 3x − 2 + 6 − x 3x − 2 + 6 − x 2 6 Ví dụ 2. Giải phương trình: 2 4 3 x − 2 − 3 6 − 5 x + 9 x 2 − 8 = 0 Điều kiện: ≤ x ≤ 3 5 2 6 Xét hàm số f ( x ) = 2 4 3 x − 2 − 3 6 − 5 x + 9 x 2 − 8 với x ∈ ; 3 5 3 3 − 15 2 6 f ' ( x ) = ( 3x − 2 ) 4 + + 18 x > 0, ∀ x ∈ ; ÷ 4 2 6 − 5x 3 5 2 6 Suy ra hàm số f ( x ) = 2 4 3 x − 2 − 3 6 − 5 x + 9 x 2 − 8 đồng biến trên khoảng ; ÷ 3 5 Ta có: f ( 1) = 2 4 3.1 − 2 − 3 6 − 5.1 + 9.12 − 8 = 2 − 3 + 9 − 8 = 0 ⇒ x = 1 là nghiệm duy nhất của phương trình Ví dụ 3. Giải phương trình: x + 4 + x − 4 + 2 x 2 − 16 − 10 = 0 Điều kiện: x ≥ 4 Xét hàm số f ( x ) = x + 4 + x − 4 + 2 x 2 − 16 − 10 với x ≥ 4 1 1 2x f ' ( x) = + + > 0, ∀x > 2 2 x+4 2 x−4 2 x − 16 Suy ra: f ( x ) = x + 4 + x − 4 + 2 x 2 − 16 − 10 đồng biến trên [ 4; +∞ ) f ( 5 ) = 5 + 4 + 5 − 4 + 2 52 − 16 − 10 = 3 + 1 + 2.3 − 10 = 0 ⇒ x = 5 là nghiệm duy nhất của phương trình x Ví dụ 4. Giải phương trình: 2 x = 1 + 3 2 x x x Ta có: x 1 3 2 1 3 x 2 = 1+ 3 2 ⇔ x + x =1⇔ ÷ + ÷ −1 = 0 2 2 2 2 ÷ 2
- x x x x 1 3 1 1 3 3 Xét hàm số f ( x ) = ÷ + ÷ − 1 với x ∈ R và f ' ( x ) = ÷ ln ÷+ ÷ ln ÷ < 0, ∀x ∈ R 2 2 ÷ 2 2 2 ÷ 2 ÷ x x 1 3 Suy ra: f ( x ) = ÷ + ÷ − 1 nghịch biến trên R 2 2 ÷ 2 2 1 3 1 3 f ( 2) = ÷ + 2 ÷ − 1 = 4 + 4 − 1 = 0 ⇒ x = 2 là nghiệm duy nhất của phương trình ÷ 2 x Ví dụ 5. Giải phương trình: 3x − 4 = 5 2 x x x x x 1 5 x 3 −4=5 ⇔3 = 4+5 2 ⇔ 4 ÷ + ÷ −1 = 0 3 3 ÷ 2 x x x x 1 5 1 1 5 5 Xét hàm số f ( x ) = 4 ÷ + ÷ − 1 với x ∈ R và f ' ( x ) = 4 ÷ ln ÷+ ÷ ln ÷ < 0, ∀ x ∈ R 3 3 ÷ 3 3 3 ÷ 3 ÷ x x 1 5 Suy ra: f ( x ) = 4 ÷ + ÷ − 1 nghịch biến trên R 3 3 ÷ 2 2 1 5 4 5 f ( 2) = 4 ÷ + 3 ÷ − 1 = 9 + 9 − 1 = 0 ⇒ x = 2 là nghiệm duy nhất của phương trình ÷ 3 Ví dụ 6. Giải phương trình: log 7 x = log3 ( x + 2) . Điều kiện: x > 0 x + 2 = 3t x + 2 = 32t t t Đặt : log 7 x = log3 ( ) x+2 =t ⇒ t ⇔ t t 2t 7 1 ⇒ 7 + 2 = 3 ⇔ ÷ + 2 ÷ −1 = 0 x = 7 x = 7 9 9 t t t t Xét hàm f ( t ) = + 2 ÷ − 1 ⇒ f ' ( t ) = ln + 2 ln < 0 với ∀t ∈ R 7 1 7 7 1 1 ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ 9 9 9 9 9 9 t t 7 1 7 2 Suy ra: Hàm f ( t ) = ÷ + 2 ÷ − 1 nghịch biến trên R và f ( 1) = + − 1 = 0 ⇒ t = 1 là nghiệm duy 9 9 9 9 nhất của phương trình. Suy ra, nghiệm của phương trình x = 7 Ví dụ 7. Giải phương trình: 25 x − 2 ( 3 − x ) 5 x + 2 x − 7 = 0 Đặt t = 5 x ⇒ t > 0 . Ta có: t = −1 t 2 − 2 ( 3 − x ) t + 2x − 7 = 0 ⇔ t = 7 − 2 x *) Khi t = 1, ta có: 5 x = 1 ⇔ x = 0 *) Khi t = 7 − 2 x ⇒ 5 x = 7 − 2 x ⇔ 5 x + 2 x − 7 = 0 Xét hàm số f ( x ) = 5 x + 2 x − 7 ⇒ f ' ( x ) = 5 x ln 5 + 2 > 0, ∀x ∈ R nên hàm f(x) đồng biến trên R Ta có: f ( 1) = 5 + 2 − 7 = 0 ⇒ 5 x + 2 x − 7 = 0 có nghiệm duy nhất x = 1 *) Nghiệm của phương trình: x = 0 hoặc x = 1 2 Ví dụ 8. Giải phương trình: log 3 ( x + 1) + ( x − 5) log 3 ( x + 1) − 2 x + 6 = 0 Điều kiện: x > - 1. Đặt: t = log3 ( x + 1) 3
- t = 2 log3 ( x + 1) = 2 x = 8 Thay vào: t 2 + ( x − 5)t − 2 x + 6 = 0 ⇔ ⇔ ⇔ t = − x + 3 log3 ( x + 1) = − x + 3 log 3 ( x + 1) + x − 3 = 0 1 Xét hàm số f ( x ) = log3 ( x + 1) + x − 3 ⇒ f ( x ) = x + 1 ln 3 + 1 > 0, ∀x > −1 ' ( ) Suy ra hàm f(x) đồng biển trên (-1; + ∞) và f ( 2 ) = log 3 ( 3) + 2 − 3 = 0 ⇒ x = 2 là nghiệm duy nhất của phương trình log 3 ( x + 1) + x − 3 = 0 . Vậy, nghiệm của phương trình: x = 8 hoặc x = 2 Ví dụ 9. Giải phương trình: 3x + 5 x = 6 x + 2 Ta có: 3x + 5 x = 6 x + 2 ⇔ 3x + 5 x − 6 x − 2 = 0 . Xét hàm số f ( x ) = 3x + 5 x − 6 x − 2 với x ∈ R f ' ( x ) = 3x ln 3 + 5 x ln 5 − 6 và lim x→−∞ ( f ( x ) ) = lim ( 3 ln 3 + 5 ln 5 − 6 ) = −6 , ' x →−∞ x x lim x→+∞ ( f ( x) ) = ' ( x lim 3 ln 3 + 5 x →+∞ x ln 5 − 6 ) = +∞ . Suy ra, tồn tại x ∈R sao cho f ( x ) = 0 0 ’ 0 f '' ( x ) = 3x ( ln 3) + 5 ( ln 5 ) > 0, ∀x ∈ R nên đồ thị hàm số f ( x ) = 3x + 5 x − 6 x − 2 lõm trong khoảng 2 x 2 (- ∞; + ∞) và f ( 1) = 3 + 5 − 6 − 2 = 0 ; f ( 0 ) = 1 + 1 − 2 = 0 . Suy ra, phương trình có hai nghiệm x = 1, x=0 ( ) +( ) = ( 5) x x x Ví dụ 10. Giải phương trình: 3− 2 2+ 3 x x 3− 2 2+ 3 ( ) +( ) = ( 5) x x x Ta có: 3− 2 2+ 3 ⇔ ÷ + ÷ =1 5 ÷ 5 ÷ x x 2+ 3 2+ 3 2+ 3 * Khi x ≥ 0 , f ( x ) = ÷ ⇒ f ( x) = ' ÷ ln ÷ > 0, ∀x ≥ 0 5 ÷ 5 ÷ 5 ÷ x 2+ 3 Suy ra hàm số f ( x ) = ÷ đồng biến với ∀x ≥ 0 5 ÷ x x x 2+ 3 3− 2 2+ 3 ⇒ f ( x ) ≥ f ( 0) ⇔ ÷ ≥ 1⇒ ÷ + ÷ > 1 . Phương trình không có nghiệm khi 5 ÷ 5 ÷ 5 ÷ x≥0 x x 3− 2 3− 2 3− 2 * Khi x < 0 , g ( x ) = ÷ ⇒ g ( x) = ' ÷ ln ÷ < 0, ∀x < 0 5 ÷ 5 ÷ 5 ÷ x 3− 2 Suy ra hàm số g ( x ) = ÷ nghịch biến với x < 0 5 ÷ x 0 x x 3− 2 3− 2 3+ 2 3− 2 g ( x) > 0 ⇔ ÷ > ÷ =1⇒ ÷ + ÷ > 1 Phương trình không có 5 ÷ 5 ÷ 5 ÷ 5 ÷ nghiệm khi x < 0 * Phương trình vô nghiệm 2.2. Sử dụng định lý 1 và mệnh đề 2 để giải phương trình. ( ) Ví dụ 11. Giải phương trình: 4 x + 1 x + ( x − 3) 5 − 2 x = 0 2 4
- 5 Điều kiện: x ≤ 2 ( ) ( ) Ta có: 4 x + 1 x + ( x − 3) 5 − 2 x = 0 ⇔ 4 x + 1 x = ( 3 − x ) 5 − 2 x ⇔ 4 x + 1 2 x = ( 5 − 2 x + 1) 5 − 2 x 2 2 2 ( ) ( ) Xét hàm số f ( t ) = t t + 1 = t + t với t ∈ R và f ' ( t ) = 3t 2 + 1 > 0, ∀t ∈ R 2 3 Suy ra f ( t ) = t 3 + t đồng biến trên R ( ) Ta có: 4 x + 1 2 x = ( 5 − 2 x + 1) 5 − 2 x ⇒ f ( 2 x ) = f 2 ( ) 5 − 2x ⇒ 2x = 5 − 2x 5 0≤ x≤ 5 0≤ x≤ 5 0 ≤ x ≤ 2 −1 + 21 ⇔ 2 ⇔ 2 ⇔ ⇔ x= 4 x 2 = 5 − 2 x 4 x 2 + 2 x − 5 = 0 x = −1 ± 21 4 4 Ví dụ 12. Giải phương trình: x3 − 2 x − 3 3 x − 2 + 2 = 0 Ta có: x3 − 2 x − 3 3x − 2 + 2 = 0 ⇔ x3 + x = 3x − 2 + 3 3x − 2 Xét hàm số f ( t ) = t 3 + t với t ∈ R và f ' ( t ) = 3t 2 + 1 > 0, ∀t ∈ R Suy ra f ( t ) = t 3 + t đồng biến trên R Ta có: x + x = 3x − 2 + 3 3x − 2 ⇒ f ( x ) = f 3 ( 3 3 x − 2 ) ⇒ x = 3 3x − 2 x = 1 ⇔ x3 = 3x − 2 ⇔ x3 − 3 x + 2 = 0 ⇔ ( x − 1) ( x 2 + x − 2 ) = 0 ⇔ x = −2 2 Ví dụ 13. Giải phương trình: 2 x −1 − 2 x −x = ( x − 1) 2 2 2 Ta có: 2 x −1 − 2 x − x = x 2 − 2 x + 1 ⇔ 2 x −1 + x − 1 = 2 x − x + x 2 − x (*) Xét hàm số f ( t ) = 2t + t với t∈R và f ' ( t ) = 2t ln 2 + 1 > 0, ∀t ∈ R . Suy ra: f ( t ) = 2t + t đồng biến trên R ( ) 2 Từ (*) ta có: 2 x −1 + x − 1 = 2 x −x + x 2 − x ⇒ f ( x − 1) = f x 2 − x ⇒ x − 1 = x 2 − x ⇔ ( x − 1) 2 = 0 ⇔ x = 1 x2 + x + 3 log 3 2 = x 2 + 3 x + 2 . Điều kiện: ∀x ∈R Ví dụ 14. Giải phương trình: 2x + 4x + 5 ÷ ÷ x + x+3 2 Ta có: log 3 2 2x + 4x + 5 ÷ ÷ ( ) = x 2 + 3 x + 2 ⇔ log3 x 2 + x + 3 − log 3 2 x 2 + 4 x + 5 = x 2 + 3 x + 2 ( ) ( ) ( ⇔ log3 x 2 + x + 3 + x 2 + x + 3 = log3 2 x 2 + 4 x + 5 + 2 x 2 + 4 x + 5 (*) ) 1 Xét hàm số f ( t ) = log3 t + t với t > 0 và f ' ( t ) = + 1 > 0, ∀t > 0 t ln 3 x = −1 2 ( 2 ) 2 ( 2 ) 2 Từ (*), ta có: f x + x + 3 = f 2 x + 4 x + 5 ⇒ x + x + 3 = 2 x + 4 x + 5 ⇔ x + 3x + 2 = 0 ⇔ x = −2 3. Ứng dụng đạo hàm vào giải một số bài toán về hệ phương trình 3.1. Hệ phương trình đối xứng loại hai x +1 + 7 − y = 4 Ví dụ 1. Giải hệ phương trình: y +1 + 7 − x = 4 5
- −1 ≤ x ≤ 7 Điều kiện: −1 ≤ y ≤ 7 Trừ vế theo vế: x +1 + 7 − y = y +1 + 7 − x ⇔ x +1 − 7 − x = y +1 − 7 − y Xét hàm số f ( t ) = t + 1 − 7 − t với t ∈ [ −1;7 ] 1 1 f '( t) = + > 0, ∀t ∈ ( −1;7 ) 2 t +1 2 7 − t ⇒ f ( t ) = t + 1 − 7 − t đồng biến trên khoảng (-1; 7) Ta có: x +1 − 7 − x = y +1 − 7 − y ⇒ f ( x) = f ( y) ⇒ x = y Khi đó:x +1 − 7 − x = 4 ⇔ x +1 = 4 + 7 − x ⇔ x +1 = 4 + 7 − x + 8 7 − x 5 ≤ x ≤ 7 5 ≤ x ≤ 7 ⇔ x −5= 4 7− x ⇔ 2 ⇔ ⇒ x = −3 + 4 6 x + 6 x − 87 = 0 x = −3 ± 4 6 Nghiệm của hệ: x = y = −3 + 4 6 x +1 + y − 7 = 4 Ví dụ 2. Giải hệ phương trình: y +1 + x − 7 = 4 x ≥ 7 Điều kiện: y ≥ 7 Trừ vế theo vế: x +1 + y − 7 = y +1 + x − 7 ⇔ x +1 − x − 7 = y +1 − y − 7 Xét hàm số f ( t ) = t + 1 − t − 7 với t ∈ [ 7; +∞ ) 1 1 t − 7 − t +1 8 f '( t) = − = =− < 0, ∀t ∈ ( 7; +∞ ) 2 t +1 2 t − 7 2 t +1 t − 7 2 ( t + 1) ( t − 7 ) ( t − 7 + t +1 ) ⇒ f ( t ) = t + 1 − t − 7 nghịch biến trên khoảng ( 7;+∞ ) Ta có: x + 1 − x − 7 = y +1 − y − 7 ⇒ f ( x) = f ( y) ⇒ x = y Khi đó: x +1 + x − 7 = 4 ⇔ x +1+ x − 7 + 2 ( x + 1) ( x − 7 ) = 16 ⇔ ( x + 1) ( x − 7 ) = 11 − x 7 ≤ x ≤ 11 ⇔ ⇒ x= y =8 x =8 x 2 + 91 = y − 2 + y 2 Ví dụ 3. Giải hệ phương trình: 2 y + 91 = x − 2 + x 2 x ≥ 2 Điều kiện: y ≥ 2 Trừ vế theo vế: x 2 + 91 − y 2 + 91 = y − 2 + y 2 − x − 2 − x 2 ⇔ x 2 + 91 + x − 2 + x 2 = y 2 + 91 + y − 2 + y 2 Xét hàm số f ( t ) = t 2 + 91 + t − 2 + t 2 với t ∈ [ 2; +∞ ) 6
- t 1 f ' ( t) = + + 2t > 0, ∀ t ∈ ( 2; +∞ ) t 2 + 91 2 t − 2 ⇒ f ( t ) = t 2 + 91 + t − 2 + t 2 đồng biến trên khoảng ( 2;+∞ ) Ta có: x 2 + 91 + x − 2 + x 2 = y 2 + 91 + y − 2 + y 2 ⇒ f ( x ) = f ( y ) ⇒ x = y Khi đó: x 2 + 91 = x − 2 + x 2 ⇔ x 2 + 91 − x − 2 − x 2 = 0 Xét hàm số f ( x ) = x 2 + 91 − x − 2 − x 2 với x ∈ [ 2; +∞ ) x 1 1 1 f ' ( x) = − − 2x = x − 2÷− x + 91 2 x − 2 2 x + 91 2 x − 2 2 1 1 1 1 Ta có: x ≥ 2 ⇒ x ≥ 4 ⇔ x + 91 ≥ 4 + 91 = 95 ⇔ x + 91 ≥ 95 ⇔ ≤ ⇔ − 2≤ − 2< 0 2 2 2 x + 91 2 95 x + 91 2 95 1 1 Suy ra: f ( x ) = x − 2÷− < 0, ∀ x ∈ ( 2; +∞ ) ' x + 91 2 x − 2 2 Suy ra: f ( x ) = x 2 + 91 − x − 2 − x 2 đồng biến trên khoảng ( 2;+∞ ) f ( 3) = 32 + 91 − 3 − 2 − 32 = 10 − 1 − 9 = 0 ⇒ x = 3 là nghiệm duy nhất của phương trình x 2 + 91 − x − 2 − x 2 = 0 Nghiệm của hệ: x = y = 3 x + x 2 − 2 x + 2 = 3 y −1 + 1 Ví dụ 4. Giải hệ phương trình: y + y 2 − 2 y + 2 = 3x −1 + 1 Trừ vế theo vế: x + x 2 − 2 x + 2 − y − y 2 − 2 y + 2 = 3 y −1 − 3x−1 ⇔ x + x 2 − 2 x + 2 + 3 x−1 = y + y 2 − 2 y + 2 + 3 y −1 Xét hàm số f ( t ) = t + t 2 − 2t + 2 + 3t −1, t ∈ R t −1 2 f ' ( t ) = 1+ + 3t −1 ln 3 = t − 2t + 2 + t − 1 + 3t −1 ln 3 t 2 − 2t + 2 t 2 − 2t + 2 1 − t ≤ 0 t ≥ 1 t ≥ 1 Xét t − 2t + 2 + t − 1 > 0 ⇔ t − 2t + 2 > 1 − t ⇔ 1 − t > 0 2 2 ⇔ t < 1 ⇔ ⇔ ∀t ∈ R t 2 − 2t + 2 > 1 + t 2 − 2t 2 > 1 t < 1 t −1 Suy ra: f ( t ) = 1 + + 3t −1 ln 3 > 0, ∀t ∈ ( −∞; +∞ ) ' 2 t − 2t + 2 Suy ra: f ( t ) = t + t 2 − 2t + 2 + 3t −1 đồng biến trên khoảng ( −∞; +∞ ) Ta có: x + x 2 − 2 x + 2 + 3x −1 = y + y 2 − 2 y + 2 + 3 y −1 ⇒ f ( x ) = f ( y ) ⇒ x = y Khi đó: x + x 2 − 2 x + 2 = 3x −1 + 1 ⇔ x 2 − 2 x + 2 + x − 1 = 3x −1 Ta có: x 2 − 2 x + 2 + x − 1÷ x 2 − 2 x + 2 − ( x − 1) ÷ = x 2 − 2 x + 2 − ( x − 1) = 1 2 =3 ( ) 1 1 − x −1 x 2 − 2 x + 2 − ( x − 1) = = x −1 x2 − 2 x + 2 + x − 1 3 7
- x 2 − 2 x + 2 + x − 1 = 3x −1 ( ) ⇒ 2 x − 2 = 3x −1 − 3 ( ) ⇔ 3 x −1 − 3 ( ) − 2 x + 2 = 0 − x −1 − x −1 Suy ra: −( x −1) x 2 − 2 x + 2 − ( x − 1) = 3 Xét hàm số f ( x ) = 3x −1 − 3−( x −1) − 2 x + 2 với x ∈ ( −∞; +∞ ) ( f ' ( x ) = 3x −1 ln3 + 3 ( ) ln3 − 2 = 3 x −1 + 3 ( ) ln3 − 2 ≥ 2ln3 − 2 > 0 − x −1 − x −1 ) Suy ra: hàm số f ( x ) = 3x −1 − 3−( x −1) − 2 x + 2 đồng biến trên khoảng x ∈ ( −∞; +∞ ) f ( 1) = 31−1 − 3 ( ) − 2 + 2 = 1 − 1 − 2 + 2 = 0 ⇒ x = 1 là nghiệm duy nhất của phương trình − 1−1 3x −1 − 3 ( ) − 2 x + 2 = 0 . Nghiệm của hệ: x = y = 1 − x −1 x y e = 2012 − y2 −1 Ví dụ 5. Chứng minh rằng hệ phương trình e y = 2012 − x 2 x −1 x > 1 có đúng hai nghiệm thỏa mãn điều kiện: y >1 x y x y Trừ vế theo vế : ex − e y = − ⇔ ex − = ey − 2 2 2 2 x −1 y −1 x −1 y −1 1 với t > 1 và ( ) t f ' t = et + > 0, ∀ t > 1 Xét hàm số f ( t ) = e − t 2 t −1 t2 −1 t2 −1 ( ) t Suy ra: hàm số f ( t ) = e − đồng biến trên khoảng ( −∞; −1) ∪ ( 1; +∞ ) t t2 −1 x y x Ta có: e − = ey − ⇒ f ( x) = f ( y) ⇒ x = y x2 −1 y2 −1 x x x Khi đó: e = 2012 − ⇔ ex + − 2012 = 0 x2 − 1 x2 − 1 x Xét hàm số f ( x ) = e + x − 2012 với x > 1 x2 − 1 1 Ta có: f ' ( x) = ex − ( x2 − 1) ( và lim+ f ( x ) ' ) x = lim e − 1 ÷ ÷ = −∞ x2 − 1 x→1 + x →1 ( 2 2 ) x −1 x −1 ÷ ( ) lim f ( x ) = lim e − ' x 1 ÷ ÷ = +∞ . Suy ra, tồn tại x 0 ∈ ( 1; +∞ ) sao cho f x 0 = 0 ' ( ) x→+∞ x→+∞ ( x2 − 1 x2 − 1 ÷ ) x x Mặt khác: lim+ ( f ( x ) ) = lim+ e + 2 − 2012 ÷ = +∞ và lim ( f ( x ) ) = lim e + 2 − 2012 ÷ = +∞ x x x→1 x →1 x −1 ÷ x→+∞ x →+∞ x −1 ÷ 2 f ( 2 ) = e2 + − 2012 < 0 3 x x Suy ra: Phương trình e + 2 − 2012 = 0 có đúng hai nghiệm phân biệt thuộc khoảng (1; +∞) x −1 8
- x > 1 Suy ra: Hệ phương trình có đúng hai nghiệm thỏa mãn điều kiện: y >1 2 xy x + 3 2 = x2 + y x − 2x + 9 Ví dụ 6. Giải hệ phương trình: 2 xy y + = y2 + x 2 3 y − 2y + 9 1 1 Trừ vế theo vế: 2 ( x − y ) + 2 xy 3 2 − 3 y2 − 2 y + 9 ÷ ÷= x2 − y 2 x − 2x + 9 3 y 2 − 2 y + 9 − 3 x2 − 2x + 9 ÷ 2 ⇔ 2 ( x − y ) + 2 xy 2 ÷ = x − y (*) ( )( 3 x2 − 2 x + 9 y2 − 2 y + 9 ÷ ) 2 ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 Đặt P = 3 x − 2 x + 9 y − 2 y + 9 3 y − 2 y + 9 + 3 x − 2 x + 9 y − 2 y + 9 + 3 x − 2 x + 9 ÷> 0 ÷ 2 xy ( x + y − 2 ) Khi đó: (*) ⇔ 2 ( x − y ) + 2 xy 2 P ( ) y − x2 + 2 x − 2 y = x2 − y 2 ⇔ ( x − y ) 2 − ( x + y ) − P =0 x − y = 0 x − y = 0 x − y = 0 ⇔ 2 − ( x + y ) − 2 xy ( x + y − 2 ) = 0 ( x + y − 2 ) 1 + 2 xy = 0 ⇔ x + y − 2 = 0 ⇔ P P ÷ 2x2 x = 0 x = 0 = y *) Khi x = y, ta có: x + = x2 + x ⇔ ⇔ 3 2 x − 2x + 9 3 x2 − 2 x + 9 = 2 x =1 = y 2 *) Khi y = 2- x, ta có: x − 2 x + 2 + ( 2 x2 − 2 x ) = 0 (**). Đặt t = 3 x 2 − 2 x + 9 = 3 ( x − 1) 2 + 8 ≥ 2 3 2 x − 2x + 9 4 3 3 2 ( Thay vào (**), ta có: t + 2t − 7t − 18 = 0 ⇔ ( t − 2 ) t + 4t + 8t + 9 = 0 ⇔ t − 2 = 0 ) 3 ⇔ x2 − 2x + 9 = 2 ⇔ x2 − 2 x + 1 = 0 ⇔ x = 1 = y *) Nghiệm của hệ phương trình:(0; 0); (1; 1) 3.2. Hệ phương trình ( 4 x 2 + 1 x + ( y − 3) 5 − 2 y = 0 Ví dụ 7. Giải hệ phương trình: ( Khối A.2010). ) 4 x 2 + y 2 + 2 3 − 4 x = 7 3 x ≤ 4 Điều kiện: y ≤ 5 2 ( ) ( ) ( Ta có: 4 x + 1 x + ( y − 3) 5 − 2 y = 0 ⇔ 4 x + 1 x = ( 3 − y ) 5 − 2 y ⇔ 4 x + 1 2 x = ( 5 − 2 y + 1) 5 − 2 y 2 2 2 ) ( ) Xét hàm số f ( t ) = t t + 1 = t + t với t ∈ R và f ' ( t ) = 3t 2 + 1 > 0, ∀t ∈ R 2 3 9
- Suy ra f ( t ) = t 3 + t đồng biến trên R ( ) Ta có: 4 x + 1 2 x = ( 5 − 2 y + 1) 5 − 2 y ⇒ f ( 2 x ) = f 2 ( ) 5 − 2 y ⇒ 2x = 5 − 2 y 5 − 4x2 5 ⇔ 4x2 = 5 − 2 y ⇔ y = = − 2 x 2 với x ≥ 0 2 2 2 2 Khi đó: 4 x 2 + y 2 + 2 3 − 4 x = 7 ⇔ 4 x 2 + − 2 x 2 + 2 3 − 4 x = 7 ⇔ 4 x 2 + − 2 x 2 + 2 3 − 4 x − 7 = 0 5 5 ÷ ÷ 2 2 2 3 Xét hàm số f ( x ) = 4 x 2 + − 2 x 2 + 2 3 − 4 x − 7 với x ∈ 0; 5 ÷ 2 4 5 f ' ( x ) = 8 x − 8 x − 2 x 2 ÷− 2 4 3 − 4x ( = 4x 4x2 − 3 − )4 3 − 4x 3 < 0, ∀ x ∈ 0; ÷ 4 2 3 Suy ra hàm f ( x ) = 4 x 2 + − 2 x 2 + 2 3 − 4 x − 7 nghịch biến với x ∈ 0; ÷ 5 ÷ 2 4 2 2 1 5 1 2 1 1 1 f ÷ = 4 ÷ + − 2 ÷ ÷ + 2 3 − 4 ÷ − 7 = 1 + 4 + 2 − 7 = 0 ⇒ x = là nghiệm duy nhất của 2 2 2 2 ÷ 2 2 1 2 5 2 2 x = phương trình 4 x + − 2 x ÷ + 2 3 − 4 x − 7 = 0 . Nghiệm của hệ 2 2 y = 2 2 x − 2 y = ( y − x)( xy + 2) Ví dụ 8. Giải hệ phương trình: 2 2 x + y = 2 2 x − 2 y = ( y − x)( xy + 2) Ta có: 2 2 ⇔ ( 2 x − 2 y = ( y − x ) xy + x 2 + y 2 x ) y 2 − 2 = y − x ⇔ 3 3 x + y = 2 x2 + y 2 = 2 x2 + y2 = 2 Ta có: 2 x − 2 y = y 3 − x3 ⇔ 2 x + x3 = 2 y + y3 Xét hàm số f ( t ) = 2t + t 3 , ∀t ∈ R và f ' ( t ) = 2t ln 2 + 3t 2 > 0, ∀t ∈ R Suy ra f ( t ) = 2t + t 3 đồng biến trên khoảng ( −∞; +∞ ) Ta có: 2 x + x3 = 2 y + y3 ⇒ f ( x ) = f ( y ) ⇒ x = y 2 x − 2 y = y 3 − x3 x = y x = y x = y =1 Khi đó: 2 2 ⇔ 2 2 ⇔ 2 ⇔ x + y = 2 x + y = 2 x = 1 x = y = −1 y2 − x −1 = x2 − y −1 x ≥ 1 Ví dụ 9. Giải hệ phương trình: x Điều kiện: y ≥1 y +1 4 = 3 Ta có: y 2 − x − 1 = x 2 − y − 1 ⇔ y 2 + y − 1 = x 2 + x − 1 1 Xét hàm số: f ( t ) = t 2 + t − 1 với t ∈ [ 1; +∞ ) và f ( t ) = 2t + ' > 0, ∀t > 1 2 t −1 Suy ra: f ( t ) = t 2 + t − 1 đồng biến trên khoảng ( 1;+∞ ) Ta có: y 2 + y − 1 = x 2 + x − 1 ⇒ f ( y ) = f ( x ) ⇒ y = x 10
- x = y y2 − x −1 = x2 − y −1 x = y Khi đó: x ⇔ x x +1 ⇔ 4 x ⇔ x = y = log 4 3 4 = 3 y +1 4 = 3 ÷ = 3 3 3 1 8 x3 − y 3 + 2 x − y = 0 x ≥ 2 Ví dụ 10. Giải hệ phương trình: Điều kiện: y ≥ 1 2 2 y −1 + 4x −1 = 1 2 Ta có: 8 x3 − y 3 + 2 x − y = 0 ⇔ 8 x3 + 2 x = y 3 + y ⇔ ( 2 x ) + 2 x = y 3 + y 3 Xét hàm số: f ( t ) = t 3 + t với t ∈ R và f ' ( t ) = 3t 2 + 1 > 0, ∀t ∈ R Suy ra: f ( t ) = t 3 + t đồng biến trên khoảng ( −∞; +∞ ) Ta có: ( 2 x ) + 2 x = y 3 + y ⇒ f ( 2 x ) = f ( y ) ⇒ 2 x = y 3 Khi đó: 2 y − 1 + 4 x 2 − 1 = 1 ⇔ 4 x − 1 + 4 x 2 − 1 = 1 ⇔ 4 x − 1 + 4 x2 − 1 − 1 = 0 1 2 4x 1 Xét hàm số f ( x ) = 4 x − 1 + 4 x 2 − 1 − 1, x ≥ và f ( x ) = ' + > 0, ∀x > 2 4x −1 4 x2 − 1 2 1 Suy ra: hàm f ( x ) = 4 x − 1 + 4 x 2 − 1 − 1 đồng biến trên ; +∞ ÷ 2 1 1 f ÷ = 2 − 1 + 1 − 1 − 1 = 1 + 0 − 1 = 0 ⇒ x = là nghiệm duy nhất của phương trình 2 2 1 Nghiệm của hệ: x = y = 2 y ( 2 y + 3) − ( 4 x + 3) 2 x = 0 5 x ≥ Ví dụ 11. Giải hệ phương trình: Điều kiện: 3 5 y + 1 + 3x − 5 = 9 x + 4 + y − 2 y ≥ 2 Ta có: y ( 2 y + 3) − ( 4 x + 3) 2 x = 0 ⇔ 2 y ( 2 y + 3) = ( 4 x + 3 ) 2 x ( ) ( Xét hàm số f ( t ) = t t + 3 với t ∈ R và f ' ( t ) = t 3 + 3t = 3t 2 + 3 > 0, ∀t ∈ R 2 ) ' ( ) Suy ra f ( t ) = t t + 3 đồng biến trên R 2 Ta có: 2 y ( 2 y + 3) = ( 4 x + 3) 2 x ⇒ f ( ) ( ) 2 y = f 2 x ⇒ 2 y = 2 x ⇒ y = 2x Khi đó: 5 y + 1 + 3 x − 5 = 9 x + 4 + y − 2 ⇔ 10 x + 1 + 3 x − 5 = 9 x + 4 + 2 x − 2 ⇔ 10 x + 1 − 9 x + 4 + 3 x − 5 − 2 x − 2 = 0 ⇔ ( 10 x +1 − 9 x + 4 )( 10 x +1 + 9 x + 4 ) +( 3x − 5 − 2 x − 2 )( 3x − 5 + 2 x − 2 ) =0 10 x + 1 + 9 x + 4 3x − 5 + 2 x − 2 x −3 x −3 1 1 ⇔ + = 0 ⇔ ( x − 3) + ÷= 0 ⇔ x = 3 10 x + 1 + 9 x + 4 3x − 5 + 2 x − 2 10 x + 1 + 9 x + 4 3x − 5 + 2 x − 2 x = 3 Nghiệm của hệ: y = 6 Kết luận. Trong bài viết này, chúng tôi nêu lên nhiều ví dụ. Qua đó chúng ta có thể tạo ra các lớp bài tập toán tương tự. Các bài tập này có thể chuyển từ hệ phương trình sang phương trình và 11
- ngược lại hoặc từ những bài toán cơ bản và mô phỏng thành các bài toán khó hơn. Từ đó thấy được mối liên hệ giữa đạo hàm với phương trình, hệ phương trình. Tài liệu tham khảo. 1. Sách giáo khoa và sách bài tập toán 10, 11, 12. 2. Tuyển tập Đề thi đại học môn toán- Trần Phương 12
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD
-
Tính đạo hàm bằng định nghĩa - ứng dụng đạo hàm để tìm giới hạn
0 p | 713 | 154
-
ỨNG DỤNG TÍNH ĐƠN ĐIỆU CỦA HÀM SỐ ĐỂ CHỨNG MINH BẤT ĐẲNG THỨC - GIẢI PHƯƠNG TRÌNH - BẤT PHƯƠNG TRÌNH - HỆ BẤT PHƯƠNG TRÌNH
2 p | 664 | 106
-
Giới thiệu các phương pháp giải toán trắc nghiệm các vấn đề chủ yếu giải tích 12: Phần 1
163 p | 163 | 50
-
Đề kiểm tra 1 tiết Toán 12 - Giải tích (Kèm đáp án)
3 p | 108 | 10
-
Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Phát triển năng lực mô hình hóa toán học cho học sinh thông qua quá trình khai thác ứng dụng của đạo hàm vào các bài toán thực tế
64 p | 13 | 9
-
CHƯƠNG II: ỨNG DỤNG CỦA ĐẠO HÀM
8 p | 130 | 8
-
Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Một số biện pháp góp phần phát triển năng lực tư duy và lập luận toán cho học sinh thông qua chuyên đề: Ứng dụng đạo hàm vào giải toán thực tế
120 p | 12 | 7
-
Tuần 6. ứng dụng của đạo hàm vào khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị hàm số. Bài toán có liên quan
6 p | 123 | 6
-
Giải bài tập Ôn tập chương 1 Ứng dụng đạo hàm SGK Giải tích 12
14 p | 106 | 5
-
SKKN: Dùng đạo hàm trong chứng minh bất đẳng thức đối xứng ba biến
23 p | 71 | 5
-
Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Rèn luyện cho học sinh kỹ năng vận dụng đạo hàm để giải các bài toán có nội dung thực tế trong chương trình Giải tích lớp 11, 12
24 p | 6 | 5
-
Giáo án Đại số lớp 11: Định nghĩa và ý nghĩa của đạo hàm
26 p | 16 | 5
-
Giải bài tập Bài tập trắc nghiệm - Ôn tập chương 1 Ứng dụng đạo hàm SGK Giải tích 12
4 p | 111 | 3
-
Sáng kiến kinh nghiệm: Ứng dụng đạo hàm để giải một số phương trình và phương trình chứa tham số
22 p | 56 | 2
-
Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Ứng dụng đạo hàm vào tìm giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của hàm nhiều biến
18 p | 42 | 1
-
SKKN: Ứng dụng đạo hàm để giải một số phương trình và phương trình chứa tham số
22 p | 55 | 1
-
Hướng dẫn giải bài 2,3,4,5 trang 10 SGK Giải tích 12
8 p | 210 | 0
Chịu trách nhiệm nội dung:
Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA
LIÊN HỆ
Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM
Hotline: 093 303 0098
Email: support@tailieu.vn