Upload
others
View
0
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
Chương I. Hàm số – Trần Phương
Bài 2. Tính đơn điệu của hàm số
BÀI 2. TÍNH ĐƠN ĐIỆU CỦA HÀM SỐ
A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT.
1. y ( f (x) đồng biến / (a, b) ( (((x) ( 0 (x((a, b) đồng thời (((x) ( 0 tại một số hữu hạn điểm ( (a, b).
2. y ( f (x) nghịch biến / (a, b) ( (((x) ( 0 (x((a, b) đồng thời (((x) ( 0 tại một số hữu hạn điểm ( (a, b).
Chú ý: Trong chương trình phổ thông, khi sử dụng 1., 2. cho các hàm số một quy tắc có thể bỏ điều kiện (((x) ( 0 tại một số hữu hạn điểm ( (a, b).
CÁC BÀI TẬP MẪU MINH HỌA
Bài 1. Tìm m để
nghịch biến trên [1, (()
Giải: Hàm số nghịch biến trên [1, (() (
(
)
2
2
27
01
1
mxmx
yx
x
++
¢
=£"³
+
(
(
)
22
270271
mxmxmxxx
++£Û+£-"³
(
(
)
2
7
1
2
uxmx
xx
-
=³"³
+
(
)
1
Min
x
uxm
³
Û³
. Ta có:
(
)
(
)
22
722
01
(2)
x
uxx
xx
+
¢
=>"³
+
( u(x) đồng biến trên [1, (() (
(
)
(
)
1
7
Min1
3
x
muxu
³
-
£==
Bài 2. Tìm m để
(
)
(
)
32
1
134
3
yxmxmx
-
=+-++-
đồng biến trên (0, 3)
Giải. Hàm số tăng trên (0,3) (
(
)
(
)
(
)
2
21300,3
yxmxmx
¢
=-+-++³"Î
(1)
Do
(
)
yx
¢
liên tục tại x ( 0 và x ( 3 nên (1) ( y( ( 0 (x([0, 3]
(
(
)
[
]
2
21230,3
mxxxx
+³+-"Î
(
(
)
[
]
2
23
0,3
21
xx
gxmx
x
+-
=£"Î
+
[
]
(
)
0,3
Max
x
gxm
Î
Û£
. Ta có:
(
)
(
)
[
]
2
2
228
00,3
21
xx
gxx
x
++
¢
=>"Î
+
( g(x) đồng biến trên [0, 3] (
[
]
(
)
(
)
0,3
12
Max3
7
x
mgxg
Î
³==
Bài 3. Tìm m để
(
)
(
)
32
1
132
33
m
yxmxmx
=--+-+
đồng biến trên
[
)
2,
+¥
Giải: Hàm số tăng /
[
)
2,
+¥
(
(
)
(
)
2
213202
ymxmxmx
¢
=--+-³"³
(1)
(
(
)
2
12262
mxxx
éù
-+³-+"³
ëû
(
(
)
(
)
2
26
2
12
x
gxmx
x
-+
=£"³
-+
(
)
(
)
2
65213
1
mxmxm
y
x
++--
=
+
Ta có:
(
)
(
)
2
22
263
0
(23)
xx
gx
xx
-+
¢
==
-+
1
2
36
36
xx
xx
é
==-
Û
ê
==+
ê
ë
;
(
)
lim0
x
gx
®¥
=
Từ BBT (
(
)
(
)
2
2
Max2
3
x
gxgm
³
==£
.
Bài 4.
(
)
(
)
(
)
322
2772123
yxmxmmxmm
=---++--
đồng biến /
[
)
2,
+¥
Giải: Hàm số tăng trên
[
)
2,
+¥
(
)
22
322770,2
yxmxmmx
¢
Û=---+³"³
2
x
Ta có
(
)
2
733
mm
¢
=-+
V
EMBED Equation.DSMT4
(
)
2
33
70
24
m
éù
=-+>
êú
ëû
nên
0
y
¢
=
có 2 nghiệm
12
xx
<
BPT g(x) ( 0 có sơ đồ miền nghiệm G là:
Ta có
(
)
0
yx
¢
³
đúng
2
x
"³
(
[
)
2,
G
+¥Ì
(
)
(
)
2
12
0
5
1
5
2
232323501
2
6
2
23
m
xxymmm
Sm
m
¢
D>
ì
ì
-££
ï
ï
¢
Û<£Û=-++³ÛÛ-££
í
í
ï
ï
<
=<
î
î
Bài 5. Tìm m để
(
)
2
211
xmxm
y
xm
+-++
=
-
đồng biến trên
(
)
1,
+¥
Giải: Hàm số đồng biến trên
(
)
1,
+¥
(
(
)
22
2
2421
01
xmxmm
yx
xm
-+--
¢
=³">
-
(
(
)
(
)
22
01
242101
1
0
gxx
gxxmxmmx
m
xm
ì
ì
³">
=-+--³">
ïï
Û
íí
£
-¹
ïï
î
î
Cách 1: Phương pháp tam thức bậc 2
1
x
Ta có:
(
)
2
210
m
¢
D=+³
suy ra g(x) ( 0 có 2 nghiệm
12
xx
£
.
BPT g(x) ( 0 có sơ đồ miền nghiệm G là:
Ta có g(x) ( 0 đúng (x((1, (() (
(
)
1,
G
+¥Ì
(
)
(
)
2
12
1
1,0
1212610322
322
322
21
2
m
m
xxgmmm
m
S
m
¢
£
£D³
ì
ì
ï
ï
é
Û££Û=-+³ÛÛ£-
£-
í
í
ê
ï
ï
³+
=-£
ë
î
î
Cách 2: Phương pháp hàm số
Ta có: g((x) ( 4(x ( m) ( 4(x ( 1) > 0 (x > 1 ( g(x) đồng biến trên [1, (()
Do đó
(
)
(
)
(
)
2
1
1610
322
Min0
1322
322
1
1
1
x
gmm
m
gx
m
m
m
m
m
³
ì
é
ì
=-+³
£-
ì
³
ïïï
ê
ÛÛÛ£-
Û
ííí
³+
ë
£
ï
ïï
î
£
£
î
î
Bài 6. Tìm m để
(
)
(
)
2
45cos2331
ymxmxmm
=-+-+-+
giảm
x
"Î
¡
Giải: Yêu cầu bài toán
(
)
54sin230,
ymxmx
¢
Û=-+-£"Î
¡
(
)
(
)
[
]
54230,1;1
gumumu
Û=-+-£"Î-
. Do đồ thị
(
)
[
]
,1;1
yguu
=Î-
là một đoạn thẳng nên ycbt
(
)
(
)
1680
4
1
3
1220
gm
m
gm
ì
-=-£
ï
ÛÛ££
í
=-+£
ï
î
Bài 7. Tìm m để hàm số
11
sinsin2sin3
49
ymxxxx
=+++
tăng với mọi
x
Î
¡
Giải: Yêu cầu bài toán
11
coscos2cos30,
23
ymxxxx
¢
Û=+++³"Î
¡
(
(
)
(
)
23
11
cos2cos14cos3cos0,
23
mxxxxx
++-+-³"Î
¡
(
)
[
]
32
41
,1,1
32
muuguu
Û³--+="Î-
, với
[
]
cos1,1
ux
=Î-
Ta có
(
)
(
)
2
1
422210;0
2
guuuuuuu
¢
=--=-+=Û=-=
Lập BBT suy ra yêu cầu bài toán (
[
]
(
)
(
)
1,1
5
Max1
6
x
gugm
Î-
=-=£
.
Bài 8. Cho hàm số
(
)
(
)
(
)
32
1
12132
3
ymxmxmxm
=++--++
.
Tìm m để khoảng nghịch biến của hàm số có độ dài bằng 4
Giải. Xét
(
)
(
)
(
)
2
1221320
ymxmxm
¢
=++--+=
. Do
2
730
mm
¢
D=++>
nên
0
y
¢
=
có 2 nghiệm
12
xx
<
. Khoảng nghịch biến của hàm số có độ dài bằng 4
[
]
1221
0;;;4
yxxxxx
¢
Û£"Î-=
10
m
Û+>
và
21
4
xx
-=
. Ta có
21
4
xx
-=Û
EMBED Equation.DSMT4
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
2
22
212121
2
421432
164
1
1
mm
xxxxxx
m
m
-+
=-=+-=+
+
+
(
)
(
)
(
)
(
)
22
4121321
mmmm
Û+=-+++
2
761
3710
6
mmm
±
Û--=Û=
kết hợp với
10
m
+>
suy ra
761
6
m
+
=
B. ỨNG DỤNG TÍNH ĐƠN ĐIỆU CỦA HÀM SỐ
I. DẠNG 1: ỨNG DỤNG TRONG PT, BPT, HỆ PT, HỆ BPT
Bài 1. Giải phương trình:
53
1340
xxx
+--+=
.
Giải. Điều kiện:
1
3
x
£
. Đặt
(
)
53
1340
fxxxx
=+--+=
.
Ta có:
(
)
42
3
530
213
fxxx
x
¢
=++>
-
( f (x) đồng biến trên
(
1
,
3
ù
-¥
ú
û
.
Mặt khác f ((1) ( 0 nên phương trình f (x) ( 0 có nghiệm duy nhất x ( (1.
Bài 2. Giải phương trình:
22
15328
xxx
+=-++
Giải. Bất phương trình (
(
)
22
32815
fxxxx
=-++-+
( 0 (1).
+ Nếu
2
3
x
£
thì f (x) < 0 ( (1) vô nghiệm.
+ Nếu
2
3
x
>
thì
(
)
22
112
30
3
815
fxxx
xx
æö
¢
=+->">
ç÷
++
èø
( f (x) đồng biến trên
(
)
2
,
3
+¥
mà f (1) ( 0 nên (1) có đúng 1 nghiệm x ( 1
Bài 3. Giải bất phương trình:
35
4
157751378
xxxx
++-+-+-<
(*)
Giải. Điều kiện
5
7
x
³
. Đặt
(
)
35
4
15775137
fxxxxx
=++-+-+-
Ta có:
(
)
(
)
(
)
234
5
3
4
5713
1
0
21
5(137)
357475
fx
x
x
xx
¢
=+++>
+
×-
×-×-
( f (x) đồng biến trên
)
5
,
7
é
+¥
ê
ë
. Mà f (3) ( 8 nên (*) ( f (x) < f (3) ( x < 3.
Vậy nghiệm của bất phương trình đã cho là
5
3
7
x
£<
Bài 4. Giải PT:
32
111
543225717
236
xxxx
xxx
xxx
+++=++-+-+
(*)
Giải. (*)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
32
111
543225717
236
x
xx
xxxx
fxxxxgx
Û=+++---=-+-+=
Ta có f (x) đồng biến và g((x) ( (6x2 ( 10x ( 7 < 0 (x ( g(x) nghịch biến.
Nghiệm của f (x) ( g(x) là hoành độ giao điểm của
(
)
(
)
và
yfxygx
==
.
Do f (x) tăng; g(x) giảm và
(
)
(
)
1113
fg
==
nên (*) có nghiệm duy nhất x ( 1.
Bài 5. Tìm số m Max để
(
)
sincos1sin2sincos2
mxxxxxx
++£+++"
(*)
Giải. Đặt
(
)
2
2
sincos0sincos1sin2
txxtxxx
=+³Þ=+=+
(
2
12
t
££
(
12
t
££
, khi đó (*) (
(
)
2
111,2
mtttt
éù
+£++"Î
ëû
(
(
)
2
1
1,2
1
tt
ftmt
t
++
éù
=³"Î
ëû
+
(
(
)
1,2
Min
t
ftm
éù
Î
ëû
³
. Do
(
)
(
)
2
2
2
0
1
tt
ft
t
+
¢
=>
+
nên f (t) đồng biến /
1,2
éù
ëû
(
(
)
(
)
1,2
3
Min1
2
t
ftf
éù
Î
ëû
==
(
3
2
m
£
(
3
Max
2
m
=
Bài 6. Giải phương trình
22
sincos
20082008cos2
xx
x
-=
2222
sincos22sin2cos2
20082008cossin2008sin2008cos
xxxx
xxxx
-=-Û+=+
(*)
Xét
(
)
2008
u
fuu
=+
. Ta có
(
)
2008.ln10
u
fuu
¢
=+>
. Suy ra
(
)
fu
đồng biến. (*)
(
)
(
)
2222
sincossincoscos20
fxfxxxx
Û=Û=Û=
,
42
k
xk
pp
Û=+Î
¢
Bài 7. Tìm
(
)
,0,
xy
Îp
thỏa mãn hệ
cotg cotg
352
xyxy
xy
-=-
ì
í
+=p
î
Giải.
cotg cotg cotg cotg
xyxyxxyy
-=-Û-=-
.
Xét hàm số đặc trưng
(
)
(
)
cotg ,0,
fuuuu
=-Îp
. Ta có
(
)
2
1
10
sin
fu
u
¢
=+>
.
Suy ra
(
)
fu
đồng biến trên
(
)
0,
p
. Khi đó
(
)
(
)
4
352
fxfy
xy
xy
ì
=
p
Û==
í
+=p
î
Bài 8. Giải hệ phương trình
32
32
32
21
21
21
xyyy
yzzz
zxxx
ì
+=++
ï
+=++
í
ï
+=++
î
(*).
Giải. Xét
(
)
32
ftttt
=++
với
t
Î
¡
(
(
)
(
)
2
2
210
fttt
¢
=++>
( f (t) tăng.
Không mất tính tổng quát giả sử x ( y ( z
(
(
)
(
)
(
)
fxfyfz
££
(
212121
zxyzxy
+£+£+Û££
( x ( y ( z ( ( 1
Bài 9. Giải hệ bất phương trình
2
3
3210
310
xx
xx
ì
+-<
ï
í
-+>
ï
î
Giải.
2
1
32101
3
xxx
+-<Û-<<
. Đặt
(
)
3
31
fxxx
=-+
. Ta có:
(
)
(
)
(
)
3110
fxxx
¢
=-+<
(
(
)
fx
giảm và
(
)
(
)
(
)
111
0,1,
3273
fxfx
>=>"Î-
II. DẠNG 2: ỨNG DỤNG TRONG CHỨNG MINH BẤT ĐẲNG THỨC
Bài 1. Chứng minh rằng:
335
sin
3!3!5!
xxx
xxx
-<<-+
(x > 0
Giải (
3
sin
3!
x
xx
-<
(x > 0 (
(
)
3
sin0
3!
x
fxxx
=-+>
(x > 0
Ta có
(
)
2
1cos
2!
x
fxx
¢
=-+
(
(
)
sin
fxxx
¢¢
=-
(
(
)
1cos0
fxx
¢¢¢
=-³
(x > 0
(
(
)
fx
¢¢
đồng biến [0, +() (
(
)
(
)
00
fxf
¢¢¢¢
>=
(x > 0
(
(
)
fx
¢
đồng biến [0, +() (
(
)
(
)
0
fxf
¢¢
>
= 0 (x > 0
(
(
)
fx
đồng biến [0, +() ( f(x) > f(0) = 0 (x > 0 ( (đpcm)
(
35
sin
3!5!
xx
xx
<-+
(x > 0 ( g(x) =
53
sin0
5!3!
xx
xx
-+->
(x > 0
Ta có g((x) =
42
1cos
4!2!
xx
x
-+-
( g(((x) =
3
sin
3!
x
xx
-+
= f(x) > 0 (x > 0
( g((x) đồng biến [0, +() ( g((x) > g((0) = 0 (x > 0
( g(x) đồng biến [0, +() ( g(x) > g (0) = 0 (x > 0 ( (đpcm)
Bài 2. Chứng minh rằng:
2
sin0,
2
x
xx
p
æö
>"Î
ç÷
p
èø
Giải.
2sin2
sin()
xx
xfx
x
>Û=>
pp
(x(
0,
2
p
æö
ç÷
èø
. Xét biểu thức đạo hàm
22
()
cossin
()
gx
xxx
fx
xx
-
¢
==
, ở đây kí hiệu g(x) = x cosx ( sinx
Ta có g((x) = cosx ( xsinx ( cosx = ( xsinx < 0 (x(
0,
2
p
æö
ç÷
èø
( g(x) giảm trên
0,
2
p
æö
ç÷
èø
( g(x) < g(0) = 0
(
(
)
2
()
0
gx
fx
x
¢
=<
(x(
0,
2
p
æö
ç÷
èø
( f (x) giảm trên
0,
2
p
æö
ç÷
èø
(
(
)
(
)
2
2
fxf
p
>=
p
(
2
sin,0,
2
x
xx
p
æö
>"Î
ç÷
p
èø
Bài 3. Chứng minh rằng:
2lnln
xyxy
xy
+-
>
-
(x > y > 0
Giải. Do x > y > 0, lnx > lny ( lnx ( lny > 0, nên biến đổi bất đẳng thức
(
1
lnln2ln2
1
x
xyy
x
xy
x
xyy
y
-
-
->×Û>×
+
+
(
1
ln2
1
t
t
t
-
>×
+
với
x
t
y
=
>1
(
1
()ln20
1
t
ftt
t
-
=-×>
+
(t >1. Ta có
(
)
(
)
(
)
(
)
2
22
141
0
11
t
ft
t
ttt
-
¢
=-=>
++
(t >1
( f(t) đồng biến [1, +() ( f(t) > f(1) = 0 (t >1 ( (đpcm)
Bài 4. Chứng minh rằng:
1
lnln4
11
y
x
yxyx
æö
->
ç÷
---
èø
(
)
,0,1
xy
xy
ì
"Î
ï
í
¹
ï
î
(1)
Giải. Xét hai khả năng sau đây:
+ Nếu y > x thì (1) (
(
)
lnln4
11
y
x
yx
yx
->-
--
(
ln4ln4
11
y
x
yx
yx
->-
--
+ Nếu y < x thì (1) (
(
)
lnln4
11
y
x
yx
yx
-<-
--
(
ln4ln4
11
y
x
yx
yx
-<-
--
Xét hàm đặc trưng f(t) =
ln4
1
t
t
t
-
-
với t((0, 1).
Ta có
(
)
(
)
2
121
40
(1)(1)
t
ft
tttt
-
¢
=-=>
--
(t((0,1) ( f(t) đồng biến (0, 1)
( f(y) > f(x) nếu y > x và f(y) < f(x) nếu y < x ( (đpcm)
Bài 5. Chứng minh rằng:
ba
ab
<
(a > b ( e
Giải. ab < ba ( lnab < lnba ( blna < alnb (
lnln
ab
ab
<
.
Xét hàm đặc trưng f(x) =
ln
x
x
(x ( e.
Ta có
22
1ln1ln
()0
xe
fx
xx
--
¢
=£=
( f(x) nghịch biến [e, +()
( f(a) < f(b) (
lnln
ab
ab
<
( ab < ba
Bài 6. (Đề TSĐH khối D, 2007)
Chứng minh rằng
(
)
(
)
11
22,0
22
ba
ab
ab
ab
+£+"³>
Giải. Biến đổi bất đẳng thức
(
)
(
)
111414
22
2222
ba
ba
ab
ab
abab
æöæö
++
+£+Û£
ç÷ç÷
èøèø
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
ln14ln14
1414ln14ln14
ab
baba
abab
ab
++
Û+£+Û+£+Û£
.
Xét hàm số đặc trưng cho hai vế
(
)
(
)
ln14
x
fx
x
+
=
với
0
x
>
. Ta có
(
)
(
)
(
)
(
)
2
4ln414ln14
0
14
xxxx
x
fx
x
-++
¢
=<
+
EMBED Equation.DSMT4
(
)
fx
Þ
giảm trên
(
)
(
)
(
)
0,
fafb
+¥Þ£
Bài 7. (Bất đẳng thức Nesbitt)
Chứng minh rằng:
3
2
abc
bccaab
++³
+++
(a, b, c > 0 (1)
Giải. Không mất tính tổng quát, giả sử a ( b ( c. Đặt x = a ( x ( b ( c > 0.
Ta có (1) ( f (x) =
xbc
bccxxb
++
+++
với x ( b ( c > 0
(
(
)
(
)
(
)
(
)
2222
11
()0
bcbc
fx
bcbc
xcxbbcbc
¢
=-->--=
++
++++
( f(x) đồng biến [b, +() (
2
()()
bc
fxfb
bc
+
³=
+
(2)
Đặt x = b ( x ( c > 0, xét hàm số g(x) =
2
xc
xc
+
+
với x ( c > 0
(
(
)
2
()0
c
gx
xc
¢
=>
+
(c > 0 ( g(x) đồng biến [c, +() (
3
()()
2
gxgc
³=
(3)
Từ (2), (3) suy ra
3
2
abc
bccaab
++³
+++
(a, b, c > 0
Bình luận: Bất đẳng thức Nesbitt ra đời năm 1905 và là một bất đẳng thức rất nổi tiếng trong suốt thế kỷ 20. Trên đây là một cách chứng minh bất đẳng thức này trong 45 cách chứng minh. Bạn đọc có thể xem tham khảo đầy đủ các cách chứng minh trong cuốn sách: “Những viên kim cương trong bất đẳng thức Toán học” của tác giả do NXB Tri thức phát hành tháng 3/2009.
Nguồn: Giáo viên
� EMBED Equation.DSMT4 ���
� EMBED Equation.DSMT4 ���
� EMBED Equation.DSMT4 ���
� EMBED Equation.DSMT4 ���
x�
2�
� EMBED Equation.DSMT4 ����
� EMBED Equation.DSMT4 ����
�
� EMBED Equation.DSMT4 ����
_�
0�
+�
�
� EMBED Equation.DSMT4 ����
� EMBED Equation.DSMT4 ����
CT�
0�
�
8
9
2
x
1
x
36
+
+¥
(
)
gx
¢
(
)
gx
23