Upload
others
View
10
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
SỬ DỤNG ĐẠO HÀM ĐỂ GIẢI
Sử dụng đạo hàm để giải các phương trình, bất phương trình, hệ phương trình chứa tham số
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
SỬ DỤNG ĐẠO HÀM ĐỂ GIẢI
CÁC PHƯƠNG TRÌNH, BẤT PHƯƠNG TRÌNH, HỆ PHƯƠNG TRÌNH CHỨA THAM SỐ.
A. ĐẶT VẤN ĐỀ
I. Lý do chọn đề tài:
Môn Toán trong trường phổ thông giữ một vị trí, vai trò hết sức quan trọng. Là môn học cơ bản, môn học công cụ. Nếu học tốt môn toán thì những tri thức cùng với phương pháp làm việc trong toán sẽ trở thành công cụ để học tốt những môn học khác.
Môn Toán góp phần phát triển nhân cách, ngoài việc cung cấp cho học sinh hệ thống kiến thức, kĩ năng toán học cần thiết; môn toán còn rèn luyện cho học sinh đức tính, phẩm chất của người lao động mới: cẩn thận, chính xác, có tính kỉ luật, tính phê phán, tính sáng tạo và bồi dưỡng óc thẩm mĩ.
Trong chương trình toán học ở bậc trung học phổ thông, bài toán tìm giá trị tham số để phương trình, bất phương, hệ phương trình có nghiệm là bài toán quan trọng và thường gặp trong kì thi tuyển sinh vào Đại học,Cao đẳng .Đây là bài toán mà học sinh thường gặp rất nhiều khó khăn khi làm, nhất là từ khi thay đổi sách giáo khoa, tinh giảm chương trình thì các dạng toán phải sử dụng định lí đảo của tam thức bậc hai không thể vận dụng vì định lí này đã bỏ, do đó học sinh trong khi đọc sách tham khảo xuất bản trước đó có rất nhiều bài toán sử dụng định lý đó nên học sinh đọc sách rất hoang mang và không biết phải giải quyết như thế nào.
Với nguyện vọng giúp học sinh thay đổi tư duy về môn toán tôi tập trung khai thác các bài toán tìm giá trị của tham số để phương trình, bất phương trình , hệ phương trình có nghiệm bằng phương pháp đạo hàm.Với việc sử dụng phương pháp này, những bài toán về tìm giá trị của tham số để phương trình, bất phương trình, hệ phương trình có nghiệm sẽ được giải quyết một cách rất tự nhiên, thuần túy, ngắn gọn và đơn giản.Đó là lí do để tôi chọn đề tài: “Sử dụng đạo hàm để giải các phương trình, bất phương trình, hệ phương trình chứa tham số”
II. Mục đích của sáng kiến kinh nghiệm:
Xuất phát từ mối liên hệ giữa số nghiệm của phương trình một ẩn với số giao điểm của hai đồ thị hai hàm số ở hai vế của phương trình đó để giải quyết các bài toán tìm giá trị của tham số để phương trình, bất phương trình, hệ bất phương trình có nghiệm.
Trong khi giải quyết các bài toán về phương trình, bất phương trình, hệ phương trình mà phải thực hiện việc đặt ẩn phụ thì việc tìm điều kiện của ẩn phụ là rất cần thiết, việc tìm điều kiện của ẩn phụ thực ra là tìm tập giá trị của ẩn phụ trên tập xác định của bài toán đã cho bằng hàm số. Sau khi tìm được điều kiện của ẩn phụ thì những yêu cầu của đề bài đối với bài toán theo ẩn chính phải được quy về những yêu cầu tương ứng cho bài toán theo ẩn phụ trên điều kiện của nó. Đó là điều quan trọng để chọn đặt hàm số tương ứng trên tập giá trị của ẩn phụ.
Các vấn đề tôi trình bày trong bài viết của mình có thể hỗ trợ cho các em học sinh lớp 12 có cách nhìn toàn diện hơn về cách tiếp cận bằng hàm số để giải bài toán phương trình, bất phương trình, hệ phương trình có chứa tham số.
III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Để hoàn thành được bài viết của mình với đề tài nói trên tôi đã phải nghiên cứu trên các dạng toán về phương trình, bất phương trình , hệ phương trình có chứa tham số.
- Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu của đề tài là toàn bộ chương trình đại số và giải tích thuộc môn toán Trung học phổ thông đặc biệt là phương trình, bất phương trình vô tỉ, phương trình lượng giác, phương trình, bất phương trình mũ và logarit, hệ phương trình.
IV.Phạm vi áp dụng: Áp dụng cho tất cả học sinh bậc THPT trên toàn tỉnh
B. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
I.Cơ sở lý luận của vấn đề:
Để sử dụng phương pháp đạo hàm giải bài toán tìm giá trị tham số để phương trình, bất phương, hệ phương trình có nghiệm. Ta cần nắm vững các mệnh đề sau:
Cho hàm số
()
yfx
=
liên tục trên tập D
* Phương trình f(x) = m có nghiệm
min()max()
xD
xD
xDfxmfx
Î
Î
ÎÛ££
* Bất phương trình
()
fxm
£
có nghiệm
min()
xD
xDfxm
Î
ÎÛ£
* Bất phương trình
()
fxm
³
có nghiệm
max()
xD
xDmfx
Î
ÎÛ£
* Bất phương trình
()
fxm
£
, nghiệm đúng với mọi
max()
xD
xDmfx
Î
ÎÛ³
* Bất phương trình
()
fxm
³
, nghiệm đúng với mọi
min()
xD
xDmfx
Î
ÎÛ£
* Cho hàm số
()
yfx
=
đơn điệu trên D.
Khi đó:
()()(,)
fufvuvuvD
=Û="Î
* Cho hai hàm số
(),()
yfxygx
==
có đồ thị lần lượt là
(
)
(
)
12
,
CC
.
Phương trình hoành độ giao điểm của
(
)
1
C
và
(
)
2
C
là :
()()(1)
fxgx
=
Số nghiệm phương trình (1) bằng số giao điểm của
(
)
1
C
và
(
)
2
C
II.Thực trạng của vấn đề:
a.Thuận lợi: Đưa được bài toán tìm giá trị tham số để phương trình, bất phương, hệ phương trình có nghiệm vềdạng
()()
fxgm
=
hoặc
()()
fxgm
£
sau đó ta sử dụng các mệnh đề trên để giải quyết bài toán đơn giản.
b.Khó khăn: Không phải mọi bài toán đều đưa được về dạng
()()
fxgm
=
hoặc
()();()()
fxgmfxgm
£³
, nhất là khi g(m) là một đa thức theo m mà bậc của m không cùng bậc.
III.Các phương pháp đã tiến hành để giải quyết vấn đề:
1. Phương pháp chung:
Để giải bài toán tìm các giá trị tham số m để phương trình (PT), bất phương trình (BPT), hệ phương trình (HPT) ta có thể thực hiện thứ tự như sau:
* Biến đổi phương trình, bất phương trình, hệ phương trình về dạng
()()
fxgm
=
hoặc
()();()()
fxgmfxgm
£³
.
* Tìm tập xác định D của hàm số f(x)
* Tính
'
()
fx
* Lập bảng biến thiên của hàm số f(x)
* Xác định
max();min()
xD
xD
fxfx
Î
Î
.
* Vận dụng một trong các mệnh đề trên, để đưa ra kết luận cho bài toán.
Chú ý: Trường hợp phương trình, bất phương trình, hệ bất phương trình chứa các biểu thức phức tạp ta làm như sau:
* Đặt ẩn số phụ
()
tx
j
=
.
* Từ điều kiện ràng buộc của ẩn x, ta tìm điều kiện cho ẩn t.
* Đưa phương trình, bất phương trình ẩn x về phương trình, bất phương trình ẩn t.Ta được
()()
htgm
=
hoặc
()();()()
htgmhtgm
£³
* Lập bảng biến thiên của hàm số f(t)
* Từ bảng biến thiên rút ra kết luận bài toán
2.Các bài toán minh họa:
2.1*Dạng 1: Phương trình.
Bài toán 1: Tìm các giá trị của tham số m để phương trình
2
221
xmxx
++=+
có hai nghiệm phân biệt.
Lời giải:
Ta có:
2
2
1
221
2
341(1)
x
xmxx
mxxx
ì
³-
ï
++=+Û
í
ï
=+-
î
Nếu x = 0 thì phương trình (1) vô nghiệm.
Nếu
{
}
1
;\0
2
x
éö
Î-+¥
÷
ê
ëø
thì
1
(1)34(2)
mx
x
Û=+-
Phương trình (2) là phương trình hoành độ giao điểm của
:
dym
=
và đồ thị
1
():()34
Cfxx
x
=+-
Phương trình đã cho có hai nghiệm phân biệt
{
}
1
;\0
2
x
éö
Î-+¥Û
÷
ê
ëø
EMBED Equation.DSMT4
:
dym
=
cắt
1
():()34
Cfxx
x
=+-
trên
{
}
1
;\0
2
éö
-+¥
÷
ê
ëø
.Ta có:
{
}
'
2
11
()30,;\0
2
fxx
x
éö
=+>"Î-+¥
÷
ê
ëø
Bảng biến thiên:
x
1
2
-
0 +
¥
f’(x) + +
+
¥
+
¥
f(x)
9
2
-
¥
Từ bảng biến thiên ta có:
9
2
m
³
* Nhận xét :
Đưa về bài toán tìm số giao điểm đường thẳng và đồ thị.Nếu giải theo cách đưa về phương trình bậc hai thì tìm điều kiện để phương trình bậc hai có hai nghiệm phân biệt thỏa điều kiện
1
;
2
x
éö
Î-+¥
÷
ê
ëø
.Khi đó dẫn đến so sánh hai nghiệm của phương trình bậc hai với
1
2
-
, bài toán trở nên phức tạp.
Bài toán 2: Tìm các giá trị của tham số m để phương trình sau có nghiệm
2
99
xxxxm
+-=-++
(1)
Lời giải:
Điều kiện:
09
x
££
PT (1)
2
92(9)9
xxxxxxm
Û+-+-=-++
22
9299
xxxxm
Û+-+=-++
(2)
Đặt
2
9
txx
=-+
Ta có:
'
2
29
29
x
t
xx
-+
=
-+
;
'
9
0
2
tx
=Û=
x 0
9
2
9
'
t
+ 0
-
t
9
2
0 0
Do đó :
9
0
2
t
££
Phương trình (2) trở thành
22
9229
ttmttm
+=+Û-++=
(3)
Xét hàm số
2
()29
fttt
=-++
,
9
0
2
t
££
Ta có :
''
()22;()01
fttftt
=-+=Û=
Bảng biến thiên :
t 0 1
9
2
'
()
ft
+ 0
-
()
ft
10
9
9
4
-
Phương trình (1) có nghiệm
[
]
0;9
x
ÎÛ
phương trình (3) có nghiệm
9
0;
2
t
éù
Î
êú
ëû
9
10
4
m
Û-££
* Nhận xét :
Nếu không đặt ẩn phụ thì ta được pt :
22
9299
xxxxm
+-++-=
Khi đó xét hàm số
22
()9299
fxxxxx
=+-++-
thì việc tính đạo hàm và xét dấu đạo hàm để lập bảng biến thiên tương đối khó khăn. Tuy nhiên khi đặt ẩn phụ thì phải tìm điều kiện của t. Khi đó đưa về phương trình hoành độ giao điểm của đường thẳng song song với trục Ox và đồ thị (C ).
Bài toán 3: Tìm các giá trị của tham số m để phương trình sau có nghiệm
2
4
31121
xmxx
-++=-
(1)
Lời giải :
Điều kiện :
1
x
³
PT (1)
2
44
11
32
11
xx
m
xx
æö
--
Û+=
ç÷
ç÷
++
èø
(2)
Đặt
4
1
1
x
t
x
-
=
+
, Do
44
12
01101
11
x
t
xx
-
£=-<Þ£<
++
Phương trình (2) trở thành :
22
3232
tmtmtt
+=Û=-+
(3)
Xét hàm số
2
()32
fttt
=-+
,
[
)
0;1
t
Î
Ta có :
''
1
()62;()0
3
fttftt
=-+=Û=
Bảng biến thiên :
t 0
1
3
1
'
()
ft
+ 0
-
()
ft
1
3
0 -1
Phương trình (1) có nghiệm
[
)
1;
x
Î+¥Û
phương trình (3) có nghiệm
[
)
0;1
t
Î
1
1
3
m
Û-<£
* Nhận xét:
Nếu không đặt được ẩn phụ mà giải trực tiếp thì đây là bài toán tương đối phức tạp. Khi đặt ẩn phụ học sinh hay gặp sai lầm là chỉ nói được
0
t
³
, không chỉ ra được t<1.
Bài toán 4: Cho phương trình
22
212
2
loglog3(log3)
xxmx
+-=-
(1)
Tìm m để phương trình có nghiệm
[
)
32;
x
Î+¥
Lời giải :
Từ điều kiện của x, ta có
22
log5log32
xx
³Þ-³
nên
0
m
³
PT (1)
2
222
log2log3(log3)
xxmx
Û--=-
(
)
222
222
log2log3(log3)2
xxmx
Û--=-
Đặt
2
log;5
txt
=³
.PT (2) trở thành
222
23(3)
ttmt
--=-
EMBED Equation.DSMT4
2
1
2
t
m
t
+
Û=
-
(3)
Xét hàm số
1
()
2
t
ft
t
+
=
-
,
5
t
³
Ta có :
(
)
'
2
4
()0,5
3
ftt
t
-
=<"³
-
Bảng biến thiên
t 5
+¥
'
()
ft
()
ft
3
1
Phương trình (1) có nghiệm
[
)
32;
x
Î+¥Û
phương trình (3) có nghiệm
[
)
5;
t
Î+¥
2
13
m
Û<£
Kết hợp với điều kiện
0
m
³
, ta có :
13
m
<£
.
* Nhận xét :
Nếu ta đưa về phương trình bậc hai theo t thì khi phương trình (3) có nghiệm t phải kiểm tra nghiệm đó thỏa
5
t
³
. Trong khi đó ta giải theo cách trên đưa về dùng bảng biến thiên rất đơn giản. Đó là ưu điểm của cách giải trên.
Bài toán 5 :Cho phương trình
1122
44(1)(22)2
xxxx
mm
+-+-
+=+-+
(1)
Tìm m để phương trình có nghiệm
[
]
0;1
x
Î
Lời giải :
PT (1)
4(44)(1)4(22)2
xxxx
mm
--
Û+=+-+
(2)
Đặt
2
22442
xxxx
tt
--
=-Þ+=+
Ta có :
[
]
'
2ln22ln20,0;1
xx
tt
-
=+>"Î
x 0 1
'
t
+
t
3
2
0
Do đó :
3
0
2
t
££
PT (2) trở thành :
2
2
224
2(2)2(1)
21
tt
tmtmm
t
-+
+=++Û=
+
(3)
Xét hàm số
2
2243
(),0;
212
tt
ftt
t
-+
éù
=Î
êú
+
ëû
Ta có :
(
)
2
''
2
111
4410
2
();()0
21
111
2
t
tt
ftft
t
t
é
-+
=
ê
+-
ê
==Û
ê
+
--
=
ê
ë
Bảng biến thiên :
t 0
3
2
'
()
ft
-
()
ft
4
11
8
Phương trình (1) có nghiệm
[
]
0;1
x
ÎÛ
phương trình (3) có nghiệm
3
0;
2
t
éù
Î
êú
ëû
11
4
8
m
Û££
* Nhận xét :
Nếu ta đưa về phương trình bậc hai theo t thì khi phương trình (3) có nghiệm t phải kiểm tra nghiệm đó thỏa
[
]
0;1
t
Î
. Trong khi đó ta giải theo cách trên đưa về dùng bảng biến thiên rất đơn giản. Đó là ưu điểm của cách giải trên.
Bài toán 6 :Tìm
m
để phương trình sau có nghiệm thực
(
)
22
1111
933210
xx
mm
+-+-
-+++=
Lời giải:
Điều kiện:
11
x
££
. Đặt
2
11
3
x
t
+-
=
.
Ta có:
22
0111112
xx
£-£Þ£-+£
Nên
2
112
33339
x
t
-+
££Û££
Khi đó, phương trình đã cho trở thành
(
)
2
2
31
3210
2
tt
tmtmm
t
-+
-+++=Û=
-
Xét hàm số
(
)
2
31
2
tt
ft
t
-+
=
-
trên
[
]
3;9
.
Ta có
(
)
[
]
2
'
2
45
()0,3;9
2
tt
ftt
t
-+
=>"Î
-
.
Suy ra:
()
ft
là hàm số đồng biến trên
[
]
3;9
Do đó phương trình đã có nghiệm khi và chỉ khi
[
]
(
)
[
]
(
)
(
)
(
)
3;9
3;9
55
minax391
7
ftmmftfmfm
££Û££Û££
Bài toán 7 : Cho phương trình
(
)
(
)
3tan1sin2cossin3cos
xxxmxx
++=+
(1)
Tìm m để phương trình (1) có nghiệm duy nhất
0;
2
x
p
æö
Î
ç÷
èø
Lời giải :
Xét
0;
2
x
p
æö
Î
ç÷
èø
, khi đó
sin0,cos0,tan0,sin3cos0
xxxxx
>>>+>
PT (1)
sin2cos
3tan1
sin3cos
xx
xm
xx
+
Û+=
+
tan2
3tan1
tan3
x
xm
x
+
Û+=
+
(2)
Đặt
tan,0
txt
=>
PT (2) trở thành
2
31.
3
t
tm
t
+
+=
+
, t >0
Xét hàm số
2
()31.,0
3
t
fttt
t
+
=+>
+
Ta có :
(
)
'
2
321
().30,0
3
21
3
tt
ftt
t
t
t
++
=+>>
+
+
+
Bảng biến thiên
t 0
+¥
'
()
ft
+
()
ft
+¥
2
Ứng mỗi
0
t
>
thỏa mãn PT (3), ta được đúng một nghiệm
0;
2
x
p
æö
Î
ç÷
èø
của PT (1)
Do đó PT (1) có nghiệm duy nhất thỏa
0;
2
x
p
æö
Î
ç÷
èø
khi và chỉ khi PT (3) có duy nhất nghiệm
0
t
>
.
Từ bảng biến thiên ta có :
2
m
>
* Nhận xét :
Đây là bài toán tương đối khó, sau khi đặt ẩn phụ ta vẫn được một phương trình chứa căn phức tạp.Cách giải trên đưa về dùng bảng biến thiên rất đơn giản. Đó là ưu điểm của cách giải trên.
Bài toán 8 : Cho phương trình
63
xxmx
-++=
(1) .Tìm m để phương trình có nghiệm
Lời giải :
Điều kiện :
36
x
-££
Vì x = 0 không phải là nghiệm của phương trình nên (1) tương đương với
63
xx
m
xx
-+
+=
Xét hàm số
63
()
xx
fx
xx
-+
=+
,
[
]
3;6
x
Î-
Ta có :
'
22
126
()
2623
xx
fx
xxxx
-+
=-
-+
Với mọi
[
]
3;6120,60
xxx
Î-Þ-<+>
nên
(
)
'
()0,3;6
fxx
<"Î-
Bảng biến thiên :
x
3
-
0 6
f’(x)
-
-
-1 +
¥
f(x)
-
¥
1
2
Từ bảng biến thiên ta có : Phương trình (1) có nghiệm
1
1
2
m
m
£-
é
ê
Û
ê
³
ë
* Nhận xét :
Đây là bài toán mà ta không đặt được ẩn phụ, nếu dùng phép biến đổi mất căn thì dẫn đến một phương trình phức tạp. Cách giải trên đưa về dùng bảng biến thiên rất đơn giản. Đó là ưu điểm của cách giải trên.
Bài toán 9: Tìm m để phương trình sau có nghiệm duy nhất
232
31221
xxxm
--++=
(1) trên
1
;1
2
-
éù
êú
ëû
Lời giải:
Xét hàm số
(
)
232
31221
fxxxx
=--++
trên
1
;1
2
-
éù
êú
ëû
.
Ta có
2
'
232232
334334
()
121121
xxxx
fxx
xxxxxx
æö
-++
=-=-+
ç÷
-++-++
èø
Xét hàm số
(
)
32
21
gxxx
=++
trên
1
;1
2
-
éù
êú
ëû
.
Ta có
(
)
2
3400
gxxxx
¢
=+=Û=
Ta có bảng biến thiên
x
1
2
-
0 1
'
()
gx
+ 0
-
()
gx
1
Dựa vào bảng biến thiên ta thấy
1
()1,;1
2
gxx
éù
³"Î-
êú
ëû
và
1
;1
2
x
éù
"Î-
êú
ëû
ta có
15
3()4343.14347
22
xx
-+£+£+Û£+£
.
Suy ra
232
3341
0,;1
2
121
x
x
xxx
+
éù
+>"Î-
êú
ëû
-++
Do đó
(
)
00
fxx
¢
=Û=
Bảng biến thiên:
x
1
2
-
0 1
'
()
fx
-
0 +
()
fx
1
3322
2
-
4
-
PT (1) là phương trình hoành độ giao điểm của
:
dym
=
và
(C ) :
(
)
232
31221
fxxxx
=--++
Phương trình có nghiệm duy nhất khi
3322
4
2
m
-
-£<
hoặc
1
m
=
.
* Nhận xét :Đây là bài toán mà ta không đặt được ẩn phụ, nếu dùng phép biến đổi mất căn thì dẫn đến một phương trình phức tạp. Cách giải trên đưa về dùng bảng biến thiên rất đơn giản. Đó là ưu điểm của cách giải trên.
Bài toán 10 : Chứng minh rằng
0
m
">
, phương trình sau luôn có hai nghiệm thực phân biệt:
2
28(2)
xxmx
+-=-
Giải
Do
0
m
>
nên
2
x
³
(1)
Û
[
]
2
(2)(4)(2)(2)(4)(2)
xxmxxxmx
-+=-Û-+=-
2
32
2
(2)(2)(4)0
6320(*)
x
xxxm
xxm
=
é
éù
Û--+-=Û
ê
ëû
+--=
ë
Yêu cầu bài toán quy về chứng minh phương trình (*) có một nghiệm trong
(2;)
+¥
Biến đổi (*)
32
632
mxx
Û=+-
.
Xét hàm số
32
()632
fxxx
=+-
với
2
x
>
.
Ta có
'2
()3120,2
fxxxx
=+³">
và
lim()
x
fx
®+¥
=+¥
Bảng biến thiên:
x 2
+¥
'
()
fx
+
()
fx
+¥
0
Từ bảng biến thiên suy ra
0
m
">
phương trình (*) có đúng một nghiệm
2
x
>
.
Vậy phương trình đã cho có đúng hai nghiệm thực phân biệt
0
m
">
.
* Nhận xét:
Sau khi tìm được điều kiện
2
x
³
việc khảo sát hàm số
()
fx
ở trên là rất dễ dàng chủ yếu là dùng đạo hàm tuy nhiên dùng định nghĩa cũng suy ra tính đồng biến của hàm số
()
fx
.
2.2* Dạng 2: Bất phương trình.
Bài toán 1: Tìm
m
để bất phương trình
4224
xxm
-+-<
có nghiệm.
Lời giải:
Điều kiện:
1
4
2
x
££
.
Khi đó, bất phương trình
4224
xxm
-+-<
có nghiệm
1
;4
2
x
éù
Î
êú
ëû
1
;4
2
min4224
mxx
éù
êú
ëû
éù
Û>-+-
ëû
Xét hàm số
(
)
4224
fxxx
=-+-
trên
1
;4
2
éù
êú
ëû
.
Ta có
(
)
(
)
(
)
212442
424
424
xx
fx
xx
xx
---
¢
=-=
--
--
(
)
9
02442
4
fxxxx
¢
=Û---Û=
Tính
(
)
19
14;27;414
24
fff
æöæö
===
ç÷ç÷
èøèø
. Suy ra
(
)
1
;4
2
min14
fx
éù
êú
ëû
éù
=
ëû
.
Vậy bất phương trình đã cho có nghiệm khi và chỉ khi
14
m
>
.
Bài toán 2: Tìm tham số
m
để bất phương trình sau có nghiệm:
31
mxxm
--£+
(1)
Giải
Điều kiện:
3
x
³
. Đặt
2
3,03
txtxt
=-³Þ=+
BPT (1) trở thành
2
2
1
(3)1
2
t
mttmm
t
+
+-£+Û£
+
(2)
Xét hàm số
2
1
()
2
t
ft
t
+
=
+
,
0
t
³
Ta có:
(
)
2
''2
2
2
13
22
(),()0220
13
2
t
tt
ftfttt
t
t
é
=-+
--+
==Û--+=Û
ê
=--
ê
+
ë
Bảng biến thiên
t 0
31
-
+¥
'
()
ft
+ 0
-
()
ft
13
4
+
1
2
0
Suy ra
[
)
(
)
0;+
13
ax
4
mft
¥
+
éù
=
ëû
Bất phương trình (1) có nghiệm
3
x
³
Û
bất phương trình (2) có nghiệm
0
t
³
[
0;)
max()
mft
+¥
Û£
31
4
m
+
Û£
* Nhận xét:
Nếu đưa về bất phương trình
13
31
1
x
mxxmm
x
+-
--£+Û³
-
. Khi đó hàm số
(
)
13
1
x
fx
x
+-
=
-
dẫn đến việc tính đạo hàm, giải phương trình đạo hàm và xét dấu đạo hàm gặp khó khăn.
Bài toán 3: Tìm m để bất phương trình
(
)
(
)
2
462
xxxxm
+-£-+
(1) nghiệm đúng với mọi
[
]
4;6
x
Î-
Lời giải:
Đặt
222
224224
txxxxt
=-++Þ-=-
''
2
22
,01
2224
x
ttx
xx
-+
==Û=
-++
x
4
-
1 6
'
t
-
0 +
t
5
0 0
Do đó
05
t
££
Bất phương trình (1) trở thành
22
2424
ttmmtt
£-+Û³+-
(2)
Bất phương trình (1) nghiệm đúng với mọi
[
]
4;6
x
Î-Û
Bất phương trình (2) nghiệm đúng với mọi
[
]
[
]
0;5
0;5max()
tmft
ÎÛ³
Ta có
2''
1
()24,()21,()0()
2
ftttfttfttl
=+-=+=Û=-
Tính f(0) = -24, f(5) = 6. Do đó
[
]
0;5
max()6
ft
=
Vậy
6
m
³
.
Bài toán 4: Tìm
m
để bất phương trình
2
29
mxxm
+<+
có nghiệm với mọi
x
.
Lời giải
Ta có
2
2
29
291
x
mxxmm
x
+<+Û<
+-
, vì
2
2910,
xx
+->"
Khi đó, phương trình có nghiệm với mọi
x
EMBED Equation.DSMT4
2
min
291
x
m
x
éù
Û<
êú
+-
ëû
¡
Xét hàm số
(
)
2
291
x
fx
x
=
+-
trên
¡
.
Ta có
(
)
(
)
2
2
2
22
6
929
09290
6
29291
x
x
fxx
x
xx
=-
é
-+
¢
==Û-+=Û
ê
=
ë
++-
Bảng biến thiên:
x
-¥
-6 6
+¥
(
)
fx
¢
- 0 + 0 -
1
2
-
3
4
(
)
fx
3
4
-
1
2
Suy ra
(
)
3
min
4
fx
éù
=-
ëû
¡
.
Do đó bất phương trình nghiệm đúng với mọi
x
khi
3
4
m
<-
.
Bài toán 5: Tìm
m
để bất phương trình
tanxtanx
.162.4220
mmm
-+-³
nghiệm đúng với mọi
0;
4
x
p
éù
Î
êú
ëû
.
Lời giải
Đặt
tanx
4
t
=
. Với
[
]
0;1;4
4
xt
p
éù
ÎÞÎ
êú
ëû
.
Khi đó bất phương trình đã cho trở thành
2
2220
mtmtm
-+-³
.
Bất phương trình đã cho nghiệm đúng với mọi
0;
4
x
p
éù
Î
êú
ëû
khi và chỉ khi
[
]
[
]
[
]
2
22
1;4
22
2220,1;4,1;4ax
2222
mtmtmtmtmm
tttt
éù
-+-³"ÎÛ³"ÎÛ³
êú
-+-+
ëû
.
Xét hàm số
(
)
2
2
22
ft
tt
=
-+
trên
[
]
1;4
. Ta có
(
)
(
)
(
)
[
]
2
2
41
0,1;4
22
t
ftt
tt
-
¢
=£"Î
-+
Bảng biến thiên
t 1 4
'
()
ft
-
()
ft
2
1
5
Dựa vào bảng biến thiên suy ra
[
]
1;4
ax()2
mft
=
. Do đó giá trị cần tìm là:
2
m
³
.
Bài toán 6: Tìm
m
để bất phương trình
(
)
(
)
22
55
1log1log4
xmxxm
++³++
nghiệm đúng với mọi
x
.
Lời giải:
Ta có
(
)
(
)
(
)
(
)
2222
5555
1log1log4log51log4
xmxxmxmxxm
éù
++³++Û+³++
ëû
(
)
2
2
22
2
4
40
1
4
514
5
1
x
m
mxxm
x
x
xmxxm
m
x
-
ì
>
ì
++>
ï
ïï
+
ÛÛ
íí
+³++
ïï
î
£-
ï
+
î
(*)
Hệ bất phương trình (*) thỏa với mọi x
2
2
4
ax
1
4
5min
1
x
mm
x
x
m
x
ì
-
éù
>
ï
êú
+
ïëû
Û
í
-
éù
ï
£+
êú
ï
+
ëû
î
¡
¡
Xét hàm số
(
)
2
4
1
x
fx
x
-
=
+
trên
¡
. Ta có
(
)
(
)
(
)
2
2
2
41
1
0
1
1
x
x
fx
x
x
-
=-
é
¢
==Û
ê
=
ë
+
Bảng biến thiên:
x
-¥
-1 1
+¥
(
)
fx
¢
+ 0 - 0 +
2 0
(
)
fx
0
-2
Dựa vào bảng biến thiên suy ra
(
)
(
)
min2;max2
fxfx
éùéù
=-=
ëûëû
¡
¡
.
Vậy giá trị cần tìm là:
25223
mm
<£-Û<£
.
Bài toán 7: Tìm
m
để hàm số
(
)
(
)
32
11
132
33
ymxmxmx
=--+-+
đồng biến trên
[
)
2;
+¥
.
Lời giải:
Ta có
(
)
(
)
2
2132
ymxmxm
¢
=--+-
.
Hàm số đồng biến trên
[
)
2;
+¥
EMBED Equation.DSMT4
Û
EMBED Equation.DSMT4
(
)
(
)
[
)
2
21320,2;
ymxmxmx
¢
=--+-³"Î+¥
[
)
[
)
22
2;
6262
,2;ax
2323
xx
mxmm
xxxx
+¥
--
éù
Û³"Î+¥Û³
êú
-+-+
ëû
Xét hàm số
(
)
2
62
23
x
fx
xx
-
=
-+
trên
[
)
2;
+¥
.
Ta có
(
)
(
)
2
'
2
2
2126
036
23
xx
fxx
xx
-+
==Û=±
-+
Bảng biến thiên:
x 2
36
+
+¥
'
()
fx
-
0 +
()
fx
2
3
0
Dựa vào bảng biến thiên suy ra
[
)
(
)
2;
2
ax
3
mfx
+¥
éù
=
ëû
. Do đó giá trị cần tìm là:
2
3
m
³
.
Bài toán 8: Tìm m để bất phương trình sau nghiệm đúng với mọi x
cos4x - 5cos3x - 36sin2x - 15cosx + 36 + 24m - 12m2
³
0 (1)
Lời giải:
TXĐ: D = IR
Trên D bpt (5)
Û
3cos4x - 20cos3x + 36cos2x + 24m - 12m2
³
0 (2)
Đặt t = cosx với t
Î
[
]
1
;
1
-
Bất phương trình (2) trở thành 3t4 - 20t3 + 36t2 + 24m - 12m2
³
0
Û
3t4 - 20t3 + 36t2
³
12m2 - 24m (3)
Bất phương trình (1) nghiệm đúng với mọi
xIR
ÎÛ
bất phương trình (3) nghiệm
đúng với mọi
[
]
1;1
t
Î-
Xét hàm số : f(t) = 3t4 - 20t3 + 36t2 víi t
Î
[
]
1
;
1
-
Ta có: f’(t) = 12t3 - 60t2 + 72t = 12t(t2 - 5t + 6)
f’(t) = 0
Û
12t(t2 - 5t + 6) = 0
Û
ê
ê
ê
ë
é
=
=
=
3
t
2
t
0
t
Bảng biến thiên
t -1 0
1
'
()
ft
-
0 +
()
ft
59
19
0
Từ bảng biến thiên ta có f(t)
³
12m2 - 24m ,
"
t
Î
[
]
1
;
1
-
Û
12m2 - 24m
£
EMBED Equation.3
[
]
)
t
(
f
min
1;1
-
Û
12m2 - 24m
£
0
Û
0
£
m
£
2
Vậy: 0
£
m
£
2
2.3* Dạng 3: Hệ phương trình
Bài toán 1: Tìm m để hệ phương trình
(
)
(
)
22
8
11
xyxy
xyxym
ì
+++=
ï
í
++=
ï
î
(1) có nghiệm
Lời giải:
Đặt
22
,
uxxvyy
=+=+
.Điều kiện
11
,
44
uv
³-³-
Hệ phương trình (1) trở thành
(
)
2
8
8
82
vu
uv
uum
uvm
=-
+=
ì
ì
Û
íí
-+=
=
î
î
Vì
1133
8
444
vuu
³-Þ-³-Û£
. Do đó:
133
44
u
-££
Hệ phương trình (1) có nghiệm
Û
phương trình (2) có nghiệm
133
;
44
u
éù
Î-
êú
ëû
Xét hàm số
2
()8
fuuu
=-+
,
133
;
44
u
éù
Î-
êú
ëû
Ta có
''
1
()21,()0
2
fuufuu
=-+=Û=
Bảng biến thiên
u
1
4
-
1
2
33
4
'
()
fu
+
0
-
()
fu
16
33
16
-
33
16
-
Từ bảng biến thiên ta có
33
16
16
m
-££
*Nhận xét
Ta có thể giải cách khác là: Hệ phương trình có nghiệm
Û
phương trình (2) có hai nghiệm u, v lớn hơn hoặc bằng
1
4
-
. Khi đó dẫn đến so sánh hai nghiệm với
1
4
-
và học sinh sẽ gặp khó khăn vì so sánh hai nghiệm với số thực không có trong bài định lí về dấu tam thức bậc hai ở lớp 10.
Bài toán 2: Tìm m để hệ phương trình
11
11
xym
yxm
ì
+-=+
ï
í
+-=+
ï
î
(1) có nghiệm duy nhất
Lời giải:
Điều kiện:
01
01
x
y
££
ì
í
££
î
Từ hệ
11
xyxx
Þ+-=-+
11
()()
xxyy
fxfy
Û--=--
Û=
Xét hàm số
[
]
()1,0;1
ftttt
=--Î
(
)
'
11
()0,0;1
221
ftt
tt
=+>"ÎÞ
-
hàm số
()
yft
=
đồng biến trên
[
]
0;1
Khi đó :
()()
fxfyxy
=Û=
Thay vào hệ ta được :
[
]
11,0;1
xxmx
--=+Î
(2)
Xét hàm số
[
]
()1,0;1
fxxxx
=+-Î
Ta có :
'
111
()
2212(1)
xx
fx
xxxx
--
=-=
--
'
1
()01
2
fxxxx
=Û-=Û=
Bảng biến thiên :
x
0
1
2
1
'
()
fx
+
0
-
()
fx
2
1
1
Hệ phương trình đã cho có nghiệm duy nhất
Û
phương trình (2) có nghiệm duy nhất.
Từ bảng biến thiên ta có :
1221
mm
+=Û=-
* Nhận xét :
Ta có thể giải hệ trên dùng điều kiện cần và đủ. Giả sử
(
)
;
oo
xy
là một nghiệm của
hệ thì
(
)
1;1
oo
xy
--
cũng là một nghiệm của hệ. Khi đó hệ có nghiệm duy nhất cần
1
2
oo
xy
==
.Từ đó tìm m và thử lại.Cách giải này hay gặp sai lầm là không thử lại.
Bài toán 3 : Tìm m để hệ phương trình
32
2
2(2)
12
xyxxym
xxym
ì
-++=
í
+-=-
î
(1) có nghiệm
Lời giải :
Hệ phương trình (1)
(
)
(
)
(
)
(
)
2
2
2
212
xxxym
xxxym
ì
--=
ï
Û
í
-+-=-
ï
î
Đặt
2
1
,;2
4
uxxuvxy
=-³-=-
Hệ đã cho trở thành
2
(21)0(2)
12
12
uvm
umum
uvm
vmu
=
ì
+-+=
ì
Û
íí
+=-
=--
î
î
Hệ đã cho có nghiệm
Û
phương trình (2) có nghiệm thỏa mãn
1
4
u
³-
Với
1
4
u
³-
, ta có : (2)
2
2
(21)
21
uu
muuum
u
-+
Û+=-+Û=
+
Xét hàm số
2
()
21
uu
fu
u
-+
=
+
, với
1
4
u
³-
Ta có :
(
)
2
''
2
22131
(),()0
2
21
uu
fufuu
u
+--
=-=Û=
+
Bảng biến thiên :
u
1
4
-
31
2
-
+¥
'
()
fu
+
0
-
()
fu
23
2
-
5
8
-
-¥
Từ bảng biến thiên ta có :
23
2
m
-
£
.
* Nhận xét :
Đây là một câu trong đề thi tuyển sinh đại học khối D năm 2011. Nếu học sinh không trang bị đầy đủ kiến thức về dạng toán trên thì gặp khó khăn khi giải bài này.
Bài toán 4: Tìm m để hệ phương trình
23
33
2
33
1
33
3
xyxy
xy
ymx
m
++
+
-
ì
+=
ï
í
æö
+=
ï
ç÷
èø
î
(1) có nghiệm
Lời giải :
Hệ đã cho
(
)
23
3
2
33
333
xyxy
xy
xym
m
++
-+
+
ì
+=
ï
Û
í
+=
ï
î
Đặt
2
3
3
(0,0)
3
xy
xy
u
uv
v
+
+
ì
=
>>
í
=
î
.Ta được :
(
)
33
11
3332
mm
uvuv
uv
vv
+==-
ìì
ïï
Û
íí
+=-+=
ïï
îî
Vì
0303
uvv
>Þ->Þ<
.Do đó :
03
v
<<
.
Hệ phương trình đã cho có nghiệm
Û
phương trình (2) có nghiệm thỏa
03
v
<<
Xét hàm số
(
)
1
()3,0;3
fvvv
v
=-+Î
Ta có :
(
)
'
2
1
()10,0;3
fvv
v
=--<"Î
Bảng biến thiên :
v 0 3
'
()
fv
-
()
fv
+¥
1
3
Từ bảng biến thiên ta có:
1
31
3
m
m
>Û>-
Bài toán 5: Tìm các giá trị của m để hệ phương trình sau có nghiệm
332
222
126160(1)
424540(2)
xxyy
xxyym
ì
--+-=
ï
í
+---+=
ï
î
Lời giải:
Điều kiện:
22
04
x
y
-££
ì
í
££
î
Ta có
(
)
(
)
3
3
(1)122122
xxyy
Û-=---
Xét hàm số
[
]
3
()12,2;2
ftttt
=-Î-
(
)
(
)
'22
()312340,2;2
fttttt
Þ=-=-<"Î-
Suy ra hàm số f(t) nghịch biến trên
[
]
2;2
-
(3)
Ta có: x và y – 2 cùng thuộc đoạn
[
]
2;2
-
và
()(2)2
fxfyxy
=-Þ=-
Thay vào (2) ta được phương trình
22
344
xxm
--=
(4)
Hệ phương trình đã cho có nghiệm
Û
phương trình (4) có nghiệm x thuộc
[
]
2;2
-
Xét hàm số
22
()344
gxxx
=--
,
[
]
2;2
x
Î-
'
22
'
33
()88
44
()00
x
gxxx
xx
gxx
æö
-
=-=-+
ç÷
--
èø
=Û=
Bảng biến thiên
x
2
-
0
2
'
()
gx
+
0
-
()
gx
6
16
-
16
-
Từ bảng biến thiên ta có :
166
m
-££
Bài toán 6 : Tìm m để hệ bất phương trình sau có nghiệm
2121
2
7720052005(1)
(2)230(2)
xxx
x
xmxm
++++
ì
-+£
ï
í
-+++³
ï
î
Lời giải:
Điều kiện:
1
x
³-
Ta có
(
)
(
)
212112
(772005200577720051
xxxxx
xx
+++++
-+£Û-£-
(3)
Nếu x = 1thỏa bất phương trình (3).Do đó bất phương trình (3) có nghiệm x = 1
Nếu
1
x
>
thì VT > 0 còn VP < 0 nên bất phương trình (3) vô nghiệm
Nếu
11
x
-£<
thì VT < VP nên bất phương trình (3) có nghiệm là
11
x
-£<
Do đó:Bất phương trình (3) có tập nghiệm là
[
]
1;1
T
=-
Để hệ bất phương trình có nghiệm thì bất phương trình (2) có nghiệm
[
]
1;1
x
Î-
Ta có :
(
)
[
]
2
22
23
(2)230223(3),1;1
2
xx
xmxmxmxxmx
x
-+
-+++³Û-£-+Û³Î-
-
Xét hàm số
2
23
()
2
xx
fx
x
-+
=
-
,
[
]
1;1
x
Î-
(
)
2
''2
2
23
41
(),()0410
2
23
x
xx
fxfxxx
x
x
é
=+
-+
==Û-+=Û
ê
-
=-
ê
ë
Bảng biến thiên
x -1
23
-
1
'
()
fx
+
0
-
()
fx
23
-
-2 -2
Từ bảng biến thiên ta có
[
]
1;1
min()(1)2
fxf
-
=±=-
Bất phương trình (3) có nghiệm
[
]
[
]
1;1
1;1min()2
xmfxm
-
Î-Û³Û³-
Vậy:
2
m
³-
IV.Hiệu quả sáng kiến kinh nghiệm:
Sáng kiến kinh nghiệm nhằm trang bị cho học sinh THPT, đăc biệt học sinh 12 phương pháp dùng đạo hàm để giải bài toán tìm giá trị tham số để phương trình, bất phương trình, hệ phương trình có nghiệm. Phương pháp này nhằm giúp cho học sinh giải được bài toán dạng trên trong đề thi tuyển sinh Đại học, Cao đẳng.
C. KẾT LUẬN
Với việc triển khai giảng dạy cho học sinh lớp 12 trong một số giờ tự chọn ôn thi, chủ yếu là hướng dẫn học sinh tự nghiên cứu nội dung ứng dụng đạo hàm và ẩn phụ để tìm tham số trong bài toán phương trình, bất phương trình, hệ phương trình đã giúp cho học sinh thấy được sự liên hệ chặt chẽ giữa số nghiệm của một phương trình với số giao điểm của các đồ thị của hai hàm số ở hai vế, học sinh biết cách sử dụng đạo hàm trong nhiều bài toán tìm tham số, làm bài có những lập luận chặt chẽ hơn trong những tình huống giải phương trình, bất phương trình, hệ phương trình .
Mặc dù Sách giáo khoa đã giảm tải khá nhiều nhưng trong các đề thi tuyển sinh vào đại học có nhiều bài rất khó được phát triển từ các bài tập trong sách giáo khoa, nên để giải quyết các bài toán đó cần phải sử dụng linh hoạt tính đơn điệu của hàm số. Đề tài này chỉ giới thiệu cách giải một số phương trình, bất phương trình, đặc biệt là phương trình, bất phương trình chứa tham số bằng việc sử dụng tính đơn điệu của hàm số.
Mặc dù đã tham khảo một số lượng lớn các tài liệu hiện nay để vừa viết, vừa đi giảng dạy trên lớp để kiểm nghiệm thực tế, song vì năng lực và thời gian có hạn, rất mong được sự đóng góp của các bạn đồng nghiệp và những người yêu thích môn toán để đề tài này có ý nghĩa thiết thực hơn trong nhà trường. Góp phần nhỏ bé vào việc nâng cao hơn nữa chất lượng Giáo dục phổ thông. Giúp các em học sinh có phương pháp - kỹ năng khi giải các bài toán liên quan đến hàm số trong các kỳ thi cuối cấp.
Quảng Điền, ngày 20 tháng 3 năm 2012.
Người viết
Trần Dũng
Tài liệu tham khảo
1.Tạp chí Toán học và tuổi trẻ
2.Sách giáo khoa môn Toán 10, 11, 12
3.Sách bài tập môn Toán 10, 11, 12
4.Chuyên đề Đại số các phương pháp giải phương trình đại số -Nxb của Huỳnh Công Thái
5.Chuyên đề các phương pháp giải phương trình mũ, lôgarit và các loại hệ phương trình đại số -Nxb của Huỳnh Công Thái
PAGE
21
GV: Trần Dũng Trường THPT Nguyễn Chí Thanh