Văn Phú Quốc- GV. Trường THPT chuyên Nguyễn Bỉnh Khiêm (Quảng Nam) BÀI TẬP TỔNG HỢP-NÂNG CAO VỀ ĐA THỨC Văn Phú Quốc-GV. Trường THPT chuyên Nguyễn Bỉnh Khiêm- Quảng Nam (Di động: 0982 333 443 hoặc 0982 333 443) Bài 1. Cho đa thức f(x) = a1sinx + a2sin(2x) ++ ansin(nx) với ai , *n . biết | f(x)| ≤ | sin(nx) | , x . Chứng minh rằng | a1 + 2a2 ++ nan | ≤ n. Lời giải Ta có: f’(x) = a1cosx + 2a2cos (2x) ++ nancos (nx) . f’(0) = a1 + 2a2 ++ nan (1) Do f’(0) = lim lim 0 0 (0) 0 x x f(x) - f f(x) x x . Vì | f’(0) |=| lim 0x f(x) x | ≤ lim lim 0 0 f(x) xx x | f(x)| | x | ≤ lim 0 sin( ) n x | nx | | x | (2) Từ (1), (2) được điều phải chứng minh. Bài 2.Giả sử với hai số dương ba, thì đa thức 3 2x ax bx a có các nghiệm đều lớn hơn 1. Xác định giá trị của ba, để biểu thức n nn a bP 3 đạt giá trị nhỏ nhất và tìm giá trị nhỏ nhất đó ( n là số nguyên dương cho trước). Lời giải Gọi 321 ,, xxx là các nghiệm của đa thức đã cho. Theo định lý Vi-et ta có axxx bxxxxxx axxx 321 133221 321 Theo bất đẳng thức AM - GM ta được 3 321321 3 xxxxxx hay 33 aa (*)33a Theo bất đẳng thức Rzyxzxyzxyzyx ,,);(3)( 2 thì )(3)( 321321 2 133221 2 xxxxxxxxxxxxb hay .33 22 abab Suy ra n n n n n n n nnn n nn aa a a bP )33( 3333333 , do (*) Do đó ta có n n P 3 13 Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi .93;33 aba Khi đó phương trình có ba nghiệm trùng nhau và đều bằng .3 Vậy giá trị nhỏ nhất của P là n n 3 13 khi .9;33 ba www.MATHVN.com - Toán học Việt Nam www.DeThiThuDaiHoc.com Văn Phú Quốc- GV. Trường THPT chuyên Nguyễn Bỉnh Khiêm (Quảng Nam) Bài 3. Tìm tất cả các đa thức P x với hệ số thực thỏa mãn: 2 3 23 3 1 6 7 16 3 , .P x x P x P x x x x Lời giải Nhận xét: Nếu P x là đa thức hằng thì 0, 1P x P x và 2 1,P x x x là đa thức bậc nhất duy nhất thỏa mãn. Giả sử *deg .P n n Gọi na 0na là hệ số bậc cao nhất cuả P x , căn bằng hệ số bậc cao nhất hai vế của phương trình: 23 6 2n n nn n na a a . Đặt 2 1 nP x x Q x . Giả sử degQ k n k Thay vào phương trình hàm ban đầu: 2 2 3 2 3 2 2 2 2 3 2 2 2 5 3 6 1 3 1 12 14 32 5 6 7 16 3 , 6 1 3 2 2 5 3 1 3 3 1 6 7 16 3 , n n n nn x x Q x x x Q x x x x Q x x x x x Q x x x x Q x Q x x Q x Q x x x x Khi đó bậc của đa thức vế trái trong phương trình trên là: 2n k , trong khi đó bậc đa thức vế phải là 3 2k n k (vô lý). Vậy 0Q x . Kết luận: Tất cả các đa thức thỏa là: *0, 1, 2 1 .nP x P x P x x n Bài 4. Cho 3 tam thức bậc hai ( ), ( ), ( )f x g x h x . Hỏi đa thức ( ) ( ( ( )))P x f g h x có thể nhận cả 8 số 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 làm nghiệm được không? Lời giải Không giảm tổng quát, có thể coi hệ số của 2x ở ( ), ( )f x g x đều là 1. Giả sử ( ) ( ( ( )))P x f g h x nhận cả 8 số 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 làm nghiệm . www.MATHVN.com - Toán học Việt Nam www.DeThiThuDaiHoc.com Văn Phú Quốc- GV. Trường THPT chuyên Nguyễn Bỉnh Khiêm (Quảng Nam) - Vì deg( . ) 4f g suy ra (1), (2), (3), (4), (5), (6), (7), (8)h h h h h h h h nhận 4 giá trị. Mà ( )h x là tam thức bậc hai, dẫn đến (1) (8) (2) (7) (3) (6) (4) (5)h h h h h h h h 2( ) 9h x x x c (*) - Vì deg 2f suy ra ( (1)), ( (2)), ( (3)), ( (4))g h g h g h g h nhận 2 giá trị. Mà từ (*) ta có (1) (2) (3) (4)h h h h , dẫn đến (1) (4) (2) (3)h h h h Thay vào (*): 8 ( 20 ) 14 ( 18 )m m m m Đẳng thức cuối sai, tức là giả sử trên sai. Vậy đa thức ( ) ( ( ( )))P x f g h x không thể nhận cả 8 số 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 làm nghiệm. Bài 5. Cho 2 đa thức với hệ số thực 5 4 3 2( ) 2f x x ax bx cx dx e và 2( ) 2014g x x x . Biết rằng phương trình ( ) 0f x có 5 nghiệm thực phân biệt còn phương trình ( ) 0f g x không có nghiệm thực. Chứng minh rằng 38 2014 1f Lời giải Gọi 5 nghiệm của pt ( ) 0f x là ( 1,5)ix i , ta có 1 2 3 4 5( ) 2f x x x x x x x x x x x Từ đó suy ra 2 21 5( ) 2 2014 ..... 2014f g x x x x x x x Vì phương trình ( ) 0f g x vô nghiệm nên cả 5 phương trình 2 2014 0, ( 1,5)ix x x i đều vô nghiệm. Do đó 1Δ 1 4 2014 0 2014 1,5 4i i i x x i Khi đó 5 5 1 1 12014 2 2014 2. 4 512ii f x 3 312014 8 2014 1 8 f f (đpcm). Bài 6. (Olympic chuyên khoa học tự nhiên 2014). Tìm tất cả các đa thức hệ số thực P x sao cho: 2015 2016( 2) (3 2) 3 ( ) 3 3 6x P x xP x x x www.MATHVN.com - Toán học Việt Nam www.DeThiThuDaiHoc.com Văn Phú Quốc- GV. Trường THPT chuyên Nguyễn Bỉnh Khiêm (Quảng Nam) Giải Xét P hằng thì được 3P x . Xét P không hằng. Phương trình viết lại dưới dạng : 2 3 2 3 32015 3 ,x P x x P x x R Đặt 3Q x P x thì : 2 3 2 32015 ,x Q x xQ x x . Lấy 2x được 2 0Q . Đặt tiếp 2Q x x S x thì được : 3 2 32014 , 3 1 32014 1 ,S x S x x R S x S x x . Đặt 1T x S x thì : 3 32014 ,T x T x x . Gỉa sử 11 1 0... 0n nn n nT x a x a x a x a a , thay vào đồng nhất hệ số bậc cao nhất được 2014n . Thay vào và đồng nhất tiếp hệ số của , 0,2013 i x i thì : 20143 3 , 0,2013 0, 0,2013i i i i a a i a i ta được : 2014,T x cx x . Dễ dàng tìm được đáp số bài toán : 2 1 2014 3, ,P x c x x x c const . Bài 7. Chứng minh rằng với mọi bộ ba số nguyên ; ;a b c luôn luôn tồn tại số nguyên dương n sao cho 3 2n an bn c không phải là số chính phương. Lời giải 1 Đặt 3 2f n n an bn c . Nếu f n là số chính phương thì 0 mod4f n hoặc 1 mod4f n (*) Giả sử tồn tại bộ ba số nguyên dương ; ;a b c sao cho với mọi số nguyên dương n thì f n là một số chính phương. Nói riêng, 1 , 2 , 3 , 4f f f f đều là các số chính phương. Ta có 2 8 4 2f a b c ; 4 64 16 4f a b c . Khi đó 2 4 56 2 2 2 4 2 mod4f f a b f f b (**) Mặt khác, do 2 , 4f f đều là các số chính phương nên từ (*) ta có: 2 4 0 mod4 2 4 1 mod4 2 4 1 mod4 f f f f f f Kết hợp với (**) ta có: 2 0 mod4b (1) www.MATHVN.com - Toán học Việt Nam www.DeThiThuDaiHoc.com Văn Phú Quốc- GV. Trường THPT chuyên Nguyễn Bỉnh Khiêm (Quảng Nam) Lại có 3 1 24 8 2 2 3 1 2 2 mod4f f a b f f b . Nhận thấy 3 , 1f f đều là các số chính phương nên 2 2 0 mod4b (2) Từ (1) và (2) suy ra 2 0 mod4 . Đây là điều vô lý, tức là giả thiết phản chứng sai. Lời giải 2 Đặt 3 2f n n an bn c . Giả sử tồn tại bộ ba số nguyên dương ; ;a b c sao cho với mọi số nguyên dương n thì f n là một số chính phương. Ta có 2 mod2 2 mod4f n f n f n f n với mọi n . Điều này dẫn đến 2 26 2 0 mod4 , 2 3 0 mod4 ,n b n n b n (vô lý). Vậy f n không phải là số chính phương. Bài 8. Cho P x là một đa thức hệ số nguyên thỏa mãn 0 0, 1 2P P . Chứng minh rằng 7P không thể là số chính phương. Lời giải Vì 0 0, 1 2P P nên P x có dạng 1 2P x x x Q x trong đó Q x là một đa thức với hệ số nguyên. Ta có 7 2 42. 7 2 mod3P Q . Như vậy 7P không thể là số chính phương. Bài 9. (IMO 2002). Tìm tất cả các cặp số nguyên ,m n với 3,m n để tồn tại vô hạn các số nguyên dương x sao cho 2 1 1 m n x x x x là một số nguyên dương. Lời giải 1 Rõ ràng m n . Gọi ,q x r x là các đa thức có hệ số nguyên và r x có bậc n sao cho 21 1m nx x q x x x r x . Khi đó: 2 1nx x r x với vô hạn số nguyên dương x . Nhưng khi x đủ lớn 2 1nx x r x vì r x có bậc nhỏ hơn. Do đó r x phải bằng 0. Vậy 1mx x được phân tích thành 2 1nq x x x ở đây 11 0...m n m nm nq x x a x a . Ta có: 2 11 1 1 1m m n n m n m nx x x x x x x x , do đó 2 11 1n m n m nx x x x . Vì vậy, 2 1m n . Hơn nữa, 2 1nx x phải chia hết www.MATHVN.com - Toán học Việt Nam www.DeThiThuDaiHoc.com Văn Phú Quốc- GV. Trường THPT chuyên Nguyễn Bỉnh Khiêm (Quảng Nam) 1 1 2 1 21 1 1m n m n m n m n m n nx x x x x x x 2 3 2 1 1m n m n m nx x x (*) Ta có thể viết ( *) thành: 2 12 3 3 1 1 0m nm n nx x x với mọi 0;1x trừ khi 3 0n và 2 1 0m n . Như vậy trừ khi 3, 5n m đa thức ở (*) không có nghiệm thuộc 0;1 . Thế nhưng đa thức 2 1nx x lại có nghiệm trong 0;1 bởi vì nó nhận giá trị 1 tại 0x ; nhận giá trị 1 tại 1x . Do đó phải có 3; 5n m . Dễ dàng kiểm tra được 3; 5n m thỏa mãn điều kiện đề bài. Lời giải 2 Tiến hành như trên cho đến dòng có dấu (*). Ta làm tiếp tục như sau: - Nếu 2 1m n thì (*) thành 1 2nx x . Lúc đó 3n , (*) bằng 0 và tìm được 5, 3m n . - Khi 3n ta viết 1 2 3 1n nx x x x . Đa thức này vô nghiệm trong 0;1 mà 2 1nx x lại có nghiệm trong 0;1 bởi vì nó nhận giá trị 1 tại 0x ; nhận giá trị 1 tại 1x , do đó 2 1nx x không thể là ước của vế phải của (*). - Nếu 2 1m n thì (*) có thể được viết thành: 1 2 2 3 2 2 11 ... ... 1m n m n m n m n m nx x x x x x . Như vậy, đa thức này vô nghiệm trong 0;1 mà 2 1nx x lại có nghiệm trong 0;1 nên 2 1nx x không thể là ước của (*). Tóm lại 3; 5n m thỏa mãn đề bài. Bài 10. (Bulgaria MO 1995, Round 4 ). Giả sử ;x y là các số thực khác nhau sao cho có bốn số nguyên dương n liên tiếp nhau để n nx y x y là một số nguyên. Chứng minh rằng: n nx y x y là một số nguyên với mọi số nguyên dương n . Lời giải Đặt n n n x y t x y . Khi đó: 2 1 0 n n n t bt ct với ,b x y c xy và 0 1 0, 1t t . Ta sẽ chứng minh rằng ,b c . Cho n t với bốn số nguyên dương liên tiếp , 1, 2, 3n m m m m . Vì 2 1 2 nn n n n c xy t t t khi , 1n m m nên 1,m mc c . Suy ra: c là số hữu tỉ và do 1mc , suy ra: c . Mặt khác ta có: 3 1 2m m m m m t t t t b c . www.MATHVN.com - Toán học Việt Nam www.DeThiThuDaiHoc.com Văn Phú Quốc- GV. Trường THPT chuyên Nguyễn Bỉnh Khiêm (Quảng Nam) tức b cũng là số hữu tỉ. Bằng quy nạp, từ phương trình: 2 1 0 n n n t bt ct suy ra n t có thể được viết bởi 1n nt f b , trong đó 1nf X là một đa thức monic có hệ số nguyên, bậc của f là 1 deg 1 n f n . Do b là một nghiệm của phương trình 1m mf X t nên b . Bây giờ từ phương trình 2 1 0 n n n t bt ct ta suy ra: n t với mọi n . Bài 11. Chứng minh rằng đa thức 9 7 5 31 1 13 82 32 630 21 30 63 35 P x x x x x x nhận giá trị nguyên với mọi giá trị nguyên của x . Lời giải Ta có: 9 7 5 31 1 13 82 32 630 21 30 63 35 P x x x x x x 4 3 2 1 1 2 3 4 630 630 x x x x x x x x x N . Ta thấy N là tích của 9 số nguyên liên tiếp nên N chia hết cho 2, cho 5, cho 7 và cho 9. Các số này đôi một nguyên tố cùng nhau nên 2.5.7.9 630N . Vậy M luôn nhận giá trị nguyên với mọi giá trị nguyên của x . Bài 12. (Romanian IMO Team Selection Test 1998). Tìm tất cả các cặp số nguyên dương ,x n sao cho đa thức 2 1n nx là một ước của đa thức 1 12 1n nx . Lời giải Nếu 1n thì 2 23 2 1 4 1 5 3 3 14x x x x x x , vì thế 3 14x và 4x hoặc 11. Giả sử 2n . Với 1;2;3x ta có: 11 2 1 1 2 1 2 1 2 1n n n ; 1 12 2 1 2 2 1 2 2 2 1n n n n n n ; 1 12 3 2 1 3 2 1 3 3 2 1n n n n n n . Vì vậy 2 1n nx không chia hết 1 12 1n nx . Với 4x thì 2 2 2 2 2 2 2 n n n n xx x x , vì vậy 2 2 2 1 2 1 2 1 2 2 1 2 2 2 2 2 1 2 n n n n nn n x x xx . Do đó: 1 1 11 2 1 2 2 1 2 1 2 1n n n n n n n n n nx x x x x x x x x Lại thấy 2 1n nx không chia hết 1 12 1n nx . Vậy chỉ có 2 nghiệm là 4;1 , 11;1 . Bài 13. (American High School Mathematics Examination [AHSME] 1976). www.MATHVN.com - Toán học Việt Nam www.DeThiThuDaiHoc.com Văn Phú Quốc- GV. Trường THPT chuyên Nguyễn Bỉnh Khiêm (Quảng Nam) Cho ,p q là hai số nguyên tố và đa thức 2x px q có hai nghiệm nguyên dương phân biệt. Hãy tìm p và q . Lời giải Gọi 1 2 ,x x với 1 2 x x là hai số nguyên dương phân biệt của phương trình 2 0x px q . Theo định lý Viet ta có : 1 2 1 2 ,x x p x x q . Vì q nguyên tố nên 1 1x . Như vậy, 2 q x và 2 1p x là hai số nguyên tố liên tiếp nên chỉ có thể là 2q và 3p . Bài 14. (Đề nghị OLP Bắc Bộ 2013). Cho đa thức 2 ax b c x d e có một nghiệm không nhỏ hơn 1. Chứng minh rằng đa thức 4 3 2 ax bx cx dx e có nghiệm. Lời giải Đặt 4 3 2f x ax bx cx dx e Khi đó 4 2 3 2f x ax b c x d e bx bx dx d = 4 2 2 1ax b c x d e bx d x Đa thức 2 ax b c x d e có nghiệm 0 1x nên ta có: 20 0 0ax b c x d e 4 20 0 0a x b c x d e Do đó 0 0 0 0 0 0. 1 1f x f x bx d x bx d x = 20 0 1 0bx d x Vậy phương trình 0f x có nghiệm 0 0;x x x Bài 15. (Đề nghị OLP Bắc Bộ 2013). Gọi m, n, p là 3 nghiệm thực của đa thức 3 2 , 0 ax bx cx a a Chứng minh rằng: 2 2 2 2 3 2 3 m n p m n p Dấu “=” xảy ra khi nào? Lời giải Theo định lí Viét ta có m.n.p=1. Lấy 0 0 045 ; 30 ; 165 thì 0180 và: 2 3 2 3os ; os ; os 2 2 2 c c c Vậy bất đẳng thức cần chứng minh tương đương với: 2 2 22 3 2 3np pm mn m n p (vì mnp=1) 2 2 22 cos 2 cos 2 cos ( )np pm mn m n p www.MATHVN.com - Toán học Việt Nam www.DeThiThuDaiHoc.com Văn Phú Quốc- GV. Trường THPT chuyên Nguyễn Bỉnh Khiêm (Quảng Nam) Ta có: 2 2 2 2 cos 2 cos 2 cosp m n mp np mn 2 2 2 2 2 2 2os sin os sin 2 cos 2 cos 2 cos( ) p m c n c mp np mn (Vì 0180 ) 2 2cos cos sin sin 0p m n m n . (luôn đúng) Bất đẳng thức (*) được chứng minh. Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi: sin sin cos cos sin sin sin m n m n p k p m n Ta có: 3 34 3 1 4 3 1sin sin sin mnpk k Từ đó: sin ; sin ; sinm k n k p k Bài 16. Liệu có tồn tại hay không hai đa thức f(x) và g(x) thỏa: f x 1 1 11 ... g x 2 3 n , *n . Lời giải Dễ thấy: n 1 1 1lim 1 ... 2 3 n . Giả sử tồn tại hai đa thức f(x) và g(x) thoả yêu cầu bài toán thì x f x lim g x . Suy ra: degf degg . Khi đó 0x 0 f x lim a xg x b (*) ( 0 0a ,b lần lượt là hệ số của ẩn x bậc cao nhất của f(x) , g(x) ) Chứng minh n 1 1 1 1lim 1 ... 0 n 2 3 n (**) hoàn toàn không khó khăn. (*) và (**) mâu thuẫn nhau. Bài 17. Với f(x) là đa thức bậc n và các số a b nào đó thoả mãn các bất đẳng thức: n nf a 0 , -f a 0, f a 0,..., 1 f a 0 n nf b 0 , -f b 0, f b 0,..., 1 f b 0 . Chứng minh rằng tất cả các nghiệm thực của đa thức f(x) đều thuộc khoảng (a, b). Lời giải Áp dụng khai triển Taylor, ta có: n 2 nf a f a f af x f a x a x a ... x a 1! 2! n! www.MATHVN.com - Toán học Việt Nam www.DeThiThuDaiHoc.com Văn Phú Quốc- GV. Trường THPT chuyên Nguyễn Bỉnh Khiêm (Quảng Nam) = n 2 nf a f a 1 f af a a x a x ... a x 1! 2! n! Nếu x a thì f x 0 . Suy ra f x không có nghiệm x a . n 2 nf b f b f bf x f b x b x b ... x b 1! 2! n! Nếu x b thì f x 0 . Suy ra f x không có nghiệm x b . Vậy ta có điều phải chứng minh. Bài 18. Cho đa thức f(x) có 3 nghiệm a b c và 2x mx n 0 có nghiệm. Chứng minh rằng phương trình: f x mP x nP x 0 có nghiệm thuộc khoảng a,c . Lời giải Gọi t, s là nghiệm của phương trình 2x mx n 0 có nghiệm. Theo định lý Viet ta có: t s m ts n . Ta có: f x mP x nP x f x t s P x tsP x = f x tf x s f x tf x . Xét txg x e f x có g a g b g c 0 . Theo định lý Rolle thì tồn tại a,b , b,c sao cho g g 0 . Suy ra: f tf f tf 0 . Xét sxh x e f x tf x có h h 0 . Theo định lý Rolle tồn tại , a,c sao cho h 0 . Vậy f x mP x nP x 0 có nghiệm thuộc a,c . Bài 19. Chứng minh rằng đa thức n 2 n 1f x nx n 2 x n 2 x n chia hết cho đa thức 3x 1 với mọi *n . Lời giải Ta có: n 1 nf x n n 2 x n 1 n 2 x n 2 n n 1f x n n 1 n 2 x x . n 1 n 2f x n n 1 n 2 nx n 1 x Dễ thấy f 1 f 1 f 1 0 và f 1 n n 1 n 2 0 . Vậy 0x 1 là nghiệm bội 3 của đa thức f(x). Vậy đa thức n 2 n 1f x nx n 2 x n 2 x n chia hết cho đa thức 3x 1 với mọi *n . Bài 20. Tìm giá trị nhỏ nhất của m sao cho với mỗi đa thức bậc hai f(x) thoả mãn điều kiện: f x 1 x 0,1 nghiệm đúng bất đẳng thức f 0 m . www.MATHVN.com - Toán học Việt Nam www.DeThiThuDaiHoc.com Văn Phú Quốc- GV. Trường THPT chuyên Nguyễn Bỉnh Khiêm (Quảng Nam) Lời giải Giả sử 2f x ax bx c a 0 là một đa thức bậc hai tuỳ ý. Dựa vào giải thiết ta có: f 0 c 1 ; 1 a bf c 1 2 4 2 ; f 1 a b c 1 . Từ các bất đẳng thức này ta suy ra: 3c 3 a b4 c 4 4 2 a b c 1 Cộng vế theo vế các bất đẳng thức này ta được: a bf 0 b 3c 4 c a b c 3 4 1 8 4 2 . Vậy 8 là một trong các giá trị có thể có của m. Chứng minh m = 8 là giá trị nhỏ nhất của m. Thật vậy! Đa thức 2f x 8x 8x 1 thoả mãn điều kiện f x 1 x 0,1 Bởi vì: 2f x 1 2 2x 1 0 x 0,1 và f x 1 8x 1 x 0 x 0,1 . Suy ra: f 0 8 . Vậy giá trị nhỏ nhất của m bằng 8. Bài 21. Tính lim x P x P x , ở đây P x là đa thức với hệ số dương. Lời giải Vì P là đa thức với hệ số dương , với x > 1 ta có: 1 1 P xP x P x P x P x P x . Vì 1 lim lim 1 1x x P x P x P x P x nên
Tài liệu đính kèm: