MỘT SỐ DẠNG TOÁN TÌM GTLN>NN CỦA BIỂU THỨC --------------------------------- I. Phần I: KIẾN THỨC CẦN NẮM 1. GTLN của biểu thức A: - Chứng minh A M ( M là một hằng số). - Chỉ ra trường hợp đẳng thức xảy ra. - Khi đó M là GTLN của A, ta còn kí hiệu maxA = M 2. GTNN của biểu thức A: - Chứng minh A m ( m là một hằng số). - Chỉ ra trường hợp đẳng thức xảy ra. - Khi đó m là GTNN của A, ta còn kí hiệu minA = m 3. Bất đẳng thức Côsi : a) Bất đẳng thức Côsi cho 2 số không âm: - Với hai số a, b không âm, ta luôn có: a + b 2 - Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi a = b b) Bất đẳng thức Côsi cho 3 số không âm: - Với 3 số a, b, c không âm, ta luôn có: a + b + c 3 - Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi a = b = c 4. Bất đẳng thức Bunhiacopxki: - Với 4 số a, b, c, d bất kì, ta luôn có: (ab + cd) 2 (a2 + c2). (b2 + d2) - Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi ad = bc Chú ý: Nếu b, d 0 thì đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi 5.Bất đẳng thức chứa dấu giá trị tuyệt đối: - , với mọi a,b. Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi ab0. - , với mọi a. Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi a 0 - , với mọi a. Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi a = 0 6. Một số kết quả: - Nếu 2 số dương có tổng không đổi thì tích của chúng lớn nhất khi 2 số đó bằng nhau. - Nếu 2 số dương có tích không đổi thì tổng của chúng nhỏ nhất khi 2 số đó bằng nhau. - Đối với tam thức f(x) = ax2 + bx + c, a + Nếu a > 0 thì f(x) có GTNN nhưng không có GTLN. + Nếu a < 0 thì f(x) có GTLN nhưng không có GTNN. - Nếu y = m + A2 thì min y = m khi A = 0 - Nếu y = m – A2 thì max y = m khi A = 0 - Nếu y = m + thì min y = m khi A = 0 - Nếu y = m – thì max y = m khi A = 0 - Nếu y = m + thì min y = m khi A = 0 - Nếu y = m – thì max y = m khi A = 0 II. Phần II: MỘT SỐ DẠNG TOÁN TÌM GTNN VÀ GTLN CỦA BIỂU THỨC 1.Dạng 1: GTLN và GTNN của một tam thức bậc hai và một số đa thức bậc cao. Ví dụ 1: Tìm GTNN của các biểu thức: A = x2 – 4x – 2013 B = 3x2 + 5x + 4 C = x4 – 4x2 – 12 D = 4x6 – x3 + 5 Giải: A = (x – 2)2 – 2017 – 2017, với mọi x Vậy GTNN của A bằng –2017 khi x = 2. B = 3, với mọi x Vậy GTNN của B bằng khi x = . C = (x2 – 2) 2 – 16 – 16, với mọi x Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi x2 = 2 x = Vậy GTNN của C bằng – 16 khi x = D = 4, với mọi x Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi x3 = x = Vậy GTNN của D bằng khi x = . Ví dụ 2: Tìm GTNN của các biểu thức: A = (x + 1)4 – 2(x + 1)2 + 5 B = 2(x – 2)4 – 3x2 + 12x – 1 Giải: A = , với mọi x Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi (x + 1) 2 – 1 = 0 Vậy GTNN của A bằng 4 khi x = 0 hoặc x = – 2 B = 2(x – 2)4 – 3(x – 2)2 + 11 = 2, với mọi x Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi (x –2) 2 – = 0 Vậy GTNN của B bằng khi x = 2 Ví dụ 3: Tìm GTLN của các biểu thức: A = – x2 + 2x + 4 B = 5 – 3x – 8x2 C = 4x2 – x4 – 6 Giải: A = 5 – (x – 1) 2 5, với mọi x Vậy GTLN của A bằng 5 khi x = 1. B = , với mọi x Vậy GTLN của B bằng khi x = . C = – 2 – (x2 – 2) 2 – 2, với mọi x Vậy GTLN của C bằng – 2 khi x = 2. Ví dụ 4: Tìm GTLN của các biểu thức: A = (x + 1)3 – x(x2 – 3) – 5(x – 1)2 B = – (x + 2)4 + 3(x – 1)2 + x(x + 22) – 5 Giải: A = –2x2 + 16x – 4 = 28 – 2(x – 4)2 28,với mọi x Vậy GTLN của A bằng 28 khi x = 4. B = – (x + 2)4 + 4x2 + 16x – 2 = – (x + 2)4 + 4(x + 2)2 – 18 = – 14 – Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi (x + 2) 2 – 2 = 0 Vậy GTLN của B bằng – 14 khi x = – 2 + hoặc x = – 2 – Ví dụ 5: Tìm GTNN của các biểu thức: A = x(x – 3)(x – 4)(x – 7) B = (x2 – 1)(3x – 10)( 3x – 16) C = (x2 + x + 1)2 D = x4 – 6x3 + 13x2 – 12x + 2021 Giải: A = x(x – 3)(x – 4)(x – 7) = [ x(x – 7)]. [ (x – 3)(x – 4)] = (x2 – 7x )(x2 – 7x + 12) = y(y + 12), với y = x2 – 7x = (y + 6)2 – 36 – 36 Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi y + 6 = 0 x2 – 7x + 6 = 0 (x – 1)(x – 6) = 0 Vậy GTNN của A bằng – 36 khi x = 1 hoặc x = 6 B = (x2 – 1)(3x – 10)( 3x – 16) = [(x – 1)(3x – 10)] . [(x + 1)( 3x – 16)] = ( 3x2 – 13x + 10)(3x2 – 13x – 16) = [(3x2 – 13x – 3) + 13]. [ (3x2 – 13x – 3) – 13] = (3x2 – 13x – 3) 2 – 132 – 169, với mọi x Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi 3x2 – 13x – 3 = 0 Vậy GTNN của B bằng – 169 khi x = Nhận xét: Với A0 thì A2 nhỏ nhất A nhỏ nhất x2 + x + 1 = , với mọi x (x2 + x + 1)2 , với mọi x Hay C Vậy GTNN của C bằng khi x = D = x4 – 6x3 + 13x2 – 12x + 2021 = (x2 – 3x + 2)2 + 2017 2017 , với mọi x Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi x2 – 3x + 2= 0 (x – 2)(x – 1) = 0 Vậy GTNN của D bằng 2017 khi x = 2 hoặc x = 1. Ví dụ 6: Tìm GTLN của các biểu thức: A = (x2 – 3x + 1)(21 + 3x – x2) B = 1 + 4x + 3x2 – 2x3 – x4 Giải: A = (x2 – 3x + 1)[ 22 – (x2 – 3x + 1)] = y( 22 – y) , với y = x2 – 3x + 1 = 121 – (y – 11)2 121 Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi y – 11 = 0 x2 – 3x – 10 = 0 (x + 2)(x – 5) = 0 Vậy GTLN của A bằng 121 khi x = – 2 hoặc x = 5. B = 1 + 4x + 3x2 – 2x3 – x4 = 5 – (x4 + x2 + 4 + 2x3 – 4x2 – 4x) = 5 – (x2 + x – 2)2 5, với mọi x Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi x2 + x – 2= 0 (x + 2)(x – 1) = 0 Vậy GTLN của B bằng 5 khi x = – 2 hoặc x = 1. 2.Dạng 2: GTLN và GTNN của biểu thức là nghịch đảo của tam thức bậc hai. Chú ý: Với A > 0 thì: + nhỏ nhất A lớn nhất + lớn nhất A nhỏ nhất Ví dụ 1: Tìm GTLN của các biểu thức: A = B = Giải: 3x2 – 12x + 2017 = 3(x – 2)2 + 2005 2005, với mọi x Vậy GTLN của A bằng khi x = 2. B = = 3 + x2 + 4x + 5 = (x + 2)2 + 11 1 2 3 + 5 Vậy GTLN của B bằng 5 khi x = – 2. Ví dụ 2: Tìm GTNN của các biểu thức: A = Giải: A = = 3x2 – 4x + 3 = 3 Vậy GTNN của B bằng khi x = . 3.Dạng 3: GTLN và GTNN của biểu thức chứa dấu giá trị tuyệt đối. Ví dụ 1: Tìm GTNN của các biểu thức: A = 32017 B = C = (3x – 1)2 – 4 + 5 Giải: Vậy GTNN của A bằng 2017 khi x = 1. Vậy GTNN của B bằng – 4 khi x = – 1 và y = 2. C = (3x – 1)2 – 4 + 5 = – 4 + 5 = , với mọi x Đẳng thức xảy ra = 0 Vậy GTNN của C bằng 1 khi x = 1 và hoặc x = . Ví dụ 2: Tìm GTNN của biểu thức: A = Giải: Cách 1: Ta có: A = = , với mọi x A 3 Đẳng thức xảy ra (x – 2)(5 – x) 0 Vậy GTNN của A bằng 3 khi . Cách 2: A = = Đẳng thức xảy ra Vậy GTNN của A bằng 3 khi . **Chú ý: Nếu biến đổi A = = thì không tìm được GTNN. Ví dụ 3: Tìm GTNN của các biểu thức: A = B = Giải: A = x – 1 + 4 – x (1) Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi x – 2 + 3 – x (2) Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi Từ (1)và (2), suy ra : A Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi Vậy GTNN của A bằng 4 khi . B = Tương tự như trên, GTNN của B bằng 8 khi Ví dụ 4: Tìm GTNN của các biểu thức: A = B = C = 3 Giải: A = x – 1 + 9 – x 8 Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi , đẳng thức xảy ra khi x = 7 Suy ra: A Vậy GTNN của A bằng 8 khi B = Tương tự câu a, GTNN của B bằng 4 khi x = C = 3x +3 + 5 – 3x 8 Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi , đẳng thức xảy ra khi x = 1 Suy ra: C Vậy GTNN của C bằng 8 khi Ví dụ 5: Tìm GTLN của các biểu thức: A = 5 – B = C = Giải: A = 5 – Vậy GTLN của A bằng 5 khi 4 – 5x = 0 Ta có: Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi Vậy GTLN của B bằng 5 khi C = x – 2 + 6 – x 4 Suy ra: 4 Hay C – 4 Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi Vậy GTLN của C bằng – 4 khi x = 4. Ví dụ 6: Tìm GTNN của biểu thức: A = Giải: A = = = = A Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi Vậy GTNN của A bằng 8 khi Ví dụ 7: Tìm GTNN của biểu thức: A = Giải: A = = = = = A Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi Vậy GTNN của A bằng 2 khi Ví dụ 8: Tìm GTNN của biểu thức: A = Giải: A = = nhỏ nhất bằng 2016 khi Tương tự: nhỏ nhất bằng 2014 khi nhỏ nhất bằng 2012 khi . nhỏ nhất bằng 2 khi nhỏ nhất bằng 0 khi x = 1009 Suy ra: A0 + 2 + 4 + 6 + + 2016 A 1017072 Vậy GTNN của A bằng 1017072 khi x = 1009 4. Dạng 4: Tìm GTLN và GTNN của biểu thức bằng phương pháp tổng bình phương. A2 + B2 + m m, đẳng thức xảy ra A = B = 0 A2 + B2 + C2 + m m, đẳng thức xảy ra A = B = C = 0 – A2 – B2 + m m , đẳng thức xảy ra A = B = 0 – A2 – B2 – C2 + m m, đẳng thức xảy ra A = B = C = 0 Ví dụ 1: Tìm GTNN của các biểu thức: A = x2 + y2 – 2x + 4y – 2017 B = x2 + 5y2 + 2xy – 4y + 7 C = 2x2 +5y2 – 4xy – 4x – 2y + 8 Giải: A = (x2 – 2x + 1) + (y2 + 4y + 4) – 2022 = (x – 1)2 + (y + 2)2 – 2022 Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi Vậy GTNN của A bằng – 2022 khi x = 1 và y = – 2 B = (x + y)2 + (2x – 1)2 + 6 6 Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi Vậy GTNN của B bằng 6 khi x = và y = – C = (x2 – 4xy + 4y2) + (x2 – 4x + 4) + (y2 – 2y + 1) + 3 = (x – 2y)2 + (x – 2)2 + (y – 1)2 + 3 3 Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi Vậy GTNN của C bằng 3 khi x = 2 và y = 1. Ví dụ 2: Tìm GTNN của biểu thức: A = x4 – 6x3 + 10x2 – 6x + 19 Giải: A = (x4 – 6x3 + 9x2) + (x2 – 6x + 9) + 10 = (x2 – 3x)2 + (x – 3)2 + 10 10 Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi Vậy GTNN của A bằng 10 khi x = 3. Ví dụ 3: Tìm GTLN của các biểu thức: A = – x2 – y2 + 2x + 2y +2015 B = – x4 – x2 + 6x + 6 Giải: A = – x2 – y2 + 2x + 2y +2015 = – (x2 – 2x + 1) – (y2 – 2y + 1) + 2017 = – (x – 1)2 + (y – 1)2 + 2017 2017 Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi Vậy GTLN của A bằng 2017 khi x = 1 và y = 1. B = – x4 – x2 + 6x + 6 = – (x4 – 2x2 + 1) – 3(x2 – 2x + 1) + 10 = – (x2 – 1)2 – 3(x – 1)2 + 10 10 Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi Vậy GTLN của B bằng 10 khi x = 1. 5.Dạng 5: Tìm GTLN và GTNN của một phân thức hữu tỉ. Ví dụ 1: Tìm GTLN của biểu thức: A = Giải: Đặt y = x + 10 = x = – 10 Khi đó : A = y2 Đẳng thức xảy ra y = x = 10 Vậy GTLN của A bằng khi x = 10. **Chú ý: Nếu mẫu là bình phương của nhị thức ax + b thì đặt y = . Ví dụ 2: Tìm GTNN của biểu thức: B = Giải: Cách 1: Nhận thấy mẫu là bình phương của nhị thức bậc nhất x + 1. Đặt y = B = = = 1 – y + y2 = Đẳng thức xảy ra Vậy GTNN của B bằng khi x = 1. Cách 2: B = Vậy GTNN của B bằng khi x = 1. Ví dụ 3: Tìm GTNN của biểu thức: C = Giải: Cách 1: Nhận thấy mẫu là bình phương của nhị thức bậc nhất x – 1. Đặt y = C = = = 3 – 2y + y2 = (y – 1)2 + 2 2 Đẳng thức xảy ra Vậy GTNN của C bằng 2 khi x = 2. Cách 2: C = Vậy GTNN của C bằng 2 khi x = 2. Cách 3: ĐK: C = Nhận thấy x = 1 không phải là nghiệm của phương trình (*). C = 3: (*) C 3: Phương trình (*) có nghiệm Đẳng thức xảy ra khi – x2 + 4x – 4 = 0 x = 2 Tóm lại GTNN của C bằng 2 khi x = 2. Ví dụ 4: Tìm GTNN và GTLN của biểu thức: D = Giải: Cách 1: D = Do đó GTNN của D bằng – 1 khi x =2 D = Do đó GTLN của D bằng 4 khi x = Cách 2: Ta có: D = D = 0: (*) (1) D 0: (*) có nghiệm Kết hợp (1) và (2), ta được : GTNN của D bằng – 1 khi – x2 + 4x – 4 = 0 x = 2 GTLN của D bằng 4 khi 4x2 + 4x + 1 = 0 x = Ví dụ 5: Tìm GTNN của biểu thức: E = Giải: Ta có: E = Vậy GTNN của E bằng 0 khi x = – 2. 6. Dạng 6: Tìm GTLN và GTNN của biểu thức bằng cách sử dụng miền giá trị. Ví dụ 1: Tìm GTNN và GTLN của biểu thức: A = Giải: x2 + x + 1 = , với mọi x. A = (A – 1)x2 + (A + 1)x + A – 1 = 0 (*) A = 1: (*) x = 0 A 0 : Phương trình (*) có nghiệm khi và chỉ khi: (A + 1)2 GTNN của D bằng – 1 khi – x2 + 4x – 4 = 0 x = 2 – 4(A – 1)2 (3A – 1)(A – 3) ( A 1) Kết hợp cả hai trường hợp ta được GTLN của A bằng 3 khi 2x2 + 4x + 2 = 0 x = – 1 GTNN của A bằng khi x2 + x = 0 x = 1 7. Dạng 7: Tìm GTLN và GTNN của biểu thức bằng cách áp dụng bất đẳng thức Côsi. Ví dụ 1: Tìm GTNN của các biểu thức: Giải: Áp dụng bất đẳng thức Côsi cho 2 số dương x, ta được: x + Đẳng thức xảy ra x = x2 = x = (vì x > 0) Vậy GTNN của A bằng 1 khi x = B = Vì x > 2 nên x – 2 > 0 và > 0 . Áp dụng bất đẳng thức Côsi cho 2 số dương x – 2 , ta được: Đẳng thức xảy ra Vậy GTNN của B bằng 4 khi x = 3 Ví dụ 2: Tìm GTNN của các biểu thức: C = x2 + 2x + D = 2x + , với x > 1. Giải: C = x2 + 2x + 2 = (x + 1)2 +11 > 0, với mọi x Áp dụng bất đẳng thức Côsi cho 2 số dương x2 + 2x + 2 , ta được: 4 2 Đẳng thức xảy ra (vì x2 +2x + 2 > 0) Vậy GTNN của C bằng 2 khi x = 0 hoặc x = - 2. D = Vì x > 1 nên x – 1 > 0. Áp dụng bất đẳng thức Côsi cho 3 số dương x – 1, x – 1 và ta được: Đẳng thức xảy ra Vậy GTNN của D bằng 5 khi x = 2. Ví dụ 3: Cho a, b, c là 3 số dương sao cho abc = 1. Tìm GTNN của biểu thức: E = (1 + a)(1 + b)(1 + c) Giải: Áp dụng bất đẳng thức Côsi, ta có: 1 + a 1 + b 1 + c Suy ra: (1 + a)(1 + b)(1 + c) (1 + a)(1 + b)(1 + c) 8 (vì abc = 1) Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi: Vậy GTNN của E bằng 8 khi a = b = c = 1. Ví dụ 4: Cho a, b, c là 3 số dương. Tìm GTNN của biểu thức: F = Giải: F = = = Vì a, b, c > 0 nên a + b, b + c, c + a đều dương. Áp dụng bất đẳng thức Côsi, ta có: Suy ra: F Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi: Vậy GTNN của F bằng khi a = b = c > 0. Ví dụ 5: Cho a, b, c là 3 số dương sao cho a + b + c = 1. Tìm GTLN của biểu thức: G = abc(a + b)(b + c)(c + a) Giải: Áp dụng bất đẳng thức Côsi, ta có: a + b + c (1) (a +b) + (b + c) + (c + a) Từ (1) và (2) , suy ra: abc(a + b)(b + c)(c + a) G Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi: Vậy GTLN của G bằng khi a = b = c = . Ví dụ 6: Tìm GTLN của các biểu thức: H = (x + 1)(5 – x), với I = (2x – 1)(3 – x), với K = (2 – x)(x+ 1)2, với Giải: Vì nên Áp dụng bất đẳng thức Côsi cho 2 số không âm x +1 và 5 – x ta được: (x + 1) + ( 5 – x) Đẳng thức xảy ra x = 2 (thoả) Vậy GTLN của H bằng 9 khi x = 2. Cách khác: (Áp dụng hệ quả của bất đẳng thức Côsi) Hai số không âm x + 1 và 5 – x có tổng không đổi (bằng 6) nên tích của chúng lớn nhất khi 2 số đó bằng nhau, tức là: x + 1 = 5 – x x = 2 (thoả) Thay x = 2 vào biểu thức H ta được H = 9 Vậy GTLN của H bằng 9 khi x = 2. Vì nên Áp dụng bất đẳng thức Côsi cho 2 số không âm 2x – 1 và 6 – 2x ta được: (2x – 1) + ( 6 – 2x) Đẳng thức xảy ra x = (thoả) Vậy GTLN của I bằng khi x = . Vì nên Áp dụng bất đẳng thức Côsi cho 3 số không âm 2 – x, , ta được: 3 1 Đẳng thức xảy ra x = 1 (thoả) Vậy GTLN của K bằng 4 khi x = 1. 8.Dạng 8 : Tìm GTLN và GTNN của biểu thức bằng cách sử dụng bất đẳng thức Bunhiacopxki. Ví dụ 1: Cho x, y thoả mãn x2 + 4y2 = 25. Tìm GTLN, GTNN của biểu thức: A = x + 2y Giải: x + 2y = x . 1 + 2y . 1 Áp dụng bất đẳng thức Bunhiacopxki cho 4 số x , 2y , 1, 1 ta được: (x . 1 + 2y . 1)2 (x2 +4y2)(12 + 12) GTNN của A bằng khi và chỉ khi: GTLN của A bằng khi và chỉ khi: Ví dụ 2: Cho a, b thoả mãn 2a + 3b = 5. Tìm GTNN của biểu thức: B = 2a2 + 3b2 Giải: 2a + 3b = a. + b. Áp dụng bất đẳng thức Bunhiacopxki cho 4 số a , b , , ta được: (a. + b. )2 Đẳng thức xảy ra Vậy GTNN của B bằng 5 khi a = b = 1. Cách khác: Ta có: 2a + 3b = 5 , khi đó: B = 2a2 + 3. = Vậy GTNN của B bằng 5 khi a = b = 1. Ví dụ 3: Tìm GTLN của biểu thức: C = , với . Giải: Áp dụng bất đẳng thức Bunhiacopxki cho 4 số , , 1, 1 ta được: Đẳng thức xảy ra Vậy GTLN của C bằng 2 khi x = 3. Ví dụ 4: Cho a, b, c là 3 số dương sao cho a + b + c = 3. Tìm GTLN của biểu thức: D = Giải: = Áp dụng bất đẳng thức Bunhiacopxki cho 6 số , , , 1, 1, 1 ta được: ( vì a + b +c = 3) Đẳng thức xảy ra Vậy GTLN của D bằng 3 khi a = b = c = 1.
Tài liệu đính kèm: