Tính đồng biến, nghịch biến của hàm số giải phương trình, hệ phương trình và bất phương trình - Tự Học 365

Tính đồng biến, nghịch biến của hàm số giải phương trình, hệ phương trình và bất phương trình

Tính đồng biến

Tính đồng biến, nghịch biến của hàm số giải phương trình, hệ phương trình và bất phương trình

§ Bài toán 1: Giải phương trình h(x)=g(x)

Biến đổi và vận dụng kết quả: Nếu hàm số f(t) luôn đồng biến hoặc nghịch biến trên D thì phương trình f(t)=0 có tối đa một nghiệm và với mọi u,vD thì f(u)=f(v)u=v.

§ Bài toán 2: Giải bất phương trình h(x)<g(x)

Biến đổi bất phương trình về dạng xf(u)<f(v) và sử dụng kết quả:

Hàm số f(t) đồng biến trên D thì u,vD  ta có f(u)<f(v)u<v.

Hàm số f(t) nghịch biến trên D thì u,vD  ta có f(u)<f(v)u>v.

Bài tập 1: Giải các phương trình sau:

a) 2x33x2+6x+115x=23.

b) (2x2+1+23x)x73x=0. .

Lời giải chi tiết

.a) Điều kiện {2x33x2+6x+110x5(D).

Xét hàm số f(x)=2x33x2+6x+115x; x(D).

Ta có: f(x)=3x23x+32x33x2+6x+11+125x>0, x(D) nên hàm số đồng biến trên D.

Phương trình đã cho trở thành f(x)=23=f(2)x=2. Thử lại thu được nghiệm duy nhất x=2.

b) Điều kiện x3. Phương trình đã cho tương đương với

2x3+x=(72x)3x2x3+x=2(3x)3x+3x (1)

Xét hàm số f(t)=2t3+t; tRf(t)=6t2+1>0, tR, vậy hàm số liên tục và đồng biến.

Khi đó (1)f(x)=f(3x)x=3x[0x3x2+x3=0x=1312.

Kết luận phương trình để bài có nghiệm duy nhất x=1312.

Bài tập 2: Giải các phương trình sau

a) 63x+82x=6.

b) 5x31+32x1+x=4.

Lời giải chi tiết

a) Điều kiện x<2. Xét hàm số f(x)=63x+82x6, x(;2), ta có:

f(x)=33x(3x)26+42x(2x)28>0, x(;2).

Suy ra hàm số f(x) liên tục và đồng biến trên miền (;2).

Mặt khác f(32)=0 nên phương trình f(x)=0 có duy nhất nghiệm x=32. Kết luận S={32}.

b) Điều kiện 5x31.

Xét hàm số f(x)=5x31+32x1+x; x[315;+).

Ta có f(x)=15x225x31+233(2x1)2>0, x[315;+) nên hàm số đồng biến trên [315;+).

Bài toán trở thành f(x)=f(1)x=1. Kết luận tập nghiệm S={1}.

Bài tập 3: Giải phương trình

a) x36x2+12x7=3x3+9x219x+11.

b) x3+3x2+4x+2=(3x+2)3x+1.

Lời giải chi tiết

a) Điều kiện xR.

Phương trình đã cho tương đương với

x33x2+3x1+2(x+1)=x3+9x219x+11+23x3+9x219x+11

(x1)3+2(x1)=x3+9x219x+11+23x3+9x219x+11 ()

Xét hàm số f(t)=t3+2t ta có f(t)=3t2+2>0, tR.

Do vậy hàm số f(t) liên tục và đồng biến trên R. Khi đó

()f(x1)=f(3x3+9x219x+11)x1=3x3+9x219x+11

x33x2+3x1=x3+9x219x+11x36x2+11x6=0(x1)(x2)(x3)=0

x{1;2;3}.

Kết luận tập hợp nghiệm S={1;2;3}.

b) Điều kiện x13. Phương trình đã cho tương đương với

x3+3x2+3x+1+x+1=(3x+1+1)3x+1(x+1)3+x+1=(3x+1)3x+1+3x+1

Xét hàm số f(t)=t3+t, tRf(t)=3t2+1>0, tR, hàm số liên tục và đồng biến trên R.

Thu được f(x+1)=f(3x+1)x+1=3x+1{x1x2+2x+1=3x+1x{0;1}

Đối chiếu điều kiện, kết luận phương trình đã cho có hai nghiệm x=0; x=1.

Bài tập 4: Giải phương trình x2+3x42x+1+2=(2x+2)(x+32) trên tập số thực.

Lời giải chi tiết

Điều kiện {2x+10x+30x12, ta có phương trình đã cho

(x1)(x+4)2x+1+2=(x1)(2x+2)x+3+2[x=1(x+4)2x+1+2=(2x+2)x+3+2 ()

Giải phương trình (*), chúng ta có

()x+3+12x+1+2=2x+1+1x+3+2(x+3+1)(x+3+2)=(2x+1+1)(2x+1+2)

(x+3)3+2(x+3)2+x+3=(2x+1)3+2(2x+1)2+2x+1

Xét hàm số f(t)=t3+2t2+t, với điều kiện t0{x+302x+10, có

f(t)=3t2+4t+1>0, t0 do đó f(t) là hàm số đồng biến và liên tục trên [0;+) nên suy ra

f(x+3)=f(2x+1)x+3=2x+1x=2.

Vậy phương trình đã cho có 2 nghiệm x=1; x=2.

Bài tập 5: Giải phương trình x2+6x+8x22x+2=x(x+31) (xR)

Lời giải chi tiết

Điều kiện x3. Phương trình đã cho tương đương với

(x+2)(x+4)x22x+2=x(x+2)x+3+1[x=2(x+4)(x1)2+1=xx+3+1 (1)

Đặt x+3=u; x1=v ta thu được (1)u2+1v2+1=v+1u+1u3+u2+u=v3+v2+v.

Xét hàm số f(t)=t3+t2+t; tRf(t)=3t2+2t+1>0, tR.

Hàm số liên tục và đồng biến trên tập số thực nên

f(u)=f(v)u=vx+3=x1{x1x+3=x22x+1{x1x23x2=0x=3+172.

Kết luận bài toán có nghiệm duy nhất x=3+172.

Bài tập 6: Giải hệ phương trình {(4x2+1)x+(y3)52y=04x2+y2+234x=7(x,yR)

Lời giải chi tiết

Điều kiện x34,y52.

Phương trình thứ nhất của hệ tương đương (4x2+1)2x=(52y+1)52y (1)

Khi đó phương trình (1) có dạng: f(2x)=f(52y) với f(t)=(t2+1)t=t3+t(tR)

Ta có: f(t)=3t2+1>0 (tR)f(t) đồng biến trên R.

Do đó (1)2x=52y{x0y=54x22

Thế vào phương trình (2) ta được: 4x2+(522x2)2+234x7=0 (3)

Do x=0; x=34 không phải là nghiệm của phương trình

Xét hàm số g(x)=4x2+(522x2)2+234x7 trên khoảng (0;34).

Ta có: g(x)=8x8x(52x2)434x=4x(4x23)434x<0g(x) nghịch biến.

Mặt khác g(12)=0(3) có nghiệm duy nhất x=12y=2.

Vậy nghiệm của hệ phương trình là (12;2)

Bài tập 7: Giải hệ phương trình sau: {206x175y3x6x+3y5y=022x+y+5+33x+2y+11=x2+6x+13

Lời giải chi tiết

Điều kiện: x6; y5; 2x+y+50; 3x+2y+110.

Khi đó: PT(1)(203x)6x=(173y)5y

(6x)[3(6x)+2]=5y[3(5y)+2]

Xét hàm f(t)=t(3t2+2)(tR)6x=5yy=x1

Thế vào PT(2) ta có: 23x+4+35x+9=x2+6x+13.

(x2+x)(223x+4+2x+4+335x+9+3x+9+1)=0.

Do x[43;6]x=0;x=1.

Vậy hệ phương trình có 2 nghiệm (0;1);(1;2).

Bài tập 8: Giải hệ phương trình sau: {x2+xx+1=(y+2)(x+1)(y+1)(x22x2)y+1=4(x+1)

Lời giải chi tiết

Điều kiện: {y1x>1. Ta có: PT(1)x2x+1+x(x+1)x+1=(y+2)y+1

x3+x2+x(x+1)x+1=(y+2)y+1(xx+1)3+xx+1=(y+1)3+y+1

Xét hàm số: f(t)=t3+t(tR) đồng biến trên R.

Ta có: f(xx+1)=f(y+1)x=(x+1)(y+1) thế vào PT(2) ta có:

x(x22x2)x+1=4(x+1)x32x(x+1)4(x+1)x+1=0

Đặt z=x+1 ta có: x3+2xz24z3=0x=2z

x=2x+1{x0x2=4x+4x=2±22y=3.

Vậy hệ phương trình đã cho có nghiệm duy nhất (x;y)=(2±22;3).

Bài tập 9: Giải hệ phương trình sau: {2x2+2x+1+x+2=2y2+3y+2y+1x2+2y22x+y=2

Lời giải chi tiết

Điều kiện: x2;y12. Khi đó ta có: (1)(2) ta có: x2+4x+3+x+2=4y2+4y+2y+1

(x+2)2+x+2=(2y+1)2+2y+1. Xét hàm số f(t)=t2+t đồng biến trên (0;+).

Khi đó ta có: f(x+2)=f(2y+1)x+1=2y thế vào PT(2) ta có:

(2y1)2+2y22(2y1)+y=26y27y+1=0[y=1; x=1y=16; x=23.

Vậy nghiệm của hệ phương trình là: (1;1);(23;16).

Bài tập 10: [Đề thi tham khảo của Bộ GD{}ĐT năm 2018] Có bao nhiêu giá trị nguyên của hàm số m để phương trình 3m+33m+3sinx=sinx có nghiệm thực?

A. 5. B. 7. C. 3. D. 2.

Lời giải chi tiết

Đặt 3m+3sinx=a; sinx=b ta có: {3m+3a=b3m+3b=a{m+3a=b3m+3b=a3

3(ab)=b3a3=(ba)(b2+ba+a2)(ba)(b2+ba+a2+3)=0

Do b2+ab+a2+3>0a=bm+3sinx=sin3xm=sin3x3sinx=b33b=f(b).

Xét f(b)=b33b(b[1;1]) ta có: f(b)=3b230(b[1;1]).

Do đó hàm số f(b) nghịch biến trên [1;1].

Vậy f(b)[f(1);f(1)]=[2;2]. Do đó PT đã cho có nghiệm m[2;2] .

Vậy có 5 giá trị nguyên của m thỏa mãn. Chọn A.

Bài tập 11: Có bao nhiêu giá trị nguyên của hàm số m để phương trình m+2m+2sinx=sinx có nghiệm thực?

A. 0. B. 1. C. 2. D. 3.

Lời giải chi tiết

Điều kiện: sinx0

Đặt {u=sinxv=2m+2sinx (u,v0){m+2v=um+2u=v{m+2v=u2m+2u=v22(vu)=u2v2

2(vu)=(uv)(u+v)(uv)(u+v+2)=0 ()

Do u, v0 nên ()u=vm=u22u với u=sinx (u[0;1]).

Xét f(u)=u22u (u[0;1]) ta có f(u)=2u20.

Suy ra hàm số f(u) nghịch biến trên đoạn [0;1].

Mặt khác f(0)=0;f(1)=1 Phương trình có nghiệm khi m[1;0].

Kết hợp mZ[m=0m=1. Chọn C.

Bài tập 12: Cho phương trình xx+x+12=m(5x+4x)(1) (m là tham số thực). Gọi A={mZ|(1) co ˊu nghie ¨a m}. Số phần tử của tập hợp A là?

A. 12. B. 4. C. 21. D. 0.

Lời giải chi tiết

Điều kiện 0x4. Khi đó PTm=xx+x+125x+4x

Xét hàm số f(x)=g(x).h(x) trong đó g(x)=xx+x+12;h(x)=15x+4x

Ta có: g(x)>0;h(x)>0(x[0;4])

Mặt khác g(x)=32x+12x+12>0;h(x)=125x+124x(5x+4x)2>0

Do đó 2 hàm số g(x)h(x) luôn dương và đồng biến do đó hàm số f(x)=g(x).h(x) cũng luôn dương và đồng biến trên [0;4], f(0)=232+5;f(4)=12(1) có nghiệm khi và chỉ khi m[232+5;12]. Do đó A={mZ|(1) co ˊu nghie ¨a m} có 12 phần tử. Chọn A.

Luyện bài tập vận dụng tại đây!

TOÁN LỚP 12