Đề tài Một hướng chứng minh và phát triển bất đẳng thức

Phần I. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Bất đẳng thức là một chuyên đề khá rộng và rất khó, là một nội dung quan trọng thường xuất hiện trong các đề thi tuyển sinh ĐH – CĐ hằng năm. Qua nhiều năm giảng dạy nội dung này cho các đối tượng học sinh khối 10 ôn thi ĐH – CĐ và bồi dưỡng học sinh giỏi thì đa số các học sinh gặp những khó khăn sau: + Không biết phải bắt đầu từ đâu. + Phương pháp giải không được tự nhiên, tại sao lại phân tích như thế? + Những bước biến đổi linh hoạt, phức tạp và phải đòi hỏi học sinh tư duy cao. Để giúp học sinh giải quyết được phần nào khó khăn khi gặp bài toán CM Bất đẳng thức hoặc tìm GTLN và GTNN của biểu thức, tôi xin trình bày sáng kiến kinh nghiệm với đề tài “một hướng biến đổi để chứng minh và hướng phát triển Bất Đẳng Thức”,với hy vọng sau khi học sinh sử dụng phương pháp này thì sẽ giải được một số bài toán CM Bất đẳng thức và một số bài toán tìm GTLN và GTNN của biểu thức theo một dạng toán Bất đẳng thức của chuyên đề này. Mặc dù rất cố gắng song tề tài khó tránh khỏi những thiếu sót, rất mong hội đồng chuyên môn góp ý. Ba tơ, Ngày 10 tháng 05 năm 2012. Nguyễn Đăng Khoa. Phần II. NỘI DUNG CƠ SỞ LÍ LUẬN: Định nghĩa bất đẳng thức: Cho 2 số thực a và b. Các mệnh đề “a > b” , “”, “a < b”, “” được gọi là những bất đẳng thức. Các tính chất: + Nếu c > 0 thì a > b ac > bc + Nếu c b ac < bc + Các hệ quả: + + + + và + + Kết quả thường dùng: + Bất đẳng thức cô – si: Cho n số không âm: a1,a2an ta có: Dấu “=” xảy ra khi và chỉ khi: a1=a2==an. THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ: Giả sử ta có bài toán sau: Bài toán 1: Với CMR: Ta biết bài toán này có nhiều cách giải: *Cách 1: Dùng phương pháp hàm số. * Cách 2 Cộng vào hai vế một lượng rồi dùng bất đẳng thức cô – si. + Nếu theo cách 1 thì cũng cố cho học sinh kiến thức hàm số, nhưng theo cách này không áp dụng được cho học sinh khối lớp 10 vì chưa đủ kiến thức để giải quyết. + Nếu theo cách 2 thì cũng cố cho học sinh kiến thức Bất đẳng thức Cô-Si, nhưng lời giải thiếu tự nhiên, bởi vì theo cách này thì phải cộng vào một lượng, Chỉ có những học sinh giỏi mới thấy được lượng này. Qua khảo sát học sinh về phần bất đẳng thức ở một số lớp của trường trong năm học 2010-2011 thu được mẫu thống kê sau: Lớp Năm học 10A1 10A3 Ôn thi ĐH-CĐ Bồi dưỡng HSG Kết quả 1/45 0/38 3/14 1/3 Nếu ta hướng dẫn học sinh giải bài toán theo hướng khác thì bài toán trở nên đơn giản và lời giải tự nhiên hơn.Sau đây tôi trình bày một biện pháp để thực hiện điều đó. 3. CÁC BIỆN PHÁP TIẾN HÀNH Ta đã biết BĐT Bunhacôpxki áp dụng cho các số thực: a1,a2,,an và b1,b2, ,bn như sau: (1) Dấu “=” xảy ra khi và chỉ khi : Với .Áp dụng BĐT (1) ta có: Từ đó suy ra BĐT: (2) Dấu “=” xảy ra khi và chỉ khi: Nếu đặt thì từ BĐT (2) ta có BĐT: (3). Dấu “=” xảy ra khi và chỉ khi: c1=c2==cn. Lời giải bài toán 1: Áp dụng BĐT (2), ta có: (*). (đpcm) Tiếp tục tìm hiểu một số bài toán sau: Bài toán 2: Cho a,b,c là ba số thực dương CMR: Phân tích: + VT của bài toán là tổng của các phân thức, trong mỗi phân thức thì tử thức là bình phương của một biểu thức. + Dấu BĐT trong bài toán cùng chiều với dấu BĐT (2). Áp dụng BĐT (2) ta được : . (đpcm) Như vậy nếu dùng BĐT(2) thì lời giải tự nhiên,ít sử dụng đến những kiến thức toán học và làm cho học sinh dễ hiểu hơn. Bài toán 3: CMR với a,b,c là ba số thực dương, ta có: . Phân tích: + VT của bài toán là tổng của các phân thức, trong mỗi phân thức thì tử thức là bình phương của một biểu thức. + Dấu BĐT trong bài toán cùng chiều với dấu BĐT (2). + Tổng các biểu thức ở mẫu của VT bằng biểu thức ở mẫu của VP. Áp dụng BĐT (2) ta được: Mà ta biết Nên suy ra: (đpcm) Tương tự như bài toán 2, nếu cho thêm giả thiết: abc = 1 thì ta có bài toán sau: Bài toán 4: Cho a,b,c là 3 số thực dương và abc = 1. CMR: (IMO – 1995) Lời giải: Ta có (đpcm) Bài toán 5: Cho a,b,c là 3 số thực dương, CMR: . Đối với bài toán thì hơi khác hơn , phải biến đổi một tí mới dùng được BĐT (2) Lời giải: Ta có: (đpcm) Bài toán 6: Cho các số a, b, c, p, q >0 CMR: Lời giải: Ta có: (đpcm) Nhận xét: Qua những bài toán trên, ta thấy: Nếu gán a1,a2,a3 và b1,b2,b3 trong BĐT (2) bởi những biến số và biến đổi thông qua một vài bất đẳng thức thì ta được những bai toán khác. Vậy đây cũng là hướng để sáng tác BĐT. Chẳng hạn, nếu gán và vào BĐT(2) thì ta được bài toán sau: Bài toán 7: Cho 3 số a,b,c > 0. CMR: Nếu gán và vào BĐT ta được bài toán sau: Bài toán 8: Cho 3 số thực a,b,c >0 CMR: Nhận xét: Như vậy theo cách này ta sẽ sáng tác được những BĐT khó hơn, nhiều biến hơn và có thể giải quyết được bài toán giá trị nhỏ nhất của biểu thức. Xét bài toán 9: Cho 3 số a,b,c > CMR: (BĐT Nesbit) Lời giải: BĐT Mà (*) Từ đó suy ra (đpcm) Những khó khăn của học sinh: + Tại sao phải cộng vào 2 vế cho 3 và phân tích như thế.(đòi hỏi học sinh phải tư duy, các bước biến đổi linh hoạt) + Phải CM BĐT (*) thì mới suy được kết quả. Nếu dùng BĐT (3) thì kết quả như thế nào? Ta có: Mà Vậy (đpcm) Bài toán 10: Cho a, b, c là độ dài 3 cạnh của một tam giác. CMR Ta có Như vậy nếu dùng BĐT(3) thì lời giải tự nhiên,ngắn gọn và dễ hiểu hơn. Nhận xét: Từ BĐT (3) bằng cách gán a1 ,a2 ,a3 và c1 ,c2 ,c3 bởi những biểu thức ta sẽ được những bài toán mới. Chẳng hạn: - Nếu gán: a1 = a, a2 = b, a3 = c và , , thì ta được bài toán sau: Bài toán 11: Cho 3 số a,b,c > 0 CMR (MO – Romanian 2004) Nếu gán và , trong đó a,b,c >0 và abc = 1 thì ta có bài toán sau: Bài toán 12: Cho 3 số a, b, c >0 và abc = 1. Tìm GTNN của biểu thức. ( MO – USA) - Nếu gán: và , , (a,b,c >0) thì ta được bài toán: Bài toán 13: Cho 3 số a , b, c > 0 CMR: Từ bài toán 13, nếu ta thêm giả thiết: abc = 1 ta có bài toán sau: Bài toán 14: Cho 3 số a, b, c > 0 và abc = 1 Tìm GTNN biểu thức ( ĐH NN1 – 2000) Làm tương tự, ta sẽ có được những BĐT khác và hay. 4. HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI: Qua nhiều năm giảng dạy tôi thấy, nếu dùng BĐT (2) và BĐT (3) trong đề tài thì học sinh dễ nhận thấy dạng biểu thức cần biến đổi và giải được một số bài toán bất đẳng thức cũng như bài toán GTLN,GTNN của biểu thức. Một số kết quả thu được trong năm học 2011-2012: Lớp Năm học 10A1 10A4 Ôn thi ĐH-CĐ Bồi dưỡng HSG Kết quả 19/46 05/36 7/12 3/3 5. TIỂU KẾT: Bất đẳng thức là một chuyên đề rất khó, rất quan trọng và lượng bài tập phong phú, nhưng nếu gặp bất đẳng thức của các biểu thức phân thì sử dụng BĐT (2) và (3) tỏ ra hiệu quả vì có thể bỏ qua một vài bước biến đổi phức tạp, đồng thời dễ nhận thấy được biểu thức cần biến đổi. Phần III. KẾT LUẬN Khi nói về Toán học là nhắc đến tính tư duy,suy luận logic . Chính vì vậy khi giảng giải một bài toán giáo viên phải theo quy luật này thì học sinh mới thấy được cái hay, cái đẹp trong toán từ đó mới kích thích sự say mê tim tòi, hứng thú cho học sinh, tạo cho các em có tính tự học cao. Trong quá trình tự học, nghiên cứu tìm tòi qua sách báo tôi đúc kết được cho mình một hướng giải bài toán Bất đẳng thức, trong hai năm học qua tôi đã giang dạy theo cách này thì thấy rất hiệu quả, học sinh chủ động tiếp thu kiến thức có nhiều em giải được những bài toán dạng này. Mặc khác, ta còn hướng dẫn cho học sinh biết cách sáng tạo những bất đẳng thức mới, hay và khó. Cần nhấn mạnh cho học sinh biết đối với dạng toán nào thì sử dụng được hai BĐT (2) và (3). Với khuôn khổ của đề tài tôi xin trình bày một khía cạnh để chứng minh BĐT. Rất mong được hội đồng chuyên môn nhà trường góp ý bổ sung để đề tài hoàn thiện hơn, có khả năng triển khai áp dụng áp dụng ôn thi ĐH – CĐ và bồi dưỡng HSG trong những năm tiếp theo đạt kết quả tốt hơn. Xin chân thành cám ơn! Quảng Ngãi, Ngày 10 tháng 5 năm 2012 Người thực hiện Nguyễn Đăng Khoa BÀI TẬP THAM KHẢO [1] Phan Huy Khải, 10.000 bài toán sơ cấp- Bất đẳng thức, NXB Hà Nội (1198). [2] Trần Văn Kỷ, Chọn lọc 394 bài toán Bất đẳng thức, giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất.