Giáo án lớp 12 môn Toán - Bài 18: Sử dụng các định lý về tam thức bậc hai để chứng minh bất đẳng thức

Bài 18. Sử dụng các định lý về tam thức bậc hai để chứng minh bất đẳng thức Ÿ Các định lý được sử dụng (với ; a ¹ 0) 1. af(x) > 0 với mọi x Û . 2. af(x) ³ 0 với mọi x Û . Nếu af(x) ³ 0 với mọi x thì f(x) = 0 Û 3. Nếu tồn tại a sao cho af(a) < 0 thì f(x) có 2 nghiệm , thỏa mãn . 4. Nếu tồn tại a, b (a < b) sao cho thì f(x) có một nghiệm thuộc (a ; b) và một nghiệm ngoài [a ; b]. Thí dụ 1 : Chứng minh rằng : Nếu a, b, c là độ dài ba cạnh của một tam giác thì với mọi x ta có : Phân tích : Vế trái là tam thức bậc hai f(x) với hệ số của là nên có ngay lời giải. Giải : f(x) > 0 với mọi x Û Û Û Û Û (b + c + a)(b + c - a)(b - c + a)(b - c - a) 0 Vì a, b, c là độ dài 3 cạnh của một tam giác nên bất đẳng thức cuối cùng hiển nhiên đúng. Chú ý : Ngược lại, các bạn có thể chứng minh được nếu các số dương a, b, c thỏa mãn f(x) > 0 với mọi x thì a, b, c chính là độ dài 3 cạnh của một tam giác. Thí dụ 2 : Cho và abc = 1. Chứng minh : (*) Phân tích : nên bất đẳng thức cần chứng minh vì đối xứng với b và c nên có thể viết về dạng tam thức bậc hai đối với b + c. Giải : (*) Û Û Û Với thì bất đẳng thức trên luôn đúng. Chú ý : Khi không muốn diễn đạt bởi "ngôn ngữ" biệt thức D thì các bạn có thể dùng kỹ thuật "tách bình phương" như lời giải trên. Thí dụ 3 : Chứng minh rằng trong mọi tam giác ABC ta có : (**) Phân tích : Vì và cosC = nên có thể làm xuất hiện tam thức bậc hai đối với . Giải : (**) Û Û Û Bất đẳng thức cuối cùng hiển nhiên đúng. Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi : Lưu ý và thì hệ trên tương đương với A = B = C tức là tam giác ABC đều. Chú ý : Bài toán tổng quát cho bài trên là : Với x, y, z > 0 thì trong tam giác ABC bất kỳ ta có : Các bạn có thể dùng kỹ thuật "tam thức bậc hai" hoặc công cụ véc-tơ để giải quyết. Khi cho các giá trị cụ thể x, y, z (đặc biệt là x, y, z là độ dài 3 cạnh của một tam giác) thì ta có vô số các bất đẳng thức cụ thể. Bài tập tương tự 1. Chứng minh với mọi x và mọi a ta có : 2. Chứng minh rằng trong mọi tam giác ta có : a) b) 3. Tìm x, y thỏa mãn : Ÿ Một dạng ứng dụng của tam thức bậc hai khác thú vị mà nhiều bạn không để ý : Thí dụ 4 : Cho a, b, c, d, p, q thỏa mãn : Chứng minh rằng : Phân tích : Bất đẳng thức này trông "ngược" với bất đẳng thức Bunhiacôpski và có dạng như D' ³ 0 (!). Vậy cần thiết lập một tam thức bậc hai f(x) có nghiệm và xuất hiện biểu thức . Như vậy hệ số của sẽ chọn là hoặc . Giả thiết sẽ cho ta điều gì ? Điều đó quyết định sự lựa chọn trên. Giải : Vì nên trong hai biểu thức và có ít nhất một biểu thức dương. Do vai trò bình đẳng của hai bộ số (p, a, b) và (q, c, d) nên giả sử Xét = Vì nên p ¹ 0. Ta có suy ra nên f(x) có nghiệm. Do đó Þ đpcm. Chú ý : Dạng thứ hai của f(x) là để chọn ra thỏa mãn Thí dụ 5 : Cho b < c < d chứng minh : Phân tích : Có 2 cách nhìn để có 2 cách giải khác nhau. Cách thứ nhất là nhìn bất đẳng thức cần chứng minh có dạng D > 0. Cách thứ hai là đưa bất đẳng thức về dạng f(a) > 0 với mọi a và b < c < d. Xin giải theo cách nhìn thứ nhất. Giải : Xét tam thức bậc hai : Có Vì b 0 Þ đpcm. Các bài tập khác : 1. Xác định các góc của tam giác ABC sao cho biểu thức đạt giá trị lớn nhất. 2. Tính các góc của tam giác ABC, biết rằng sinA + sinB + cos(A + b) = 1,5. 3. Biết rằng : Chứng minh : 4. Định dạng tam giác ABC thỏa mãn 5*. Xác định các góc của tam giác ABC sao cho biểu thức : đạt giá trị lớn nhất.