Đại số sơ cấp

1 LỜI NÓI ĐẦU Khi biên soạn tài liệu “Đại số sơ cấp” chúng tôi đã cố gắng đưa nhiều ví dụ về thực hành giải toán nhằm giúp sinh viên có điều kiện rèn kỹ năng thực hành khi học lý thuyết. Tuy nhiên, qua thực tế giảng dạy, chúng tôi thấy rằng khi giải các bài tập trong sách, sinh viên gặp rất nhiều khó khăn. Ngay cả khi biết cách giải thì việc trình bày lời giải sao cho chặt chẽ và logic thì cũng còn chưa đạt so với yêu cầu. Vì thế, để giúp sinh viên có một bộ tài liệu hoàn chỉnh về Đại số sơ cấp, chúng tôi tiếp tục biên soạn cuốn “Bài tập Đại số sơ cấp” này để phục vụ nhu cầu học tập và kể cả công việc giảng dạy của sinh viên sau khi ra trường. Tài liệu “Bài tập Đại số sơ cấp” gồm có hai phần: Phần I. Tóm tắt lý thuyết và đề bài. Phần II. Lời giải và hướng dẫn. Mỗi phần gồm sáu chương: 1. Chương I: Hàm số; 2. Chương II: Phương trình – Hệ phương trình; 3. Chương III: Bất đẳng thức – Bất phương trình; 4. Chương IV: Phương trình, bất phương trình vô tỉ; 5. Chương V: Phương trình, bất phương trình mũ và logarit; 6. Chương VI: Phương trình lượng giác. Thứ tự các chương được trình bày theo đúng thứ tự các chương mục trong tài liệu “Đại số sơ cấp”. Tài liệu có 170 bài tập với khoảng gần 550 câu nhỏ. Hầu hết các bài tập trong tài liệu “Bài tập Đại số sơ cấp” được chúng tôi trình bày lời giải tương đối chi tiết nhằm giúp sinh viên nhất là sinh viên các lớp hệ đào tạo Liên thông Cao đẳng lên Đại học dễ dàng trong việc củng cố lý thuyết và giải các bài tập tương tự. Một số bài được trình bày nhiều cách giải, mục đích giúp sinh viên có cách tiếp cận và đi đến kết quả của bài toán từ nhiều hướng. So với tài liệu “Đại số sơ cấp” thì trong tài liệu này chúng tôi có cập nhật thêm một số lượng rất đáng kể các dạng toán rất hay gặp trong các kỳ thi tuyển sinh Đại học và Cao đẳng theo chương trình mới của môn Toán ở bậc Phổ thông Trung học. Một lời khuyên của chúng tôi đối với sinh viên là khi giải các bài tập trong tài liệu không nên quá lệ thuộc vào phần lời giải có sẵn trong tài liệu, mà trước hết hãy tự mình cố gắng tìm tòi lời giải, sau đó so sánh bài giải của mình với bài giải trong tài liệu nhằm rút ra những kinh nghiệm trong giải toán. Có như vậy cuốn tài liệu này mới thực sự có ích khi học môn Đại số sơ cấp. Cuối cùng, chúng tôi rất mong nhận được các ý kiến đóng góp quí báu cho nội dung cũng như hình thức trình bày trong tài liệu của các bạn đồng nghiệp trong Bộ môn Toán và Hội đồng Khoa học Khoa Sư phạm cũng như các bạn sinh viên để cuốn sách này có thể được hoàn chỉnh tốt hơn. An Giang, tháng 01 năm 2010 Tác giả 2 MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU 1 BẢNG MỘT SỐ KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG TÀI LIỆU 3 PHẦN I: TÓM TẮT LÝ THUYẾT VÀ ĐỀ BÀI 4 Chương I. Hàm số 4 A. Tóm tắt lý thuyết 4 B. Bài tập 12 Chương II. Phương trình – Hệ phương trình 17 A. Tóm tắt lý thuyết 17 B. Bài tập 24 Chương III. Bất đẳng thức – Bất phương trình 31 A. Tóm tắt lý thuyết 31 B. Bài tập 37 Chương IV. Phương trình, Bất phương trình vô tỷ 43 A. Tóm tắt lý thuyết 43 B. Bài tập 45 Chương V. Phương trình, Bất phương trình mũ và lôgarit 51 A. Tóm tắt lý thuyết 51 B. Bài tập 55 Chương VI. Phương trình lượng giác 64 A. Tóm tắt lý thuyết 64 B. Bài tập 71 PHẦN II: LỜI GIẢI VÀ HƯỚNG DẪN 76 Chương I. Hàm số 76 Chương II. Phương trình – Hệ phương trình 98 Chương III. Bất đẳng thức – Bất phương trình 151 Chương IV. Phương trình, Bất phương trình vô tỷ 188 Chương V. Phương trình, Bất phương trình mũ và lôgarit 242 Chương VI. Phương trình lượng giác 312 TÀI LIỆU THAM KHẢO 361 3 BẢNG MỘT SỐ KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG TÀI LIỆU :ℕ Tập hợp các số tự nhiên: { }0;1;2;... . :ℤ Tập hợp các số nguyên: { }...; 2; 1;0;1;2;... .− − ℚ : Tập hợp các số hữu tỉ: / , , 0 .a a b b b   ∈ ≠    ℤ :ℝ Tập hợp các số thực. * :ℝ Tập hợp các số thực khác không. :+ℝ Tập hợp các số thực dương. 1 : n ∑ Phép lấy tổng từ 1 đến .n { }... / ... :Tập hợp. :fT Tập (miền) giá trị của hàm số .f ( ) : x D Max f x ∈ Giá trị lớn nhất của hàm số f trên tập .D ( ) : x D Min f x ∈ Giá trị nhỏ nhất của hàm số f trên tập .D :∈ Thuộc. , :⊆ ⊂ Tập con. ∅ : Tập hợp rỗng. :∀ Mọi. :≠ Khác. \: Hiệu của hai tập hợp. :∪ Hợp của hai tập hợp. :∩ Giao của hai tập hợp. 1 : n ∪ Phép lấy hợp từ 1 đến .n 1 : n ∩ Phép lấy giao từ 1 đến .n :∨ Hoặc (tuyển của hai mệnh đề). :⇒ Phép kéo theo, phương trình hệ quả. :⇔ Phép tương đương (khi và chỉ khi), phương trình tương đương. Đpcm: Kết thúc chứng minh, điều phải chứng minh. 4 PHẦN I. TÓM TẮT LÍ THUYẾT VÀ ĐỀ BÀI CHƯƠNG I HÀM SỐ A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT I. KHÁI NIỆM HÀM SỐ 1. Định nghĩa Giả sử X và Y là hai tập hợp tùy ý. Nếu có một quy tắc f cho tương ứng mỗi x X∈ với một và chỉ một y Y∈ thì ta nói rằng f là một hàm từ X vào ,Y kí hiệu : ( ) f X Y x y f x → =֏ Nếu ,X Y là các tập hợp số thì f được gọi là một hàm số. Trong chương này chúng ta chỉ xét các hàm số thực của các biến số thực, nghĩa là ; .X Y⊆ ⊆ℝ ℝ X được gọi là tập xác định (hay là miền xác định) của hàm số .f (Người ta hay dùng kí hiệu tập xác định của hàm số là ).D Số thực x X∈ được gọi là biến số độc lập (gọi tắt là biến số hay đối số). Số thực ( )y f x Y= ∈ được gọi là giá trị của hàm số f tại điểm .x Tập hợp tất cả các giá trị ( )f x khi x lấy mọi số thực thuộc tập hợp X gọi là tập giá trị (miền giá trị) của hàm số f và được kí hiệu là ,fT (như vậy ( ){ }| ( )).fT f x x X f X= ∈ = Hiển nhiên .fT Y⊆ Chú ý rằng fT có thể là một tập hợp con thực sự của Y hoặc bằng tập .Y Trong nhiều trường hợp, người ta cho hàm số f dưới dạng ( )x f x֏ hoặc ( )y f x= mà không nêu rõ tập xác định X và tập hợp Y chứa tập các giá trị của .f Khi đó, ta hiểu rằng Y = ℝ và X là tập hợp các số thực x ∈ℝ sao cho quy tắc đã cho thì ( )f x tồn tại. 2. Đồ thị của hàm số Cho hàm số ( )y f x= có tập xác định ,D ta gọi tập hợp các điểm ( )( );x f x với x D∀ ∈ là đồ thị của hàm số ( ).y f x= Việc biểu diễn các điểm ( )( );x f x thuộc đồ thị của hàm số ( )y f x= lên mặt phẳng tọa độ Oxy gọi là vẽ đồ thị của hàm số. Chú ý rằng một đường ( )ζ (đường cong hoặc đường thẳng) trong mặt phẳng tọa độ chỉ có thể là đồ thị của một hàm số nào đó, nếu nó cắt một đường thẳng cùng phương với trục Oy tại không quá tại một điểm. 3. Hàm số đơn điệu 5 3.1. Định nghĩa. Cho hàm số ( )y f x= có tập xác định là tập D, khoảng ( );a b là tập con của D. Khi đó ta có Hàm số ( )y f x= gọi là đồng biến (hay tăng) trên khoảng ( );a b , nếu với ( ) ( ) ( )1 2 1 2 1 2, ; , .x x a b x x f x f x∀ ∈ < ⇒ < Hàm số ( )y f x= gọi là nghịch biến (hay giảm) trên khoảng ( );a b , nếu với ( ) ( ) ( )1 2 1 2 1 2, ; , .x x a b x x f x f x∀ ∈ Một hàm số đồng biến hoặc nghịch biến trên khoảng ( );a b thì ta nói hàm số đơn điệu trên khoảng đó. 3.2. Tính chất 3.3.1. Nếu hàm số ( )y f x= đồng biến (nghịch biến) trên khoảng ( );a b , thì hàm số ( )y f x c= + (c là hằng số) cũng đồng biến (nghịch biến) trên khoảng ( );a b . 3.3.2. Nếu hàm số ( )y f x= đồng biến (nghịch biến) trên khoảng ( );a b , thì hàm số ( )y kf x= đồng biến (nghịch biến) trên khoảng ( );a b nếu 0k > ; hàm số ( )y kf x= nghịch biến (đồng biến) trên khoảng ( );a b nếu 0.k < 3.3.3. Nếu hàm số ( )y f x= và ( )y g x= đồng biến (nghịch biến) trên khoảng ( );a b thì hàm số ( ) ( )y f x g x= + đồng biến (nghịch biến) trên khoảng ( );a b . 3.3.4. Nếu hàm số ( )y f x= và ( )y g x= không âm trên khoảng ( );a b và cùng đồng biến (nghịch biến) trên khoảng ( );a b , thì hàm số ( ) ( ).y f x g x= đồng biến (nghịch biến) trên khoảng ( );a b . Chú ý. Đồ thị của hàm số đồng biến hoặc nghịch biến trên khoảng ( );a b cắt đường thẳng cùng phương với trục Ox nhiều nhất tại một điểm. Giả sử hàm số ( )y f x= đồng biến trên khoảng ( );a b ; hàm số ( )y g x= nghịch biến trên khoảng ( ); .a b Khi đó trên khoảng ( ; ),a b đồ thị của các hàm số ( )y f x= và ( )y g x= cắt nhau không quá tại một điểm. 4. Hàm số chẵn, hàm số lẻ 4.1. Định nghĩa. Cho hàm số ( )y f x= có tập xác định trên .D Hàm số f gọi là hàm số chẵn nếu với mọi x D∈ , ta có x D− ∈ và ( ) ( ).f x f x− = Hàm số f gọi là hàm số lẻ nếu với mọi x D∈ , ta có x D− ∈ và ( ) ( ).f x f x− = − 4.2. Đồ thị của hàm số chẵn và hàm số lẻ Giả sử hàm số ( )y f x= có tập xác định D là hàm số chẵn và có đồ thị là ( ).G Với 6 mỗi điểm ( )0 0;M x y thuộc đồ thị ( ) ,G ta xét điểm đối xứng với nó qua trục tung là ( )0 0' ; .M x y− Từ định nghĩa hàm số chẵn, ta có 0x D− ∈ và ( ) ( )0 0 .f x f x− = Do đó ( ) ( ) ( )0 0 0 0 ' .M G y f x y f x M G∈ ⇔ = ⇔ = − ⇔ ∈ Điều đó chứng tỏ ( )G có trục đối xứng là trục tung. Nếu f là hàm số lẻ thì lí luận tương tự, ta cũng được ( )G có tâm đối xứng là gốc tọa độ .O 5. Hàm số tuần hoàn 5.1. Định nghĩa. Hàm số ( )y f x= có tập xác định D được gọi là hàm số tuần hoàn nếu tồn tại một số dương T sao cho với mọi x D∈ ta có )i x T D+ ∈ và ;x T D− ∈ ( ) ( )) .ii f x T f x± = Số nhỏ nhất (nếu có) trong các số T có các tính chất trên gọi là chu kỳ của hàm số tuần hoàn ( ).f x Chú ý. Chúng ta có một số dấu hiệu để nhận biết một hàm số đã cho không phải là một hàm số tuần hoàn, chẳng hạn ta có hai dấu hiệu sau. + Nếu một hàm số có tập xác định dạng \ ,D A= ℝ với A là một tập hợp hữu hạn thì hàm số đó không phải là một hàm số tuần hoàn. + Nếu phương trình ( )f x k= có nghiệm, nhưng số nghiệm là một số hữu hạn, thì hàm số ( )y f x= không phải là một hàm số tuần hoàn. 6. Hàm số hợp 6.1. Định nghĩa. Cho hàm số ( )y f x= xác định trên tập 1D và ( )y g x= xác định trên 2D . Khi đó ta gọi hàm số hợp của hai hàm số f và g kí hiệu g f được xác định ( )( ) ( )y g f x g f x = =   xác định trên tập ( ){ }1 2| .D x D f x D= ∈ ∈ 7. Hàm số ngược 7.1. Định nghĩa. Cho hàm số ( ) :f X Y x y f x → =֏ nếu với mỗi giá trị ( ),fy T f X∈ = có một và chỉ một x X∈ sao cho ( ) ,f x y= tức là phương trình ( )f x y= với ẩn x có nghiệm duy nhất, thì bằng cách cho tương ứng với mỗi ( )y f X∈ phần tử duy nhất ,x X∈ ta xác định được hàm số 7 ( ) ( ) :g f X X y x g y → =֏ ( x thỏa mãn ( )f x y= ). Hàm số g xác định như vậy được gọi là hàm số ngược của hàm số .f Theo thông lệ, người ta thường kí hiệu đối số là x và hàm số là .y Khi đó hàm số ngược của hàm số ( )y f x= sẽ được viết lại là ( ).y g x= Giả sử hàm số ( )y f x= có hàm số ngược, để tìm hàm số ngược của hàm số ( )y f x= ta giải phương trình ( )f x y= ẩn ,x phương trình này có nghiệm duy nhất ( ) ,x g y= đổi kí hiệu theo cách viết thông thường ta được hàm số ngược ( ).y g x= Chú ý. Người ta thường kí hiệu hàm số ngược của hàm số ( )y f x= là ( )1 .y f x−= Từ định nghĩa của hàm số ngược, suy ra rằng: Tập xác định của hàm số ngược ( )1y f x−= là tập giá trị của hàm số ( ) ,y f x= tập giá trị của hàm số ngược là tập xác định của hàm số ( ).y f x= Dĩ nhiên hàm số ( )y f x= lại là hàm số ngược của hàm số ( )1 .y f x−= Vì vậy ta nói hai hàm số ( )y f x= và ( )1y f x−= là hai hàm số ngược nhau. 7.2. Điều kiện đủ để hàm số có hàm số ngược 7.2.1. Định lý. Mọi hàm số đồng biến (hay nghịch biến) trên tập xác định của nó đều có hàm số ngược. 7.3. Đồ thị của hàm số ngược 7.3.1. Định lý. Trong hệ trục tọa độ Đề Các vuông góc ,Oxy đồ thị của hai hàm số ngược nhau ( )y f x= và ( )1y f x−= đối xứng nhau qua đường phân giác thứ nhất .y x= Chú ý. Từ tính chất của đồ thị hàm số ngược ta suy ra rằng đồ thị của hai hàm số ngược nhau, nếu cắt nhau thì cắt nhau trên đường thẳng .y x= Từ đó ta có thể áp dụng để giải các phương trình dạng ( ) ( )1f x f x−= bằng cách đưa về phương trình ( )f x x= hoặc ( )1 .f x x− = II. MỘT SỐ PHÉP BIẾN ĐỔI ĐỒ THỊ 1. Trục đối xứng, tâm đối xứng của đồ thị Chúng ta đã biết đồ thị hàm số chẵn nhận trục Oy làm trục đối xứng, đồ thị hàm số lẻ nhận gốc tọa độ O làm tâm đối xứng. Sau đây chúng ta đưa ra dấu hiệu cho biết đồ thị của 8 một hàm số có trục đối xứng, tâm đối xứng. (Trong phần này chúng ta chỉ xét trục đối xứng của đồ thị hàm số, cùng phương với trục tung). 1.1. Định lý. Đồ thị của hàm số ( )y f x= nhận đường thẳng ∆ có phương trình x = α làm trục đối xứng khi và chỉ khi ( ) ( )2f x f xα − = với mọi .x D∈ Thật vậy, muốn cho đường thẳng ∆ có phương trình x = α là trục đối xứng của đồ thị ( )y f x= thì ắt có và đủ là nếu điểm ( );M x y thuộc đồ thị thì điểm 'M đối xứng với điểm M qua ∆ cũng thuộc đồ thị. Ở đây điểm 'M có tọa độ ( )2 ;x yα − , như vậy với mọi x D∈ ta có ( ) ( )2f x f xα − = . 1.2. Định lý. Đồ thị hàm số ( )y f x= nhận điểm ( );I α β làm tâm đối xứng khi và chỉ khi ( ) ( )2 2 , .f x f x x Dα − = β − ∀ ∈ Chú ý. Trong định lý 1.1 cho 0α = và trong định lý 1.2 cho 0,α = β = ta được kết quả + Đồ thị của hàm số chẵn nhận trục tung làm trục đối xứng. + Đồ thị hàm số lẻ nhận gốc tọa độ làm tâm đối xứng. Trong thực tế muốn chứng minh đồ thị hàm số ( )y f x= nhận đường thẳng 0x x= làm trục đối xứng thì ta có thể làm như sau: · Dời hệ trục tọa độ Oxy về hệ trục ,IXY với ( )0;0I x theo công thức 0x X x y Y = +  = · Lập hàm số mới bằng cách thay 0 ;x X x y Y= + = vào hàm số ( );y f x= · Chứng minh hàm số mới ( )Y g X= là hàm số chẵn để kết luận 0x x= là trục đối xứng. Tương tự như trên, muốn chứng minh ( )0 0,I x y là tâm đối xứng của đồ thị ( )C của hàm số ( )y f x= , ta dời hệ trục tọa độ Oxy sang hệ trục ,IXY bằng phép đặt 0 0 x X x y Y y = +  = + Sau đó chứng minh hàm số mới ( )Y g X= là hàm số lẻ để kết luận điểm ( )0 0;I x y là tâm đối xứng của đồ thị. 2. Phép đối xứng qua trục tọa độ 2.1. Định lý. Đồ thị của các hàm số ( )y f x= và ( )y f x= − đối xứng nhau qua trục hoành. 2.2. Định lý. Đồ thị của các hàm số ( )y f x= và ( )y f x= − đối xứng nhau qua trục tung. 3. Phép tịnh tiến song song với trục tung 9 3.1. Định lý. Đồ thị của hàm số ( ) ( )( ) , 0y f x b y f x b b= + = − > suy ra từ đồ thị ( )y f x= bằng một phép tịnh tiến theo vectơ ( )Oy Oy− một đoạn bằng .b 4. Phép tịnh tiến song song với trục hoành 4.1. Định lý. Đồ thị hàm số ( ) ( )( ) , 0y f x a y f x a a= + = − > suy được từ đồ thị hàm số ( )y f x= bằng phép tịnh tiến theo vectơ ( )Ox Ox− một đoạn bằng .a Chú ý. Ngoài phép tịnh tiến theo các trục tọa độ người ta còn đưa ra phép tịnh tiến theo vectơ 0.v ≠ Từ đồ thị hàm số ( ),y f x= tịnh tiến theo vectơ ( );v a b= thì được đồ thị hàm số ( ) .y f x a b= − + 5. Đồ thị của một số hàm số chứa dấu giá trị tuyệt đối 5.1. Đồ thị hàm số ( )y f x= Ta có ( ) ( ) ( )( ) ( ) ; 0 ; 0 f x f x y f x f x f x  ≥ = =  − < Do đó đồ thị của hàm số ( )y f x= gồm + Phần từ trục hoành trở lên của đồ thị hàm số ( )y f x= ; + Đối xứng phần đồ thị hàm số ( )y f x= phía dưới trục hoành qua trục hoành. 5.2. Đồ thị hàm số ( )y f x= Thấy ngay ( )y f x= là hàm số chẵn nên đồ thị có trục đối xứng là .Oy Với 0x ≥ thì ( ) ( ).y f x f x= = Vậy đồ thị gồm hai phần + Phần bên phải Oy của đồ thị ( )y f x= ; + Đối xứng phần trên qua .Oy 5.3. Đồ thị hàm số ( ) ( ).y u x v x= Ta có ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) . ; 0 . . ; < 0 u x v x u x y u x v x u x v x u x  ≥ = =  − Do đó ta vẽ đồ thị ( ) ( ) ( ).y f x u x v x= = và từ đó đồ thị ( ) ( ).y u x v x= gồm + Phần đồ thị ( )y f x= trên miền ( ) 0.u x ≥ 10 + Đối xứng phần đồ thị ( )y f x= trên miền ( ) 0u x < qua trục hoành. 5.4. Từ đồ thị hàm số ( )y f x= suy ra đường biểu diễn ( ) ( ),y f x= ζ Ta có nhận xét: Giả sử điểm ( )0 0;x y thuộc ( )ζ thì ( )0 0;x y− cũng thuộc ( ).ζ Vậy, ( )ζ có trục đối xứng là .Ox Với 0y ≥ thì ( ) ( ).y f x y f x= ⇔ = Do đó ( )ζ gồm hai phần + Phần đồ thị từ trục hoành trở lên của đồ thị ( )y f x= . + Đối xứng phần trên qua trục hoành để được phần còn lại. III. GIÁ TRỊ LỚN NHẤT VÀ GIÁ TRỊ NHỎ NHẤT CỦA HÀM SỐ 1. Định nghĩa Cho hàm số ( )y f x= xác định trên tập .D a) Số M được gọi là giá trị lớn nhất của hàm số ( )y f x= trên tập D nếu ( ) ( )0 0 ) : ; ) : . i x D f x M ii x D f x M ∀ ∈ ≤ ∃ ∈ = Kí hiệu ( ). x D M Max f x ∈ = b) Số m được gọi là giá trị nhỏ nhất của hàm số ( )y f x= trên tập D nếu ( ) ( )0 0 ) : ; ) : . i x D f x m ii x D f x m ∀ ∈ ≥ ∃ ∈ = Kí hiệu ( ). x D m Min f x ∈ = 2. Một số phương pháp tìm giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của hàm số 2.1. Phương pháp miền giá trị Nội dung của phương pháp này như sau. + Xem ( )y f x= là phương trình đối với ẩn x và y là tham số; + Tìm điều kiện của y để phương trình ( )y f x= có nghiệm; + Từ điều kiện trên, biến đổi đưa đến dạng .m y M≤ ≤ Xét dấu “=” xảy ra và kết luận ( ) ; ( ) .Minf x m Maxf x M= = 2.2. Phương pháp đạo hàm + Khảo sát sự biến thiên của hàm số ( )y f x= ; + Dựa vào bảng biến thiên để kết luận ( ); ( ).Maxf x Minf x 11 Chú ý. Trong trường hợp tìm giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của hàm số ( )y f x= trên đoạn [ ; ],a b ta có thể trình bày đơn giản như sau. Bước 1. Tìm ( )f x′ và tìm các điểm tới hạn 1 2, ,..., nx x x của ( )f x trên đoạn [ ; ];a b Bước 2. Tính ( ) ( ) ( ) ( ) ( )1 2, ,..., , ,nf x f x f x f a f b ; Bước 3. Tìm số lớn nhất M và số nhỏ nhất m trong các số trên, khi đó [ ] ( ) [ ] ( ); ;; .x a b x a bM Max f x m Min f x∈ ∈= = (Nếu hàm số ( )y f x= liên tục trên đoạn [ ; ],a b thì giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của hàm số trên đoạn [ ; ]a b bao giờ cũng tồn tại). 2.3. Phương pháp dùng bất đẳng thức Dùng bất đẳng thức quen thuộc để chứng minh ( )f x M≤ hoặc ( ) .f x m≥ Phải chỉ ra tồn tại 0 1;x x D∈ sao cho ( )0 ,f x M= ( )1 .f x m= Khi đó [ ] ( ) [ ] ( ); ;; .x a b x a bM Max f x m Min f x∈ ∈= = Các bất đẳng thức quen thuộc sau đây thường được dùng để tìm giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của hàm số. + Bất đẳng thức Côsi. (Augustin Louis Cauchy,1789 – 1857. Nhà Toán học Pháp). Cho n số thực 1 2, ,..., na a a không âm. Thế thì 1 2 1 2 ... . ... n n n a a a a a a n + + + ≥ Dấu “ = ” xảy ra khi và chỉ khi 1 2 ... .na a a= = = + Bất đẳng thức Bunhiacôpski. (Victor Yakovlevich Bunyakovsky, 1804 – 1889. Nhà Toán học Nga). Cho n cặp số thực ( ; ),i ia b i = 1, 2,…, n. Thế thì 2 2 2 1 1 1 n n n i i i i i i i a b a b = = =     ≤          ∑ ∑ ∑ Dấu “ = ” xảy ra khi và chỉ khi tồn tại k ∈ℝ sao cho ,i ib ka= i = 1, 2,…, n. + Bất đẳng thức về dấu giá trị tuyệt đối. Cho , , , 1,2,...,ia b a i n= là các số thực. Thế thì 1 2 1 2(*); (**); ... ...n na b a b a b a b a a a a a a+ ≤ + − ≤ − + + + ≤ + + + (***) Dấu “ = ” trong (*) và (**) xảy ra, khi và chỉ khi 0.ab ≥ Dấu “ = ” trong (***) xảy ra, khi và chỉ khi 0ia ≥ hoặc 0, 1, 2,..., .ia i n≤ ∀ = 2.4. Phương pháp tọa độ véc tơ 12 Ta có các bất đẳng thức về véc tơ như sau · a b a b+ ≤ + . Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi ,a b cùng hướng. · a b a b− ≤ − . Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi ,a b cùng hướng. · . .a b a b≤ . Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi ,a b cùng phương. B. BÀI TẬP I.1. Tìm tập giá trị của hàm số 2 2 1 . 4 xy x x − = + + I.2. Cho hàm số 2 1 . xy x a + = + Tìm các giá trị 0a > để tập giá trị của hàm số đã cho chứa đoạn [0;1]. I.3. Tìm các giá trị của m để hàm số 2 1 ( 1)y x m x m= − + + là hàm số chẵn. I.4. Cho hàm số ( )y f x= xác định trên ℝ thỏa ( ) ( ) ( ), , .f a b f a f b a b+ = + ∀ ∈ℝ Chứng minh rằng 1) (0) 0;f = 2) ( )y f x= là một hàm số lẻ. I.5. Cho hàm số ( )y f x= xác định trên ℝ và là hàm số lẻ, thỏa (0) 0.f ≠ Chứng minh rằng số nghiệm của phương trình ( ) 0f x = là một số chẵn. I.6. Cho hàm số ( )y f x= xác định trên ℝ thỏa ( ) 0,f x x≠ ∀ ∈ℝ và 1 2 1 2 1 2 1 2( ) ( ) 2 ( ) ( ), , .f x x f x x f x f x x x+ + − = ∀ ∈ℝ Chứng minh rằng 1) (0) 1;f = 2) ( )y f x= là một hàm số chẵn. I.7. Chứng minh các hàm số cho sau đây là hàm số tuần hoàn, tìm chu kì (nếu có) 1) cos(2 3);y x= + 2) 2sin .y x= I.8. Chứng minh các hàm số cho sau đây không phải là một hàm số tuần hoàn 1) 3 22 ;y x x= + 2) 1y x= − ; 13 3) 2 1 xy x = − . I.9. Chứng minh hàm số Đirichlê 1,( ) 0, \ xf x x ∈ =  ∈ ℚ ℝ ℚ là một hàm số tuần hoàn nhưng không có chu kỳ. I.10. Cho các hàm số 1( ) 1 xy f x x + = = − và ( ) 2 1y g x x= = − 1) Xác định hàm số ( ( ));y f f x= 2) Xác định hàm số ( ( )).y f g x= I.11. Cho hàm số 1 1( ) 1 y f x x = = − . Kí hiệu 1( ) ( ( ))n nf x f f x−= , với n∈ℕ và 2.n ≥ Xác định hàm số 100 ( ).y f x= I.12. Cho các hàm số 11 2 , 2( ) 12 1, 2 x x y f x x x  − < = =   − ≥  và 1, 1( ) 1 , 1. x x y g x x x − ≥ = =  − < Xác định các hàm số hợp ( ( )), ( ( )).y f g x y g f x= = I.13. Cho hàm số ( ) 2 1y f x x= = − − . Tìm hàm số ngược 1( )y f x−= . I.14. 1) Hãy xác định véc tơ ( ; ),v a b= sao cho khi tịnh tiến đồ thị của hàm số 2 3 2 x xy x + − = + theo véc tơ v ta được đồ thị của hàm số cho trong các trường hợp sau đây a) 2 7 ; 2 x xy x − − = + b) 2 7 9 ; 5 x xy x + + = + c) 2 2 4 . 3 x xy x + − = + 2) Từ đồ thị của hàm số 2 3 , 2 x xy x + − = + suy ra đồ thị của các hàm số sau bằng các phép biến đổi nào ? 14 a) 2 3 ; 2 x xy x − − + = + b) 2 5 ; 2 xy x − + = + I.15. Từ đồ thị của hàm số 1y x = , bằng các phép biến đổi đồ thị nào để nhận được đồ thị của hàm số 3 7 ? 2 xy x − = − I.16. Cho hàm số 2 3 1 3 x xy x − + = − . 1) Dựng đồ thị (C) của hàm số đã cho; 2) Từ đồ thị (C) hãy suy ra đồ thị của các hàm số sau a) 2 3 1 ; 3 x xy x − + = − b) 2 3 1 ; 3 x xy x − + = − c) 2 3 1 ; 3 x x y x − + = − d) 2 3 1 . 3 x x y x − + = − I.17. Chứng minh đồ thị của hàm số 2 5 4 3 y x x = − + nhận đường thẳng 2x = làm trục đối xứng. I.18. Chứng minh đồ thị của hàm số 4 3 24 3 2y x x x x= + + − có đúng một trục đối xứng cùng phương với trục tung. I.19. Chứng minh đồ thị của hàm số 2 2 4 2 1 x xy x + − = + không có tâm đối xứng. I.20. Cho hàm số 4 3 24 2 12 .y x ax x ax= + − − 15 Tìm các giá trị của a để đồ thị của hàm số đã cho có trục đối xứng cùng phương với trục .Oy I.21. Cho hàm số 2 2 22 1 x m x my x + + = + có đồ thị là ( ). m C Tìm m để trên ( ) m C tồn tại hai điểm đối xứng nhau qua gốc toạ độ. I.22. Tìm giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của các hàm số cho sau đây 1) 3 22.3 4.3 2.3x x xy = − + trên đoạn [−1; 1]; 2) cos3 15cos 8y x x= − + trên đoạn [ 3 pi ; 3 2 pi ]; 3) 3 23 5y x x= − + trên đoạn [0; 3]. I.23. Tìm giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của các hàm số cho sau đây 1) 2 3 2 1 xy x = − trên đoạn [ 3 4 ; 2]; 2) (cos 1)sin , [0, 2 ].y x x x= + ∈ pi I.24. Giả sử ( , )x y là một nghiệm của hệ phương trình 2 2 2 3. x y a x y x y + = −  + + = Tìm các giá trị của a để biểu thức 2 2M x y x y= + − đạt giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất. I.25. Tìm giá trị nhỏ nhất của hàm số ( 1)( 2)( 3)( 4).y x x x x= + + + + I.26. Cho 0, 0x y> > thỏa mãn 5 . 4 x y+ = Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức 4 1 . 4 A x y = + I.27. Tìm giá trị nhỏ nhất của hàm số 1 2 2 5y x x x= + + − + − . I.28. Cho hai số dương ,x y thay đổi thỏa mãn điều kiện 4x y+ ≥ . Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức 2 3 2 3 4 2 . 4 x yA x y + + = + I.29. Tìm giá trị lớn nhất của biểu thức 1 ( 3 4 5).T yz x zx y xy z xyz = − + − + − I.30. Xét các số dương , ,x y z thỏa mãn điều kiện 1.x y z+ + = Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức 2 2 2( ) ( ) ( ) . x y z y z x z x yP yz zx xy + + + = + + 16 I.31. Cho các số , ,a b c dương thay đổi thỏa mãn điều kiện 1.abc = Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức ( )( ) ( )( ) ( ) ( ) 3 3 3 . 1 1 1 1 1 1 a b cA b c c a a b = + + + + + + + + I.32. Cho các số , ,a b c dương thay đổi thỏa mãn điều kiện 3.a b c+ + ≥ Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức . a b cA b c a = + + I.33. Cho các số , ,x y z dương thay đổi thỏa mãn điều kiện 2 2 2 1.x y z+ + = Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức . xy yz zxS z x y = + + I.34. Cho các số , ,a b c dương thay đổi thỏa mãn điều kiện 1.a b c+ + = Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức ( )( ) ( ) ( )( )( ) 1 1 1 . 1 1 1 a b c A a b c + + + = − − − I.35. Cho các số , ,a b c dương thay đổi thỏa mãn điều kiện 2 2 2 3.a b c+ + = Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức ( ) 2 2 2 2 . ab bc caM ab bc ca + + = + + I.36. Cho các số , ,x y z thay đổi thỏa mãn điều kiện ( ) ( ) ( )2 2 21 2 1 1.x y z− + − + − = Tìm giá trị lớn nhất của biểu thức 2 3 8 .A x y z= + + − I.37. Cho các số , ,a b c dương thay đổi thỏa mãn điều kiện 1.a b c+ + = Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức 2 2 2 2 2 2 .A a b b c c a= + + + + + I.38. Cho các số ,x y thay đổi thỏa mãn điều kiện 2 2 1.x y+ = Tìm giá t