§2. Bất phương trình và hệ bất phương trình một ẩn

Lý thuyết

Bài 1 (SGK trang 87)

Tìm các giá trị x thỏa mãn điều kiện của mỗi bất phương trình sau :

a. \(\dfrac{1}{x}< 1-\dfrac{1}{x+1}\)

b. \(\dfrac{1}{x^2-4}\le\dfrac{2x}{x^2-4x+3}\)

c. \(2\left|x\right|-1+\sqrt[3]{x-1}< \dfrac{2x}{x+1}\)

d. \(2\sqrt{1-x}>3x+\dfrac{1}{x+4}\)

Hướng dẫn giải

a) ĐKXĐ: D = {x ∈ R/x ≠ 0 và x + 1 ≠ 0} = R\{0;- 1}.

b) ĐKXĐ: D = {x ∈ R/x² - 4 ≠ 0 và x² - 4x + 3 ≠ 0} = R\{±2; 1; 3}.

c) ĐKXĐ: D = R\{- 1}.

d) ĐKXĐ: D = {x ∈ R/x + 4 ≠ 0 và 1 - x ≥ 0} = (-∞; - 4) ∪ (- 4; 1].

Bài 2 (SGK trang 88)

Chứng minh các bất phương trình sau vô nghiệm :

a. \(x^2+\sqrt{x+8}\le-3\)

b. \(\sqrt{1+2\left(x-3\right)^2}+\sqrt{5-4x+x^2}< \dfrac{3}{2}\)

c. \(\sqrt{1+x^2}-\sqrt{7+x^2}>1\)

Hướng dẫn giải

a) Gọi D là điều kiện xác định của biểu thức vế trái D = [- 8; +∞]. Vế trái dương với mọi x ∈ D trong khi vế phải là số âm. Mệnh đề sai với mọi x ∈ D. Vậy bất phương trình vô nghiệm.

b) Vế trái có ≥ 1 ∀x ∈ R,

≥ 1 ∀x ∈ R

=> + ≥ 2 ∀x ∈ R.

Mệnh đề sai ∀x ∈ R. Bất phương trình vô nghiệm.

c) ĐKXĐ: D = [- 1; 1]. Vế trái âm với mọi x ∈ D trong khi vế phải dương.

Bài 3 (SGK trang 88)

Giải thích vì sao các bất phương trình sau tương đương ?

a. \(-4x+1>0\) và \(4x-1< 0\)

b. \(2x^2+5\le2x-1\) và \(2x^2-2x+6\le0\)

c. \(x+1>0\) và \(x+1+\dfrac{1}{x^2+1}>\dfrac{1}{x^2+1}\)

d. \(\sqrt{x-1}\ge x\) và \(\left(2x+1\right)\sqrt{x-1}\ge x\left(2x+1\right)\)

Hướng dẫn giải

a) Tương đương. vì nhân hai vế bất phương trình thứ nhất với -1 và đổi chiều bất phương trình thì được bất phương trình thứ 2.

b) Chuyển vế các hạng tử vế phải và đổi dấu ở bất phương trình thứ nhất thì được bất phương trình thứ tương đương.

c) Tương đương. Vì cộng hai vế bất phương trình thứ nhất với với mọi x ta được bất phương trình thứ 3.

d) Điều kiện xác định bất phương trình thứ nhất: D ={x ≥ 1}.

2x + 1 > 0 ∀x ∈ D. Nhân hai vế bất phương trình thứ hai. Vậy bất phương trình tương đương.

Bài 4 (SGK trang 88)

Giải các bất phương trình sau :

a. \(\dfrac{3x+1}{2}-\dfrac{x-2}{3}< \dfrac{1-2x}{4}\)

b. \(\left(2x-1\right)\left(x+3\right)-3x+1\le\left(x-1\right)\left(x+3\right)+x^2-5\)

Hướng dẫn giải

a) <=>

<=>

<=> 6(3x + 1) - 4(x - 2) - 3(1 - 2x) < 0

<=> 20x + 11 < 0

<=> 20x < - 11

<=> x <

b) <=> 2x² + 5x – 3 – 3x + 1 ≤ x² + 2x – 3 + x² - 5

<=> 0x ≤ -6.

Vô nghiệm.

Bài 5 (SGK trang 88)

Giải các hệ bất phương trình :

a. \(\left\{{}\begin{matrix}6x+\dfrac{5}{7}< 4x+7\\\dfrac{8x+3}{2}< 2x+5\end{matrix}\right.\)

b. \(\left\{{}\begin{matrix}15x-2>2x+\dfrac{1}{3}\\2\left(x-4\right)< \dfrac{3x-14}{2}\end{matrix}\right.\)

Hướng dẫn giải

a) 6x + < 4x + 7 <=> 6x - 4x < 7 - <=> x <

< 2x +5 <=> 4x - 2x < 5 - <=> x <

Tập nghiệm của hệ bất phương trình:

Y = ∩ = .

b) 15x - 2 > 2x + <=> x >

2(x - 4) < <=> x < 2

Tập nghiệm S = ∩ (-∞; 2) =

Bài 15 (SBT trang 109)

Viết điều kiện của mỗi bất phương trình sau :

a) \(2x-3-\dfrac{1}{x-5}< x^2-x\)

b) \(x^3\le1\)

c) \(\sqrt{x^2-x-2}< \dfrac{1}{2}\)

d) \(\sqrt[3]{x^4+x-1}+x^2-1\ge0\)

Hướng dẫn giải

a) Đkxđ: \(x-5\ne0\Leftrightarrow x\ne5\).
b) Đkxđ: \(x\in R\).
c) Đkxđ: \(x^2-x-2\ge0\)\(\Leftrightarrow\left(x+1\right)\left(x-2\right)\ge0\)
Th1: \(\left\{{}\begin{matrix}x-1\ge0\\x-2\ge0\end{matrix}\right.\)\(\Leftrightarrow\left\{{}\begin{matrix}x\ge1\\x\ge2\end{matrix}\right.\)\(\Leftrightarrow x\ge2\).
Th2: \(\left\{{}\begin{matrix}x-1< 0\\x-2< 0\end{matrix}\right.\)\(\Leftrightarrow\left\{{}\begin{matrix}x< 1\\x< 2\end{matrix}\right.\)\(\Leftrightarrow x< 1\).
Đkxđ: \(\left[{}\begin{matrix}x\ge2\\x< 1\end{matrix}\right.\).
d) Đkxđ: \(x\in R\).

Bài 16 (SBT trang 110)

Chứng tỏ rằng \(x=-7\) không phải là nghiệm của bất phương trình \(x+3-\dfrac{1}{x+7}< 2-\dfrac{1}{x+7}\) nhưng lại là nghiệm của bất phương trình \(x+3< 2\) ?

Hướng dẫn giải

Ta có: điều kiện xác định của bpt \(x+3-\dfrac{1}{x+7}< -\dfrac{1}{x+7}\) là \(x\ne-7\)

\(\Rightarrow x=-7\) không phải là nghiệm của bpt trên

Lại có: \(x+3< 2\\ \Leftrightarrow x< 2-3\\ \Leftrightarrow x< -1\)

\(\Rightarrow x=-7\) thỏa mãn bpt \(x+3< 2\) \(\left(-7< -1\right)\)

Bài 17 (SBT trang 110)

Xem xét \(x=-3\) là nghiệm của bất phương trình nào trong hai bất phương trình sau :

          \(3x+1< x+3\left(1\right)\)

          \(\left(3x+1\right)^2< \left(x+3\right)^2\left(2\right)\)

Từ đó suy ra rằng phép bình phương hai vế một bất phương trình không phải là phép biến đổi tương đương 

Hướng dẫn giải

Thay \(x=-3\) vào bất phương trình (1) ta được:
\(3.\left(-3\right)+1< -3+3\)\(\Leftrightarrow-8< 0\) ( đúng)
Vậy \(x=-3\) là nghiệm của bất phương trình (1)
TThay \(x=-3\) vào bất phương trình (2) ta được:
\(\left(3.\left(-3\right)+1\right)^2< \left(-3+3\right)^2\)\(\Leftrightarrow64< 0\) (vô lý).
Vậy \(x=-3\) là nghiệm của bất phương trình (2).
Vậy hai bất phương trình (1) và (2) không tương đương và bình phương hai vế của bất phương trình không là phép biến đổi tương đương.

Bài 18 (SBT trang 110)

Viết điều kiện của mỗi bất phương trình đã cho sau đây rồi cho biết các bất phương trình này có tương đương với nhau hay không ?

                  \(\sqrt{\left(x-1\right)\left(x-2\right)}\ge x\) (1)

                   \(\sqrt{x-1}.\sqrt{x-2}\ge x\)   (2)

Hướng dẫn giải

Bất phương trình (1) :
Đkxđ: \(\left(x-1\right)\left(x-2\right)\ge0\)\(\Leftrightarrow\left[{}\begin{matrix}x\ge2\\x\le1\end{matrix}\right.\)
Bất phương trình (2):
Đkxđ: \(\left\{{}\begin{matrix}x-1\ge0\\x-2\ge0\end{matrix}\right.\)\(\Leftrightarrow\left\{{}\begin{matrix}x\ge1\\x\ge2\end{matrix}\right.\)\(\Leftrightarrow x\ge2\).
Vậy hai bất phương trình không tương đương.

Bài 19 (SBT trang 110)

Nếu nhân hai vế bất phương trình \(\dfrac{1}{x}\le1\) với \(x\) ta được bất phương trình nào. Bất phương trình nhận được có tương đương với bất phương trình đã cho hay không ? Vì sao ?

Hướng dẫn giải

Nhân hai vế của bất phương trình với x ta được:\(1< x\). Bất phương trình này không tương đương với bất phương trình \(\dfrac{1}{x}< 1\) vì chưa thể khẳng định \(x>0\) mà ta phải xét hai trường hợp:
Th1: x > 0: \(Bpt\Leftrightarrow1< x\).
Th2: x < 0 \(Bpt\Leftrightarrow1>x\)

Bài 20 (SBT trang 110)

Nếu bình phương hai vế (Khử căn thức chứa ẩn) của bất phương trình \(\sqrt{1-x}\le x\) ta nhận được bất phương trình nào ? Bất phương trình nhận được có tương đương bất phương trình đã cho hay không ? Vì sao ?

Hướng dẫn giải

Nếu bình phương cả hai vế của bất phương trình ta được bất phương trình:\(1-x\le x^2\).
BPT này là bất phương trình hệ quả của bất phương trình ban đầu vì khi bình phương hai vế của bất phương trình thì hai vế phải luôn không âm.

Bài 21 (SBT trang 110)

Hãy viết điều kiện của bất phương trình sau rồi suy ra rằng bất phương trình đó vô nghiệm :

                 \(\dfrac{\sqrt{5-x}}{\sqrt{x-10}\left(\sqrt{x}+2\right)}< \dfrac{4-x^2}{\left(x-4\right)\left(x+5\right)}\)

Hướng dẫn giải

Đkxđ: \(\left\{{}\begin{matrix}5-x\ge0\\x-10>0\\\left(x-4\right)\left(x+5\right)\ne0\end{matrix}\right.\)\(\Leftrightarrow\left\{{}\begin{matrix}x\le5\\x>10\\x\ne4\\x\ne-5\end{matrix}\right.\)\(\Leftrightarrow x\in\varnothing\).
Vậy BPT vô nghiệm.

Bài 22 (SBT trang 110)

Chứng minh rằng các bất phương trình sau đây vô nghiệm :

a) \(x^2+\dfrac{1}{x^2+1}< 1\)

b) \(\sqrt{x^2-x+1}+\dfrac{1}{\sqrt{x^2-x+1}}< 2\)

c) \(\sqrt{x^2+1}+\sqrt{x^4-x^2+1}< 2\sqrt[4]{x^6+1}\)

Hướng dẫn giải

b) Áp dụng BĐT Cô-si ta có:
\(\sqrt{x^2-x+1}+\dfrac{1}{\sqrt{x^2-x+1}}\ge\)\(2\sqrt{\left(x^2-x+1\right).\dfrac{1}{x^2-x+1}}=2\).
Vì vậy BPT vô nghiệm.

Bài 23 (SBT trang 111)

Giải các bất phương trình sau :

a) \(\left(x+1\right)\left(2x-1\right)+x\le3+2x^2\)

b) \(\left(x+1\right)\left(x+2\right)\left(x+3\right)-x>x^3+6x^2-5\)

c) \(x+\sqrt{x}>\left(2\sqrt{x}+3\right)\left(\sqrt{x}-1\right)\)

d) \(\left(\sqrt{1-x}+3\right)\left(2\sqrt{1-x}-5\right)>\sqrt{1-x}-3\)

Hướng dẫn giải

lời giải

a)

\(\left(x+1\right)\left(2x-1\right)+x\le2x^2+3\)

\(\Leftrightarrow2x^2+x-1+x\le2x^2+3\)

\(\Leftrightarrow2x\le4\Rightarrow x\le2\)

\(\)b) \(\left(x+1\right)\left(x+2\right)\left(x+3\right)-x>x^3+6x^2-5\)

\(\left(x^2+3x+2\right)\left(x+3\right)-x>x^3+6x^2-5\)

\(x^3+3x^2+3x^2+9x+2x+6-x>x^3+6x^2-5\)

\(10x+6>-5\Rightarrow x>-\dfrac{11}{10}\)

Bài 24 (SBT trang 111)

Giải các bất phương trình sau :

a) \(\sqrt{\left(x-4\right)^2\left(x+1\right)}>0\)

b) \(\sqrt{\left(x+2\right)^2\left(x-3\right)}>0\)

Hướng dẫn giải

Lời giải

a) \(\sqrt{\left(x-4\right)^2\left(x+1\right)}>0\Leftrightarrow\left\{{}\begin{matrix}x\ne4\\x+1>0\end{matrix}\right.\)\(\Rightarrow\left\{{}\begin{matrix}x\ne4\\x>-1\end{matrix}\right.\)

b) \(\sqrt{\left(x+2\right)^2\left(x-3\right)}>0\Rightarrow\left\{{}\begin{matrix}x\ne-2\\x-3>0\end{matrix}\right.\) \(\Rightarrow x>3\)

Bài 25 (SBT trang 111)

Giải các hệ bất phương trình sau :

a) \(\left\{{}\begin{matrix}-2x+\dfrac{3}{5}>\dfrac{2x-7}{3}\\x-\dfrac{1}{2}< \dfrac{5\left(3x-1\right)}{2}\end{matrix}\right.\)

b) \(\left\{{}\begin{matrix}\dfrac{3x+1}{2}-\dfrac{3-x}{3}\le\dfrac{x+1}{4}-\dfrac{2x-1}{3}\\3-\dfrac{2x+1}{5}>x+\dfrac{4}{3}\end{matrix}\right.\)

Hướng dẫn giải

lời giải

a) \(\left\{{}\begin{matrix}-2x+\dfrac{3}{5}>\dfrac{2x-7}{3}\left(1\right)\\x-\dfrac{1}{2}< \dfrac{5\left(3x-1\right)}{2}\left(2\right)\end{matrix}\right.\)

(1)\(\Leftrightarrow\)

\(\dfrac{3}{5}+\dfrac{7}{3}>\left(\dfrac{2}{3}+2\right)x\)

\(\dfrac{44}{15}>\dfrac{8}{3}x\) \(\Rightarrow x< \dfrac{44.3}{15.8}=\dfrac{11}{5.2}=\dfrac{11}{10}\)

Nghiêm BPT(1) là \(x< \dfrac{11}{10}\)

(2) \(\Leftrightarrow2x-1< 15x-5\Rightarrow13x>4\Rightarrow x>\dfrac{4}{13}\)

Ta có: \(\dfrac{4}{13}< \dfrac{11}{10}\) => Nghiệm hệ (a) là \(\dfrac{4}{13}< x< \dfrac{11}{10}\)

Bài 26 (SBT trang 111)

Giải và biện luận bất phương trình theo tham số m :

                  \(mx-m^2>2x-4\)

Hướng dẫn giải

\(\Leftrightarrow\left(m-2\right)x>m^2-4=\left(m-2\right)\left(m+2\right)\)

nếu m =2 => 0.x > 0.4 => vô nghiệm

Nếu m> 2 => m-2 >0 chia hai vế cho m-2<0

\(\Rightarrow x>m+2\)

Nếu m<2 => m-2 <0 chia hai cho m-2 <0

\(\Rightarrow x< m+2\)

Kết luận:

Nếu m =2 Phương trình vô nghiêm

nếu m> 2 có nghiệm: \(x>m+2\)

nếu m<2 có nghiệm: \(x< m+2\)