|
I. Phương trình mũ và lôgarit Bài toán tổng quát : Giải phương trình sax+b=rlogs(ux+v)+dx+e(I) với a≠0,u≠0,0<s≠1 Phương pháp giải : Điều kiện để PT có nghĩa : ux+v>0 Đặt ẩn phụ : ay+b=logs(ux+v) ⇔say+b=ux+v Lúc đó PT (I) trở thành sax+b=ary+dx+br+e Giả sử các điều kiện sau được thỏa mãn {u=ar+dv=br+e, hay là Với b=0 thì v=e Với b≠0 thì r=u−da=v−eb Lúc đó ta có HPT {say+b=ux+vsax+b=ary+(u−ar)x+v Trừ theo từng vế và rút gọn ta được sax+b+arx=say+b+ary Nếu hàm số f(x)=sax+b+arx đơn điệu trên R (nghĩa là s>1 và ar>0 hoặc 0<s<1 và ar<0) thì x=y. Theo cách đặt ẩn phụ ta có : sax+b−ux−v=0 Khảo sát sự biến thiên của g(x)=sax+b−ux−v để biết số nghiệm của g(x)=0 rồi tìm các nghiệm đó.
Ví dụ 1. Giải phương trình 7x−1=1+2log7(6x−5)3(1)
Điều kiện : x>56 Đặt y−1=log7(6x−5)⇒7y−1=6x−5(2) Lúc đó PT (1) trở thành 7x−1=6y−5(3) Trừ theo từng vế (2) và (3) ta được 7y−1−7x−1=6x−6y ⇔7x−1+6(x−1)=7y−1+6(y−1)(4) Hàm số f(t)=7t+6t có f′(t)=7tln7+6>0 nên hàm số này đồng biến trên R. Do đó (4)⇔f(x−1)=f(y−1)⇔x=y. Từ (2) có 7x−1=6x−5 ⇔7x−1−6(x−1)−1=0(5) Hàm số g(t)=7t−6t−1 có g′(t)=7tln7−6 và g′(t)=0⇔t0=log76−log7ln7 Từ đây suy ra hàm số nghịch biến trong (−∞,t0), đồng biến trong (t0,+∞) nên g(t)=0 không có quá hai nghiệm. Mặt khác dễ thấy g(0)=g(1)=0 Suy ra PT (5) có hai nghiệm x1=1,x2=2 Vậy PT (1) có hai nghiệm x1=1,x2=2.
Ví dụ 2. Giải phương trình (12)2sin2x+sinπ6=cos2x+log4(4cos32x−cos6x−1)
Điều kiện : 4cos32x−cos6x−1>0⇔3cos2x>1 PT ⇔2.2−2sin2x+1=2cos2x+2log4(4cos32x−cos6x−1) ⇔21−2sin2x+1=2cos2x+log24.log4(3cos2x−1) ⇔2cos2x+1=2cos2x+log2(3cos2x−1) Đặt ẩn phụ : z=cos2x có PT ⇔2z+1=2z+log2(3z−1)(∗) Đặt y=log2(3z−1)⇔2y=3z−1 (i) Lúc đó PT (∗) trở thành 2z=2z+y−1 (ii) Trừ theo từng vế (i) cho (ii) rồi làm tương tự như Ví dụ 1.
II. Phương trình dạng f(f(x))=x Bài toán tổng quát : Giải phương trình f(f(x))=x(II) trong đó f(x) là hàm đồng biến trên tập xác định Dx⊂R Phương pháp giải : Đặt ẩn phụ y=f(x) thì (II) trở thành x=f(y) cũng là hàm số đồng biến trên tập xác định Dy⊂R. Giả sử có điều kiện Dx=Dy thì từ HPT {x=f(y)y=f(x)⇒f(x)+x=f(y)+y Vì f(x) và x là các hàm đồng biến nên g(t)=f(t)+t cũng là hàm đồng biến trên Dt(=Dx=Dy). Do đó f(x)+x=f(y)+y⇔g(x)=g(y)⇔x=y Từ đó ta thu được PT f(x)=x Khảo sát sự biến thiên h(x)=f(x)−x rồi tìm các nghiệm.
Ví dụ : Giải phương trình log2(3log2(3x−1)−1)=x(1)
Điều kiện : {3x−1>03log2(3x−1)−1>0 Đặt y=log2(3x−1)⇔2y=3x−1(2) Từ (1)⇔2x=3y−1(3) Từ (2) và (3) ta được hệ : {2x=3y−12y=3x−1⇒2x+3x=2y+3y Đến đây ta có thể làm tiếp như ở Ví dụ 1. phần trước.
III. Phương trình chứa căn bậc hai và lũy thừa bậc hai Bài toán tổng quát : Giải phương trình √ax+b=r(ux+v)2+dx+e(III) với a≠0,u≠0,r≠0 Phương pháp giải : Điều kiện : ax+b≥0 Đặt ẩn phụ : uy+v=√ax+b⇔(uy+v)2=ax+b(1) với điều kiện uy+v≥0 lúc đó (III) trở thành r(ux+v)2=uy−dx+v−e(2) Giả sử các điều kiện sau được thỏa mãn {u=ar+dv=br+e Lúc đó HPT (1),(2) trở thành hệ {r(uy+v)2=arx+br(3)r(ux+v)2=uy+(ar−u)x+br(4) Trừ theo từng vế của (3) và (4) được r(uy+v)2−r(ux+v)2=ux−uy ⇔u(y−x)(ruy+rux+2rv+1)=0(5) Xét hai trường hợp : a) Với x=y. PT (1)⇔(ux+v)2=ax+b. Đây là PT bậc hai ẩn x nên giải được. b) Với x≠y thì từ (5) có uy=−ux−2v−1r. Thay vào (1) dẫn đến PT bậc hai ẩn x.
Tuy vậy, với mỗi bài toán cụ thể ta có thể đưa ra cách tìm các hệ số u,v dễ dàng hơn như sau.
Ví dụ 1. Giải phương trình √2x+15=32x2+32x−20
Điều kiện : 2x+15≥0 Đặt ay+b=√2x+15 ⇔a2y2+2aby−2x+b2−15=0 Mặt khác từ phép đặt và PT đã cho ⇒32x2+32x−ay−(b+20)=0 Ta thu được hệ : {a2y2+2aby−2x+b2−15=032x2+32x−ay−(b+20)=0(∗) Để có được điều kiện như bài toán tổng quát thì (∗) là hệ có thể giải được bằng phương pháp trừ vế với vế. Tức là cần a232=2ab−232−a=b2−15−(b+20) Ta chọn a=4,b=2. Tóm lại ta có phép đặt : 4y+2=√2x+15(y≥−12) và (∗)⇔{16y2+16y−2x−11=0(1)16x2+16x−2y−11=0 Trừ theo từng vế và rút gọn ta được (x−y)(8x+8y+9)=0 Xét hai trường hợp : a) x=y thay vào (1) được : 16x2+14x−11=0⇔x=12 do (x≥−152) b) 8x+8y+9=0 thay y=−8x−98 vào (1) được : ⇔64x2+72x−35=0⇒x=−9−√22116 do (y≥−12) Vậy PT có hai nghiệm x1=12,x2=−9−√22116.
Ví dụ 2. Giải phương trình √3x+1=−4x2+13x−5
Điều kiện : 3x+1≥0 Đặt ay+b=√3x+1 ⇔a2y2+2aby−3x+b2−1=0 Mặt khác từ phép đặt và PT đã cho ⇒−4x2+13x−ay−(b+5)=0 Ta thu được hệ : {a2y2+2aby−3x+b2−1=0−4x2+13x−ay−(b+5)=0(∗) Ta cần có a2−4=2ab−313−a=b2−1−(b+5) Ta chọn a=−2,b=3. Tóm lại ta có phép đặt : −2y+3=√3x+1(y≤32) và (∗)⇔{4y2−12y−3x+8=0(3)4x2−13x−2y+8=0 Trừ theo từng vế và rút gọn ta được (x−y)(2x+2y−5)=0 Xét hai trường hợp : a) x=y thay vào (1) được : 4x2−15x+8=0⇔x=15−√978 do (x≥−13) b) 2x+2y−5=0 thay y=−2x+52 vào (1) được : ⇔−4x2+11x−3=0⇒x=11+√738 do (y≤32) Vậy PT có hai nghiệm x1=15−√978,x2=11+√738.
IV. Phương trình chứa căn bậc ba và lũy thừa bậc ba Bài toán tổng quát : Giải phương trình 3√ax+b=r(ux+v)3+dx+e(IV) với a≠0,u≠0,r≠0 Phương pháp giải : Đặt ẩn phụ : uy+v=3√ax+b⇔(uy+v)3=ax+b(1) Khi đó (IV) trở thành r(ux+v)3=uy−dx+v−e(2) Giả sử các điều kiện sau được thỏa mãn {u=ar+dv=br+e Lúc đó HPT (1),(2) trở thành hệ {r(uy+v)3=arx+br(3)r(ux+v)3=uy+(ar−u)x+br(4) Trừ theo từng vế của (3) và (4) được r(uy+v)3−r(ux+v)3=ux−uy ⇔ru(y−x)(P2+PQ+Q2)+u(y−x)=0 ⇔u(y−x)(rP2+rPQ+rQ2+1)=0 trong đó P=uy+v và Q=ux+v. Xét hai trường hợp : a) Với x=y. PT (1)⇔(ux+v)3=ax+b(5) b) Với rP2+rPQ+rQ2+1=0(6) Chú ý rằng P2+PQ+Q2≥0 nên (6) vô nghiệm khi r>0. Khi r<0 phải giải PT (6) tìm y rồi thay vào PT (1) để được PT (7) ẩn x bậc không vượt quá ba. Giải PT (5),(7) tìm được nghiệm của PT (IV).
Ví dụ : Giải phương trình 3√3x−5=8x3−36x2+53x−25
Đặt ay+b=3√3x−5 ⇔a3y3+3a2by2+3ab2y−3x+b3+5=0 Mặt khác từ phép đặt và PT đã cho ⇒8x3−36x2+53x−ay−(b+25)=0 Ta thu được hệ : {a3y3+3a2by2+3ab2y−3x+b3+5=08x3−36x2+53x−ay−(b+25)=0(∗) Để có được điều kiện như bài toán tổng quát thì (∗) là hệ có thể giải được bằng phương pháp trừ vế với vế. Tức là cần a38=3a2b−36=3ab2−353−a=b3+5−(b+25) Ta chọn a=2,b=−3. Tóm lại ta có phép đặt : 2y−3=3√3x−5 và (∗)⇔{8y3−36y2+54y−3x−22=0(1)8x3−36x2+53x−2y−22=0 Trừ theo từng vế và rút gọn ta được (x−y)(P2+PQ+Q2+1)=0 trong đó P=2y−3 và Q=2x−3 (chú ý r=1>0). Nhận thấy rằng P2+PQ+Q2+1>0 nên x=y. Thay x=y vào (1) được : 8x3−36x2+51x−22=0⇔(x−2)(8x2−20x+11)=0 Vậy PT có ba nghiệm x1=2,x2=5−√34,x3=5+√34.
BÀI TẬP ÁP DỤNG
Giải các phương trình sau Bài 1. x2=√2−x+2 Bài 2. x2−4x−3=√x+5 Bài 3. x3+2=33√3x−2 Bài 4. (8cos3x+1)3=162cos2x−27 Bài 5. 6x=1+2x+3log6(5x+1) Bài 6. f(f(x))=x với a) f(x)=sinx,x∈[−1,1] b) f(x)=x2+5x+3,x≥0
|