CÁC DẠNG TOÁN Tìm GTLN, GTNN Của Một BIỂU THỨC Lớp 8

CHUYÊN ĐỀ TOÁN 8 TÌM GIÁ TRỊ LỚN NHẤT, NHỎ NHẤT CỦA MỘT BIỂU THỨC A.. Giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của một biểu thức: 1 Khái niệm: Nếu với mọi giá trị của biến thuộc một khoảng x

CHUYÊN ĐỀ TOÁN 8 TÌM GIÁ TRỊ LỚN NHẤT, NHỎ NHẤT CỦA MỘT BIỂU THỨC

A Giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của một biểu thức:

1) Khái niệm:

Nếu với mọi giá trị của biến thuộc một khoảng xác định nào đó mà giá trị của biểu thức A luôn luôn lớn hơn hoặc bằng (nhỏ hơn hoặc bằng) một hằng số k và tồn tại một giá trị của biến để A có giá trị bằng k thì k gọi là giá trị nhỏ nhất (giá trị lớn nhất) của biểu thức

A ứng với các giá trị của biến thuộc khoảng xác định nói trên

2) Phương pháp:

a) Để tìm giá trị nhỏ nhất của A, ta cần:

+ Chứng minh A  k với k là hằng số

+ Chỉ ra dấu “=” có thể xẩy ra với giá trị nào đó của biến

b) Để tìm giá trị lớn nhất của A, ta cần:

+ Chứng minh A  k với k là hằng số

+ Chỉ ra dấu “=” có thể xẩy ra với giá trị nào đó của biến

Kí hiệu : min A là giá trị nhỏ nhất của A; max A là giá trị lớn nhất của A

B Các bài tập tìmGiá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của một biểu thức I) Dạng 1: Tam thức bậc hai

Ví dụ 1 :

a) Tìm giá trị nhỏ nhất của A = 2x2 – 8x + 1

b) Tìm giá trị lớn nhất của B = -5x2 – 4x + 1

Giải:

a) A = 2(x2 – 4x + 4) – 7 = 2(x – 2)2 – 7  - 7

min A = - 7  x = 2

b) B = - 5(x2 + 4

5x) + 1 = - 5(x2 + 2.x.2

5 + 4

25) + 9

5 = 9

5 - 5(x + 2

5)2

 9 5

max B = 9

5  x = 2

5



b) Ví dụ 2: Cho tam thức bậc hai P(x) = a x 2 + bx + c

a) Tìm min P nếu a > 0

b) Tìm max P nếu a < 0

Giải:

Ta có: P = a(x2 + b

a x) + c = a(x + b

2a )2 + (c - b 2

4a )

Đặt c - b 2

4a = k Do (x + b

2a )2  0 nên:

a) Nếu a > 0 thì a(x + b

2a )2  0 do đó P  k  min P = k  x = - b

2a

b) Nếu a < 0 thì a(x + b

2a )2  0 do đó P  k  max P = k  x = - b

2a

II Dạng 2: Đa thức có dấu giá trị tuyệt đối

1) Ví dụ 1: Tìm giá trị nhỏ nhất của

a) A = (3x – 1)2 – 4 3x - 1 + 5

đặt 3x - 1 = y thì A = y2 – 4y + 5 = (y – 2)2 + 1  1

min A = 1  y = 2  3x - 1 = 2 

x = 1 3x - 1 = 2

1 3x - 1 = - 2 x = -

3









b) B = x - 2 + x - 3

B = x - 2 + x - 3 = B = x - 2 + 3 - x  x - 2 + 3 - x = 1

 min B = 1  (x – 2)(3 – x)  0  2  x  3

2) Ví dụ 2: Tìm GTNN của C = x - x + 1 2  x - x - 2 2

Ta có C = x - x + 1 2  x - x - 2 2 = x - x + 1 2  2 + x - x 2  x - x + 1 + 2 + x - x 2 2 = 3 min C = 3  (x2 – x + 1)(2 + x – x2)  0  2 + x – x2  0  x2 – x – 2  0

 (x + 1)(x – 2)  0  - 1 x 2  

3) Ví dụ 3:

Tìm giá trị nhỏ nhất của : T = |x-1| + |x-2| +|x-3| + |x-4|

Ta có |x-1| + |x-4| = |x-1| + |4-x|  |x-1+4-x| = 3 (1)

Và x 2  x 3  x 2   3 x  x 2 3   x = 1 (2)

Vậy T = |x-1| + |x-2| +|x-3| + |x-4|  1 + 3 = 4

Ta có từ (1)  Dấu bằng xảy ra khi 1  x 4

(2)  Dấu bằng xảy ra khi 2  x 3

Vậy T có giá trị nhỏ nhất là 4 khi 2  x 3

III Dạng 3: Đa thức bậc cao

1) Ví dụ 1: Tìm giá trị nhỏ nhất của

a) A = x(x – 3)(x – 4)(x – 7) = (x2 – 7x)( x2 – 7x + 12)

Đặt x2 – 7x + 6 thì A = (y – 6)(y + 6) = y2 – 36  - 36

Min A = - 36  y = 0  x2 – 7x + 6 = 0  (x – 1)(x – 6) = 0  x = 1 hoặc x = 6 b) B = 2x2 + y2 – 2xy – 2x + 3 = (x2 – 2xy + y2) + (x2 – 2x + 1) + 2

= (x – y)2 + (x – 1)2 + 2  2  x - y = 0

x = y = 1

x - 1 = 0







 c) C = x2 + xy + y2 – 3x – 3y = x2 – 2x + y2 – 2y + xy – x – y

Ta có C + 3 = (x2 – 2x + 1) + (y2 – 2y + 1) + (xy – x – y + 1)

= (x – 1)2 + (y – 1)2 + (x – 1)(y – 1) Đặt x – 1 = a; y – 1 = b thì

C + 3 = a2 + b2 + ab = (a2 + 2.a.b

2 + b2

4 ) + 3b2

4 = (a + b

2)2 + 3b2

4  0 Min (C + 3) = 0 hay min C = - 3  a = b = 0  x = y = 1

2) Ví dụ 2: Tìm giá trị nhỏ nhất của

a) C = (x + 8)4 + (x + 6)4

Đặt x + 7 = y  C = (y + 1)4 + (y – 1)4 = y4 + 4y3 + 6y2 + 4y + 1 + y4 - 4y3 + 6y2 - 4y + 1 = 2y4 + 12y2 + 2  2  min A = 2  y = 0  x = - 7

b) D = x4 – 6x3 + 10x2 – 6x + 9 = (x4 – 6x3 + 9x2 ) + (x2 – 6x + 9)

= (x2 – 3x)2 + (x – 3)2  0  min D = 0  x = 3

IV Dạng phân thức:

1 Phân thức có tử là hằng số, mẫu là tam thức bậc hai:

Biểu thức dạng này đạt GTNN khi mẫu đạt GTLN

Ví dụ : Tìm GTNN của A = 2

2

9x - 6x + 5 (3x - 1) 4







Vì (3x – 1)2

 0  (3x – 1)2 + 4  4  1 2 1 22 2

(3x - 1) 4 4 (3x - 1) 4 4

2

min A = -1

2  3x – 1 = 0  x = 1

3

2 Phân thức có mẫu là bình phương của một nhị thức:

a) Ví dụ 1: Tìm GTNN của A = 3x - 8x + 622

x - 2x + 1

+) Cách 1: Tách tử thành các nhóm có nhân tử chung với mẫu

A = 3x - 8x + 622 = 3(x - 2x + 1) - 2(x - 1) + 12 2 3 2 1 2

x - 2x + 1 (x - 1)   x - 1 (x - 1) Đặt y = 1

x - 1 Thì

A = 3 – 2y + y2 = (y – 1)2 + 2  2  min A = 2  y = 1  1

x - 1 = 1  x = 2

+) Cách 2: Viết biểu thức A thành tổng của một số với một phân thức không âm

A = 3x - 8x + 622 = 2(x - 2x + 1) + (x - 4x + 4)2 2 2 2 (x - 2)22 2

x - 2x + 1 (x - 1)  (x - 1) 

 min A = 2  x – 2 = 0  x = 2

b) Ví dụ 2: Tìm GTLN của B = 2

x

x  20x + 100

x  20x + 100(x + 10) Đặt y = 1

x + 10  x = 1 10

y thì

B = (1 10

y ).y2 = - 10y2 + y = - 10(y2 – 2.y 1

20y + 1

400) + 1

40 = - 10

2

1

y - 10

40 

1 40

Max B = 1

1

y -

10 = 0  y = 1

10  x = 10 c) Ví dụ 3: Tìm GTNN của C =

2 2

x + y

x + 2xy + y

1 (x + y) (x - y)

.

x + 2xy + y (x + y) 2 2 (x + y) 2

2  x = y

3 Các phân thức có dạng khác:

a)Ví dụ : Tìm GTNN, GTLN (Cực trị) của A = 2

3 - 4x

x  1

Ta có: A = 3 - 4x2 (4x2 4x 4) (x2 2 1) (x - 2)2 2 1 1

 min A = - 1  x = 2

Ta lại có: A = 3 - 4x2 (4x2 4) (4x + 4x + 1) 2 2 4 (2x 1)2 2 4

2



C Tìm GTNN, GTLN của một biểu thức biết quan hệ giữa các biến:

1) Ví dụ 1: Cho x + y = 1 Tìm GTNN của A = x3 + y3 + xy

Ta có A = (x + y)(x2 – xy + y2) + xy = x2 + y2 (vì x + y = 1)

a) Cách 1: Biểu thị ẩn này qua ẩn kia, rồi đưa về một tam thức bậc hai

Từ x + y = 1  x = 1 – y

nên A = (1 – y)2 + y2 = 2(y2 – y) + 1 = 2(y2 – 2.y.1

2 + 1

4) + 1

2 = 2

2

y - +



Vậy min A = 1

2  x = y = 1

2

b) Cách 2: Sử dụng đk đã cho, làm xuất hiện một biểu thức mới có chứa A

Từ x + y = 1  x2 + 2xy + y2 = 1(1) Mặt khác (x – y)2  0  x2 – 2xy + y2  0 (2) Cộng (1) với (2) vế theo vế, ta có:

2(x2 + y2)  1  x2 + y2  1

2  min A = 1

2  x = y = 1

2

2)Ví dụ 2: Cho x + y + z = 3

a) Tìm GTNN của A = x2 + y2 + z2

b) Tìm GTLN của B = xy + yz + xz

Từ Cho x + y + z = 3  Cho (x + y + z)2 = 9  x2 + y2 + z2 + 2(xy + yz + xz) = 9 (1)

Ta có x2 + y2 + z2 - xy – yz – zx =

2

1

.2 ( x2 + y2 + z2 - xy – yz – zx)

=21 (x y ) 2  (x z ) 2  (y z ) 2   0  x2 + y2 + z2  xy+ yz + zx (2)

Đẳng thức xẩy ra khi x = y = z

a) Từ (1) và (2) suy ra

9 = x2 + y2 + z2 + 2(xy + yz + xz)  x2 + y2 + z2 + 2(x2 + y2 + z2) = 3(x2 + y2 + z2)

 x2 + y2 + z2  3  min A = 3  x = y = z = 1

b) Từ (1) và (2) suy ra

9 = x2 + y2 + z2 + 2(xy + yz + xz)  xy+ yz + zx + 2(xy + yz + xz) = 3(xy+ yz + zx)

 xy+ yz + zx  3  max B = 3  x = y = z = 1

3) Ví dụ 3:

Tìm giá trị lớn nhất của S = xyz.(x+y).(y+z).(z+x) với x,y,z > 0 và x + y + z = 1

Vì x,y,z > 0 ,áp dụng BĐT Côsi ta có: x+ y + z 3 xyz3 3 1 1

áp dụng bất đẳng thức Côsi cho x+y ; y+z ; x+z ta có

x y  . y z  . z x   3 3x y  . y z  . x z   2 3  3 x y  . y z  . z x 

Dấu bằng xảy ra khi x = y = z =1

.

27 27 729

Vậy S có giá trị lớn nhất là 8

729 khi x = y = z = 1

3

4) Ví dụ 4: Cho xy + yz + zx = 1 Tìm giá trị nhỏ nhất của x4 y4 z4

Áp dụng BĐT Bunhiacốpski cho 6 số (x,y,z) ;(x,y,z)

Ta có xy yz zx  2 x2 y2 z22  1 x2 y2 z22 (1)

áp dụng BĐT Bunhiacốpski cho (x y z2 , , 2 2) và (1,1,1)

Ta có (x2 y2 z2 2 )  (1 2  1 2  1 )( 2 x4 y4 z4 )  (x2 y2 z2 2 )  3(x4 y4 z4 )

Từ (1) và (2)  1 3(  x4 y4 z4 ) 4 4 4 1

3

Vậy x4 y4 z4 có giá trị nhỏ nhất là 1

3 khi x= y = z = 3

3



D Một số chú ý:

1) Khi tìm GTNN, GTLN ta có thể đổi biến

Ví dụ : Khi tìm GTNN của A =(x – 1)2 + (x – 3)2 , ta đặt x – 2 = y thì

A = (y + 1)2 + (y – 1)2 = 2y2 + 2  2…

2) Khi tìm cực trị của một biểu thức, ta có thể thay đk của biểu thức này đạt cực trị bởi đk tương đương là biểu thức khác đạt cực trị:

+) -A lớn nhất  A nhỏ nhất ;

+) 1

Blớn nhất  B nhỏ nhất (với B > 0)

+) C lớn nhất  C2 lớn nhất

Ví dụ: Tìm cực trị của A =

 

4 2 2

x + 1

x + 1

a) Ta có A > 0 nên A nhỏ nhất khi 1

A lớn nhất, ta có

 2 2 2

x + 1

A  x + 1  x + 1

 min 1

A = 1  x = 0  max A = 1  x = 0 b) Ta có (x2 – 1)2  0  x4 - 2x2 + 1  0  x4 + 1  2x2 (Dấu bằng xẩy ra khi x2 = 1)

Vì x4 + 1 > 0 

2 4

2x

x + 1  1 

2 4

2x

x + 1

     max 1

A = 2  x2 = 1

 min A = 1

2  x = 1

3) Nhiều khi ta tìm cực trị của biểu thức trong các khoảng của biến, sau đĩ so sámh các cực trị đĩ để để tìm GTNN, GTLN trong tồn bộ tập xác định của biến

Ví dụ: Tìm GTLN của B = 5 - (x + y)y

a) xét x + y  4

- Nếu x = 0 thì A = 0 - Nếu 1 y 3   thì A  3

- Nếu y = 4 thì x = 0 và A = 4

b) xét x + y  6 thì A  0

So sánh các giá trị trên của A, ta thấy max A = 4  x = 0; y = 4

4) Sử dụng các hằng bất đẳng thức:

Ví dụ: Tìm GTLN của A = 2x + 3y biết x2 + y2 = 52

Aùp dụng Bđt Bunhiacốpxki: (a x + by)2

 (a2 + b2)(x2 + y2) cho các số 2, x , 3, y ta cĩ: (2x + 3y)2  (22 + 32)(x2 + y2) = (4 + 9).52 = 262  2x + 3y  26

Max A = 26 x = y

2  x2 + y2 = x2 +

2

3x 2

  = 52  13x2 = 52.4  x =  4 Vậy: Ma x A = 26  x = 4; y = 6 hoặc x = - 4; y = - 6

5) Hai số cĩ tổng khơng đổi thì tích của chúng lớn nhất khi và chỉ khi chúng bằng nhau Hai số cĩ tích khơng đổi thì tổng của chúng lớn nhất khi và chỉ khi chúng bằng nhau

a)Ví dụ 1: Tìm GTLN của A = (x2 – 3x + 1)(21 + 3x – x2)

Vì (x2 – 3x + 1) + (21 + 3x – x2) = 22 không đổi nên tích (x2 – 3x + 1)(21 + 3x – x2) lớn nhất khi và chỉ khi x2 – 3x + 1 = 21 + 3x – x2  x2 – 3x – 10 = 0  x = 5 hoặc x = - 2 Khi đó A = 11 11 = 121  Max A = 121  x = 5 hoặc x = - 2

b) Ví dụ 2: Tìm GTNN của B = (x + 4)(x + 9)

x

Ta có: B = (x + 4)(x + 9) x2 13x + 36 x + 36 13



Vì các số x và 36

x có tích x.36

x = 36 không đổi nên x + 36

x nhỏ nhất  x = 36

x  x = 6

 A = x + 36 13

x  nhỏ nhất là min A = 25  x = 6

6)Trong khi tìm cực trị chỉ cần chỉ ra rằng tồn tại một giá trị của biến để xẩy ra đẳng thức chứ không cần chỉ ra mọi giá trị để xẩy ra đẳng thức

Ví dụ: Tìm GTNN của A = 11 m  5 n

Ta thấy 11m tận cùng bằng 1, 5n tận cùng bằng 5

Nếu 11m> 5n thì A tận cùng bằng 6, nếu 11m< 5n thì A tận cùng bằng 4

khi m = 2; n = 3 thÌ A = 121 124  = 4  min A = 4, chẳng hạn khi m = 2, n = 3