Giải Toán 10 Bài 1: Dấu của tam thức bậc hai
Lời giải:
Sau bài học này chúng ta sẽ giải bài toán trên như sau:
Quan sát hình vẽ ta thấy mặt cầu là trục Ox, phần h(x) nằm phía trên mặt cầu nghĩa là h(x) nằm phía trên trục hoành hay là h(x) > 0.
Phần h(x) nằm phía dưới mặt cầu nghĩa là h(x) nằm phía dưới trục hoành hay là h(x) < 0.
Vậy với giá trị của h(x) > 0 thì vòm cầu cao hơn mặt cầu, với giá trị của h(x) < 0 thì vòm cầu thấp hơn mặt cầu.
1. Tam thức bậc hai
a) Biểu thức f(x) là đa thức bậc mấy?
b) Xác định dấu của f(2).
Lời giải:
a) Biểu thức f(x) là đa thức bậc 2.
b) Dựa vào đồ thị ta thấy với x = 2 thì f(2) = 1 > 0.
Vậy f(2) mang dấu dương.
a) f(x) = 2x2 + x – 1;
b) g(x) = – x4 + 2x2 + 1;
c) h(x) = – x2 + x – 3.
Lời giải:
a) Biểu thức f (x) = 2x2 + x – 1 có dạng tam thức bậc hai với a = 2, b = 1 và c = -1.
Với x = 1 thì f (1) = 2.12 + 1 – 1 = 2 > 0.
b) Biểu thức g(x) = – x4 + 2x2 + 1 không có dạng tam thức bậc hai vì bậc của đa thức là bậc 4.
c) Biểu thức h(x) = – x2 + x – 3 có dạng tam thức bậc hai với a = -1, b = , c = -3.
Với x = 1 thì h(1) = – 12 + .1 – 3 = – 4 < 0.
Thực hành 2 trang 7 Toán lớp 10 Tập 2: Tìm biệt thức và nghiệm của tam thức bậc hai sau:
a) f(x) = 2x2 – 5x + 2;
b) g(x) = – x2 + 6x – 9;
c) h(x) = 4x2 – 4x + 9.
Lời giải:
a) Tam thức bậc hai f(x) = 2x2 – 5x + 2 có ∆ = (-5)2 – 4.2.2 = 25 – 16 = 9 > 0. Do đó f(x) có hai nghiệm phân biệt là:
x1= = 2 và x2= .
Vậy biệt thức ∆ = 9 và tam thức có hai nghiệm phân biệt x1 = 2 và x2= .
b) Tam thức bậc hai g(x) = – x2 + 6x – 9 có ∆ = 62 – 4.(-1).(-9) = 36 – 36 = 0. Do đó g(x) có nghiệm kép là:
x1= x2 = .
Vậy biệt thức ∆ = 0 và tam thức có hai nghiệm kép x = 3.
c) Tam thức bậc hai h(x) = 4x2 – 4x + 9 có ∆ = 42 – 4.4.9 = 16 – 144 = - 128 < 0. Do đó f(x) vô nghiệm.
2. Định lí về dấu của tam thức bậc hai
- Các nghiệm (nếu có) và dấu của biệt thức ∆.
- Các khoảng giá trị của x mà trên đó f(x) cùng dấu với hệ số của x2.
Lời giải:
a) Dựa vào hình vẽ ta thấy đồ thị hàm số không cắt trục hoành nên tam thức f(x) = - x2 + 2x – 2 vô nghiệm.
Ta có ∆ = 22 – 4(-1).(-2) = 4 – 8 = - 4 < 0.
Tam thức f(x) có hệ số a = -1 < 0.
Ta thấy toàn bộ đồ thị hàm số nằm phía dưới trục hoành nên f(x) < 0 với mọi x.
Suy ra f(x) cùng dấu với hệ số a với mọi x.
b) Dựa vào hình vẽ ta thấy đồ thị hàm số cắt trục hoành tại một điểm duy nhất có hoành độ x = 1 nên tam thức f(x) = - x2 + 2x – 1 có một nghiệm duy nhất x = 1.
Ta có ∆ = 22 – 4(-1).(-1) = 4 – 4 = 0.
Tam thức f(x) có hệ số a = -1 < 0.
Ta thấy với x ≠ 1 toàn bộ đồ thị hàm số nằm phía dưới trục hoành nên f(x) < 0 với x ≠ 1 và f(x) = 0 với x = 1.
Suy ra f(x) cùng dấu với hệ số a với x ≠ 1.
c) Dựa vào hình vẽ ta thấy đồ thị hàm số cắt trục hoành tại hai điểm phân biệt có hoành độ lần lượt là x1 = - 1 và x2 = 3 nên tam thức f(x) = - x2 + 2x + 3 có hai nghiệm phân biệt x1 = - 1 và x2 = 3.
Ta có ∆ = 22 – 4.3.(-1) = 4 + 12 = 16 > 0.
Tam thức f(x) có hệ số a = -1 < 0.
Ta thấy với x < - 1 hoặc x > 3 thì đồ thị hàm số nằm phía dưới trục hoành, với -1 < x < 3 thì đồ thị hàm số nằm phía trên trục hoành hay f(x) < 0 với x < -1 hoặc x > 3; f(x) > 0 với -1 < x < 3 và f(x) = 0 tại x = -1 hoặc x = 3.
Suy ra f(x) cùng dấu với hệ số a với x < -1 hoặc x > 3.
d) Dựa vào hình vẽ ta thấy đồ thị hàm số không cắt trục hoành nên tam thức f(x) = x2 + 6x + 10 vô nghiệm.
Ta có ∆ = 62 – 4.1.10 = 36 – 40 = - 4 < 0.
Tam thức f(x) có hệ số a = 1 > 0.
Ta thấy toàn bộ đồ thị hàm số nằm phía trên trục hoành nên f(x) > 0 với mọi x.
Suy ra f(x) cùng dấu với hệ số a với mọi x.
e) Dựa vào hình vẽ ta thấy đồ thị hàm số cắt trục hoành tại một điểm duy nhất có hoành độ x = -3 nên tam thức f(x) = x2 + 6x + 9 có một nghiệm duy nhất x = -3.
Ta có ∆ = 62 – 4.1.9 = 36 – 36 = 0.
Tam thức f(x) có hệ số a = 1 > 0.
Ta thấy với x ≠ -3 toàn bộ đồ thị hàm số nằm phía trên trục hoành nên f(x) > 0 với x ≠ - 3 và f(x) = 0 với x = -3.
Suy ra f(x) cùng dấu với hệ số a với x ≠ -3.
g) Dựa vào hình vẽ ta thấy đồ thị hàm số cắt trục hoành tại hai điểm phân biệt có hoành độ lần lượt là x1 = -4 và x2 = -2 nên tam thức f(x) = x2 + 6x + 8 có hai nghiệm phân biệt x1 = -4 và x2 = -2.
Ta có ∆ = 62 – 4.1.8 = 36 – 32 = 4 > 0.
Tam thức f(x) có hệ số a = 1 > 0.
Ta thấy với x < - 4 hoặc x > -2 thì đồ thị hàm số nằm phía trên trục hoành, với -4 < x < -2 thì đồ thị hàm số nằm phía dưới trục hoành hay f(x) > 0 với x < -4 hoặc x > 2; f(x) < 0 với -4 < x < -2 và f(x) = 0 tại x = -4 hoặc x = -2.
Suy ra f(x) cùng dấu với hệ số a với x < -4 hoặc x > -2.
Thực hành 3 trang 9 Toán lớp 10 Tập 2: Xét dấu của tam thức bậc hai sau:
a) f(x) = 2x2 – 3x – 2;
b) g(x) = - x2 + 2x – 3.
Lời giải:
a) Tam thức f(x) = 2x2 – 3x – 2 có ∆ = (-3)2 – 4.2.(-2) = 9 + 16 = 25 > 0. Do đó f(x) có hai nghiệm phân biệt x1 = và x2 = 2 và a = 2 > 0.
Ta có bảng xét dấu sau:
Dựa vào bảng xét dấu ta thấy f(x) âm trong khoảng và dương trong hai khoảng và (2; +∞).
Vậy với x ∈ thì f(x) < 0 và x ∈ hoặc x ∈ (2; +∞) thì f(x) > 0.
b) Tam thức g(x) = - x2 + 2x – 3 có ∆ = 22 – 4.(-1).(-3) = 4 – 12 = - 8 < 0. Do đó g(x) vô nghiệm và a = -1 < 0.
Ta có bảng xét dấu sau:
Dựa vào bảng xét dấu ta thấy g(x) âm với mọi giá trị thực của x.
Vậy g(x) < 0 với mọi x ∈ ℝ.
Lời giải:
Ta có h(x) = -0,006x2 + 1,2x – 30 là tam thức bậc hai. h(x) có ∆ = 1,22 – 4.(-0,006).(-30) = 0,72 > 0. Do đó tam thức có hai nghiệm phân biệt là x1 ≈ 170,7 và x2 ≈ 29,3 và a = - 0,006 < 0.
Ta có bảng xét dấu f(x) như sau:
Từ bảng xét dấu ta thấy f(x) dương trong khoảng (29,3; 170,7) và âm trong hai khoảng (-∞; 29,3) và (170,7; +∞).
Kết hợp với điều kiện 0 ≤ x ≤ 200 thì f(x) dương khi x ∈ (29,3; 170,7) và f(x) âm khi x ∈ [0; 29,3) và (170,7; 200].
Vậy với giá trị của x ∈ (29,3; 170,7) thì vòm cầu cao hơn mặt cầu, với giá trị của x nằm trong hai khoảng (-∞; 29,3) và (170,7; +∞) thì vòm cầu thấp hơn mặt cầu.
Bài tập
Bài 1 trang 9 Toán lớp 10 Tập 2: Đa thức nào sau đây là tam thức bậc hai?
a) 4x2 + 3x + 1;
b) x3 + 3x2 – 1;
c) 2x2 + 4x – 1.
Lời giải:
a) 4x2 + 3x + 1 là tam thức bậc hai với a = 4, b = 3 và c = 1.
b) x3 + 3x2 – 1 không là tam thức bậc hai vì bậc của đa thức là 3.
c) 2x2 + 4x – 1 là tam thức bậc hai với a = 2, b = 4 và c = -1.
Bài 2 trang 9 Toán lớp 10 Tập 2: Xác định giá trị của m để đa thức sau là tam thức bậc hai.
a) (m + 1)x2 + 2x + m;
b) mx3 + 2x2 – x + m;
c) – 5x2 + 2x – m + 1.
Lời giải:
a) Để đa thức (m + 1)x2 + 2x + m là tam thức bậc hai thì hệ số của x2 phải khác 0.
Suy ra m + 1 ≠ 0 ⇔ m ≠ - 1.
Vậy với m ≠ - 1 thì đa thức (m + 1)x2 + 2x + m là tam thức bậc hai.
b) Để đa thức mx3 + 2x2 – x + m là tam thức bậc hai thì bậc cao nhất của đa thức là 2 do đó hệ số của x3 phải bằng 0 hay m = 0.
Vậy với m = 0 thì đa thức mx3 + 2x2 – x + m là tam thức bậc hai.
c) Để đa thức – 5x2 + 2x – m + 1 thỏa mãn là tam thức bậc hai với mọi m.
Lời giải:
a) Dựa vào hình vẽ ta thấy:
Đồ thị hàm số cắt trục hoành tại hai điểm phân biệt có hoành độ lần lượt là x1 = - 2 và x2 = . Do đó f(x) có hai nghiệm phân biệt x1 = - 2, x2 = và a = 1 > 0.
Với x thuộc khoảng (-∞; -2) và thì đồ thị hàm số nằm phía trên trục hoành hay f(x) > 0 khi x thuộc khoảng (-∞; -2) và .
Với x thuộc khoảng thì đồ thị hàm số nằm dưới trục hoành hay f(x) < 0 khi x ∈ .
Ta có bảng xét dấu f(x) như sau:
b) Dựa vào hình vẽ ta thấy:
Đồ thị hàm số không cắt trục hoành. Do đó g(x) vô nghiệm và a = 1 > 0.
Hơn nữa toàn bộ đồ thị hàm số g(x) nằm phía trên trục hoành với mọi giá trị của x nên g(x) > 0 với mọi x.
Ta có bảng xét dấu f(x) như sau:
c) Dựa vào hình vẽ ta thấy:
Đồ thị hàm số h(x) cắt trục hoành tại một điểm duy nhất có hoành độ x = . Do đó h(x) có nghiệm duy nhất x = và a = - 9 < 0.
Với x = thì h(x) = 0;
Với x ≠ thì đồ thị hàm số h(x) nằm hoàn toàn dưới trục hoành nên h(x) < 0 với x ≠ .
Khi đó ta có bảng xét dấu:
d) Dựa vào hình vẽ ta thấy:
Đồ thị hàm số không cắt trục hoành. Do đó f(x) vô nghiệm và a = -0,5 < 0.
Hơn nữa toàn bộ đồ thị hàm số f(x) nằm phía dưới trục hoành với mọi giá trị của x nên f(x) < 0 với mọi x.
Ta có bảng xét dấu f(x) như sau:
e) Dựa vào hình vẽ ta thấy:
Đồ thị hàm số cắt trục hoành tại hai điểm phân biệt có hoành độ lần lượt là x1 = - 2 và x2 = . Do đó g(x) có hai nghiệm phân biệt x1 = - 2, x2 = và a = -1 < 0.
Với x thuộc khoảng (-∞; -2) và thì đồ thị hàm số nằm phía dưới trục hoành hay g(x) < 0 khi x thuộc khoảng (-∞; -2) và .
Với x thuộc khoảng thì đồ thị hàm số nằm trên trục hoành hay g(x) > 0 khi x ∈ .
Ta có bảng xét dấu g(x) như sau:
g) Dựa vào hình vẽ ta thấy:
Đồ thị hàm số h(x) cắt trục hoành tại một điểm duy nhất có hoành độ x = . Do đó h(x) có nghiệm duy nhất x = và a = 1 > 0.
Với x = thì h(x) = 0;
Với x ≠ thì đồ thị hàm số h(x) nằm hoàn toàn phía trên trục hoành nên h(x) > 0 với x ≠ .
Khi đó ta có bảng xét dấu:
Bài 4 trang 10 Toán lớp 10 Tập 2: Xét dấu của tam thức bậc hai sau đây:
a) f(x) = 2x2 + 4x + 2;
b) f(x) = - 3x2 + 2x + 21;
c) f(x) = - 2x2 + x – 2;
d) f(x) = -4x(x + 3) – 9;
e) f(x) = (2x + 5)(x – 3).
Lời giải:
a) Tam thức bậc hai f(x) = 2x2 + 4x + 2 có ∆ = 42 – 4.2.2 = 16 – 16 = 0. Do đó f(x) có một nghiệm kép x1 = x2 = - 1 và a = 2 > 0.
Ta có bảng xét dấu sau:
Vậy f(x) = 2x2 + 4x + 2 mang dấu dương khi x ≠ - 1.
b) Tam thức bậc hai f(x) = - 3x2 + 2x + 21 có ∆ = 22 – 4.(-3).21 = 256 > 0. Do đó f(x) có hai nghiệm phân biệt x1 = 3 và x2 = và a = -3 < 0.
Ta có bảng xét dấu:
Vậy f(x) = - 3x2 + 2x + 21 dương khi x thuộc khoảng và f(x) = - 3x2 + 2x + 21 âm khi x thuộc hai khoảng và .
c) Tam thức bậc hai f(x) = - 2x2 + x – 2 có ∆ = 12 – 4.(-2).(-2) = 1 – 16 = -15 < 0. Do đó hàm số vô nghiệm và a = -2 < 0.
Ta có bảng xét dấu:
Vậy f(x) = - 2x2 + x – 2 âm với mọi giá trị thực của x.
d) Ta có f(x) = -4x(x + 3) – 9 = - 4x2 – 12x – 9.
Xét tam thức f(x) = - 4x2 – 12x – 9 có ∆ = (-12)2 – 4.(-4)(-9) = 144 – 144 = 0. Do đó f(x) có nghiệm kép x1 = x2 = và a = - 4 < 0.
Ta có bảng xét dấu:
Vậy f(x) mang dấu âm khi x ≠ .
e) Ta có f(x) = (2x + 5)(x – 3) = 2x2 – 6x + 5x – 15 = 2x2 – x – 15.
Tam thức f(x) = 2x2 – x – 15 có ∆ = (-1)2 – 4.2.(-15) = 1 + 120 = 121 > 0. Do đó f(x) có hai nghiệm phân biệt x1 = 3 và x2 = và a = 2 > 0.
Ta có bảng xét dấu:
Vậy f(x) = (2x + 5)(x – 3) âm khi x thuộc khoảng và f(x) = (2x + 5)(x – 3) dương khi x thuộc hai khoảng và (3; +∞).
Lời giải:
Ta có h(x) = -0,1x2 + x – 1 là tam thức bậc hai với a = -0,1, b = 1 và c = -1.
Tam thức bậc hai h(x) = -0,1x2 + x – 1 có ∆ = 12 – 4.(-0,1).(-1) = 0,6 > 0. Do đó h(x) có hai nghiệm phân biệt x1 = 5 + , x2 = 5 – và a = -0,1 < 0.
Ta có bảng xét dấu sau:
Suy ra h(x) dương khi x thuộc khoảng và h(x) âm khi x thuộc hai khoảng và .
Dựa vào hình vẽ ta thấy trục Ox chính là vành rổ.
Ta có và
Vậy với x thuộc khoảng (1,1; 8,9) thì bóng nằm cao hơn vành rổ và với x thuộc khoảng (– ∞;1,1) và (8,9 ; + ∞) thì bóng nằm thấp hơn vành rổ.
Lời giải:
Diện tích khung dây thép hình chữ nhật ban đầu là: 20.15 = 300 (cm2).
Diện tích khung hình chữ nhật mới là: (20 + x)(15 – x) = 300 + 5x – x2 (cm2).
Xét hiệu f(x) = 300 – 300 – 5x + x2 = x2 – 5x.
Ta có f(x) = x2 – 35x là tam thức bậc hai có ∆ = (-35)2 – 4.1.0 = 1 225 > 0. Do đó h(x) có hai nghiệm phân biệt x1 = 0, x2 = -5 và a = 1 > 0.
Khi đó ta có bảng xét dấu:
Suy ra f(x) âm khi x thuộc khoảng (-5; 0), f(x) dương khi x thuộc hai khoảng (-∞; -5) và (0; +∞).
Vậy với x thuộc khoảng (-5; 0) thì diện tích của khung dây thép tăng lên, x thuộc hai khoảng (-∞; -5) và (0; +∞) thì diện tích của khung dây thép giảm đi, và x = - 5 hoặc x = 0 thì diện tích khung dây thép không đổi.
Bài 7 trang 10 Toán lớp 10 Tập 2: Chứng minh rằng với mọi số thực m ta luôn có 9m2 + 2m > - 3.
Lời giải:
Ta có: 9m2 + 2m > - 3
⇔ 9m2 + 2m + 3 > 0
Đặt f(m) = 9m2 + 2m + 3
Ta thấy f(m) là tam thức bậc hai với a = 9, b = 2 và c = 3.
Ta có: ∆ = 22 – 4.9.3 = 4 – 108 = -104 < 0. Do đó f(m) vô nghiệm và a = 9 > 0.
Khi đó ta có bảng xét dấu:
Từ bảng xét dấu ta thấy f(m) > 0 với mọi m
⇒ 9m2 + 2m + 3 > 0 với mọi m hay 9m2 + 2m > - 3 với mọi m.
Vậy 9m2 + 2m > - 3 với mọi m.
Bài 8 trang 10 Toán lớp 10 Tập 2: Tìm giá trị của m để:
a) 2x2 + 3x + m + 1 > 0 với mọi x ∈ ℝ;
b) mx2 + 5x – 3 ≤ 0 với mọi x ∈ ℝ.
Lời giải:
a) Xét f(x) = 2x2 + 3x + m + 1 là tam thức bậc hai với a = 2, b = 3, c = m + 1.
Ta có: ∆ = 32 – 4.2.(m + 1) = 9 – 8m – 8 = 1 – 8m.
Vì a = 2 > 0 nên để 2x2 + 3x + m + 1 > 0 với mọi x ∈ ℝ thì ∆ < 0
⇔ 1 – 8m < 0
⇔ m > .
Vậy với m > thì 2x2 + 3x + m + 1 > 0 với mọi x ∈ ℝ.
b) Xét g(x) = mx2 + 5x – 3
+) Với m = 0 thì g(x) = 5x – 3
Ta có: 5x – 3 ≤ 0 ⇔ x ≤ .
Do đó với m = 0 không thỏa mãn.
+) Với m ≠ 0 thì g(x) = mx2 + 5x – 3 là tam thức bậc hai với a = m, b = 5, c = - 3.
Ta có ∆ = 52 – 4.m.(-3) = 25 + 12m.
Để mx2 + 5x – 3 ≤ 0 với mọi x ∈ ℝ thì
Vậy với thì mx2 + 5x – 3 ≤ 0 với mọi x ∈ ℝ .
Xem thêm lời giải bài tập SGK Toán lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:
Bài 2: Giải bất phương trình bậc hai một ẩn
Bài 3: Phương trình quy về phương trình bậc hai