Nguyễn Phi Hùng - Võ Thành Văn Đại học Khoa học Huế
**************
Phương pháp đặt ẩn phụ
trong giải phương trình vô tỷ
A. Lời nói đầu
Qua bài viết này chúng tôi muốn giới thiệu cho các bạn một số kĩ năng đặt ẩn phụ trong giải phương trình vô tỷ. Như chúng ta đã biết có nhiều trường hợp giải một phương trình vô tỷ mà ta biến đổi tương đương sẽ ra một phương trình phức tạp , có thể là bậc quá cao ...Có lẽ phương pháp hữu hiệu nhất để giải quyết vấn đề này chính là đặt ẩn phụ để chuyển về một phương trình đơn giản và dễ giải quyết hơn .
Có 3 bước cơ bản trong phương pháp này : - Đặt ẩn phụ và gán luôn điều kiện cho ẩn phụ
- Đưa phương trình ban đầu về phương trình có biến là ẩn phụ
Tiến hành giải quyết phương trình vừa tạo ra này . Đối chiếu với điều kiện để chọn ẩn phụ thích hợp.
- Giải phương trình cho bởi ẩn phụ vừa tìm được và kết luận nghiệm
* Nhận xét :
- Cái mấu chốt của phương pháp này chính là ở bước đầu tiên . Lí do là nó quyết định đến toàn bộ lời giải hay, dở , ngắn hay dài của bài toán .
- Có 4 phương pháp đặt ẩn phụ mà chúng tôi muốn nêu ra trong bài viết này đó là : + PP Lượng giác hoá
+ PP dùng ẩn phụ không triệt để + PP dùng ẩn phụ đưa về dạng tích + PP dùng ẩn phụ đưa về hệ
B. Nội dung phương pháp
I. Phương pháp lượng giác hoá :
1. Nếu |x|a thì ta có thể đặt xasint,t
;2 2
hoặc xacost,t
0; Ví dụ 1 : Giải phương trình: 1 1x2 x(12 1x2)Lời giải : ĐK :|x|1 Đặt
;2
, 2
sin
t t
x Phương trình đã cho trở thành :
cos 2
2 sin 3 2 2 sin 2 sin
cos 2 ) cos 2 1 ( sin cos
1 t t
t t t
t t
t
3 4 6
) 1 2 (
2 1 2 sin 3
2 0 cos 0
) 2 1 sin 3 2 2 (
cos
k t
k t t
t t
t
Kết hợp với điều kiện của t suy ra : 6
t Vậy phương trình có 1 nghiệm :
2 1 sin 6
x
Ví dụ 2 : Giải phương trình:
1 33 ) 2 1 ( ) 1 ( 1
1
2 3
3
2 x x x
x
Lời giải : ĐK : |x|1
Khi đó VP > 0 .
Nếu x
1;0
: (1x)3 (1x)3 0 Nếu x
0;1 : (1x)3 (1x)3 0. Đặt xcost, với ;2 0
t ta có :
t t
t t t
t
t sin 2 sin
2 1 1 cos 6 2 sin 2 2
2 sin 2 cos
2 cos sin 6
2 3 3
6 cos 1 0 sin 2 1 cos
6
t t t
Vậy nghiệm của phương trình là
6
1 x Ví dụ 3 : Giải phương trình:
x x x
x x
x 1 2
2 1 2 1
2 2 1
1 2
1
Lời giải : ĐK :
2
| 1
|x Đặt 2xcost,t
0;phương trình đã cho trở thành :
sin sin 2 0 cos 0sin sin 4
1 2 2
2 cot tan 2 2
2 cos
sin 2 3 2
t t t
t t an t
t t
t
Vậy phương trình có nghiệm duy nhất x0
Ví dụ 4 (THTT): Giải phương trình: x33x x2 (1) Hướng dẫn :
Nếu x2: phương trình không xác định .
Chú ý với x2ta có : x33xxx
x24
x x2 Vậy để giải phương trình (1) ta chỉ cần xét với x
2;2
Đặt x2cost,t
0;khi đó phương trình đã cho trở thành :
cos 2 3
cos t
t 2. Nếu |x|athì ta có thể đặt :
0 2 , 2;
sin ,
t t
t
x a hoặc
; 2
; 0 cos ,
t t
t
x a
Ví dụ 5 : Giải phương trình: 1
1 1 1
2
2
x x Lời giải : ĐK :|x|1
Đặt
;2
, 2 sin
1
t t x
Phương trình đã cho trở thành :
0sin cos 1 cos cot
cos 1
cot sin 1
1 2
2
ant t ant t t t
t
k t t
t 2 12 2 1
sin 0 cos
kết hợp với điều kiện của t suy ra
12
t
Vậy phương trình có 1 nghiệm : 2
3 1
sin 12
1
x
Tổng quát:Giải phương trình a a x
x
1 1
2 2
Ví dụ 6 : Giải phương trình: 2 9 3
2
x x x Lời giải : ĐK : |x|3
Đặt
, 2
; 0 cos ,
3
t t
x t , phương trình đã cho trởthành :
2 3 cos 4
3 1 4
2 sin 2
sin 2 2 sin 1 2 sin 2
1 cos
1 2
x
t t
t t t
t (thoả mãn)
Tổng quát: Giải phương trình: b a x
x ax
2
2 với a,blà các hằng số cho trước
3. Đặt
;2
, 2
tan
t t
x để đưa về phương trình lượng giác đơn giản hơn : Ví dụ 7 : Giải phương trình: x33 3x2 3x 30 (1)
Lời giải :
Do 3
1
x không là nghiệm của phương trình nên (1) 3
3 1 3
2 3
x
x
x (2)
Đặt
;2
, 2
tan
t t
x , Khi đó (2) trở thành :
3 3 9
3
tan
k t
t
Suy ra (1) có 3 nghiệm :
9 tan 7 9 ;
tan 4 9 ;
tan
x x
x
Ví dụ 8 : Giải phương trình:
2
2 2 2 2
1 2
1 2
1 1
x x x x x x
Lời giải : ĐK : x0;x1
Đặt , 0; 4
;2 , 2
tan
t t t
x , phương trình đã cho trở thành :
0 1 2 cos 2 cos . sin 2 2 0
cos . sin 2
1 sin
2 1 1 cos
1 4
sin 2 2 sin
1 cos
1
t t t
t t t
t t
t t
6 2
2 2
2 sin 1
1 sin
0 sin 0
sin 2 sin 1 sin 0 sin 2 sin 2 1 sin
2 2 2 2
k t
k t
t t t t
t t
t t
t
Kết hợp với điều kiện suy ra : 6
t Vậy phương trình có 1 nghiệm :
3 1 tan 6
x
4. Mặc định điều kiện : |x|a. Sau khi tìm được số nghiệm chính là số nghiệm tối đa của phương trình và kết luận :
Ví dụ 9 : Giải phương trình: 3 6x12x Lời giải :
Phương trình đã cho tương đương với : 8x36x1(1)
Đặt xcost,t
0; , Lúc đó (1) trở thành : t t k
kZ
3 2 9 2
3 1
cos
Suy ra (1) có tập nghiệm :
9 cos 7 9 ; cos 5 9 ;
cos
S
Vậy nghiệm của phương trình đã cho có tập nghiệm chính là S
II. Phương pháp dùng ẩn phụ không triệt để
* Nội dung phương pháp :
Đưa phương trình đã cho về phương trình bậc hai với ẩn là ẩn phụ hay là ẩn của phương trình đã cho : Đưa phương trình về dạng sau : f
x .Q x f
x P x.xkhi đó :
Đặt f
x t,t0. Phương trình viết thành :t2 t.Q
x P x 0Đến đây chúng ta giải t theo x. Cuối cùng là giải quyết phương trình f
x t sau khi đã đơn giản hóa và kết luậnVí dụ 10 : Giải phương trình 2 2x44 2x 9x2 16 (1) Lời giải : ĐK : |x|2
Đặt t 2
4x2
Lúc đó :(1)4
2x4
16 2
4x2
16
2x
9x2 168
4x2
16 2
4x2
x28x Phương trình trở thành :4t2 16tx2 8x0Giải phương trình trên với ẩn t , ta tìm được : 4
; 2 2 2
1 x t x t
Do |x|2 nên t2 0 không thỏa điều kiện t0 Với 2
t xthì : 2
4x2
2x8
4xx2
0 x2 x 432 ( thỏa mãn điều kiên |x|2) Ví dụ 11 :Giải phương trình x2x12 x136Lời giải : ĐK : x1
Đặt t x10 ,phương trình đã cho trở thành : x
t t t
xt 6 6
0 36
2 12
* Với
x
t 66t, ta có :
x6
t6 (vô nghiệm vì :VT 0;VP0)* Với
x
t 66t, ta có :6(6x)t
Do x6 không là nghiệm của phương trình nên :
x x t x
6
1 6 6
6 Bình phương hai vế và rút gọn ta được : x3(thỏa mãn) Tổng quát:Giải phương trình: x2ax2b xa b2
Ví dụ 12 : Giải phương trình: 3
2x2 11
x13x8 2x2 1
Lời giải :
Đặt 2x2 1t1
Phương trình đã cho viết thành :
1 3
1
3 8 3
8 3
3 03t x t2 x2 xt t2 x t x2 x Từ đó ta tìm được
3
t xhoặc t13x Giải ra được : x0
* Nhận xét : Cái khéo léo trong việc đặt ẩn phụ đã được thể hiện rõ trong ở phương pháp này và cụ thể là ở ví dụ trên . Ở bài trên nếu chỉ dừng lại với việc chọn ẩn phụ thì không dễ để giải quyết trọn vẹn nó . Vấn đề tiếp theo chính là ở việc kheo léo biến đổi phần còn lại để làm biến mất hệ số tự do , việc gải quyết t theo x được thực hiện dễ dàng hơn .
Ví dụ 13 : Giải phương trình: 2008x2 4x32007x 4x3 Lời giải : ĐK :
4
3 x
Đặt 4x3 t0phương trình đã cho trở thành :2008x2 2007xtt2 0 Giải ra : xthoặc
2008 x t (loại)
* xtta có :
3
0 1 3
2 4
x x x
x
Vậy x1,x3 là các nghiệm của phương trình đã cho . Ví dụ 14 : Giải phương trình:
4x1
x312x32x1Lời giải : ĐK : x1
Đặt t x31,Phương trình đã cho trở thành 2
t21
2x1
4x1
t2t2
4x1
t2x10Phương trình trên đã khá đơn giản !!!!!!!
III. Phương pháp dùng ẩn phụ đưa về dạng tích
1. Dùng một ẩn phụ
Ví dụ 15 : Giải phương trình:
4 9 2
2 x 3
x (1)
Lời giải : ĐK : 2
3
x
Đặt 0
2 3
t
x phương trình (1) trở thành :
2 0 1 3 0 0
1 4 3
9 2 3
3 3
2 2
t t t t
t t t t
(2) giải đựoc bằng cách áp dụng phương pháp I : Đặt x2cost,t
0; để đưa về dạng :2 3 1 cos t
Tổng quát: Giải phương trình:x2 xa a2 với a là hắng số cho trước . Ví dụ 16 :Giải phương trình: x33x2 2
x2
3 6x
1Lời giải : ĐK : x2
Viết lại (1) dưới dạng : x33x
x2
2
x2
3 0
2 Đặt t x2 0, Khi đó (2) trở thành :
2 2
2 0 2
2 0
2
3 2 3 2
3
x x
x x t
x t t x
x t x t
xt x
2 2 3
2 0
8 4
0 0 2 0
2 2
x x x
x x
x x
x
Vậy phương trình đã cho có 2 nghiệm :x2,x22 3 Ví dụ 17 : Giải phương trình : x 5 x1 0
Lời giải : ĐK :x
1;6 (1)Đặt t x10 (2) , phương trình đã cho trở thành : 5
2 5t
t (3)t410t2t200
t2t4
t2 t5
0Đối chiếu với hai điều kiện (1) và (2) thay vào và giải ra :
2 17 11
x Ví dụ 18 : Giải phương trình: x
2006 x
1 1 x2Lời giải : ĐK : x
0;1 (1)Đặt t 1 x 0t1, Khi đó : x 1t2,x
1t2
2,phương trình đã cho trở thành :
1t2
20061t2
1t 2
1t 2 1t 2
2007t2
1t 2 2
1t 2
t2 t1003
0Vì 0t1 nên t2 t10030
Do đó phương trình tương đương với :t10t1 Do vậy x0 (thỏa (1))
2. Dùng 2 ẩn phụ .
Ví dụ19 : Giải phương trình: 4x2 5x12 x2 x19x3 Lời giải :
Đặt a 4x2 5x1;b2 x2 x1
1
03
9 2 2
2
2
a b x a b a b a b a b
65 5603 1
2 9 2
3 93 1 0
1 0
x x x
x a
x b a
x b
a b a
Vậy tập nghiệm của pt là
65
;56 0 3; S 1
Ví dụ 20 : Giải phương trình: 2
x23x2
3 x38 (1)Lời giải : ĐK :
2
1 2
x
x (*)
Đặt u x22x4,v x2ta có :u2 v2 x3x2
Lúc đó (1) trở thành :2
u2v2
3uv
2uv
u2v
0u 2v (Do 2uv0)Tìm x ta giải : x22x4 2 x2 x26x40x3 13 (Thỏa (*)) Vậy (1) có 2 nghiệm : x1,2 3 13
Ví dụ 21 : Giải phương trình: 5x2 14x9 x2 x205 x1 Lời giải : ĐK : x5
Chuyển vế rồi bình phương hai vế phương trình mới ,ta có:
x1
5x9
x224x510
x4
x5
x1
2
x24x5
3
x4
5
x2 4x5
x4
0 (2) Đặt u x2 4x5,v x4,u,v0,thì :(2)
4 25 56 0
0 9 5 3
0 2 3 2 0
5 3
2 2
2 2
2
x x
x x v
u v v u
u v u uv
v u
Giải ra ta được 2 nghiệm thỏa mãn : ; 8 2
61 5
2
1 x
x
Ví dụ 22 : Giải phương trình: x4 x
1x
2 4
1x
3 1x4 x3 4 x2
1x
Lời giải : ĐK : 0 x1 Đặt :
1 0 0
1 4 4
4 4
v u
v u x
v x u
Từ phương trình ta được :
1
0 0
2 1
3 2 3 2 2
v u
v v u
u v u v u v u u v v uv
u ( Do uv0)
từ đó ta giải ra được các nghiệm :
2
; 1 1
;
0
x x
x
3. Dùng 3 ẩn phụ .
Ví dụ 23 : Giải phương trình: 3 7x13 x2x83 x28x12
Lời giải :
Đặt a3 7x1,b3 x2 x8,c3 x28x1ta có :
2 8 1 8 8
1 7
1 8 2
2 2
3 3 3
3
x x x
x x
c b a
c b a c
b a
Từ (1) và (2) ta có :
abc
3
a3b3 c3
3
ab
bc
ca
0Nên :
a c
c b
b a a
c c b b
a 0
từ đó dễ dàng tìm ra 4 nghiệm của phương trình :S
1;0;1;9
Ví dụ 24 : Giải phương trình: 3 3x13 5x3 2x93 4x30 (1) Lời giải :
Đặt a3 3x1,b3 5x,c3 2x9 ,ta có: a3 b3c3 4x3 khi đó từ (1) ta có :
abc
3 a3b3c3
ab
bc
ca
0 Giải như ví dụ 23 suy ra được 3 nghiệm của phương trình :5
; 8 4