Bài giảng môn toán lớp 10 - Chương 4: Bất đẳng thức và bất phương trình

CHƯƠNG IV
BẤT ĐẲNG THỨC VÀ BẤT PHƯƠNG TRÌNH
I. BẤT ĐẲNG THỨC 
1. Tính chất
Điều kiện
Nội dung
a < b Û a + c < b + c 
(1)
c > 0
a < b Û ac < bc 
(2a)
c < 0
a bc 
(2b)
a < b và c < d Þ a + c < b + d 
(3)
a > 0, c > 0
a < b và c < d Þ ac < bd 
(4)
n nguyên dương
a < b Û a2n+1 < b2n+1 
(5a)
0 < a < b Þ a2n < b2n 
(5b)
a > 0
a < b Û 
(6a)
a < b Û 
(6b)
2. Một số bất đẳng thức thông dụng
	a) 	.	.
	b) Bất đẳng thức Cô–si:	
	+ Với a, b ³ 0, ta có:	.	Dấu "=" xảy ra Û a = b.	
	+ Với a, b, c ³ 0, ta có: . Dấu "=" xảy ra Û a = b = c.
	Hệ quả: – Nếu x, y > 0 có S = x + y không đổi thì P = xy lớn nhất Û x = y.
	 – Nếu x, y > 0 có P = x y không đổi thì S = x + y nhỏ nhất Û x = y.	
	c) Bất đẳng thức về giá trị tuyệt đối
Điều kiện
Nội dung
a > 0
	d) Bất đẳng thức về các cạnh của tam giác
	Với a, b, c là độ dài các cạnh của một tam giác, ta có:
	+ a, b, c > 0.
	+ ; ; .
	e) Bất đẳng thức Bu–nhia–cốp–xki
	Với a, b, x, y Î R, ta có: . Dấu "=" xảy ra Û ay = bx.
VẤN ĐỀ 1: Chứng minh BĐT dựa vào định nghia và tính chất cơ bản
	· Để chứng minh một BĐT ta có thể sử dụng các cách sau:
	– Biến đổi BĐT cần chứng minh tương đương với một BĐT đã biết.
	– Sử dụng một BĐT đã biết, biến đổi để dẫn đến BĐT cần chứng minh.
	· Một số BĐT thường dùng:	
	+ 	+ 	+ với A, B ³ 0.	+ 
	Chú ý: 
	– Trong quá trình biến đổi, ta thường chú ý đến các hằng đẳng thức.
	– Khi chứng minh BĐT ta thường tìm điều kiện để dấu đẳng thức xảy ra. Khi đó ta có thể tìm GTLN, GTNN của biểu thức.
Cho a, b, c, d, e Î R. Chứng minh các bất đẳng thức sau:
	a) 	b) 
	c) 	d) 
	e) 	f) 
	g) 	h) 
	i) với a, b, c > 0	
	k) với a, b, c ³ 0
	HD: a) Û 	b) Û 
	c) Û 	d) Û 
	e) Û 	f) Û 
	g) Û 
	h)Û 
	i) Û 
	k) Û 
Cho a, b, c Î R. Chứng minh các bất đẳng thức sau:
	a) ; với a, b ³ 0	b) 
	c) 	d) , với a, b, c > 0.
	e) ; với a, b ¹ 0.	f) ; với ab ³ 1.
	g) 	h) ; với ab > 0.
	HD: a) Û 	b) Û 
	c) Û 
	d) Sử dụng hằng đẳng thức .
	 BĐT Û .
	e) Û 	f) Û 
	g) Û 	h) Û .
Cho a, b, c, d Î R. Chứng minh rằng (1). Áp dụng chứng minh các bất đảng thức sau:
	a) 	b) 
	c) 
	HD: a) ; 	
	b) 
	c) 	
Cho a, b, c, d > 0. Chứng minh rằng nếu thì (1). Áp dụng chứng minh các bất đảng thức sau:
	a) 	b) 
	c) 
	HD: BĐT (1) Û (a – b)c < 0.
	 a) Sử dụng (1), ta được: , , .
	 Cộng các BĐT vế theo vế, ta được đpcm.
	b) Sử dụng tính chất phân số, ta có:	
	 Tương tự, 	
	Cộng các BĐT vế theo vế ta được đpcm.
	c) Chứng minh tương tự câu b). Ta có:	
	Cùng với 3 BĐT tương tự, ta suy ra đpcm. 
Cho a, b, c Î R. Chứng minh bất đẳng thức: (1). Áp dụng chứng minh các bất đảng thức sau:
	a) 	b) 
	c) 	d) 
	e) với a,b,c>0.	f) nếu 
	HD: Û .
	a) Khai triển, rút gọn, đưa về (1)	b, c) Vận dụng a)
	d) Sử dụng (1) hai lần	e) Bình phương 2 vế, sử dụng (1)
	f) Sử dụng d)
Cho a, b ³ 0 . Chứng minh bất đẳng thức: (1). Áp dụng chứng minh các bất đảng thức sau:
	a) ; 	với a, b, c > 0.
	b) ; 	với a, b, c > 0 và abc = 1.
	c) ; 	với a, b, c > 0 và abc = 1.
	d) ; 	với a, b, c ³ 0 .
	e*) ;	với ABC là một tam giác.
	HD: (1) Û .
	a) Từ (1) Þ Þ .
	 Cùng với 2 BĐT tương tự, cộng vế theo vế, ta suy ra đpcm.
	b, c) Sử dụng a).
	d) Từ (1) Û Û (2). 	
	 Từ đó: VT ³ 	.
	e) Ta có: 	.
	 Sử dụng (2) ta được: .
	Þ 
	Tương tự,	,	
	Cộng các BĐT vế theo vế ta được đpcm.	
Cho a, b, x, y Î R. Chứng minh bất đẳng thức sau (BĐT Min–cốp–xki): 
	(1)
	Áp dụng chứng minh các bất đảng thức sau:
	a) Cho a, b ³ 0 thoả . Chứng minh: 	.
	b) Tìm GTNN của biểu thức P = .
	c) Cho x, y, z > 0 thoả mãn . Chứng minh:
	.
	d) Cho x, y, z > 0 thoả mãn . Tìm GTNN của biểu thức:
	P = . 
	HD: Bình phương 2 vế ta được: (1) Û (*)
	· Nếu thì (*) hiển nhiên đúng.
	· Nếu thì bình phương 2 vế ta được: (*) Û (đúng).
	a) Sử dụng (1). Ta có: .
	b) Sử dụng (1). P ³ 
	 Chú ý: (với a, b > 0).
	c) Áp dụng (1) liên tiếp hai lần ta được:
	 ³ .
	 Chú ý: (với x, y, z > 0).
	d) Tương tự câu c). Ta có: P ³ .
Cho a, b, c là độ dài 3 cạnh của một tam giác. Chứng minh:
	a) 	
	b) 
	c) 	
	d) 
	HD: a) Sử dụng BĐT tam giác, ta có: .
	Cùng với 2 BĐT tương tự, cộng vế theo vế, ta suy ra đpcm.
	b) Ta có: .
	 Cùng với 2 BĐT tương tự, cộng vế theo vế, ta suy ra đpcm.
	c) Û .
	d) Û .
	a) 
VẤN ĐỀ 2: Chứng minh BĐT dựa vào BĐT Cô–si
1. Bất đẳng thức Cô–si:	
	+ Với a, b ³ 0, ta có:	.	Dấu "=" xảy ra Û a = b.	
	+ Với a, b, c ³ 0, ta có: . Dấu "=" xảy ra Û a = b = c.
2. Hệ quả: 	+ 	+ 	
3. Ứng dụng tìm GTLN, GTNN:	
	+ Nếu x, y > 0 có S = x + y không đổi thì P = xy lớn nhất Û x = y.
	+ Nếu x, y > 0 có P = x y không đổi thì S = x + y nhỏ nhất Û x = y.
Cho a, b, c ³ 0. Chứng minh các bất đẳng thức sau:
	a) 	b) 
	c) 	d) ; với a, b, c > 0.
	e) 
	f) ; với a, b, c > 0.
	g) ; với a, b, c > 0.
	HD: a) Þ đpcm.
	b) Þ đpcm.
	c) 	· 
	· 	· 
	Þ 
	d) , , Þđpcm
	e) VT ³ ³ .
	f) Vì nên . Tương tự: .
	Þ 
	(vì )
	g) VT = 
	 = ³ .
	 · Cách khác: Đặt x =b + c, y = c + a, z = a + b.	
	 Khi đó, VT = ³ .
Cho a, b, c > 0. Chứng minh các bất đẳng thức sau:
	a) 
	b) 	c) 
	HD: a) VT = .
	Chú ý: . Cùng với 2 BĐT tương tự ta suy ra đpcm.
	b) Û .
	Chú ý: . Cùng với 2 BĐT tương tự ta suy ra đpcm.
	c) Áp dụng b) ta có: .
	 Dễ chứng minh được: Þ đpcm.
Cho a, b > 0. Chứng minh (1). Áp dụng chứng minh các BĐT sau:
	a) ; với a, b, c > 0.
	b) ; với a, b, c > 0.
	c) Cho a, b, c > 0 thoả . Chứng minh: 
	d) ; với a, b, c > 0.
	e) Cho x, y, z > 0 thoả . Chứng minh: .
	f) Cho a, b, c là độ dài ba cạnh của một tam giác, p là nửa chu vi. Chứng minh rằng:
	.
	HD: (1) Û . Hiển nhiển suy từ BĐT Cô–si.
	a) Áp dụng (1) ba lần ta được: .
	 Cộng các BĐT vế theo vế ta được đpcm.
	b) Tương tự câu a).
	c) Áp dụng a) và b) ta được: .
	d) Theo (1): Û .
	 Cùng với các BĐT tương tự, cộng vế theo vế ta được đpcm.
	e) Áp dụng câu d) với a = x, b = 2y, c = 4z thì Þ đpcm.
	f) Nhận xét: (p –a) + (p – b) = 2p – (a + b) = c.
	 Áp dụng (1) ta được: .
	 Cùng với 2 BĐT tương tự, cộng vế theo vế, ta được đpcm.	
Cho a, b, c > 0. Chứng minh (1). Áp dụng chứng minh các BĐT sau:
	a) .
	b) Cho x, y, z > 0 thoả . Tìm GTLN của biểu thức: P = .
	c) Cho a, b, c > 0 thoả . Tìm GTNN của biểu thức:
	P = .
	d) Cho a, b, c > 0 thoả . Chứng minh: .
	e*) Cho tam giác ABC. Chứng minh: .
	HD: Ta có: (1) Û . Dễ dàng suy từ BĐT Cô–si.
	a) Áp dụng (1) ta được: .
	 Þ VT ³ 
	 Chú ý: .
	b) Để áp dụng (1), ta biến đổi P như sau:
	P = = 
	 Ta có: . Suy ra: P £ .
	 Chú ý: Bài toán trên có thể tổng quát như sau:
	Cho x, y, z > 0 thoả và k là hằng số dương cho trước. Tìm GTLN 	của biểu thức:	P = .
	c) Ta có: P ³ .
	d) VT ³ 
	= 
	³ 
	 Chú ý: .	
	e) Áp dụng (1): 
	³ .
	 Chú ý: .
Áp dụng BĐT Cô–si để tìm GTNN của các biểu thức sau:
	a) . 	b) . 
	c) . 	d) 
	e) 	f) 
	g) 	h) 
	HD: a) Miny = 6 khi x = 6	b) Miny = khi x = 3
	c) Miny = khi x = 	d) Miny = khi x = 
	e) Miny = khi 	f) Miny = khi x = 
	g) Miny = 8 khi x = 2	h) Miny = khi x = 
Áp dụng BĐT Cô–si để tìm GTLN của các biểu thức sau:
	a) 	b) 
	c) 	d) 
	e) 	f) 
	g) 
	HD: a) Maxy = 16 khi x = 1	b) Maxy = 9 khi x = 3
	c) Maxy = khi x = 	d) Maxy = khi x = 
	e) Maxy = 9 khi x = 1	f) Maxy = khi x = ()
	g) Ta có: Û Û 
	Þ Maxy = khi x = ±1.
	a) 
VẤN ĐỀ 3: Chứng minh BĐT dựa vào BĐT Bu–nhia–cốp–xki
1. Bất đẳng thức Bu–nhia–cốp–xki:	(B)
	· Với a, b, x, y Î R, ta có: . Dấu "=" xảy ra Û ay = bx.
	· Với a, b, c, x, y, z Î R, ta có: 
Hệ quả:
	· 	· 
Chứng minh các bất đẳng thức sau:
	a) , với 	b) , với 
	c) , với 	d) , với 
	e) , với 	f) 
	HD: a) Áp dụng BĐT (B) cho 4 số .
	b) Áp dụng BĐT (B) cho 4 số 	.
	c) Áp dụng BĐT (B) cho 4 số 	.
	d) Áp dụng BĐT (B) cho 4 số .
	e) Áp dụng BĐT (B) cho 4 số .
	f) Đặt a = x – 2y + 1, b = 2x – 4y + 5, ta có: 2a – b = –3 và BĐT Û .
	 Áp dụng BĐT (B) cho 4 số 2; –1; a; b ta được đpcm.
Chứng minh các bất đẳng thức sau:
	a) , với .	b) , với .
	c) , với .	d) , với .
	HD: a) Þ đpcm.
	b) 
	 Þ .
	c) Þ đpcm.
	d) Þ .
	 Þ 
Cho x, y, z là ba số dương và . Tìm giá trị lớn nhất của biểu thức:
	.
	HD: Áp dụng BĐT (B), ta có: 	P £ £ 
	Dấu "=" xảy ra Û Û . 
	Vậy Max P = khi .
Cho x, y, z là ba số dương và . Chứng minh rằng:
	HD: Áp dụng BĐT (B), ta có:
	 Þ 	(1)
	Tương tự ta có: 	(2),	 	(3)
	Từ (1), (2), (3) suy ra: 
	P ³ = 
	 ³ ³ .
	Dấu "=" xảy ra Û .
Cho a, b, c ³ thoả . Chứng minh:
	.
	HD: Áp dụng BĐT (B) cho 6 số: Þ (2).
	Chú ý: . Dấu "=" xảy ra Û x = y = z = 0. Từ đó Þ (1)	 
Cho x, y > 0. Tìm GTNN của các biểu thức sau:
	a) , với x + y = 1	b) , với 
	HD: a) Chú ý: A = . 
	 Áp dụng BĐT (B) với 4 số: ta được: 
	 Dấu "=" xảy ra Û . Vậy minA = khi .
	b) Chú ý: .
	 Áp dụng BĐT (B) với 4 số: ta được:
	 Þ .
	 Dấu "=" xảy ra Û . Vậy minB = 	.
Tìm GTLN của các biểu thức sau:
	a) , với mọi x, y thoả .
	HD: a) Chú ý: .
	 A £ £ . 
	Dấu "=" xảy ra Û .
Tìm GTLN, GTNN của các biểu thức sau:
	a) , với –2 £ x £ 7	b) , với 1 £ x £ 3
	c) , với 	d) , với .
	HD: a) · A £ . Dấu "=" xảy ra Û .
	 · A ³ . Dấu "=" xảy ra Û x = –2 hoặc x = 7.
	Þ maxA = khi ; 	minA = 3 khi x = –2 hoặc x = 7.
	b)· B £ . Dấu "=" xảy ra Û x = .
	 · B ³ ³ . Dấu "=" xảy ra Û x = 3.
	Þ maxB = khi x = ;	 minB = khi x = 3.
	c) Chú ý: . Từ đó: .
	 Þ 
	 Þ Þ .
	 Þ minC = khi ; 	maxC = khi .
	d) Chú ý: . Từ đó: .
	 Þ 
	 Þ Þ .
	 Þ minD = –7 khi ;	maxD = 3 khi .
	a)