Một số phương pháp sáng tác và giải các bài toán - Phương trình và hệ phương trình

M Ộ T S Ố P H Ư Ơ N G P H Á P S Á N G T Á C 
V À G I Ả I  C Á C B À I T O Á N 
P H Ư Ơ N G T R Ì N H V À H Ệ 
P H Ư Ơ N G T R Ì N H 
NGUYỄN TÀI CHUNG 
GVTHPT CHUYÊN HÙNG VƯƠNG, GIA LAI
Mục lục
Lời nói đầu 2
1 3
1.1 Một số phương pháp sáng tác và giải các bài toán về phương trình, hệ
phương trình . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.1 Xây dựng một số phương trình được giải bằng cách đưa về hệ
phương trình. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.2 Sử dụng công thức lượng giác để sáng tác các phương trình đa
thức bậc cao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.1.3 Sử dụng các đồng nhất thức đại số có xuất sứ từ các hàm lượng
giác hypebôlic để sáng tác các phương trình đa thức bậc cao. . . 14
1.1.4 Sáng tác một số phương trình đẳng cấp đối với hai biểu thức . . 17
1.1.5 Xây dựng phương trình từ các đẳng thức. . . . . . . . . . . . . 24
1.1.6 Xây dựng phương trình từ các hệ đối xứng loại II. . . . . . . . . 27
1.1.7 Xây dựng phương trình vô tỉ dựa vào tính đơn điệu của hàm số. 30
1.1.8 Xây dựng phương trình vô tỉ dựa vào các phương trình lượng giác. 35
1.1.9 Sử dụng căn bậc n của số phức để sáng tạo và giải hệ phương
trình. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
1.1.10 Sử dụng bất đẳng thức lượng giác trong tam giác để sáng tạo ra
các phương trình lượng giác hai ẩn và xây dựng thuật giải. . . . 47
1.1.11 Sử dụng hàm ngược để sáng tác một số phương trình, hệ phương
trình. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
1
Lời nói đầu
2
Chương 1
1.1 Một số phương pháp sáng tác và giải các bài toán về
phương trình, hệ phương trình
Như chúng ta đã biết phương trình, hệ phương trình có rất nhiều dạng và phương pháp
giải khác nhau. Người giáo viên ngoài nắm được các dạng phương trình và cách giải
chúng để hướng dẫn học sinh cần phải biết xây dựng lên các đề toán để làm tài liệu
cho việc giảng dạy. Bài viết này đưa ra một số phương pháp sáng tác, quy trình xây
dựng nên các phương trình, hệ phương trình. Qua các phương pháp sáng tác này ta
cũng rút ra được các phương pháp giải cho các dạng phương trình, hệ phương trình
tương ứng. Các quy trình xây dựng đề toán được trình bày thông qua những ví dụ,
các bài toán được đặt ngay sau các ví dụ đó. Đa số các bài toán được xây dựng đều
có lời giải hoặc hướng dẫn. Quan trọng hơn nữa là một số lưu ý sau lời giải sẽ giúp ta
giải thích được "vì sao lại nghĩ ra lời giải này".
1.1.1 Xây dựng một số phương trình được giải bằng cách đưa về hệ phương
trình.
Ví dụ 1. Xét hệ đối xứng loại hai{
x = 2− 3y2
y = 2− 3x2 ⇒ x = 2− 3
(
2− 3x2)2 .
Ta có bài toán sau
Bài toán 1 (THTT, số 250, tháng 04/1998). Giải phương trình
x+ 3
(
2− 3x2)2 = 2.
Giải. Đặt y = 2− 3x2. Ta có hệ{
x+ 3y2 = 2
y = 2− 3x2 ⇔
{
x = 2− 3y2 (1)
y = 2− 3x2 (2)
3
Nguyễn Tài Chung-Giáo Viên THPT Chuyên Hùng Vương-Gia Lai. CHƯƠNG 1.
Lấy (1) trừ (2) ta được
x− y = 3(x2 − y2)⇔
[
x− y = 0
3(x+ y) = 1
⇔
[
y = x
y =
1− 3x
3
.
• Với y = x, thay vào (1) ta được
3x2 + x− 2 = 0⇔ x ∈
{
−1, 2
3
}
.
• Với y = 1− 3x
3
, thay vào (2) ta được
1− 3x
3
= 2− 3x2 ⇔ 9x2 − 3x− 5 = 0⇔ x = 1±
√
21
6
.
Phương trình đã cho có bốn nghiệm
x = −1, x = 2
3
, x =
1−√21
6
, x =
1 +
√
21
6
.
Lưu ý. Từ lời giải trên ta thấy rằng nếu khai triển (2− 3x2)2 thì sẽ đưa phương trình
đã cho về phương trình đa thức bậc bốn, sau đó biến đổi thành
(x+ 1)(3x − 2)(9x2 − 3x − 5) = 0.
Vậy nếu khi xây dựng bài toán, ta cố ý làm cho phương trình không có nghiệm hữu
tỉ thì phương pháp khai triển đưa về phương trình bậc cao, sau đó phân tích đưa về
phương trình tích sẽ gặp nhiều khó khăn.
Ví dụ 2. Xét một phương trình bậc hai có cả hai nghiệm là số vô tỉ
5x2 − 2x − 1 = 0 ⇔ 2x = 5x2 − 1.
Do đó ta xét {
2y = 5x2 − 1
2x = 5y2 − 1 ⇒ 2x = 5
(
5x2 − 1
2
)2
− 1
Ta có bài toán sau
Bài toán 2. Giải phương trình 8x− 5 (5x2 − 1)2 = −8.
Giải. Đặt 2y = 5x2 − 1. Khi đó{
2y = 5x2 − 1
8x− 5.4y2 = −8 ⇔
{
2y = 5x2 − 1 (1)
2x = 5y2 − 1. (2)
4
Nguyễn Tài Chung-Giáo Viên THPT Chuyên Hùng Vương-Gia Lai. CHƯƠNG 1.
Lấy (1) trừ (2) theo vế ta được
2(y − x) = 5(x2 − y2)⇔
[
y − x = 0
2 = −5(x+ y) ⇔
[
y = x
y = −5x+ 2
5
.
• Với y = x, thay vào (1) ta được
5x2 − 2x− 1 = 0⇔ x = 1±
√
6
5
.
• Với y = −5x+ 2
5
, thay vào (1) ta được
−10x + 4
5
= 5x2 − 1 ⇔ 25x2 + 10x− 1 = 0⇔ x = −5±
√
50
25
.
Phương trình đã cho có bốn nghiệm
1±√6
5
,
−1±√2
5
.
Ví dụ 3. Xét một phương trình bậc ba
4x3 − 3x = −
√
3
2
⇔ 8x3 − 6x = −
√
3⇔ 6x = 8x3 −
√
3
Do đó ta xét {
6y = 8x3 −√3
6x = 8y3 −√3 ⇒ 6x = 8
(
8x3 −√3
6
)3
−
√
3
⇒ 1296x + 216
√
3 = 8
(
8x3 −
√
3
)3
⇒ 162x + 27
√
3 =
(
8x3 −
√
3
)3
.
Ta có bài toán sau
Bài toán 3. Giải phương trình 162x + 27
√
3 =
(
8x3 −√3)3 .
Giải. Đặt 6y = 8x3 −√3. Ta có hệ{
6y = 8x3 −√3
162x + 27
√
3 = 216y3
⇔
{
6y = 8x3 −√3 (1)
6x = 8y3 −√3 (2)
Lấy (1) trừ (2) theo vế ta được
6(y − x) = 8(x3 − y3)⇔ (x− y) [8 (x2 + xy + y2)+ 6] = 0. (3)
5
Nguyễn Tài Chung-Giáo Viên THPT Chuyên Hùng Vương-Gia Lai. CHƯƠNG 1.
Vì x2 + xy + y2 ≥ 0 nên 8 (x2 + xy + y2) + 6 > 0. Do đó từ (3) ta được x = y. Thay
vào (1) ta được
6x = 8x3 −
√
3⇔ 4x3 − 3x = −
√
3
2
⇔ 4x3 − 3x = cos 5pi
6
(4)
Sử dụng công thức cosα = 4cos3
α
3
− 3 cos α
3
, ta có
cos
5pi
6
= 4 cos3
5pi
18
− 3 cos 5pi
18
,
cos
17pi
6
= 4 cos3
17pi
18
− 3 cos 17pi
18
,
cos
7pi
6
= 4 cos3
7pi
18
− 3 cos 7pi
18
.
Vậy x = cos
5pi
18
, x = cos
17pi
18
, x = cos
7pi
18
là tất cả các nghiệm của phương trình (4)
và cũng là tất cả các nghiệm của phương trình đã cho.
Lưu ý. Phép đặt 6y = 8x3−√3 được tìm ra như sau : Ta đặt ay+ b = 8x3 −√3 (với
a, b sẽ tìm sau). Khi đó từ PT đã cho có hệ{
ay + b = 8x3 −√3
162x + 27
√
3 = a3y3 + 3a2by2 + 3ab2y + b3.
Cần chọn a và b sao cho

a
162
=
8
a3
=
b+
√
3
27
√
3− b3
3a2b = 3ab2 = 0
⇒
{
b = 0
a = 6.
Vậy ta có phép đặt 6y = 8x3 −√3.
Ví dụ 4. Ta sẽ xây dựng một phương trình vô tỉ có ít nhất một nghiệm theo ý muốn.
Xét x = 3. Khi đó
2x− 5 = 1⇒ (2x− 5)3 = 1 do x=3= x− 2.
Ta mong muốn có một phương trình chứa (ax+ b)3 và chứa 3
√
cx+ d, hơn nữa phương
trình này được giải bằng cách đưa về hệ "gần" đối xứng loại hai (nghĩa là khi trừ theo
vế hai phương trình của hệ ta có thừa số (x− y)). Vậy ta xét hệ{
(2y − 5)3 = x− 2
(2x− 5)3 = −x+ 2y − 2.
Nếu có phép đặt 2y − 5 = 3√x− 2, thì sau khi thay vào phương trình
(2x− 5)3 = −x+ 2y − 2
6
Nguyễn Tài Chung-Giáo Viên THPT Chuyên Hùng Vương-Gia Lai. CHƯƠNG 1.
ta được
8x3 − 60x2 + 150x − 125 = −x+ 3√x− 2 + 5− 2.
Ta có bài toán sau
Bài toán 4. Giải phương trình
3
√
x− 2 = 8x3 − 60x2 + 151x − 128.
Giải.
Cách 1. Tập xác định R. Phương trình viết lại
3
√
x− 2 = (2x− 5)3 + x− 3. (1)
Đặt 2y − 5 = 3√x− 2. Kết hợp với (1) ta có hệ{
(2y − 5)3 = x− 2 (2)
(2x− 5)3 = −x+ 2y − 2 (3)
Lấy (3) trừ (2) theo vế ta được
2 (x− y) [(2x− 5)2 + (2x− 5) (2y − 5) + (2y − 5)2] = 2(y − x)
⇔
[
x− y = 0 (4)
(2x − 5)2 + (2x− 5) (2y − 5) + (2y − 5)2 + 1 = 0. (5)
• Ta có (4)⇔ y = x. Thay vào (2) ta được
(2x− 5)3 = x− 2 ⇔ 8x3 − 60x2 + 149x − 123 = 0
⇔ (x− 3)(8x2 − 36x + 41) = 0⇔ x = 3.
• Do A2 + AB +B2 =
(
A+
B
2
)2
+
3B2
4
≥ 0 nên (5) không thể xảy ra.
Phương trình có nghiệm duy nhất x = 3.
Do phương trình có nghiệm duy nhất x = 3 nên ta nghĩ đến phương pháp sử dụng tính
đơn điệu của hàm số như sau
Cách 2. Tập xác định R. Đặt y = 3
√
x− 2. Ta có hệ{
8x3 − 60x2 + 151x − 128 = y
x = y3 + 2
Cộng vế theo vế hai phương trình của hệ ta được
8x3 − 60x2 + 152x − 128 = y3 + y + 2
⇔8x3 − 60x2 + 150x − 125 + 2x− 5 = y3 + y
7
Nguyễn Tài Chung-Giáo Viên THPT Chuyên Hùng Vương-Gia Lai. CHƯƠNG 1.
⇔(2x− 5)3 + (2x− 5) = y3 + y. (*)
Xét hàm số f(t) = t3 + t. Vì f ′(t) = 3t2 + 1 > 0, ∀t ∈ R nên hàm f đồng biến trên R.
Do đó (∗) viết lại
f(2x − 5) = f(y)⇔ 2x− 5 = y.
Bởi vậy
(2x− 5) = 3√x− 2⇔ (2x− 5)3 = x− 2
⇔8x3 − 60x2 + 149x − 123 = 0
⇔(x− 3)(8x2 − 36x + 41) = 0⇔ x = 3.
Phương trình có nghiệm duy nhất x = 3.
Ví dụ 5. Xét một phương trình bậc ba nào đó, chẳng hạn xét 4x3 + 3x = 2. Phương
trình này tương đương
8x3 + 6x = 4⇔ 8x3 = 4− 6x⇔ 2x = 3√4− 6x.
Ta "lồng ghép" phương trình cuối vào một hàm đơn điệu như sau
(2x3) + 2x = 3
√
4− 6x+ 4− 6x⇔ 8x3 + 8x− 4 = 3√4− 6x.
Ta được bài toán sau
Bài toán 5. Giải phương trình
8x3 + 8x− 4 = 3√4− 6x.
Giải. Tập xác định của phương trình là R.
Cách 1. Phương trình đã cho tương đương
(2x)3 + 2x = 3
√
4− 6x+ 4− 6x. (1)
Xét hàm số f(t) = t3 + t, ∀t ∈ R. Vì f ′(t) = 3t2 + 1 > 0, ∀t ∈ R nên hàm số f(t) đồng
biến trên R. Mà PT (1) viết lại f
(
3
√
4− 6x) = f(2x) nên nó tương đương
3
√
4− 6x = 2x⇔ 8x3 + 6x = 4⇔ 4x3 + 3x = 2. (2)
Vì hàm số g(x) = 4x3 + 3x có g′(x) = 12x2 + 3 > 0, ∀x ∈ R nên PT (2) có không quá
một nghiệm. Xét
2 =
1
2
(
α3 − 1
α3
)
⇔ (α3)2 − 4α3 − 1 ⇔ α3 = 2±
√
5.
8
Nguyễn Tài Chung-Giáo Viên THPT Chuyên Hùng Vương-Gia Lai. CHƯƠNG 1.
Do đó, nếu đặt α = 3
√
2 +
√
5 thì 2 =
1
2
(
α3 − 1
α3
)
. Ta có
1
2
(
α3 − 1
α3
)
= 3
[
1
2
(
α− 1
α
)]
+ 4
[
1
2
(
α− 1
α
)]
3
.
Vậy x =
1
2
(
α− 1
α
)
=
1
2
(
3
√
2 +
√
5 +
3
√
2−√5
)
là nghiệm duy nhất của PT (2) và
cũng là nghiệm duy nhất của phương trình đã cho.
Cách 2. Phương trình viết lại
(2x)3 = 3
√−6x+ 4− 8x+ 4.
Đặt 2y = 3
√
4− 6x. Ta có hệ{
8y3 = 4− 6x
8x3 + 8x− 4 = 2y ⇔
{
8y3 = −6x+ 4 (a)
8x3 = 2y + 4− 8x. (b)
Lấy PT (b) trừ PT (a) theo vế ta được
8(x3 − y3) = 2(y − x)⇔ (x− y)[4(x2 + xy + y2) + 1] = 0⇔ y = x.
Thay y = x vào (a) ta được
8x3 = −6x+ 4⇔ 4x3 + 3x = 2.
Đến đây làm giống cách 1.
Bài toán 6 (Chọn đội tuyển tp Hồ Chí Minh dự thi quốc gia năm học
2002-2003). Giải phương trình
3
√
3x − 5 = 8x3 − 36x2 + 53x − 25.
Giải. Tập xác định R. Phương trình viết lại
3
√
3x− 5 = (2x− 3)3 − x+ 2. (1)
Đặt 2y − 3 = 3√3x− 5. Kết hợp với (1) ta có hệ{
(2y − 3)3 = 3x− 5 (2)
(2x− 3)3 = x+ 2y − 5 (3)
Lấy (3) trừ (2) theo vế ta được
2 (x− y) [(2x− 3)2 + (2x− 3) (2y − 3) + (2y − 3)2] = 2(y − x)
9
Nguyễn Tài Chung-Giáo Viên THPT Chuyên Hùng Vương-Gia Lai. CHƯƠNG 1.
⇔
[
x− y = 0 (4)
(2x − 3)2 + (2x− 3) (2y − 3) + (2y − 3)2 + 1 = 0. (5)
• Ta có (4)⇔ y = x. Thay vào (2) ta được
(2x− 3)3 = 3x− 5⇔ 8x3 − 36x2 + 54x − 27 = 3x− 5
⇔ (x− 2)(8x2 − 20x + 11) = 0⇔

 x = 2
x =
5±√3
4
.
• Do A2 + AB +B2 =
(
A+
B
2
)2
+
3B2
4
≥ 0 nên (5) không thể xảy ra.
Phương trình có ba nghiệm x = 2, x =
5±√3
4
.
Bài toán 7 (Đề nghị OLYMPIC 30/04/2006). Giải phương trình
3
√
6x+ 1 = 8x3 − 4x− 1.
Giải. Tập xác định của phương trình là R. Đặt 3
√
6x+ 1 = 2y. Ta có hệ{
8x3 − 4x− 1 = 2y
6x+ 1 = 8y3
⇔
{
8x3 = 4x+ 2y + 1 (1)
8y3 = 6x+ 1. (2)
Lấy (1) trừ (2) theo vế ta được
8(x3 − y3) = 2(y − x)⇔ (x− y)[4(x2 + xy + y2) + 1] = 0⇔ y = x.
Thay y = x vào (2) ta được
8x3 − 6x = 1⇔ 4x3 − 3x = cos pi
3
. (3)
Sử dụng công thức cosα = 4cos3
α
3
− 3 cos α
3
, ta có
cos
pi
3
= 4 cos3
pi
9
− 3 cos pi
9
,
cos
7pi
3
= 4 cos3
7pi
9
− 3 cos 7pi
9
,
cos
5pi
3
= 4 cos3
5pi
9
− 3 cos 5pi
9
.
Vậy x = cos
pi
9
, x = cos
5pi
9
, x = cos
7pi
9
là tất cả các nghiệm của phương trình (3) và
cũng là tất cả các nghiệm của phương trình đã cho.
Lưu ý. Ta còn có thể giải cách khác như sau : Phương trình viết lại
6x+ 1 + 3
√
6x+ 1 = (2x)3 + 2x. (3)
10
Nguyễn Tài Chung-Giáo Viên THPT Chuyên Hùng Vương-Gia Lai. CHƯƠNG 1.
Xét hàm số f(t) = t3 + t, ∀t ∈ R. Vì f ′(t) = 3t2 + 1 > 0, ∀t ∈ R nên hàm số f(t) đồng
biến trên R. Mà PT (2) viết lại f
(
3
√
6x+ 1
)
= f(2x) nên nó tương đương
3
√
6x+ 1 = 2x⇔ 8x3 − 6x = 1⇔ 4x3 − 3x = 1
2
.
1.1.2 Sử dụng công thức lượng giác để sáng tác các phương trình đa thức
bậc cao.
Ví dụ 6. Từ công thức
cos 6α = 32 cos6 α − 48 cos4 α+ 18 cos2 α− 1,
lấy cosα = x ta được
cos 6α = 32x6 − 48x4 + 18x2 − 1.
Chọn α =
pi
3
ta được
32x6 − 48x4 + 18x2 − 1 = 1
2
.
Ta có bài toán sau
Bài toán 8 (Đề nghị OLYMPIC 30/04/2009). Giải phương trình
64x6 − 96x4 + 36x2 − 3 = 0.
Giải. Ta có
cos 6α = 2cos2 3α − 1 = 2 (4 cos3 α − 3 cosα)2 − 1
= 32 cos6 α− 48 cos4 α + 18 cos2 α − 1. (1)
Phương trình đã cho tương đương
32x6 − 48x4 + 18x2 − 1 = 1
2
⇔ 32x6 − 48x4 + 18x2 − 1 = cos pi
3
. (2)
Từ công thức (1) suy ra (2) có 6 nghiệm là
x = cos
(
pi
3.6
+
k2pi
6
)
, k = 0, 1, 2, 3, 4, 5.
Ví dụ 7. Từ công thức
cos 5α = 16 cos5 α− 20 cos3 α + 5cosα,
11
Nguyễn Tài Chung-Giáo Viên THPT Chuyên Hùng Vương-Gia Lai. CHƯƠNG 1.
Đặt cosα =
x
2
√
3
ta được
cos 5α =
16x5
288
√
3
− 20x
3
24
√
3
+
5x
2
√
3
=
x5
18
√
3
− 5x
3
6
√
3
+
5x
2
√
3
=
x5 − 15x3 + 45x
18
√
3
.
Chọn 5α =
pi
6
ta được
√
3
2
=
x5 − 15x3 + 45x
18
√
3
⇔ x5 − 15x3 + 45x − 27 = 0.
Ta có bài toán sau
Bài toán 9. Giải phương trình x5 − 15x3 + 45x − 27 = 0.
Giải. Tập xác định R. Đặt x = 2
√
3t, thay vào phương trình đã cho ta được
288
√
3t5 − 360
√
3t3 + 90
√
3t− 27 = 0
⇔ 2 (16t5 − 20t3 + 5t) = √3⇔ 16t5 − 20t3 + 5t = cos pi
6
. (1)
Mặt khác ta có
cos 5α+ cosα = 2cos 3α cos 2α
⇔ cos 5α = 2 (4 cos3 α − 3 cosα) (2 cos2 α − 1)− cosα
⇔ cos 5α = 2 (8 cos5 α − 10 cos3 α + 3cosα)− cosα
⇔ cos 5α = 16 cos5 α − 20 cos3 α+ 5cos α. (2)
Từ công thức (2) suy ra (1) có 5 nghiệm là
t = cos
(
pi
6.5
+
k2pi
5
)
, k = 0, 1, 2, 3, 4.
Phương trình đã cho có 5 nghiệm là
x = 2
√
3 cos
(
pi
30
+
k2pi
5
)
, k = 0, 1, 2, 3, 4.
Lưu ý. Trong lời giải trên, phép đặt x = 2
√
3t được tìm ra như sau : Do công thức
cos 5α = 16 cos5 α− 20 cos3 α + 5cosα,
12
Nguyễn Tài Chung-Giáo Viên THPT Chuyên Hùng Vương-Gia Lai. CHƯƠNG 1.
nên ta đặt x = at, với a sẽ tìm sau. Thay x = at vào phương trình đã cho ta được
a5t5 − 15a3t3 + 45at− 27 = 0.
Ta tìm a thoả mãn điều kiện
a5
16
=
−15a3
−20 =
45a
5
⇒ a
4
16
=
3a2
4
= 9⇒ a = ±2
√
3.
Vậy ta có phép đặt x = 2
√
3t.
Ví dụ 8. Từ công thức
sin 5α = 16 sin5 α− 20 sin3 α+ 5 sinα,
lấy sinα = 2x ta được
sin 5α = 512x5 − 160x3 + 10x.
Chọn 5α =
pi
3
, ta có
√
3
2
= 512x5 − 160x3 + 10x⇔ 1024x5 − 320x3 + 20x −
√
3 = 0.
Ta được bài toán sau
Bài toán 10. Giải phương trình
1024x5 − 320x3 + 20x−
√
3 = 0.
Giải. Đặt x =
t
2
, thay vào phương trình đã cho ta được
32t5 − 40t + 10 =
√
3⇔ 16t5 − 20t3 + 5t = sin pi
3
. (1)
Ta có
sin 5α + sinα = 2 sin 3α cos 2α
⇔ sin 5α = 2 (3 sinα − 4 sin3 α) (1− 2 sin2 α)− sinα
⇔ sin 5α = 2 (8 sin5 α − 10 sin3 α + 3 sinα)− sinα
⇔ sin 5α = 16 sin5 α− 20 sin3 α + 5 sinα. (2)
Từ công thức (2) suy ra (1) có 5 nghiệm là
t = sin
(
pi
3.5
+
k2pi
5
)
, k = 0, 1, 2, 3, 4.
Phương trình đã cho có 5 nghiệm là
x =
1
2
sin
(
pi
15
+
k2pi
5
)
, k = 0, 1, 2, 3, 4.
13
Nguyễn Tài Chung-Giáo Viên THPT Chuyên Hùng Vương-Gia Lai. CHƯƠNG 1.
1.1.3 Sử dụng các đồng nhất thức đại số có xuất sứ từ các hàm lượng giác
hypebôlic để sáng tác các phương trình đa thức bậc cao.
Sử dụng các đồng nhất thức đại số có xuất sứ từ các hàm lượng giác hypebôlic ta có
thể sáng tác được một số phương trình đa thức bậc cao có cách giải đặc thù.
Ví dụ 9. Xét đồng nhất thức
1
2
(
a5 − 1
a5
)
= 2
(
4m3 + 3m
) (
1 + 2m2
)−m = 16m5 + 20m3 + 5m,
trong đó m =
1
2
(
a− 1
a
)
. Đặt m =
x
2
√
2
, khi đó
1
2
(
a5 − 1
a5
)
=
16x5
128
√
2
+
20x3
16
√
2
+
5x
2
√
2
=
x5
8
√
2
+
10x3
8
√
2
+
20x
8
√
2
.
Lấy
1
2
(
a5 − 1
a5
)
=
9
4
√
2
, ta được bài toán sau
Bài toán 11. Giải phương trình
x5 + 10x3 + 20x− 18 = 0.
Giải. Ta thấy rằng
x =
√
2
(
a− 1
a
)
⇔
√
2a2 − xa−
√
2 = 0⇔ a = x±
√
x2 + 8
2
√
2
.
Do đó ta có quyền đặt x =
√
2
(
a− 1
a
)
. Khi đó
x5 = 4
√
2
(
a5 − 5a3 + 10a− 10
a
+
5
a3
− 1
a5
)
10x3 = 20
√
2
(
a3 − 3a + 3
a
− 1
a3
)
20x = 20
√
2
(
a− 1
a
)
.
Thay vào phương trình đã cho ta được
4
√
2
(
a5 − 1
a5
)
− 18 = 0 ⇔ 4
√
2(a5)2 − 18a5 − 4
√
2 = 0
14
Nguyễn Tài Chung-Giáo Viên THPT Chuyên Hùng Vương-Gia Lai. CHƯƠNG 1.
⇔


a5 =
9 +
√
113
4
√
2
a5 =
9−√113
4
√
2
= − 4
√
2
9 +
√
113
.
Phương trình đã cho có nghiệm duy nhất
x =
√
2

 5
√
9 +
√
113
4
√
2
− 5
√
4
√
2
9 +
√
113

 .
Lưu ý. Trong lời giải trên, phép đặt x =
√
2
(
a− 1
a
)
được tìm ra như sau : Do công
thức
1
2
(
a5 − 1
a5
)
= 2
(
4m3 + 3m
) (
1 + 2m2
)−m = 16m5 + 20m3 + 5m,
trong đó m =
1
2
(
a− 1
a
)
. nên ta đặt x = pm, với p sẽ tìm sau. Thay x = pm vào
phương trình đã cho ta được
p5m5 + 10p3m3 + 20pm − 18 = 0.
Ta tìm p thoả mãn điều kiện

10
p2
=
20
16
20
p4
=
5
16
⇒ p2 = 8 ⇒ p = 2
√
2.
Vậy ta có phép đặt x =
√
2
(
a− 1
a
)
.
Ví dụ 10. Từ đồng nhất thức
1
2
(
a5 +
1
a5
)
= −m+ 2(4m3 − 3m)(2m2 − 1) = 16m5 − 20m3 + 5m,
trong đó m =
1
2
(
a+
1
a
)
. Lấy m = x ta được
1
2
(
a5 +
1
a5
)
= 16x5 − 20x3 + 5x.
Lấy
1
2
(
a5 +
1
a5
)
= −7 ta được phương trình
16x5 − 20x3 + 5x + 7 = 0.
15
Nguyễn Tài Chung-Giáo Viên THPT Chuyên Hùng Vương-Gia Lai. CHƯƠNG 1.
Từ phương trình này ta được phương trình
(x− 1)(16x5 − 20x3 + 5x+ 7) = 0.
Vậy ta có bài toán sau
Bài toán 12 (Đề nghị OLYMPIC 30/04/2008). Giải phương trình
16x6 − 16x5 − 20x4 + 20x3 + 5x2 + 2x− 7 = 0. (1)
Giải. Ta có
(1)⇔
[
x = 1
16x5 − 20x3 + 5x+ 7 = 0 ⇔
[
x = 1
16x5 − 20x3 + 5x = −7 (2)
Tiếp theo ta giải phương trình (2).
• Nếu |x| ≤ 1 thì đặt x = cos t, với t ∈ [0; pi]. Thay vào (2) ta được
6 cos5 t− 20 cos3 t+ 5cos t = −7⇔ cos 5t = −7 (vô nghiệm).
• Nếu |x| > 1 thì xét phương trình
x =
1
2
(
a +
1
a
)
⇔ a2 − 2xa + 1 = 0. (3)
Vì |x| > 1 nên ∆′ = x2 − 1 > 0, suy ra (3) luôn có hai nghiệm phân biệt a1 và a2 (giả
sử a1 < a2). Đặt f(a) = a2 − 2xa+ 1.
Nếu x > 1 thì f(1) = 2− 2x = 2(1− x) 0. Mà a1a2 = 1 nên suy ra
0 < a1 < 1 < a2.
Nếu x 0. Mà a1a2 = 1 nên suy
ra a1 < −1 < a2 < 0.
Vậy (3) có nghiệm a duy nhất thoả |a| > 1. Tóm lại khi |x| > 1 thì có duy nhất số
thực a thoả mãn |a| > 1 và x = 1
2
(
a+
1
a
)
. Ta có
16x5 = 16
[
1
2
(
a +
1
a
)]5
=
1
2
(
a5 + 5a3 + 10a +
10
a
+
5
a3
+
1
a5
)
(3)
20x3 = 20
[
1
2
(
a +
1
a
)]3
=
5
2
(
a3 + 3a +
3
a
+
1
a3
)
(4)
5x =
5
2
(
a+
1
a
)
. (5)
Suy ra
16x5 − 20x3 + 5x = 1
2
(
a5 +
1
a5
)
. (6)
16
Nguyễn Tài Chung-Giáo Viên THPT Chuyên Hùng Vương-Gia Lai. CHƯƠNG 1.
Từ (6) và (2) ta có
1
2
(
a5 +
1
a5
)
= −7⇔ (a5)2 + 14a5 + 1 = 0
⇔
[
a5 = −7−√48
a5 = −7 +√48 ⇔
[
a =
5
√
−7−√48
a =
5
√
−7 +√48.
Vậy (2) có nghiệm duy nhất x =
1
2
(
5
√
−7−√48 + 5
√
−7 +√48
)
. Do đó phương trình
đã cho có hai nghiệm
x = 1, x =
1
2
(
5
√
−7−
√
48 +
5
√
−7 +
√
48
)
.
1.1.4 Sáng tác một số phương trình đẳng cấp đối với hai biểu thức
Ta biết rằng nếu một phương trình đẳng cấp bậc k đối với hai biểu thức P (x) và Q(x)
thì được giải bằng cách chia cả hai vế cho [P (x)]k (hoặc [Q(x)]k), sau đó đặt t =
P (x)
Q(x)
(hoặc t =
Q(x)
P (x)
), đưa về phương trình đa thức bậc k theo t. Vận dụng điều này ta có
một phương pháp đơn giản để tạo ra nhiều phương trình thú vị.
Ví dụ 11. Xét một phương trình bậc hai
7t2 + 13t− 2 = 0.
Lấy t =
x− 1
x2 + x+ 1
ta được
7.
(
x− 1
x2 + x+ 1
)2
+ 13.
x− 1
x2 + x+ 1
− 2 = 0.
Quy đồng bỏ mẫu ta được bài toán sau
Bài toán 13 (Đề nghị OLYMPIC 30/04/2009). Giải phương trình
2(x2 + x+ 1)2 − 7(x− 1)2 = 13(x3 − 1).
Giải. Tập xác định R. Do x2 + x + 1 > 0 nên chia cả hai vế phương trình cho
(x2 + x+ 1)2 > 0 ta được
2− 7.
(
x− 1
x2 + x+ 1
)2
= 13.
x− 1
x2 + x+ 1
.
17
Nguyễn Tài Chung-Giáo Viên THPT Chuyên Hùng Vương-Gia Lai. CHƯƠNG 1.
Đặt t =
x− 1
x2 + x+ 1
. Khi đó
2− 7t2 = 13t⇔ 7t2 + 13t − 2 = 0⇔
[
t = −2
t =
1
7
.
• Khi t = −2 ta được
x− 1
x2 + x+ 1
= −2⇔ 2x2 + 3x+ 1 = 0⇔
[
x = −1
x = −1
2
.
• Khi t = 1
7
ta được
x− 1
x2 + x+ 1
=
1
7
⇔ x2 − 6x + 8 = 0⇔
[
x = 2
x = 4.
Phương trình đã cho có bốn nghiệm x = −1, x = −1
2
, x = 2, x = 4.
Lưu ý. Phương trình này có nhiều hơn một nghiệm, và các nghiệm của phương trình
này đều là số nguyên và số hữu tỉ, do đó ta có thể giải nhanh chóng bằng cách khai
triển đưa về phương trình bậc bốn, sau đó nhẩm nghiệm, đưa về phương trình tích.
Ví dụ 12. Xét một phương trình bậc hai có nghiệm
2t2 − 7t+ 3 = 0.
Lấy t =
√
x2 + x+ 1
x− 1 ta được
2
x2 + x+ 1
x− 1 − 7
√
x2 + x+ 1
x− 1 + 3 = 0.
Quy đồng bỏ mẫu ta được
2(x2 + x+ 1) + 3(x− 1) = 7
√
(x− 1)(x2 + x+ 1).
Ta có bài toán sau
Bài toán 14 (Đề nghị OLYPIC 30/04/2007). Giải phương trình
2x2 + 5x− 1 = 7
√
x3 − 1. (1)
Đáp số. x = 4±√6.
Giải. Điều kiện x ≥ 1.
(1)⇔ 3(x− 1) + 2(x2 + x+ 1) = 7
√
(x− 1)(x2 + x+ 1). (2)
18
Nguyễn Tài Chung-Giáo Viên THPT Chuyên Hùng Vương-Gia Lai. CHƯƠNG 1.
Vì x = 1 không phải là nghiệm nên chia cả hai vế của (2) cho x− 1 > 0 ta được
3 + 2
x2 + x+ 1
x− 1 = 7
√
x2 + x+ 1
x− 1 . (3)
Đặt t =
√
x2 + x+ 1
x− 1 ⇒ x
2 + (1− t2)x+ 1 + t2 = 0. Điều kiện của t là{
t ≥ 0
∆x = t
4 − 6t2 − 3 ≥ 0 ⇔ t ≥
√
3 + 2
√
3.
Phương trình (3) trở thành 2t2 − 7t+ 3 = 0 ⇔ t ∈
{
3,
1
2
}
. Kết hợp với điều kiện của
t ta được t = 3. Vậy√
x2 + x+ 1
x− 1 = 3⇔ 9x− 9 = x
2 + x+ 1⇔ x2 − 8x+ 10 = 0⇔ x = 4±
√
6.
Kết hợp với điều kiện ta được x = 4±√6 là tất cả các nghiệm của phương trình (1).
Lưu ý. Gọi Q(x) = x− 1, P (x) = x2+x+1. Mấu chốt của lời giải là phân tích vế trái
của PT (1) thành
V T = 2P (x) + 3Q(x).
Tinh ý ta sẽ thấy 2 là hệ số của x2 trong vế trái của (1). Cũng từ đó suy ra 3. Tuy
nhiên dễ dàng tìm được các số 2 và 3 bằng phương pháp hệ số bất định
2x2 + 5x − 1 = p(x2 + x+ 1) + q(x− 1)
⇔ 2x2 + 5x− 1 = px2 + (p+ q)x+ p− q.
Đồng nhất hệ số ta được 

p = 2
p + q = 5
p− q = −1
⇔
{
p = 2
q = 3.
Ví dụ 13. Xét x = 2. Khi đó
(x2 + 2x+ 2) = 10, x+ 1 = 3,
3(x2 + 2x+ 2) − 8(x + 1) = 6,
(x+ 1)(x2 + 2x+ 2) = 30,
(x+ 1)(x2 + 2x+ 2) = x3 + 3x2 + 4x+ 2.
Vậy với x = 2 thì
3(x2 + 2x+ 2) − 8(x+ 1) =
√
30.
6√
30
=
6√
30
√
x3 + 3x2 + 4x+ 2
Ta có bài toán sau
19
Nguyễn Tài Chung-Giáo Viên THPT Chuyên Hùng Vương-Gia Lai. CHƯƠNG 1.
Bài toán 15. Giải phương trình
3x2 − 2x− 2 = 6√
30
√
x3 + 3x2 + 4x+ 2
Giải. Điều kiện
x3 + 3x2 + 4x+ 2 ≥ 0⇔ (x+ 1)(x2 + 2x+ 2) ⇔ x ≥ −1.
Phương trình đã cho viết lại
3(x2 + 2x+ 2) − 8(x + 1) = 6√
30
√
(x+ 1)(x2 + 2x+ 2). (1)
Dễ thấy x = −1 không là nghiệm của (1).
Tiếp theo xét x 6= −1. Chia cả hai vế của (1) cho x+ 1 > 0 ta được
3.
x2 + 2x+ 2
x+ 1
− 8 = 6√
30
√
x2 + 2x+ 2
x+ 1
. (2)
Đặt t =
√
x2 + 2x+ 2
x+ 1
> 0. Khi đó
3t2 − 8 = 6√
30
t⇔ 3t2 − 6√
30
t− 8 = 0 ⇔ 3
√
30t2 − 6t− 8
√
30 = 0. (3)
Nhận xét rằng t là nghiệm dương của phương trình (3), hay
√
10
3
. Vậy
√
x2 + 2x+ 2
x+ 1
=
√
10
3
⇔ 3x2 + 6x+ 6 = 10x + 10 ⇔
[
x = 2
x = −2
3
.
Kết hợp với điều kiện ta thấy x = 2 là nghiệm duy nhất của phương trình đã cho.
Bài toán 16. Giải phương trình
x2 − 3x+ 1 = −
√
3
3
√
x4 + x2 + 1. (1)
Giải. Tập xác định R. Vì
x4 + x2 + 1 = (x2 + 1)2 − x2 = (x2 + x+ 1)(x2 − x+ 1)
nên
(1)⇔ 2(x2 − x+ 1) − (x2 + x+ 1) = −
√
3
3
√
(x2 + x+ 1)(x2 − x+ 1)
20
Nguyễn Tài Chung-Giáo Viên THPT Chuyên Hùng Vương-Gia Lai. CHƯƠNG 1.
⇔ 2x
2 − x+ 1
x2 + x+ 1
− 1 = −
√
3
3
√
x2 − x+ 1
x2 + x+ 1
.
Đặt t =
√
x2 − x+ 1
x2 + x+ 1
> 0. Khi đó
2t2 − 1 +
√
3
3
t = 0⇔ 2
√
3t2 + t−
√
3 = 0⇔

 t =
1√
3
t = − 3
2
√
3
(loại)
Vậy √
x2 − x+ 1
x2 + x+ 1
=
1√
3
⇔ 2x2 − 4x+ 2 = 0⇔ x = 1.
Phương trình đã cho có nghiệm duy nhất x = 1.
Bài toán 17. Giải phương trình 2(x2 − 3x+ 2) = 3√x3 + 8.
Giải. Điều kiện : x > −3. Phương trình tương đương
2(x2 − 2x+ 4)− 2(x+ 2) = 3
√
(x+ 2)(x2 − 2x+ 4)
⇔ 2− 2. x+ 2
x2 − 2x+ 4 = 3
√
x+ 2
x2 − 2x+ 4 .
Đặt t =
√
x+ 2
x2 − 2x+ 4 ≥ 0. Khi đó
2− 2t2 = 3t⇔ 2t2 + 3t− 2 = 0 ⇔
[
t =
1
2
t = −2 (loại).
Vậy √
x+ 2
x2 − 2x+ 4 =
1
2
⇔ x2 − 6x− 4 = 0 ⇔
[
x = 3−√13
x = 3 +
√
13.
Phương trình đã cho có hai nghiệm x = 3−√13 và x = 3 +√13.
Bài toán 18 (Đề nghị OLYMPIC 30/04/2009). Giải phương trình
√
x2 + x− 6 + 3√x− 1−
√
3x2 − 6x+ 19 = 0.
Giải. Điều kiện


x2 + x− 6 ≥ 0
x− 1 ≥ 0
3x2 − 6x + 19 ≥ 0
⇔ x ≥ 2. Phương trình tương đương
√
x2 + x− 6 + 3√x− 1 =
√
3x2 − 6x+ 19
21
Nguyễn Tài Chung-Giáo Viên THPT Chuyên Hùng Vương-Gia Lai. CHƯƠNG 1.
⇔x2 + x− 6 + 6
√
(x2 + x− 6)(x− 1) + 9x − 9 = 3x2 − 6x+ 19
⇔3
√
(x− 2)(x+ 3)(x− 1) = x2 − 8x+ 17
⇔3
√
(x2 + 2x− 3)(x− 2) = (x2 + 2x− 3) − 10(x − 2) (1)
⇔3
√
x2 + 2x− 3
x− 2 =
x2 + 2x − 3
x− 2 − 10. (2)
(Do x = 2 không là nghiệm của (2)). Đặt t =
√
x2 + 2x− 3
x− 2 ≥ 0. Thay vào (2) ta được
3t = t2 − 10 ⇔ t2 − 3t− 10 = 0⇔
[
t = −2 (loại)
t = 5.
Vậy √
x2 + 2x− 3
x− 2 = 5⇔ x
2 − 23x + 47 = 0⇔ x = 23±
√
341
2
.
Kết hợp với điều kiện ta thấy phương trình đã cho có hai nghiệm x =
23±√341
2
.
Bài toán 19. Giải phương