Lý thuyết Dấu của tam thức bậc hai - Toán 10 Kết nối tri thức

Lý thuyết Toán 10 Bài 17: Dấu của tam thức bậc hai - Kết nối tri thức

A. Lý thuyết Dấu của tam thức bậc hai

1. Dấu của tam thức bậc hai

Tam thức bậc hai (đối với x) là biểu thức có dạng ax² + bx + c, trong đó a, b, c là những số thực cho trước (với a ≠ 0), được gọi là các hệ số của tam thức bậc hai.

Chú ý : Nghiệm của phương trình bậc hai ax² + bx + c = 0 cũng là nghiệm của tam thức bậc hai ax² + bx + c.

Ví dụ : Trong các biểu thức sau, biểu thức nào là tam thức bậc hai và tìm nghiệm của tam thức bậc hai đó.

a) A = x² + 6x + 10;

b) B = 2x³ + x;

c) C = $\sqrt{x}$ + 2x + 1.

Hướng dẫn giải

a) Biểu thức A = x² + 6x + 10 có dạng tam thức bậc hai với a = 1; b = 6 ; c = 10.

Nghiệm của tam thức bậc hai x² + 6x + 10 cũng chính là nghiệm của phương trình x² + 6x + 10 = 0.

Xét phương trình x² + 6x + 10 = 0 có ∆ = 6² – 4.1.10 = –4 < 0

Suy ra phương trình x² + 6x + 10 = 0 vô nghiệm.

Vậy tam thức bậc hai x² + 6x + 10 vô nghiệm.

b) Đa thức 2x³ + x có bậc là 3 nên biểu thức B = 2x³ + x không phải là tam thức bậc hai.

c) Biểu thức C = $\sqrt{x}$ + 2x + 1 không có dạng ax² + bx + c (a ≠ 0), do đó nó không phải là tam thức bậc hai.

Vậy biểu thức A = x² + 6x + 10 là tam thức bậc hai và tam thức này vô nghiệm.

Định lí về dấu của tam thức bậc hai

Cho tam thức bậc hai f(x) = ax² + bx + c (a ≠ 0).

+ Nếu ∆ < 0 thì f(x) cùng dấu với hệ số a với mọi x ∈ℝ.

+ Nếu ∆ = 0 thì f(x) cùng dấu với hệ số a với mọi $x\ne -\frac{b}{2a}$ và $f\left(-\frac{b}{2a}\right)=0$

+ Nếu ∆ > 0 thì tam thức f(x) có hai nghiệm phân biệt x₁ và x₂ (x₁ < x₂). Khi đó, f(x) cùng dấu với hệ số a với mọi x ∈ (–∞; x₁) ∪ (x₂; +∞); f(x) trái dấu với hệ số a với mọi x ∈ (x₁; x₂).

Tức là, khi ∆ > 0, dấu của f(x) và a là: “Trong trái, ngoài cùng”

Chú ý: Trong định lí về dấu của tam thức bậc hai có thể thay ∆ bởi ∆’.

Ví dụ: Xét dấu của tam thức bậc hai sau:

a) f(x) = –2x² + x – 2;

b) f(x) = – 4x² – 12x – 9.

c) f(x) = 2x² – x – 15.

Hướng dẫn giải

a) Xét f(x) = – 2x² + x – 2 có ∆ = 1² – 4. (–2).(–2) = –15 < 0 .

Mặt khác a = –2 < 0 nên f(x) luôn cùng dấu với hệ số a = –2 < 0.

Vậy f(x) luôn âm với mọi x ∈ℝ.

b) Xét f(x) = – 4x² – 12x – 9.

Ta có ∆ = (–12)² – 4. (–4). (–9) = 0

Mặt khác a = –4 < 0 nên f(x) cùng dấu với a = –4 < 0 với mọi x ≠ $-\frac{3}{2}$ và f( $-\frac{3}{2}$) = 0.

Vậy f(x) âm với mọi x ≠ $-\frac{3}{2}$ và f( $-\frac{3}{2}$) = 0.

c) Xét f(x) = 2x² – x – 15.

Ta có ∆ = (–1)² – 4. 2 (–15) = 121 > 0.

Khi đó f(x) có hai nghiệm phân biệt $x_1=\frac{1+\sqrt{121}}{2.2}=3$ và $x_2=\frac{1-\sqrt{121}}{2.2}=-\frac{5}{2}$ .

Mặt khác a = 2 > 0 nên ta có bảng xét dấu sau :

Vậy f(x) dương trong khoảng $\left(-\infty ;-\frac{5}{2}\right)\cup \left(3;+\infty \right)$ và âm trong khoảng .

2. Bất phương trình bậc hai

- Bất phương trình bậc hai ẩn x là bất phương trình có dạng ax² + bx + c > 0 (hoặc ax² + bx + c ≥ 0, ax² + bx + c < 0, ax² + bx + c ≤ 0), trong đó a, b, c là những số thực đã cho và a ≠ 0.

- Số thực x₀ gọi là một nghiệm của bất phương trình bậc hai ax² + bx + c > 0, nếu ax₀² + bx₀ + c > 0. Tập hợp gồm tất cả các nghiệm của bất phương trình bậc hai ax² + bx + c > 0 gọi là tập nghiệm của bất phương trình này.

- Giải một bất phương trình bậc hai là tìm tập nghiệm của nó.

Nhận xét: Để giải bất phương trình bậc hai ax² + bx + c > 0 (hoặc ax² + bx + c ≥ 0, ax² + bx + c < 0, ax² + bx + c ≤ 0) ta cần xét dấu tam ax² + bx + c, từ đó suy ra tập nghiệm.

Ví dụ: Giải bất phương trình sau: 2x² – 5x + 3 < 0;

Hướng dẫn giải

Đặt f(x) = 2x² – 5x + 3

Ta có ∆ = (–5)² – 4.2.3 = 1 > 0

Do đó f(x) = 2x² – 5x + 3 có hai nghiệm phân biệt là :

$x_1=\frac{5+\sqrt{1}}{2.2}=\frac{3}{2}$ và $x_2=\frac{5-\sqrt{1}}{2.2}=1$ .

Mặt khác a = 2 > 0 nên ta có bảng xét dấu sau :

Từ bảng xét dấu trên ta thấy f(x) = 2x² – 5x + 3 < 0 khi x ∈ $\left(1;\frac{3}{2}\right)$ .

Vậy tập nghiệm của bất phương trình 2x² – 5x + 3 < 0 là $\left(1;\frac{3}{2}\right)$ .

B. Bài tập Dấu của tam thức bậc hai

1. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1. Tam thức y = x² – 12x – 13 nhận giá trị âm khi và chỉ khi

A. $\left[\begin{array}{l}x<–13\\ x>1\end{array}\right.$;

B. $\left[\begin{array}{l}x<–1\\ x>13\end{array}\right.$;

C. – 13 < x < 1;

D. – 1 < x < 13;

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: D

Xét x² – 12x – 13 = 0 ⇔ $\left[\begin{array}{l}x=13\\ x=-1\end{array}\right.$

Ta có bảng xét dấu

Dựa vào bảng xét dấu ta có tam thức y = x² – 12x – 13 nhận giá trị âm khi

– 1 < x < 13.

Vậy đáp án đúng là D

Câu 2. Tam thức nào sau đây nhận giá trị âm với mọi x < 2 

A. y = x² – 5x + 6 ;

B. y = 16 – x² ;

C. y = x² – 2x + 3;

D. y = – x² + 5x – 6.

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: D

Xét đáp án A: y = x² – 5x +6 

Xét x² – 5x +6 = 0 $\iff \left[\begin{array}{l}x=3\\ x=2\end{array}\right.$

Ta có bảng xét dấu

Dựa vào bảng xét dấu ta có tam thức y = x² – 5x + 6 nhận giá trị âm khi 2 < x < 3.

Vậy đáp án A sai.

Xét đáp án B: y = 16 – x² 

Xét 16 – x²  = 0 ⇔ $\left[\begin{array}{l}x=4\\ x=-4\end{array}\right.$

Ta có bảng xét dấu

Dựa vào bảng xét dấu ta có tam thức y = 16 – x² xét trên khoảng (– ∞; 2) nhận giá trị âm khi trên khoảng (– ∞; – 4) nhận giá trị dương trên khoảng (– 4; 2).

Vậy đáp án B sai.

Xét đáp án C: y = x² – 2x + 3

Xét x² – 2x + 3 = 0 ⇔ Phương trình vô nghiệm

Ta có bảng xét dấu

Dựa vào bảng xét dấu ta có tam thức y = x² – 2x + 3 nhận giá trị dương với mọi x ∈ ℝ

Vậy đáp án C sai.

Xét đáp án D: y = – x² + 5x – 6.

Xét – x² + 5x – 6 = 0  $\iff \left[\begin{array}{l}x=2\\ x=3\end{array}\right.$

Ta có bảng xét dấu

Dựa vào bảng xét dấu ta có tam thức y = – x² + 5x – 6 nhận giá trị âm khi x ∈ (-∞; 2) ∪ (3; +∞)

Vậy đáp án D đúng.

Câu 3. Phương trình x² – 2(m – 1)x + m – 3 = 0 có hai nghiệm trái dấu nhau khi và chỉ khi

A. m < 3;

B. m < 1;

C. m = 1;

D. 1 < m < 3.

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: C

x² – 2(m – 1)x + m – 3 = 0  có 2 nghiệm đối nhau khi

$\left\{\begin{array}{l}{\Delta }^{\text{'}}>0\\ S=0\end{array}\right.\iff \left\{\begin{array}{l}{m}^2-3m+4>0\\ m-1=0\end{array}\right.$.

Xét biểu thức m² – 3m + 4 = ${\left(m-\frac{3}{2}\right)}^2$  + $\frac{7}{4}$ > 0 với mọi m

Vậy phương trình có 2 nghiệm đối dấu khi m = 1.

Đáp án đúng là C

Câu 4. Bảng xét dấu nào sau đây là bảng xét dấu của tam thức f(x) = x² + 12x + 36  là:

A. 

B. 

C. 

D. 

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: C

Xét phương trình f(x) = x² + 12x + 36 = 0 = – 6 và a = 1 > 0.

Ta có bảng xét dấu

Đáp án đúng là C

Câu 5. Phương trình x² + x + m = 0 vô nghiệm khi và chỉ khi:

A. $m>-\frac{3}{4}$;

B. $m<-\frac{3}{4}$;

C. $m>\frac{1}{4}$;

D. $m>-\frac{5}{4}$;

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: C

x² + x + m = 0 vô nghiệm khi ∆ < 0

Ta có ∆ = 1² – 4.1.m < 0 $\iff m>\frac{1}{4}$

Vậy đáp án đúng là C.

2. Bài tập tự luận

Bài 1: Xét dấu của các tam thức bậc hai sau:

a) f(x) = – 2x² + 3x +5

b) g(x) = –x² + 2x + 4

c) h(x) = 4x² – 5x + 7

Hướng dẫn giải

a) Xét f(x) = –2x² + 3x + 5 có ∆ = 3² – 4. (–2).5 = 49 > 0

Khi đó f(x) có hai nghiệm phân biệt $x_1=\frac{-3+\sqrt{49}}{2.(-2)}=-1$ và $x_2=\frac{-3-\sqrt{49}}{2.(-2)}=\frac{5}{2}$ .

Mặt khác a = –2 < 0 nênta có bảng xét dấu sau :

Vậy f(x) âm trong khoảng $\left(-\infty ;-1\right)\cup \left(\frac{5}{2};+\infty \right)$ và dương trong khoảng $\left(-1;\frac{5}{2}\right)$ .

b) Xét g(x) = –x² + 2x –4 có ∆ = 2² – 4. (–1). (–4) = –12 < 0

Mặt khác a = –1 < 0 nên g(x) luôn cùng dấu với hệ số a = –1 < 0.

Vậy g(x) luôn âm với mọi x ∈ℝ.

c) Xét h(x) = 3x² – 6x + 3 có ∆ = (–6)² – 4.3.3 = 0.

Khi đó h(x) cùng dấu với hệ số a = 3 > 0 với mọi $x\ne -\frac{-6}{2.3}$ , tức là x ≠ 1 và h(1) = 0.

Vậy h(x) dương với mọi x ≠ 1 và h(1) = 0.

Bài 2: Giải các bất phương trình bậc hai:

a) 3x² + 2x + 5 < 0

b) x² + 12x + 36 > 0

c) 2x² – x – 1 ≤ 0

Hướng dẫn giải

a) Đặt f(x) = 3x² + 2x + 5

Ta có ∆ = 2² – 4.3.5 = –56< 0.

Khi đó f(x) luôn cùng dấu với a = 3 > 0 với mọi x ∈ℝ.

Tức là f(x) =3x² + 2x + 5 > 0 với mọi x ∈ℝ.

Do đó bất phương trình 3x² + 2x + 5 < 0 vô nghiệm.

b) Đặt g(x) = x² + 12x + 36

Ta có ∆ = 12² – 4.1.36 = 0.

Khi đó g(x) luôn cùng dấu với a = 1 > 0 với mọi x ≠ –6 và g(–6) = 0.

Tức là g(x) = x² + 12x + 36 > 0 với mọi x ≠ –6 và g(–6) = 0.

Do đó bất phương trình x² + 12x + 36 > 0 khi x ≠ –6.

Vậy bất phương trình x² + 12x + 36 > 0 có tập nghiệm là ℝ\{–6}.

c) Đặt h(x) = 2x² – x – 1

Ta có ∆ = (–1)² – 4.2.(–1) = 9> 0.

Khi đó h(x) có hai nghiệm phân biệt $x_1=\frac{-(-1)+\sqrt{9}}{2.2}=1$ và $x_2=\frac{-(-1)-\sqrt{9}}{2.2}=-\frac{1}{2}$ .

Mặt khác a = 2> 0 nênta có bảng xét dấu sau :

Từ bảng xét dấu ta thấy h(x) = 2x² – x – 1 ≤ 0 khi x ∈ $\left(-\frac{1}{2};1\right)$.

Vậy bất phương trình 2x² – x – 1 ≤ 0 có tập nghiệm là $\left(-\frac{1}{2};1\right)$

Bài 3: Tổng chi phí (đơn vị: nghìn đồng) để sản xuất x sản phẩm được cho bởi biểu thức x² + 20x + 3 100; giá bán của một sản phẩm là 150 nghìn đồng. Số sản phẩm sản xuất phải trong khoảng nào để đảm bảo không bị lỗ.

Hướng dẫn giải

Vì giá bán một sản phẩm là 150 nghìn đồng nên với x sản phẩm thì bán được 150x (nghìn đồng).

Do tổng chi phí để sản xuất ra x sản phầm là x² + 20x + 3 100 nên lợi nhuận thu về từ x sản phẩm là:

150x – (x² + 20x + 3 100) = – x² + 130x – 3100.

Để không bị lỗ thì – x² + 130x – 3 100 ≥ 0.

Đặt f(x) = – x² + 130x – 3 100

Ta có: ∆ = 130² – 4.(–1)( –3 100) = 4 500 > 0.

Khi đó f(x) có hai nghiệm phân biệt là $x_1=\frac{-130+\sqrt{4500}}{2.(-1)}=65-15\sqrt{5}\approx 31,5$ và $x_2=\frac{-130-\sqrt{4500}}{2.(-1)}=65+15\sqrt{5}\approx 98,5$.

Mặt khác a = –1 < 0 nên ta có bảng xét dấu sau:

Từ bảng xét dấu ta thấy f(x) = – x² + 130x – 3 100 ≥ 0 khi x ∈ [31,5; 98,5].

Mặt khác, vì x là số sản phẩm nên để không bị lỗ thì x ∈ [32; 98].

Vậy để không bị lỗ thì số sản phẩm sản xuất phải từ 32 đến 98 sản phẩm.

Xem thêm tóm tắt lý thuyết Toán lớp 10 sách Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 18: Phương trình quy về phương trình bậc hai

Tổng hợp lý thuyết Chương 6

Lý thuyết Bài 19: Phương trình đường thẳng

Lý thuyết Bài 20: Vị trí tương đối giữa hai đường thẳng. Góc và khoảng cách

Lý thuyết Bài 21: Đường tròn trong mặt phẳng tọa độ