Lý thuyết Phương trình bậc hai một ẩn - Toán 9 Cánh diều

Tóm tắt lý thuyết Toán lớp 9 Bài 2: Phương trình bậc hai một ẩn hay, chi tiết sách Cánh diều sẽ giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm, ôn luyện để học tốt Toán 9.

1 28 14/10/2024


Lý thuyết Toán 9 Bài 2: Phương trình bậc hai một ẩn

1. Định nghĩa

Phương trình bậc hai một ẩn (nói gọn là phương trình bậc hai) là phương trình có dạng ax2 + bx + c = 0, trong đó x là ẩn; a, b, c là những số cho trước gọi là các hệ số và a ≠ 0.

Ví dụ 1. Trong các phương trình sau, phương trình nào là phương trình bậc hai một ẩn? Xác định các hệ số a, b, c của mỗi phương trình bậc hai đó.

a) –x2 + 3x + 5 = 0;

b) 4y210=0;

c) t2 + 8t = 0;

d) 0x2 + 9 = 0;

e)2x26.2x+1=0;

f) x2 + (2m + 1)x + m = 0 (với m là một số cho trước).

Hướng dẫn giải

a) Phương trình –x2 + 3x + 5 = 0 là phương trình bậc hai ẩn x và có a = –1, b = 3, c = 5.

b) Phương trình 4y210=0 là phương trình bậc hai ẩn y và có a = 4, b = 0,c=10.

c) Phương trình t2 + 8t = 0 là phương trình bậc hai ẩn t và có a = 1, b = 8, c = 0.

d) Phương trình 0x2 + 9 = 0 không là phương trình bậc hai vì a = 0.

e) Phương trình 2x26.2x+1=0 không là phương trình bậc hai vì không có dạng ax2 + bx + c = 0 (với a ≠ 0).

f) Phương trình x2 + (2m + 1)x + m = 0 (với m là một số cho trước) là phương trình bậc hai ẩn x và có a = 1, b = 2m + 1, c = m.

2. Giải phương trình

Cho m, n là hai số thực. Ta có thể giải phương trình (x – n)2 = m như sau:

⦁ Khi m > 0, ta có: (x – n)2 = m

⦁ Khi m > 0, ta có: (x – n)2 = m

xn=mhoặc xn=-m

x=n+mhoặc x=n-m

Như vậy, phương trình có hai nghiệm là x1=n+m x2=nm.

⦁ Khi m = 0, phương trình có nghiệm x1 = x2 = n (nghiệm kép).

⦁ Khi m < 0, phương trình vô nghiệm.

Ví dụ 2. Giải phương trình (x – 2)2 = 7.

Hướng dẫn giải

Ta có: (x – 2)2 = 7.

x2=7hoặc x2=-7

x=2+7hoặc x=27.

Vậy phương trình đã cho có hai nghiệm là x=2+7. x=27.

Ta có thể giải phương trình ax2 + bx + c = 0 (a ≠ 0) theo các bước sau:

Bước 1. Chia hai vế của phương trình cho a, ta được phương trình:

x2+bax+ca=0(1)

Bước 2. Viết lại số hạng bax=2xb2avà thêm số hạng b2a2vào hai vế của phương trình (1) rồi biến đổi để vế trái thành bình phương của một biểu thức:

x2+2xb2a+b2a2+ca=b2a2

x2+2xb2a+b2a2=b2a2ca

x+b2a2=b24ac4a2

Bước 3. Kí hiệu ∆ = b2 – 4ac và gọi nó là biệt thức của phương trình (∆ là một chữ cái Hy Lạp, đọc là “đenta”). Khi đó, phương trình (1) viết được về dạng:

x+b2a2=Δ4a2(2)

Bước 4. Giải phương trình (2). Từ đó, kết luận nghiệm của phương trình đã cho.

– Tóm lại, ta có kết luận chung sau:

Xét phương trình ax2 + bx + c = 0 (a ≠ 0) và biệt thức ∆ = b2 – 4ac.

⦁ Nếu ∆ > 0 thì phương trình có hai nghiệm phân biệt

x1=b+Δ2a;x2=bΔ2a.

⦁ Nếu ∆ = 0 thì phương trình có nghiệm kép x1=x2=b2a.

⦁ Nếu ∆ < 0 thì phương trình vô nghiệm.

Ví dụ 3. Giải các phương trình sau:

a) 2x2 – 5x – 1 = 0;

b) x23x+94=0;

c) –6x2 + 8x – 7 = 0.

Hướng dẫn giải

a) Phương trình đã cho có các hệ số a = 2; b = –5; c = –1.

Ta có ∆ = b2 – 4ac = (–5)2 – 4.2.(–1) = 33 > 0.

Vì ∆ > 0 nên phương trình đã cho có hai nghiệm phân biệt là:

x1=5+3322=5+334;x2=53322=5334.

Vậy phương trình đã cho có nghiệm là x1=5+334;x2=5334.

b) Phương trình đã cho có các hệ số a = 1; b = –3; c=94.

Ta có Δ=b24ac=324194=0.

Vì ∆ = 0 nên phương trình đã cho có nghiệm kép x1=x2=321=32.

Vậy phương trình đã cho có nghiệm kép là x1=x2=32.

c) Phương trình đã cho có các hệ số a = –6; b = 8; c = –7.

Ta có ∆ = b2 – 4ac = 82 – 4.(–6).(–7) = –104 < 0.

Vì ∆ < 0 nên phương trình đã cho vô nghiệm.

Vậy phương trình đã cho vô nghiệm.

Xét phương trình ax2 + bx + c = 0 (a ≠ 0) với b = 2b’ và ∆’ = b’2 – ac.

⦁ Nếu ∆’ > 0 thì phương trình có hai nghiệm phân biệt

x1=b'+Δ'a;x2=b'Δ'a.

⦁ Nếu ∆’ = 0 thì phương trình có nghiệm kép x1=x2=b'a.

⦁ Nếu ∆’ < 0 thì phương trình vô nghiệm.

Công thức nghiệm vừa viết trên đây được gọi là công thức nghiệm thu gọn.

Ví dụ 4. Giải các phương trình sau:

a) x2 – 6x + 5 = 0;

b) –x2 + 8x – 16 = 0;

c) 12x2 + 3x – 3 = 7x2 – x – 4.

Hướng dẫn giải

a) Phương trình đã cho có các hệ số a = 1; b = –6; c = 5.

Do b = –6 nên b’ = –3.

Ta có ∆’ = b’2 – ac = (–3)2 – 1.5 = 4 > 0.

Vì ∆’ > 0 nên phương trình đã cho có hai nghiệm phân biệt là:

x1=3+41=3+21=5;

x2=341=321=1.

Vậy phương trình đã cho có hai nghiệm phân biệt là x1 = 5; x2 = 1.

b) Phương trình đã cho có các hệ số a = –1; b = 8; c = –16.

Do b = 8 nên b’ = 4.

Ta có ∆’ = b’2 – ac = 42 – (–1).(–16) = 0.

Vì ∆’ = 0 nên phương trình đã cho có nghiệm kép x1=x2=41=4.

Vậy phương trình đã cho có nghiệm kép x1 = x2 = 4.

c) Ta có: 12x2 + 3x – 3 = 7x2 – x – 4.

12x2 – 7x2 + 3x + x – 3 + 4 = 0.

5x2 + 4x + 1 = 0(1)

Phương trình (1) có các hệ số a = 5; b = 4; c = 1.

Do b = 4 nên b’ = 2.

Ta có: ∆’ = b’2 – ac = 22 – 5.1 = –1 < 0.

Vì ∆’ < 0 nên phương trình (1) vô nghiệm.

Vậy phương trình đã cho vô nghiệm.

3. Ứng dụng của phương trình bậc hai một ẩn

Phương trình bậc hai một ẩn giúp chúng ta giải quyết nhiều vấn đề trong toán học cũng như trong thực tiễn. Ta sẽ tìm hiểu qua một số ví dụ sau đây.

Ví dụ 5. Một mảnh đất hình chữ nhật có chu vi 160 m, diện tích 1500 m2. Giả sử x (m) là chiều rộng của mảnh đất thỏa mãn 0 < x < 80 (m).

a) Lập phương trình bậc hai ẩn x biểu thị mối liên hệ giữa chiều rộng, chiều dài và diện tích của mảnh đất.

b) Tính chiều rộng của mảnh đất.

Hướng dẫn giải

a) Nửa chu vi của mảnh đất hình chữ nhật là: 160 : 2 = 80(m).

Chiều dài của mảnh đất hình chữ nhật đó là 80 – x (m).

Do chiều rộng nhỏ hơn chiều dài nên ta có:

0 < x < 80 – x hay 0 < 2x < 80, suy ra 0 < x < 40.

Diện tích mảnh đất hình chữ nhật là: x.(80 – x) (m2).

Theo bài, diện tích của mảnh đất hình chữ nhật là 1500 m2 nên ta có phương trình:

(80 – x).x = 1500 hay –x2 + 80x – 1500 = 0.(1)

b) Phương trình (1) có các hệ số a = –1; b = 80; c = –1500.

Do b = 80 nên b’ = 40.

Ta có: ∆’ = b’2 – ac = 402 – (–1).(–1500) = 100 > 0.

Do đó, phương trình (1) có hai nghiệm phân biệt là:

x1=40+1001=40+101=30;

x2=401001=40101=50

Ta thấy chỉ có giá trị x1 = 30 thỏa mãn điều kiện 0 < x < 40.

Vậy chiều rộng mảnh đất đã cho là 30 m.

Để giải bài toán bằng cách lập phương trình bậc hai, ta có thể làm như sau:

Bước 1. Lập phương trình bậc hai

⦁ Chọn ẩn số và đặt điều kiện cho ẩn số

⦁ Biểu diễn các đại lượng chưa biết theo ẩn và các đại lượng đã biết

⦁ Lập phương trình bậc hai biểu thị mối quan hệ giữa các đại lượng

Bước 2. Giải phương trình bậc hai

Bước 3. Kết luận

⦁ Kiểm tra xem trong các nghiệm của phương trình, nghiệm nào thỏa mãn, nghiệm nào không thỏa mãn điều kiện của ẩn

⦁ Đưa ra câu trả lời cho bài toán.

Ví dụ 6. Hai xe ô tô khởi hành cùng một lúc từ thành phố A đến thành phố B cách nhau 54 km. Biết rằng xe thứ nhất đi nhanh hơn xe thứ hai là 15 km/h nên đã đến thành phố B sớm hơn xe thứ hai 18 phút. Tính vận tốc của mỗi xe.

Hướng dẫn giải

Gọi x (km/h) là vận tốc của xe thứ hai (x > 0).

Khi đó, vận tốc của xe thứ nhất là x + 15 (km/h).

Thời gian xe thứ hai đi từ thành phố A đến thành phố B là 54x(giờ).

Thời gian xe thứ nhất đi từ thành phố A đến thành phố B là 54x+15(giờ).

Vì xe thứ nhất đến sớm hơn xe thứ hai 18 phút = 310giờ nên ta có phương trình:

54x54x+15=310.

Giải phương trình :

54x54x+15=310

18x18x+15=110

1810x+1510xx+151810x10xx+15=1xx+1510xx+15

18.10(x + 15) – 18.10x = x.(x + 15)

180x + 2 700 – 180x = x2 + 15x

2 700 = x2 + 15x

x2 + 15x – 2700 = 0(1)

Phương trình (1) có các hệ số a = 1; b = 15; c = –2700.

Ta có: ∆ = b2 – 4ac = 152 – 4.1.(–2700) = 11 025 > 0.

Do đó, phương trình (1) có hai nghiệm phân biệt là:

x1=15+1102521=15+1052=45;

x2=151102521=151052=60.

Ta thấy x1 = 45 thỏa mãn điều kiện x > 0.

Vận vận tốc của xe thứ hai là 45 km/h; vận tốc của xe thứ nhất là 45 + 15 = 60 km/h.

4. Sử dụng máy tính cầm tay để tìm nghiệm của phương trình bậc hai một ẩn

Ta có thể tìm nghiệm (đúng hoặc gần đúng) của phương trình bậc hai một ẩn bằng cách sử dụng máy tính cầm tay. Mỗi loại máy tính khác nhau có thể có hệ thống phím, chức năng và cách sử dụng khác nhau. Tuy nhiên, chúng đều có quy tắc chung là phải mở chương trình giải phương trình bậc hai một ẩn rồi mới nhập dữ liệu. Chẳng hạn, ấn liên tiếp các phím

Phương trình bậc hai một ẩn (Lý thuyết Toán lớp 9) | Cánh diều

Ví dụ. Sử dụng máy tính cầm tay để tìm nghiệm của phương trình bậc hai một ẩn (làm tròn kết quả đến hàng phần mười):

9x2+2x35=0.

Hướng dẫn giải

Sử dụng loại máy tính phù hợp, ấn liên tiếp các phím:

Phương trình bậc hai một ẩn (Lý thuyết Toán lớp 9) | Cánh diều

Ta thấy trên màn hình hiện ra (kết quả gần đúng): x1 = 0,7883402059.

Ấn tiếp phím Phương trình bậc hai một ẩn (Lý thuyết Toán lớp 9) | Cánh diều ta thấy trên màn hình hiện ra (kết quả gần đúng) x2 = –0,9454750461.

Vậy nghiệm của phương trình đã cho là x1 ≈ 0,8 và x2 ≈ –0,9.

Bài tập Phương trình bậc hai một ẩn

Bài 1. Phương trình (x + 3)2 = 25 có nghiệm là

A. x = 8;

B. x = –2;

C. x = 2 và x = –8;

D. x = –8.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Ta có: (x + 3)2 = 25.

x+3=25hoặc x+3=-25

x + 3 = 5 hoặc x + 3 = –5

x = 2 hoặc x = –8.

Vậy phương trình đã cho có hai nghiệm là x = 2 và x = –8.

Do đó ta chọn phương án C.

Bài 2. Trong các phương trình sau, phương trình nào là phương trình bậc hai một ẩn?

A. t3 – 7t + 9 = 0;

B. –11x2 = 0;

C. x2+2x+3x=0;

D. 0y2 + 2y = 0.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Phương trình ở phương án A không là phương trình bậc hai vì có chứa t3.

Phương trình ở phương án B là phương trình bậc hai ẩn x và có a = –11; b = c = 0.

Phương trình ở phương án C không là phương trình bậc hai vì có chứa ẩn x dưới mẫu thức.

Phương trình ở phương án D không là phương trình bậc hai vì a = 0.

Bài 3. Để tìm nghiệm của phương trình 12x2x+3=0 bằng cách sử dụng máy tính cầm tay, ta ấn liên tiếp các phím

Phương trình bậc hai một ẩn (Lý thuyết Toán lớp 9) | Cánh diều

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Sử dụng loại máy tính phù hợp, ấn liên tiếp các phím:

Phương trình bậc hai một ẩn (Lý thuyết Toán lớp 9) | Cánh diều

Vậy ta chọn phương án A.

Bài 4. Không cần giải phương trình, hãy xác định các hệ số a, b, c, tính biệt thức ∆ và xác định số nghiệm của mỗi phương trình sau:

a) 11x2 – 13x – 5 = 0;

b) 58x2+28x+15685=0;

c) 7x2+53x+167=0.

Hướng dẫn giải

a) Phương trình 11x2 – 13x – 5 = 0 có các hệ số a = 11; b = –13; c = –5.

Ta có: ∆ = b2 – 4ac = (–13)2 – 4.11.(–5) = 389 > 0.

Vậy phương trình 11x2 – 13x – 5 = 0 có hai nghiệm phân biệt.

b) Phương trình 58x2+28x+15685=0 có các hệ số a=58;b=28;c=15685.

Do b = 28 nên b’ = 14.

Ta có: Δ'=b'2ac=1425815685=0.

Vậy phương trình 58x2+28x+15685=0 có một nghiệm (nghiệm kép).

c) Phương trình 7x2+53x+167=0có các hệ số a=7;b=53;c=167.

Ta có: Δ=b24ac=53247167=373<0.

Vậy phương trình 7x2+53x+167=0vô nghiệm.

Bài 5. Giải các phương trình sau:

a) –7x2 + 16x + 15 = 0;

b) 9x2 + 60x + 100 = 0;

c) x263x+27=0;

d) x24+5x+45=0;

e) x(x – 2) = 15;

f) (2x + 7)2 – 9x = 3.

g) x(4x + 3) = –x2 + 8.

Hướng dẫn giải

a) Phương trình –7x2 + 16x + 15 = 0 có các hệ số a = –7; b = 16; c = 15.

Do b = 16 nên b’ = 8.

Ta có: ∆’ = b’2 – ac = 82 – (–7).15 = 169 > 0 và Δ'=169=13.

Do đó, phương trình đã cho có hai nghiệm phân biệt là:

x1=8+137=57;x2=8137=3.

Vậy phương trình đã cho có hai nghiệm phân biệt là x1=57;x2=3.

b) Phương trình 9x2 + 60x + 100 = 0 có các hệ số a = 9; b = 60; c = 100.

Do b = 60 nên b’ = 30.

Ta có: ∆’ = b’2 – ac = 302 – 9.100 = 0.

Do đó, phương trình đã cho có nghiệm kép x1=x2=309=103.

Vậy phương trình đã cho có nghiệm kép là x1=x2=103.

c) Phương trình x263x+27=0 có các hệ số a=1;b=63;c=27.

Do b=63 nên b'=33.

Ta có: Δ'=b'2ac=332127=0.

Do đó, phương trình đã cho có nghiệm kép x1=x2=331=33.

Vậy phương trình đã cho có nghiệm kép là x1=x2=33.

d) Phương trình x24+5x+45=0 có các hệ số a=1;b=4+5;c=45.

Ta có: Δ=b24ac=4+524145=2185=452>0 Δ=452=45.

Do đó, phương trình đã cho có hai nghiệm phân biệt là:

x1=4+5+4521=4;

x2=4+54521=5.

Vậy phương trình đã cho có hai nghiệm phân biệt là x1=4;x2=5.

e) Ta có: x(x – 2) = 15 hay x2 – 2x – 15 = 0.

Phương trình x2 – 2x – 15 = 0 có các hệ số a = 1; b = –2; c = –15.

Do b = –2 nên b’ = –1.

Ta có: ∆’ = b’2 – ac = (–1)2 – 1.(–15) = 16 > 0 và Δ'=16=4.

Do đó, phương trình x2 – 2x – 15 = 0 có hai nghiệm phân biệt là:

x1=1+41=5;x2=141=3.

Vậy phương trình đã cho có hai nghiệm phân biệt là x = 5 và x = –3.

f) Ta có: (2x + 7)2 – 9x = 3

4x2 + 28x + 49 – 9x – 3 = 0

4x2 + 19x + 46 = 0.

Phương trình 4x2 + 19x + 46 = 0 có các hệ số a = 4; b = 19; c = 46.

Ta có: ∆ = b2 – 4ac = 192 – 4.4.46 = –375 < 0.

Do đó phương trình 4x2 + 19x + 46 = 0 vô nghiệm.

Vậy phương trình đã cho vô nghiệm.

g) Ta có: x(4x + 3) = –x2 + 8

4x2 + 3x + x2 – 8 = 0

5x2 + 3x – 8 = 0.

Phương trình 5x2 + 3x – 8 = 0 có các hệ số a = 5; b = 3; c = –8.

Ta có: ∆ = b2 – 4ac = 32 – 4.5.(–8) = 169 > 0 và Δ=169=13.

Do đó, phương trình 5x2 + 3x – 8 = 0 có hai nghiệm phân biệt là:

x1=3+1325=1;x2=31325=85.

Vậy phương trình đã cho có hai nghiệm phân biệt là x1=1;x2=85.

Bài 6. Một công ty vận tải cần điều một số xe tải để chở 1 026 tấn hàng. Khi đến kho hàng thì có 2 xe bị hỏng nên để chở hết số hàng thì mỗi xe còn lại phải chở thêm 1,5 tấn so với dự định ban đầu. Hỏi số xe dự định điều đến chở hàng là bao nhiêu? Biết rằng khối lượng hàng chở ở mỗi xe là như nhau và công ty vận tải điều đi không quá 50 xe tải.

Hướng dẫn giải

Gọi x là số xe công ty vận tải dự định điều đi để chở hàng (0 < x ≤ 50 và x ∈ ℕ).

Khi đó, số tấn hàng mỗi xe phải chở là 1026x (tấn hàng).

Vì có 2 xe bị hỏng nên số xe hàng còn lại là x – 2 (xe) và số tấn hàng mỗi xe phải chở là 1026x2 (tấn hàng).

Lúc này, mỗi xe còn lại phải chở thêm 1,5 tấn so với dự định ban đầu nên ta có phương trình: 1026x2=1026x+1,5.

Giải phương trình:

1026x2=1026x+1,5

1026xxx2=1026x2xx2x+1,5xx2xx2

1 026x = 1 026(x – 2) + 1,5.x(x – 2)

1 026x = 1 026x – 2 052 + 1,5x2 – 3x

1,5x2 – 3x – 2 052 = 0

x2 – 2x – 1 368 = 0.

Phương trình (1) có các hệ số a = 1; b = –2; c = –1 368.

Do b = –2 nên b’ = –1.

Ta có: ∆’ = b’2 – ac = (–1)2 – 1.(–1 368) = 1 369 > 0 và Δ'=1369=37.

Do đó, phương trình (1) có hai nghiệm phân biệt là:

x1=1+371=38;x2=1371=36.

Ta thấy chỉ có giá trị x1 = 38 thỏa mãn điều kiện 0 < x ≤ 50 và x ∈ ℕ.

Vậy số xe dự định được điều đến chở hàng là 38 chiếc xe.

1 28 14/10/2024