Cho các số thực \(x, y\) thay đổi nhưng luôn thỏa mãn \(3{x^2} - 2xy - {y^2} = 5\). Giá trị nhỏ nhất của biểu thức \(P = {x^2} + xy + 2{y^2}\) thuộc khoảng nào sau đây?
Suy nghĩ trả lời câu hỏi trước khi xem đáp án
Lời giải:
Báo saiTa có
\(\begin{array}{l} 3{x^2} - 2xy - 2{y^2} = 5\\ \Rightarrow x \ne 0\\ \Rightarrow {x^2} + xy + {y^2} > 0 \end{array}\)
Xét biểu thức
\(\begin{array}{l} M = \frac{5}{P} = \frac{{3{x^2} - 2xy - 2{y^2}}}{{{x^2} + xy + {y^2}}}\\ = \frac{{3 - 2.\frac{y}{x} - 2.{{\left( {\frac{y}{x}} \right)}^2}}}{{1 + \frac{y}{x} + {{\left( {\frac{y}{x}} \right)}^2}}}. \end{array}\)
Đặt \({y \over x}=t\), ta có
\(\begin{array}{l} M = \frac{{3 - 2t - 2{t^2}}}{{1 + t + {t^2}}}\\ \Leftrightarrow \left( {M + 2} \right){t^2} + \left( {M + 2} \right)t + M - 3 = 0\,\,(*) \end{array}\)
Khi đó phương trình (*) có nghiệm
\(\begin{array}{l} \Leftrightarrow {\left( {M + 2} \right)^2} - 4\left( {M + 2} \right)\left( {M - 3} \right) \ge 0\,\\ \Leftrightarrow - 2 \le m \le \frac{{14}}{3}\, \end{array}\)
Do P>0 nên ta có
\(0 < \frac{5}{P} \le \frac{{14}}{3} \Rightarrow P \ge \frac{{15}}{{14}}\)
Dấu bằng xảy ra khi \(\left( {x;y} \right) = \left( {\frac{{\sqrt {70} }}{7}; - \frac{{\sqrt {70} }}{{14}}} \right);\left( { - \frac{{\sqrt {70} }}{7};\frac{{\sqrt {70} }}{{14}}} \right)\)
Vậy giá trị nỏ nhất của biểu thức P bằng \(15 \over 14\).
Đề thi thử THPT QG môn Toán năm 2019
Trường THPT Chuyên Lam Sơn - Thanh Hóa lần 2