Bài 1. Bất đẳng thức

1. Khái niệm bất đẳng thức

HĐ1. Cho hai số thực xx và yy được biểu diễn trên trục số (Hình 1, xx nằm bên trái yy). Hãy cho biết số nào lớn hơn.

Lời giải: Điểm biểu diễn số nhỏ hơn nằm bên trái. Vì xx nằm bên trái yy nên y>xy > x (tức x<yx < y).

Định nghĩa: Hệ thức dạng a>ba > b (hay a<ba < b, a≥ba \ge b, a≤ba \le b) được gọi là bất đẳng thức và aa được gọi là vế trái, bb được gọi là vế phải của bất đẳng thức.


Ví dụ 1. Hãy chỉ ra một bất đẳng thức diễn tả số aa lớn hơn 33. Vế trái, vế phải của bất đẳng thức đó là gì?

Lời giải: Để diễn tả số aa lớn hơn 33, ta có bất đẳng thức a>3a > 3. Khi đó aa là vế trái, 33 là vế phải.


Thực hành 1. Hãy chỉ ra các bất đẳng thức diễn tả mỗi khẳng định sau:

a) xx nhỏ hơn 55; b) aa không lớn hơn bb; c) mm không nhỏ hơn nn.

Lời giải:

a) x<5x < 5.

b) "Không lớn hơn" nghĩa là nhỏ hơn hoặc bằng: a≤ba \le b.

c) "Không nhỏ hơn" nghĩa là lớn hơn hoặc bằng: m≥nm \ge n.


2. Tính chất của bất đẳng thức

Tính chất bắc cầu

HĐ2. Cho aa, bb, cc là ba số thỏa mãn a>ba > b và b>cb > c. Trong hai số aa và cc, số nào lớn hơn? Vì sao?

Lời giải: Trên trục số (Hình 3), cc nằm bên trái bb, bb nằm bên trái aa, nên aa nằm bên phải cc, tức a>ca > c.

Tính chất bắc cầu: Cho ba số aa, bb, cc. Nếu a>ba > b và b>cb > c thì a>ca > c. (Tính chất vẫn đúng với các dấu <<, ≥\ge, ≤\le.)


Ví dụ 2. So sánh hai số xx và yy, biết x>3,4x > 3{,}4 và y<3,4y < 3{,}4.

Lời giải: Do x>3,4x > 3{,}4 và 3,4>y3{,}4 > y nên theo tính chất bắc cầu, x>yx > y.


Thực hành 2. So sánh hai số mm và nn, biết m≤πm \le \pi và n≥πn \ge \pi.

Lời giải: Ta có n≥πn \ge \pi tức π≤n\pi \le n, kết hợp m≤πm \le \pi; theo tính chất bắc cầu m≤nm \le n.


Tính chất liên hệ giữa thứ tự và phép cộng

HĐ3. Thay mỗi "?" bằng kí hiệu thích hợp (>>, <<):

a) 4>14 > 1; so sánh 4+154 + 15 và 1+151 + 15; b) −10<−5-10 < -5; so sánh −10+(−15)-10 + (-15) và −5+(−15)-5 + (-15).

Lời giải:

a) 4+15=194 + 15 = 19, 1+15=161 + 15 = 16; vậy 4+15>1+154 + 15 > 1 + 15.

b) −10+(−15)=−25-10 + (-15) = -25, −5+(−15)=−20-5 + (-15) = -20; vậy −10+(−15)<−5+(−15)-10 + (-15) < -5 + (-15).

Tính chất: Cho ba số aa, bb, cc. Nếu a>ba > b thì a+c>b+ca + c > b + c. (Vẫn đúng với các dấu <<, ≥\ge, ≤\le.) Hai bất đẳng thức a>ba > b và m>nm > n gọi là cùng chiều; a>ba > b và m<nm < n gọi là ngược chiều.


Ví dụ 3. Chứng tỏ 2 023+(−229)>2 022+(−229)2\,023 + (-2^{29}) > 2\,022 + (-2^{29}).

Lời giải: Ta có 2 023>2 0222\,023 > 2\,022. Cộng hai vế với −229-2^{29}, được 2 023+(−229)>2 022+(−229)2\,023 + (-2^{29}) > 2\,022 + (-2^{29}).


Ví dụ 4. Cho hai số aa và bb thỏa mãn a<ba < b. Chứng tỏ a+3<b+5a + 3 < b + 5.

Lời giải: Cộng 33 vào hai vế của a<ba < b: a+3<b+3a + 3 < b + 3. (1)

Cộng bb vào hai vế của 3<53 < 5: 3+b<5+b3 + b < 5 + b, hay b+3<b+5b + 3 < b + 5. (2)

Từ (1) và (2), theo tính chất bắc cầu, a+3<b+5a + 3 < b + 5.


Thực hành 3. So sánh hai số −3+2350-3 + 23^{50} và −2+2350-2 + 23^{50}.

Lời giải: Ta có −3<−2-3 < -2. Cộng 235023^{50} vào hai vế: −3+2350<−2+2350-3 + 23^{50} < -2 + 23^{50}.


Thực hành 4. Cho hai số mm và nn thỏa mãn m>nm > n. Chứng tỏ m+5>n+4m + 5 > n + 4.

Lời giải: Cộng 55 vào hai vế của m>nm > n: m+5>n+5m + 5 > n + 5. (1)

Vì n+5>n+4n + 5 > n + 4 (do 5>45 > 4). (2)

Từ (1) và (2), theo tính chất bắc cầu, m+5>n+4m + 5 > n + 4.


Vận dụng 1. Gọi aa là số tuổi của bạn Na, bb là số tuổi của bạn Toàn, biết bạn Toàn lớn tuổi hơn bạn Na. Hãy dùng bất đẳng thức biểu diễn mối quan hệ về tuổi của hai bạn ở hiện tại và sau ba năm nữa.

Lời giải:

Hiện tại bạn Toàn lớn tuổi hơn bạn Na: b>ab > a.

Sau ba năm nữa, tuổi hai bạn là a+3a + 3 và b+3b + 3. Cộng 33 vào hai vế của b>ab > a, ta được b+3>a+3b + 3 > a + 3. Vậy sau ba năm nữa bạn Toàn vẫn lớn tuổi hơn bạn Na.


Tính chất liên hệ giữa thứ tự và phép nhân

HĐ4. Thay mỗi "?" bằng kí hiệu thích hợp (>>, <<):

a) 3>23 > 2; so sánh 3⋅173 \cdot 17 và 2⋅172 \cdot 17; b) −10<−2-10 < -2; so sánh (−10)⋅5(-10) \cdot 5 và (−2)⋅5(-2) \cdot 5; c) 5>35 > 3; so sánh 5⋅(−2)5 \cdot (-2) và 3⋅(−2)3 \cdot (-2); d) −10<−2-10 < -2; so sánh (−10)⋅(−7)(-10) \cdot (-7) và (−2)⋅(−7)(-2) \cdot (-7).

Lời giải:

a) 3⋅17=51>34=2⋅173 \cdot 17 = 51 > 34 = 2 \cdot 17; vậy 3⋅17>2⋅173 \cdot 17 > 2 \cdot 17 (nhân số dương, cùng chiều).

b) (−10)⋅5=−50<−10=(−2)⋅5(-10) \cdot 5 = -50 < -10 = (-2) \cdot 5; vậy (−10)⋅5<(−2)⋅5(-10) \cdot 5 < (-2) \cdot 5 (nhân số dương, cùng chiều).

c) 5⋅(−2)=−10<−6=3⋅(−2)5 \cdot (-2) = -10 < -6 = 3 \cdot (-2); vậy 5⋅(−2)<3⋅(−2)5 \cdot (-2) < 3 \cdot (-2) (nhân số âm, đổi chiều).

d) (−10)⋅(−7)=70>14=(−2)⋅(−7)(-10) \cdot (-7) = 70 > 14 = (-2) \cdot (-7); vậy (−10)⋅(−7)>(−2)⋅(−7)(-10) \cdot (-7) > (-2) \cdot (-7) (nhân số âm, đổi chiều).

Tính chất: Cho ba số aa, bb, cc và a>ba > b:

  • Nếu c>0c > 0 thì a⋅c>b⋅ca \cdot c > b \cdot c (giữ nguyên chiều);
  • Nếu c<0c < 0 thì a⋅c<b⋅ca \cdot c < b \cdot c (đổi chiều).

(Tính chất vẫn đúng với các dấu <<, ≥\ge, ≤\le.)