Bài 2. Bất phương trình bậc nhất một ẩn

1. Bất phương trình bậc nhất một ẩn, nghiệm của bất phương trình

HĐ1. Ông Trí dự định chạy bộ tổng cộng ít nhất 65006\,500 m vào buổi sáng và buổi chiều trong ngày. Buổi sáng ông đã chạy được 40004\,000 m. Gọi xx là số mét ông Trí chạy bộ vào buổi chiều. Viết hệ thức chứa xx biểu thị điều kiện để ông Trí chạy được như dự định.

Lời giải: Tổng số mét chạy phải ít nhất 65006\,500: 4000+x65004\,000 + x \ge 6\,500. (1)

Định nghĩa: Bất phương trình dạng ax+b>0ax + b > 0 (hoặc ax+b<0ax + b < 0, ax+b0ax + b \ge 0, ax+b0ax + b \le 0), với aa, bb là hai số đã cho và a0a \ne 0, được gọi là bất phương trình bậc nhất một ẩn (ẩn là xx).


Ví dụ 1. Trong các bất phương trình sau, bất phương trình nào là bất phương trình bậc nhất một ẩn?

x+2023>0x + 2\,023 > 0; 0x5<00x - 5 < 0; 5x705x - 7 \le 0; x2+10x^2 + 1 \le 0.

Lời giải:

  • x+2023>0x + 2\,023 > 0 có dạng ax+b>0ax + b > 0 với a=10a = 1 \ne 0, b=2023b = 2\,023 bất phương trình bậc nhất một ẩn.
  • 5x705x - 7 \le 0 có dạng ax+b0ax + b \le 0 với a=5a = 5, b=7b = -7 bất phương trình bậc nhất một ẩn.
  • 0x5<00x - 5 < 0a=0a = 0 nên không phải; x2+10x^2 + 1 \le 0 có bậc hai nên không phải.

Thực hành 1. Bất phương trình nào sau đây là bất phương trình bậc nhất một ẩn?

0x<00x < 0; 3x<03x < 0; x3+10x^3 + 1 \ge 0; x+10-x + 1 \le 0.

Lời giải:

  • 0x<00x < 0: có a=0a = 0 nên không phải.
  • 3x<03x < 0: dạng ax+b<0ax + b < 0 với a=30a = 3 \ne 0, b=0b = 0 bất phương trình bậc nhất một ẩn.
  • x3+10x^3 + 1 \ge 0: bậc ba nên không phải.
  • x+10-x + 1 \le 0: dạng ax+b0ax + b \le 0 với a=10a = -1 \ne 0, b=1b = 1 bất phương trình bậc nhất một ẩn.

HĐ2. Cho bất phương trình x+3>0x + 3 > 0. (1) Trong hai giá trị x=0x = 0x=5x = -5, giá trị nào thỏa mãn bất phương trình?

Lời giải:

Thay x=0x = 0: 0+3>00 + 3 > 0 là khẳng định đúng, nên x=0x = 0 thỏa mãn (là một nghiệm).

Thay x=5x = -5: 5+3=2>0-5 + 3 = -2 > 0 là khẳng định sai, nên x=5x = -5 không thỏa mãn.

Khái niệm nghiệm: Với bất phương trình bậc nhất ẩn xx, số x0x_0 là một nghiệm nếu thay x=x0x = x_0 vào thì được một khẳng định đúng. Giải bất phương trình là tìm tất cả các nghiệm của nó.


Ví dụ 2. Trong hai giá trị x=1x = 1x=2x = 2, giá trị nào là nghiệm của bất phương trình 3x403x - 4 \le 0?

Lời giải: Thay x=1x = 1: 314=103 \cdot 1 - 4 = -1 \le 0 (đúng) nên x=1x = 1 là một nghiệm. Thay x=2x = 2: 324=203 \cdot 2 - 4 = 2 \le 0 (sai) nên x=2x = 2 không là nghiệm.


Thực hành 2. Tìm một số là nghiệm và một số không phải là nghiệm của bất phương trình 4x+5>04x + 5 > 0.

Lời giải:

Chọn x=0x = 0: 40+5=5>04 \cdot 0 + 5 = 5 > 0 (đúng) nên x=0x = 0 là một nghiệm.

Chọn x=2x = -2: 4(2)+5=3>04 \cdot (-2) + 5 = -3 > 0 (sai) nên x=2x = -2 không phải là nghiệm.


2. Giải bất phương trình bậc nhất một ẩn

HĐ3. Hãy cho biết bất đẳng thức nhận được khi thực hiện các phép biến đổi:

a) Cộng hai vế của x+1>0x + 1 > 0 với 1-1; b) Nhân hai vế của 2x>12x > 1 với 12\dfrac{1}{2}; c) Nhân hai vế của 32x1-\dfrac{3}{2}x \le 1 với 23-\dfrac{2}{3}.

Lời giải:

a) x+11>01x + 1 - 1 > 0 - 1, tức x>1x > -1.

b) Nhân với 12>0\dfrac{1}{2} > 0 (giữ chiều): x>12x > \dfrac{1}{2}.

c) Nhân với 23<0-\dfrac{2}{3} < 0 (đổi chiều): x23x \ge -\dfrac{2}{3}.

Cách giải ax+b>0ax + b > 0 (a0a \ne 0): cộng hai vế với b-b được ax>bax > -b; nhân hai vế với 1a\dfrac{1}{a}: nếu a>0a > 0 thì x>bax > -\dfrac{b}{a}; nếu a<0a < 0 thì x<bax < -\dfrac{b}{a} (đổi chiều). Các dạng <<, \ge, \le làm tương tự.


Ví dụ 3. Giải các bất phương trình:

a) 2x+1>02x + 1 > 0; b) 0,5x600{,}5x - 6 \le 0; c) 2x+30-2x + 3 \le 0.

Lời giải:

a) 2x+1>0    2x>1    x>122x + 1 > 0 \iff 2x > -1 \iff x > -\dfrac{1}{2}. Nghiệm: x>12x > -\dfrac{1}{2}.

b) 0,5x60    0,5x6    x120{,}5x - 6 \le 0 \iff 0{,}5x \le 6 \iff x \le 12. Nghiệm: x12x \le 12.

c) 2x+30    2x3-2x + 3 \le 0 \iff -2x \le -3; nhân với 12<0-\dfrac{1}{2} < 0 (đổi chiều): x32x \ge \dfrac{3}{2}. Nghiệm: x32x \ge \dfrac{3}{2}.


Ví dụ 4. Giải bất phương trình 2x54x+32x - 5 \le 4x + 3.

Lời giải:

2x54x+3    534x2x    82x    4x.2x - 5 \le 4x + 3 \iff -5 - 3 \le 4x - 2x \iff -8 \le 2x \iff -4 \le x.

Vậy nghiệm của bất phương trình là x4x \ge -4.


Ví dụ 5. Trong một kì thi gồm ba môn Toán, Ngữ văn và Tiếng Anh, điểm số môn Toán và Ngữ văn tính theo hệ số 22, điểm số môn Tiếng Anh tính theo hệ số 11. Để trúng tuyển, điểm số trung bình của ba môn ít nhất phải bằng 88. Bạn Na đã đạt 9,19{,}1 điểm môn Toán và 6,96{,}9 điểm môn Ngữ văn. Hãy lập và giải bất phương trình để tìm điểm số Tiếng Anh tối thiểu mà bạn Na phải đạt để trúng tuyển.

Lời giải:

Gọi xx là điểm số môn Tiếng Anh của bạn Na. Để trúng tuyển:

29,1+26,9+x58    18,2+13,8+x40    32+x40    x8.\frac{2 \cdot 9{,}1 + 2 \cdot 6{,}9 + x}{5} \ge 8 \iff 18{,}2 + 13{,}8 + x \ge 40 \iff 32 + x \ge 40 \iff x \ge 8.

Vậy để trúng tuyển, bạn Na phải đạt ít nhất 88 điểm môn Tiếng Anh.


Thực hành 3. Giải các bất phương trình:

a) 5x3<05x - 3 < 0; b) 6x20-6x - 2 \ge 0.

Lời giải:

a) 5x3<0    5x<3    x<355x - 3 < 0 \iff 5x < 3 \iff x < \dfrac{3}{5}. Nghiệm: x<35x < \dfrac{3}{5}.

b) 6x20    6x2-6x - 2 \ge 0 \iff -6x \ge 2; nhân với 16<0-\dfrac{1}{6} < 0 (đổi chiều): x13x \le -\dfrac{1}{3}. Nghiệm: x13x \le -\dfrac{1}{3}.


Thực hành 4. Giải bất phương trình 5+7x>4x75 + 7x > 4x - 7.

Lời giải:

5+7x>4x7    7x4x>75    3x>12    x>4.5 + 7x > 4x - 7 \iff 7x - 4x > -7 - 5 \iff 3x > -12 \iff x > -4.

Vậy nghiệm của bất phương trình là x>4x > -4.


Vận dụng. Giải bài toán mở đầu (trang 30): Lớp 9A có kế hoạch trồng ít nhất 10001\,000 cây xanh, đã trồng được 540540 cây. Lớp 9A cần trồng thêm ít nhất bao nhiêu cây xanh nữa?

Lời giải:

Gọi xx là số cây xanh lớp 9A cần trồng thêm (xNx \in \mathbb{N}). Để đạt kế hoạch:

540+x1000    x460.540 + x \ge 1\,000 \iff x \ge 460.

Vậy lớp 9A cần trồng thêm ít nhất 460460 cây xanh nữa.