Ứng dụng của phương pháp tọa độ trong mặt phẳng để giải một số bài toán Đại số
Lôøi noùi ñaàu
ÖÙng duïng phöông phaùp toïa ñoä trong maët phaúng ñaõ ñöôïc nhieàu taùc
giaû vieát raát hay. Qua quaù trình giaûng daïy vaø ñuùc ruùt kinh nghieäm veà
noäi dung naøy toâi cuõng coù “thích thuù” neân laøm vieäc taäp hôïp vaø trình baøy
moät maûng nhoû laø öùng duïng vaøo giaûi moät soá baøi toaùn ñaïi soá theo quan
ñieåm caù nhaân.
Noäi dung cuûa baûn Saùng kieán kinh nghieäm naøy goàm 4 phaàn
1. Khai thaùc phöông trình ñöôøng thaúng ñeå tìm caùch ñaët aån soá phuï phuø
hôïp ñoái vôùi moät soá phöông trình voâ tyû hoaëc heä phöông trình voâ tyû.
2. Khai thaùc vò trí töông ñoái giöõa ñöôøng thaúng vôùi ñöôøng troøn ñeå giaûi
caùc baøi toaùn veà: bieän luaän theo tham soá hoaëc tìm tham soá ñeå phöông
trình hoaëc heä phöông trình thoûa maõn yeâu caàu cho tröôùc.
3. Khai thaùc vò trí töông ñoái giöõa ñöôøng thaúng vôùi ñöôøng troøn ñeå giaûi
caùc baøi toaùn veà: bieän luaän theo tham soá hoaëc tìm tham soá ñeå baát
phöông trình hoaëc heä baát phöông trình thoûa maõn yeâu caàu cho tröôùc.
4. Khai thaùc vò trí töông ñoái giöõa ñöôøng thaúng vôùi ñöôøng troøn ñeå giaûi
caùc baøi toaùn veà: giaù trò lôùn nhaát – giaù trò nhoû nhaát cuûa moät bieåu
thöùc.
Trong baøi vieát naøy, toâi coá gaéng söû duïng hình veõ tröïc quan nhaèm moâ taû
toái ña caùc moái lieân heä hình hoïc giöõa caùc ñaïi löôïng lieân quan trong moãi
baøi toaùn, nhaèm tröïc quan hoùa vaán ñeà giuùp hoïc sinh coù theå töï hoïc.
Do khaû naêng coù haïn chaéc chaén nhöõng haïn cheá vaø sai soùt khoù
traùnh khoûi kính mong quí ñoàng nghieäp vaø hoïc sinh goùp yù ñeå baøi vieát
naøy ngaøy caøng hoaøn thieän hôn. Xin chaân thaønh caûm ôn !
Nguyeãn Leâ Quyønh
Toå Toaùn – Tin, Tröôøng THPT Thoáng Nhaát A
DÑ: 0902 887 192. Email:
[email protected]
Người thực hiện: Nguyễn Lê Quỳnh – THPT Thống Nhất A
Trang 1
Ứng dụng của phương pháp tọa độ trong mặt phẳng để giải một số bài toán Đại số
Tên SKKN
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TỌA ĐỘ TRONG MẶT
PHẲNG ĐỂ GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN ĐẠI SỐ
I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Phương pháp tọa độ trong mặt phẳng học sinh được học trong chương trình hình
học lớp 10. Đây là nội dung mà đa số học sinh dễ tiếp thu và dễ thực hành giải toán.
Tầm ảnh hưởng của phương pháp này vào các phân môn Toán trong chương trình toán
học phổ thông tương đối rộng.
Bài viết này chỉ khai thác phương pháp này để giải một số bài toán đại số. Mục
đích giúp đối tượng học sinh khá, giỏi sau khi học xong phương pháp tọa độ trong mặt
phẳng ngoài kỹ năng giải toán quen thuộc các em có thể thấy được tầm quan trọng của
phương pháp này trong việc giải một số bài toán đại số, từ đó học sinh thấy được
mạch liên thông giữa Đại số và Hình học ở chương trình toán lớp 10 giúp các em hứng
thú hơn và kích thích các em tìm tòi, đào sâu hơn nữa vai trò của phương pháp tọa độ
trong mặt phẳng.
Những bài toán đại số được cụ thể bằng hình vẽ của hình học cũng góp phần trực
quan hóa vấn đề giúp học sinh dễ hiểu và đôi khi lời giải gọn gàng hơn.
II. TỔ CHỨC THỰC HIỆN
1. Cơ sở lý luận
Nội dung kiến thức và kỹ năng của phương pháp tọa độ trong mặt phẳng dựa theo
SGK hình học 10 nâng cao của Bộ Giáo dục và Đào tạo.
Dựa vào các bài viết về phương pháp tọa độ (trích dẫn trong phần tài liệu tham
khảo) của các thầy giáo có kinh nghiệm.
Dựa vào kinh nghiệm giảng dạy của bản thân mỗi khi đưa vào các bài toán có
ứng dụng phương pháp tọa độ trong mặt phẳng làm cho học sinh thích thú hơn. Từ đó
tôi sưu tầm, tập hợp và trình bày theo quan điểm cá nhân thành một chuyên đề làm tư
liệu phục vụ cho việc giảng dạy của bản thân và chia sẻ với học sinh, với đồng nghiệp.
2. Nội dung thực hiện
2.1. Khai thác phương trình đường thẳng để tìm cách đặt ẩn số phụ phù hợp đối
với một số phương trình vô tỷ hoặc hệ phương trình vô tỷ
Trong mục này những bài toán được xét sau đây có nhiều cách giải khác, tuy
nhiên trong phạm vi bài viết chỉ chú trọng đến phương pháp khai thác phương trình
đường thẳng để tìm cách đặt ẩn phụ phù hợp nên không trình bày các cách giải kia.
Bài toán 2.1.1 Giải phương trình 3 12 x 3 14 x 2 (1)
Nhận xét Nếu đặt u 3 12 x , v 3 14 x thì (1) trở thành: u + v = 2 là phương trình
của đường thẳng trong hệ trục Ouv, đường thẳng này đi qua điểm I(1; 1) và có VTCP
Người thực hiện: Nguyễn Lê Quỳnh – THPT Thống Nhất A
Trang 2
Ứng dụng của phương pháp tọa độ trong mặt phẳng để giải một số bài toán Đại số
u 1 t
a 1; 1 nên phương trình tham số của nó là
. Thành thử có thể thực hiện
v 1 t
phép đặt ẩn phụ là 3 12 x 1 t hoặc 3 14 x 1 t đều được.
Lời giải Đặt 3 12 x 1 t x 11 3t 3t 2 t 3 , phương trình (1) trở thành
3
25 3t 3t 2 t 3 1 t
t 2
. Khi t = 2 tìm được x = 13, t = 2 tìm được x = 15.
t2 4
t
2
Vậy phương trình (1) có tập nghiệm S = {15; 13}.
Bài toán 2.1.2 Giải phương trình
3
1
1
x
x 1
2
2
(1)
1
1
x, v
x thì (1) trở thành: u + v = 1 là phương trình
2
2
của đường thẳng trong hệ trục Ouv, đường thẳng này đi qua điểm I(1; 0) và có VTCP
u 1 t
a 1; 1 nên phương trình tham số của nó là
. Thành thử có thể thực hiện
v t
Nhận xét Nếu đặt u
3
1
1
x 1 t hoặc
x t , t 0 đều được.
2
2
1
1
1
Lời giải ĐK: x (*). Đặt 3 x 1 t x 3t 3t 2 t 3 phương trình (1) trở
2
2
2
t 3
t 0
2
3
thành 3t 3t t t 3
t 1 .
2
t 4t 3t 0 t 0
1
Khi t = 3 tìm được x = thỏa (*);
2
1
17
t = 1 tìm được x = thỏa (*); t = 0 tìm được x =
thỏa (*).
2
2
17 1 1
Vậy phương trình có tập nghiệm S ; ; .
2 2 2
phép đặt ẩn phụ là
3
Bài toán 2.1.3 Giải phương trình 2 3 3 x 2 3 6 5x 8 0
(1)
(K.A 2009)
Nhận xét Phân tích như hai bài toán trên ta có 2 cách đặt ẩn phụ như sau:
3
3 x 2 1 3t hoặc 6 5 x 2 2t , t 1 .
6
Lời giải ĐK: x (*) . Đặt 3 3 x 2 1 3t x 1 3t 9t 2 9t 3 . (1) trở thành:
5
t 1
t 1
1 15t 45t 2 45t 3 2 2t 3
2
2
45t 49t 7t 3 0 (t 1)(45t 4t 3) 0
t = 1 từ đó tìm được x = 2 thỏa (*). Vậy phương trình có một nghiệm x = 2.
Người thực hiện: Nguyễn Lê Quỳnh – THPT Thống Nhất A
Trang 3
Ứng dụng của phương pháp tọa độ trong mặt phẳng để giải một số bài toán Đại số
x y xy 3
Bài toán 2.1.4 Giải hệ phương trình
(I)
x
1
y
1
4
(K.A 2006)
Nhận xét Từ phương trình x 1 y 1 4 , coi u x 1, v y 1 ta được
phương trình u + v = 4 là phương trình
đường thẳng trong hệ trục Ouv, đường thẳng
này đi qua điểm I(2; 2) và có VTCP a (1; 1) thành thử đường thẳng đó có phương
x 1 2 t
u 2 t
trình tham số là
từ đó thực hiện phép đặt ẩn phụ y 1 2 t .
v 2 t
2 t 2
Lời giải ĐK: x, y 1 và xy 0 (*).
x 1 2 t
x t 2 4t 3
Đặt y 1 2 t y t 2 4t 3 khi đó phương trình x y xy 3 trở thành:
2 t 2
2 t 2
2t 2 3 (t 2 3 4t )(t 2 3 4t ) t 4 10t 2 9 2t 2 3 3t 4 22t 2 0 t 0
Khi đó tính được x = y = 3 thỏa (*). Vậy hệ phương trình (I) có một nghiệm (3; 3).
x 2 xy xy y 2 27 (1)
Bài toán 2.1.5 Giải hệ phương trình
(2)
x y 1
Nhận xét
x 1 t
Khai thác phương trình (2) giống cách của bài toán 2.1.4 có cách đặt
.
y
t
x 1 t
Lời giải ĐK: x y 0 (*). Đặt
với t 0 (**), ta được
y t
x (t 1) 2 t 2 2t 1
, (1) x( x y) y( x y) 27 trở thành:
2
y t
(t 1) 2 (2t 1) t 2 (2t 1) 27
3
2t 1 27 , do (**)
từ đó giải được t = 4 thỏa (**) suy ra x = 25 và y = 16.
Vậy hệ phương trình đã cho có một nghiệm (25; 16).
Các bài toán tự luyện Giải các phương trình và hệ phương trình sau
x3 8 3 12 x3 10 .
x 3 3 x 2 1.
x y x y 2
3)
.
2
2
2
2
x
3
y
x
y
4
1)
2)
Người thực hiện: Nguyễn Lê Quỳnh – THPT Thống Nhất A
Trang 4
Ứng dụng của phương pháp tọa độ trong mặt phẳng để giải một số bài toán Đại số
2.2. Khai thác vị trí tương đối giữa đường thẳng với đường tròn để giải các bài
toán về: biện luận theo tham số hoặc tìm tham số để phương trình hoặc hệ
phương trình thỏa mãn yêu cầu cho trước
Bài toán 2.2.1 Tìm a để phương trình
Lời giải ĐK: 0 x 1 , đặt y =
x x 2 a x (1) có 2 nghiệm phân biệt.
y 0 (2)
x x 2 , y 0 , ta có hệ x 2 y 2 x 0 (3) .
x y a 0 (4)
1
1
x, y thỏa (2) và (3) thì M(x; y) thuộc nửa đường tròn (C) tâm I ;0 , bán kính R =
2
2
nằm phía trên trục Ox. (4) là phương trình của đường thẳng d có hệ số góc bằng – 1.
y
(C)
O
1
1
x
2
d1 d d2
Hình 2.2.1
Gọi d1 đi qua điểm (1; 0) và có hệ số góc –1 d1 có phương trình: x + y = 1.
1
1
Gọi d2 là tiếp tuyến của (C) có hệ số góc –1 d2 có phương trình: x + y =
.
2
2
d có phương trình: x + y = a.
Do đó (1) có hai nghiệm phân biệt d có 2 điểm chung phân biệt với nửa đường tròn
(C) như mô tả trên. Dựa vào hình 2.2.1 suy ra giá trị a cần tìm là:
1 1
.
1 a
2
2
1 1
Nhận xét (1) có một nghiệm 0 a 1 hoặc a
.
2
2
1 1
(1) có nghiệm 0 a
.
2
2
Người thực hiện: Nguyễn Lê Quỳnh – THPT Thống Nhất A
Trang 5
Ứng dụng của phương pháp tọa độ trong mặt phẳng để giải một số bài toán Đại số
Bài toán 2.2.2 Biện luận theo m số nghiệm của phương trình: 4 x 2 mx 2 m (1)
y 0 (2)
Lời giải ĐK: 2 x 2 , đặt y 4 x , y 0 , ta có hệ x 2 y 2 4 (3)
mx y 2 m 0 (4)
2
Nghiệm thỏa mãn (2) và (3) có điểm biểu diễn thuộc nửa phía trên Ox của đường tròn
(C) tâm O, bán kính R = 2. (4) là phương trình của đường thẳng d luôn đi qua điểm cố
định I(1; 2) và có hệ số góc m. Do đó số nghiệm của phương trình (1) là số giao điểm
của d với nửa đường tròn (C) như hình vẽ.
Hình 2.2.2
Đường thẳng d1 qua I và A(2; 0) có hệ số góc k1 = 2.
d: mx – y + 2 – m = 0 tiếp xúc với (C) d(O, d) = R
m 0
2
4 .
2
m
m 1
3
2m
4
Từ I có hai tiếp tuyến với (C) là d2 có hệ số góc là k1 , d3 có hệ số góc k3 = 0.
3
2
Đường thẳng d4 qua I và B(2; 0) có hệ số góc k4 = . Quan sát hệ số góc của các
3
đường thẳng và dựa vào hình 2.2.2 ta biện luận như sau
4
2
Nếu m < 2 hoặc m = hoặc m = 0 hoặc m > thì (1) có 1 nghiệm.
3
3
4
2
Nếu – 2 m < hoặc 0 < m thì (1) có 2 nghiệm phân biệt.
3
3
4
Nếu < m < 0 thì (1) vô nghiệm.
3
Người thực hiện: Nguyễn Lê Quỳnh – THPT Thống Nhất A
Trang 6
Ứng dụng của phương pháp tọa độ trong mặt phẳng để giải một số bài toán Đại số
Bài toán 2.2.3 Biện luận theo m số nghiệm của phương trình
2 x x2 m
(1)
y 0 (2)
Lời giải ĐK: 2 x 2 , đặt y 2 x x 2 , y 0 , ta có hệ x 2 y 2 2 x 0 (3)
y m 0 (4)
x 0
2
2
x y 2 x 0
(3)
. (x; y) thỏa hệ (2) và (3) có điểm biểu diễn nằm trên hai nửa
x 0
x 2 y 2 2 x 0
đường tròn C1(I1 ;R1) và C2(I2 ;R2) trong đó I1(1; 0), R1 = 1 và I2(1;0), R2 = 1 đều
nằm phía trên Ox. (Hình 2.2.3)
y
1
y=1
y=m
y=0
x
-2
-1
O
1
2
Hình 2.2.3
Phương trình (4) là phương trình đường thẳng song song hoặc trùng với Ox. Số
nghiệm của (1) là số giao điểm của d với hai nửa đường tròn nói trên.
Dựa vào Hình 2.2.3 ta biện luận
Nếu m < 0 hoặc m > 1 thì (1) vô nghiệm.
Nếu m = 0 thì (1) có 3 nghiệm.
Nếu 0 < m < 1 thì (1) có 4 nghiệm.
Nếu m = 1 thì (1) có 2 nghiệm.
x2 y 2 m
(1)
Bài toán 2.2.4 Tìm m để hệ phương trình sau có nghiệm
x y xy m (2)
( x y)2 m
Lời giải (1) (x + y) – 2xy = m xy
thay vào (2), ta được:
2
(x + y)2 + 2(x + y) 3m = 0 phương trình này theo ẩn x + y có = 1 + 3m. Từ (1)
suy ra m 0 thành thử > 0 nên ta có x + y = 1 1 3m .
x 2 y 2 m
x 2 y 2 m
Hệ đã cho
(I) hoặc
(II) .
x y 1 1 3m
x y 1 1 3m
Do đó hệ đã cho có nghiệm hệ (I) hoặc (II) có nghiệm.
2
Người thực hiện: Nguyễn Lê Quỳnh – THPT Thống Nhất A
Trang 7
Ứng dụng của phương pháp tọa độ trong mặt phẳng để giải một số bài toán Đại số
a) Hệ (I) có nghiệm đường tròn (C) tâm O(0; 0), bán kính R =
d: x + y = 1 1 3m có điểm chung
m và đường thẳng
1 1 3m
d (O; d ) R
m 2m 2 3m 2 1 3m
2
2 1 3m m 2 0 vô nghiệm vì m 0. Vậy hệ (I) vô nghiệm.
b) Hệ (II) có nghiệm đường tròn (C) tâm O(0; 0), bán kính R = m và đường
thẳng d: x + y = 1 1 3m có điểm chung
d(O; d) R
1 1 3m
m 2m 2 3m 2 1 3m
2
2 1 3m m 2 m 2 8m 0 0 m 8 .
Vậy hệ phương trình đã cho có nghiệm khi 0 m 8.
x y m
Bài toán 2.2.5 Biện luận theo m số nghiệm của hệ phương trình
(I)
x
y
xy
m
Lời giải ĐK x 0, y 0. Đặt u x , v y , u 0, v 0. Khi đó hệ (I) trở thành
u 0, v 0 (1)
u 0, v 0
u v m (2)
(II) .
u v m
u 2 v 2 uv m
2
u 2 v 2 m 2m (3)
3
(2) là phương trình của đường thẳng d, (3) là phương trình đường tròn (C) tâm O(0; 0)
m2 2m
(vì từ (1) và (2) m 0) trong hệ trục Ouv.
3
Mỗi nghiệm (u; v) thỏa (1) của hệ (II) thì hệ (I) có một nghiệm (x; y). Do đó số
nghiệm của (I) là số nghiệm của hệ (II), số nghiệm của hệ (II) là số giao điểm của d
với (C) trong phần tư thứ nhất của hệ trục Ouv (Hình 2.2.5).
m 2 2m
m 2 2m
(C) cắt Ou tại A
;0 và cắt Ov tại B 0;
, phương trình đường
3
3
bán kính R =
m 2 2m
.
3
Gọi d2 là tiếp tuyến với phần đường tròn (C), ta tìm được phương trình d 2 :
thẳng d1 đi qua hai điểm A, B là: u v
2m 2 4m
uv
(Hình 2.2.5)
3
Người thực hiện: Nguyễn Lê Quỳnh – THPT Thống Nhất A
Trang 8
Ứng dụng của phương pháp tọa độ trong mặt phẳng để giải một số bài toán Đại số
Hình 2.2.5
Dựa vào hình 2.2.5 ta biện luận
Nếu m
m 2 2m
2m 2 4m
hoặc m
0 m 1 hoặc m > 4 thì hệ (I) vô
3
3
nghiệm.
m 0
m 2 2m
Nếu m
. Trường hợp m = 0 thì hệ (I) có nghiệm duy nhất
3
m 1
(0;0), trường hợp m = 1 hệ (I) có hai nghiệm (1; 0) và (0; 1).
m 0
2m 2 4m
Nếu m
thì hệ (I) có một nghiệm.
3
m 4
m 2 2m
2m 2 4 m
Nếu
m
1 m 4 thì hệ (I) có hai nghiệm.
3
3
Kết luận:
* m = 0 hoặc m = 4: Hệ (I) có một nghiệm.
* 1 m < 4: Hệ (I) có hai nghiệm.
* 0 m < 1 hoặc m > 4: Hệ (I) vô nghiệm.
2
2
x y 8 x 6 y 16 0 (1)
(I)
Bài toán 2.2.6 Biện luận theo m số nghiệm của hệ 2
2 2
y
2
mxy
m
x
0
(2)
Lời giải (1) là phương trình của đường tròn (C) tâm I(4; 3), bán kính R = 3.
(2) (mx – y)2 = 0 y = mx đây là phương trình đường thẳng d đi qua gốc tọa độ O
và có hệ số góc là m. Thành thử số nghiệm của hệ (I) là số giao điểm của d và (C).
Người thực hiện: Nguyễn Lê Quỳnh – THPT Thống Nhất A
Trang 9
Ứng dụng của phương pháp tọa độ trong mặt phẳng để giải một số bài toán Đại số
Từ O ta viết được 2 tiếp tuyến với (C) có phương trình: y = 0 và y
trình đường thẳng OI là y
24
x , phương
7
3
x (Hình 2.2.6)
4
Hình 2.2.6
Dựa vào hình 2.2.6 ta biện luận
24
Nếu m < 0 hoặc m >
thì hệ (I) vô nghiệm.
7
24
Nếu m = 0 hoặc m
thì hệ (I) có một nghiệm.
7
24
Nếu 0 < m <
thì hệ (I) có hai nghiệm.
7
Các bài toán tự luyện
1)
2)
Tìm k để phương trình x 1 x 2 k có hai nghiệm phân biệt.
2
2
x y 2(1 a)
Tìm a để hệ phương trình
có hai nghiệm phân biệt.
2
( x y ) 4
2.3. Khai thác vị trí tương đối giữa đường thẳng với đường tròn để giải các bài
toán về: biện luận theo tham số hoặc tìm tham số để bất phương trình hoặc hệ bất
phương trình thỏa mãn yêu cầu cho trước
Bài toán 2.3.1 Tìm m để bất phương trình
x 1 4 x m (1) có nghiệm.
Lời giải ĐK: 1 x 4. Đặt u x 1, v 4 x với u 0, v 0.
Người thực hiện: Nguyễn Lê Quỳnh – THPT Thống Nhất A
Trang 10
Ứng dụng của phương pháp tọa độ trong mặt phẳng để giải một số bài toán Đại số
u 0, v 0 (2)
Khi đó (1) có nghiệm hệ (I) u v m (3) có nghiệm.
u 2 v 2 5 (4)
Xét hệ tọa độ Ouv, bộ số (u; v) thỏa (2) và (4) thì điểm M(u; v) thuộc một phần tư thứ
nhất của đường tròn (C) tâm O, bán kính R 5 .
Đường thẳng d: v = u – m có hệ số góc bằng 1.
5;0 có phương trình v = u
Đường thẳng có hệ số góc bằng 1 và qua điểm B 0; 5 có phương trình v = u
Đường thẳng có hệ số góc bằng 1 và qua điểm A
5.
5.
Đường thẳng có hệ số góc bằng 1 và qua điểm O 0;0 có phương trình v = u.
Hình 2.3.1
Bất phương trình v < u – m có miền nghiệm là phần chưa bị gạch. Hệ (I) có nghiệm
có ít nhất một điểm thuộc miền nghiệm (chưa bị gạch) của bất phương trình
AB
(3), dựa vào hình 2.3.1 suy ra giá trị m cần tìm là m < 5 .
Bài toán 2.3.2 Tìm m để bất phương trình
đúng với mọi x [4; 6].
(4 x)(6 x) x m (1) được nghiệm
Lời giải Với x [4; 6], đặt y (4 x )(6 x ), y 0 , ta được hệ
(1)
y 0
2
( I ) x y 2 2 x 24 0 (2) . Bất phương trình đã cho được nghiệm đúng trên [4; 6]
x y m
(3)
hệ (I) được nghiệm đúng. Thật vậy, nghiệm (x; y) thỏa (1) và (2) thì điểm M(x; y)
thuộc nửa đường tròn (C) tâm I(1; 0), bán kính R = 5 nằm phía trên Ox (Hình 2.3.2).
Người thực hiện: Nguyễn Lê Quỳnh – THPT Thống Nhất A
Trang 11
Ứng dụng của phương pháp tọa độ trong mặt phẳng để giải một số bài toán Đại số
Đường thẳng có phương trình dạng y = x + m tiếp xúc với nửa đường tròn (C), ta
tìm được m 5 2 1 , thành thử tiếp tuyến d với nửa đường tròn (C) có phương trình:
y x 5 2 1.
Đường thẳng d1 đi qua gốc tọa độ O và song song với d có phương trình y = x, đường
thẳng d2 đi qua A(6; 0) và song song với d có phương trình y = x – 5.
Miền nghiệm của (3) là miền phía dưới (chưa bị gạch) kể cả biên của đường thẳng
có phương trình y = x + m. Dựa vào hình 2.3.2 suy ra (I) được nghiệm đúng khi nửa
đường tròn (C) nằm phía dưới đường thẳng .
Từ đó suy ra giá trị m cần tìm là m 5 2 1 .
Hình 2.3.2
x 2 y 2 2 x 2 (1)
Bài toán 2.3.3 Tìm m để hệ
có nghiệm duy nhất.
(2)
x y m 0
Lời giải (1) (x – 1)2 + y2 3, nghiệm (x; y) của (1) có điểm biểu diễn trong mặt
phẳng tọa độ thuộc hình tròn (C) tâm I(1; 0), bán kính R = 3 kể cản biên.
(2) y = x + m là phương trình đường thẳng d có hệ số góc bằng 1.
Ta tìm được hai tiếp tuyến với đường tròn có phương trình (x – 1)2 + y2 = 3 có
phương trình y x 6 1 và y x 6 1 . Dựa vào hình 2.3.3 dưới đây,
hệ đã cho có nghiệm duy nhất d tiếp xúc với (C) m 6 1 hoặc m 6 1 .
Vậy giá trị m cần tìm m 6 1.
Người thực hiện: Nguyễn Lê Quỳnh – THPT Thống Nhất A
Trang 12
Ứng dụng của phương pháp tọa độ trong mặt phẳng để giải một số bài toán Đại số
Hình 2.3.3
x 2 ( y 1) 2 m
Bài toán 2.3.4 Tìm m để hệ bất phương trình sau
2
2
( x 1) y m
(1)
(2)
có nghiệm.
Lời giải Từ đề bài, một điều kiện cần để hệ có nghiệm là m > 0.
Nghiệm của bất phương trình (1) có điểm biểu diễn thuộc hình tròn (C1) tâm I1(0; 1)
bán kính R1 = m kể cả biên.
Nghiệm của bất phương trình (2) có điểm biểu diễn thuộc hình tròn (C2) tâm I2(1; 0)
bán kính R2 = m kể cả biên.
Thành thử hệ bất phương trình đã cho có nghiệm (Hình 2.3.4, khi hai hình tròn có
1
điểm chung) I1I2 R1 + R2 2 2 m m .
2
Hình 2.3.4
Người thực hiện: Nguyễn Lê Quỳnh – THPT Thống Nhất A
Trang 13
Ứng dụng của phương pháp tọa độ trong mặt phẳng để giải một số bài toán Đại số
2 x y 2
Bài toán 2.3.5 Tìm m để hệ x 3 y 9
có nghiệm không âm.
x 2 y 2 4 x 8 y 20 m 0
Lời giải Phương trình x2 + y2 – 4x – 8y + 20 – m = 0 (x – 2)2 + (y – 4)2 = m. Với m
0 thì đây là phương trình đường tròn (C) tâm I(2; 4), bán kính R = m . Xác định
x, y 0
miền nghiệm của hệ ( I ) 2 x y 2 như hình 2.3.5 dưới đây (phần chưa bị gạch)
x 3y 9
Hình 2.3.5
Gọi d là đường thẳng có phương trình x + 3y – 9 = 0.
Dựa vào hình 2.3.5, hệ đã cho có nghiệm không âm
đường tròn (C) có ít nhất một điểm thuộc miền nghiệm của hệ (I)
IH R max{IA; IB; IC; ID} = ID (*), với D(9; 0)
5
Trong đó, IH = d(I;d) =
, ID = 65 .
2
5
5
5
Thành thử (*)
m 65 m 65 . Vậy giá trị m cần tìm m 65 .
2
2
2
Các bài toán tự luyện
1) Tìm m để bất phương trình x(6 x) x m 2 được nghiệm đúng với
mọi x thuộc [0; 6].
x 2 y 2 16 8 x 6 y
2) Tìm m để hệ
có nghiệm.
4
x
3
y
m
Người thực hiện: Nguyễn Lê Quỳnh – THPT Thống Nhất A
Trang 14
Ứng dụng của phương pháp tọa độ trong mặt phẳng để giải một số bài toán Đại số
2.4. Khai thác vị trí tương đối giữa đường thẳng với đường tròn để giải các bài
toán về: giá trị lớn nhất – giá trị nhỏ nhất của một biểu thức
Bài toán 2.4.1 Cho hai số thực x, y thỏa mãn (x – 2)2 + (y – 4)2 = 5. Tìm x, y để biểu
thức P = x2 + y2 đạt giá trị nhỏ nhất và giá trị lớn nhất.
Lời giải (x – 2)2 + (y – 4)2 = 5 là phương trình đường tròn (C) tâm I(2; 4), bán kính
R = 5 . Gọi M(x; y) (C), ta có: P = x2 + y2 = OM2, với O là gốc tọa độ.
Gọi d là đường thẳng qua hai điểm O, I phương trình của d là y = 2x.
Gọi A, B là giao điểm của d với (C), ta tìm được A(1; 2), B(3; 6). Dựa vào hình 2.4.1,
minP 5, khi x 1, y 3
ta có: OA P OB 5 P 3 5
.
maxP = 3 5 ,khi x 3, y 6
Hình 2.4.1
Bài toán 2.4.2 Cho hai số thực x, y thỏa mãn 3x – y + 2 = 0. Tìm giá trị nhỏ nhất của
biểu thức P =
x2 y 2 2x 2 y 2 x2 y2 6 x 9 .
Lời giải P ( x 1) 2 ( y 1) 2 ( x 3) 2 y 2 . Xét hai điểm A(1; 1), B(3; 0) và
điểm M(x; y) thuộc đường thẳng d có phương trình 3x – y + 2 = 0.
Ta có AM = ( x 1) 2 ( y 1) 2 , BM = ( x 3) 2 y 2 thành thử P = AM + BM.
Bài toán trở thành “ Tìm điểm M thuộc d sao cho MA + MB đạt giá trị nhỏ nhất ”.
7 9
Thật vậy, gọi A đối xứng với A qua d, ta tìm được A ' ; , ta có MA = MA,
5 5
113
113
thành thử P = AM + BM = AM + BM AB =
minP =
M Mo,
5
5
với Mo = AB d.
Người thực hiện: Nguyễn Lê Quỳnh – THPT Thống Nhất A
Trang 15
Ứng dụng của phương pháp tọa độ trong mặt phẳng để giải một số bài toán Đại số
Hình 2.4.2
x 3 22t
17 33
Từ đó tìm được AB có phương trình:
suy ra tọa độ Mo ; .
75 25
y 9t
17
33
Vậy x , y
thì P đạt giá trị nhỏ nhất.
75
25
Bài toán 2.4.3 Cho x, y thỏa mãn (x – 4)2 + (y + 3)2 1. Tìm x, y để biểu thức
A = (2x – 3y – 6)2 đạt giá trị nhỏ nhất và giá trị lớn nhất.
2 x 3 y 6 A 0 ( d1 )
Lời giải Từ A = (2x – 3y – 6)2 ta có A 0 và
.
2 x 3 y 6 A 0 ( d 2 )
2
Gọi M(x; y) trong đó x, y thỏa mãn (x – 4) + (y + 3)2 1 M thuộc hình tròn tâm
I(4; 3), bán kính R = 1 (kể cả biên).
11 A
Ta có d(I;d 2) =
1, vì A 0 d 2 và (C) không có điểm chung.
13
d 1 có điểm chung với hình tròn (C) d(I; d1) R
11 A 13 11 13 A 11 13 134 22 13 A 134 22 13 (*)
Gọi là đường thẳng qua I và vuông góc với đường thẳng d2, thì có phương trình:
3x + 2y – 6 = 0. Giao điểm của và (C): (x – 4)2 + (y + 3)2 = 1 là nghiệm của hệ
78 117
78 117
x
2
x 2
3 x 2 y 6 0
39
39
.
hoặc
2
2
( x 4) ( y 3) 1
39 117
39 117
y
y
13
13
Từ (*) suy ra
Người thực hiện: Nguyễn Lê Quỳnh – THPT Thống Nhất A
Trang 16
Ứng dụng của phương pháp tọa độ trong mặt phẳng để giải một số bài toán Đại số
78 117
x 2
39
và
maxA = 134 22 13 khi
39 117
y
13
78 117
x 2
39
.
minA = 134 22 13 khi
39 117
y
13
Hình 2.4.3
Bài toán 2.4.4 Tìm giá trị nhỏ nhất của hàm số f(x) =
x 2 2x+2 x 2 2x+2 .
Nhận xét Viết lại f(x) = ( x 1) 2 1 ( x 1) 2 1 mỗi căn thức là dạng độ dài của
một vectơ, vì vậy ta chọn hai vectơ nào đó mà mỗi vectơ có độ dài trong biểu thức f(x)
và tổng của hai vectơ đó là một vectơ không đổi, kết hợp với tính chất u v u v
ta có thể tìm được giá trị nhỏ nhất của f(x).
Lời giải Hàm số f xác định trên R, xR trong mặt phẳng tọa độ Oxy, xét hai vectơ
u x 1;1 và v x 1;1 ta có u ( x 1) 2 1, v ( x 1) 2 1 và
u v (2;2) u v 2 2 . Mà ta luôn có u v u v suy ra:
f(x) u v 2 2 . Vậy min f ( x) 2 2 khi u , v cùng phương x = 0.
R
Người thực hiện: Nguyễn Lê Quỳnh – THPT Thống Nhất A
Trang 17
Ứng dụng của phương pháp tọa độ trong mặt phẳng để giải một số bài toán Đại số
Các bài toán tự luyện
c d 6
Cho 4 số thực a, b, c, d thỏa mãn 2
. Tìm giá trị nhỏ nhất của
2
a b 1
biểu thức P = c2 + d2 – 2ac – 2bd + 2.
1)
2)
3)
Tìm giá trị nhỏ nhất của hàm số f ( x ) x 2 4 x 13 x 2 6 x 10 .
Cho hai số thực x, y thỏa mãn x – 2y + 2 = 0. Tìm giá trị nhỏ nhất của
hàm số f ( x ) ( x 3) 2 ( y 5) 2 ( x 5) 2 ( y 7) 2 .
III. HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI
Sáng kiến kinh nghiệm này mới được hoàn thành, xong trước đây đã áp dụng rải
rác trong quá trình giảng dạy toán. Từ năm học này tôi đã thực hiện giới thiệu nhiều
hơn với các học sinh trong các lớp tôi phụ trách và chia sẻ cho các em tham khảo
thêm.
Giúp học sinh khá, giỏi hứng thú hơn trong việc tìm tòi những ứng dụng khác
của phương pháp tọa độ.
Ở góc độ tổ chuyên môn được đồng nghiệp khích lệ và ủng hộ và đề tài cũng là
tài liệu tham khảo nội bộ của tổ chuyên môn trong giảng dạy từ năm học 2011 2012.
IV. ĐỀ XUẤT, KHUYẾN NGHỊ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG
Đề tài xem như tài liệu tham khảo dành cho học sinh và giáo viên dạy toán. Sau khi
được thẩm định của hội đồng khoa học của Sở Giáo dục đề nghị được chia sẻ dưới
mọi hình thức với học sinh và đồng nghiệp.
V. TÀI LIỆU THAM KHẢO
Phương pháp đồ thị để biện luận hệ có tham số NXB Giáo dục – Phan Huy Khải.
Các phương pháp giải nhanh đề thi đại học – Hoàng Việt Quỳnh – mathvn.com.
Các đề thi Đại học – Cao đẳng của Bộ Giáo dục và Đào tạo.
Giải toán hình học 12 – Trần Thành Minh (chủ biên) – NXB Giáo dục 1995.
SGK Hình học 10 và Đại số 10 nâng cao.
Trảng Bom, ngày 28 tháng 01 năm 2012
Người thực hiện
Nguyễn Lê Quỳnh
Người thực hiện: Nguyễn Lê Quỳnh – THPT Thống Nhất A
Trang 18
.PDF 
18 
1107 
69 
