Bài 1 · HĐ1★Trang 26— Lập bất phương trình bậc nhất hai ẩn từ bài toán kinh doanh máy điều hoà
HĐ1 (trang 26). Trong tình huống mở đầu, gọi x và y lần lượt là số máy điều hoà loại hai chiều và một chiều mà cửa hàng cần nhập. Tính số tiền vốn mà cửa hàng phải bỏ ra để nhập hai loại máy điều hoà theo x và y. a) Do nhu cầu của thị trường không quá 100 máy nên x và y cần thoả mãn điều kiện gì? b) Vì số vốn mà chủ cửa hàng có thể đầu tư không vượt quá 1,2 tỉ đồng nên x và y phải thoả mãn điều kiện gì? c) Tính số tiền lãi mà cửa hàng dự kiến thu được theo x và y.
Kiến thức cần nhớ
Máy điều hoà hai chiều giá 20 triệu đồng/máy, lợi nhuận dự kiến 3,5 triệu đồng/máy; máy điều hoà một chiều giá 10 triệu đồng/máy, lợi nhuận dự kiến 2 triệu đồng/máy.
1,2 tỉ đồng =1200 triệu đồng; cần đổi cùng đơn vị triệu đồng trước khi lập bất phương trình.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho hai ràng buộc thuộc hai loại khác nhau: một ràng buộc về SỐ LƯỢNG máy (nhu cầu thị trường) và một ràng buộc về TIỀN VỐN, nên phải viết hai bất phương trình riêng chứ không gộp được. Đơn giá và tiền lãi cho theo triệu đồng còn số vốn cho theo tỉ đồng, phải quy về cùng đơn vị trước khi lập bất phương trình. Bẫy là gán nhầm x cho loại một chiều — đề nói rõ x là loại HAI chiều, giá 20 triệu.
1Cách 1. Lập biểu thức tổng vốn và tổng lãi rồi thay số liệu từ bảng.
Định hướng. Số tiền vốn (hay tiền lãi) bằng đơn giá mua (hay lợi nhuận) nhân số máy của từng loại cộng lại; đổi 1,2 tỉ đồng sang đơn vị triệu đồng để lập bất phương trình cùng đơn vị.
Máy điều hoà hai chiều giá 20 triệu đồng/máy, nhập x máy tốn 20x (triệu đồng). Máy điều hoà một chiều giá 10 triệu đồng/máy, nhập y máy tốn 10y (triệu đồng). Số tiền vốn phải bỏ ra là 20x+10y (triệu đồng). a) Tổng số máy không quá 100: x+y≤100. b) 1,2 tỉ đồng =1200 triệu đồng; số vốn không vượt quá 1200 triệu đồng: 20x+10y≤1200. c) Lợi nhuận dự kiến mỗi máy hai chiều là 3,5 triệu đồng, mỗi máy một chiều là 2 triệu đồng, nên số tiền lãi dự kiến là F=3,5x+2y (triệu đồng).
Vậy số tiền vốn là 20x+10y (triệu đồng); a) x+y≤100; b) 20x+10y≤1200; c) số tiền lãi dự kiến F=3,5x+2y (triệu đồng).
2Cách 2. Rút gọn bất phương trình ở câu b) về dạng hệ số nhỏ nhất.
Định hướng. Chia cả hai vế của bất phương trình về vốn cho ước chung của các hệ số để đưa về dạng gọn hơn, thuận tiện khi lập hệ và vẽ miền nghiệm ở các mục sau.
Số tiền vốn là 20x+10y (triệu đồng). b) 20x+10y≤1200, chia hai vế cho 10: 2x+y≤120. a) Điều kiện về nhu cầu vẫn là x+y≤100. c) Số tiền lãi dự kiến vẫn là F=3,5x+2y (triệu đồng), không phụ thuộc cách viết bất phương trình ở câu b).
Vậy b) 2x+y≤120, tương đương 20x+10y≤1200 ở cách 1; a) x+y≤100; c) F=3,5x+2y (triệu đồng), khớp với cách 1.
Nhận xét. Hệ bất phương trình gọn x≥0, y≥0, x+y≤100, 2x+y≤120 và biểu thức F=3,5x+2y chính là dữ liệu được dùng lại xuyên suốt Ví dụ 3 của bài học để tìm phương án lợi nhuận lớn nhất.
3Cách 3. Thử một phương án nhập hàng cụ thể để kiểm chứng các biểu thức
Định hướng. Chọn một phương án nhập hàng cụ thể rồi tính tay số máy, số vốn, số lãi; đối chiếu với các biểu thức vừa lập để chắc chắn không gán nhầm ẩn hay nhầm đơn vị.
Số tiền vốn phải bỏ ra là 20x+10y (triệu đồng); số tiền lãi dự kiến là F=3,5x+2y (triệu đồng) Thử phương án nhập 40 máy hai chiều và 40 máy một chiều, tức x=40, y=40 Số máy: 40+40=80≤100 nên thoả điều kiện nhu cầu thị trường x+y≤100 Số vốn: 20⋅40+10⋅40=1200 triệu đồng, đúng bằng 1,2 tỉ đồng nên thoả 20x+10y≤1200 Chia hai vế của 20x+10y≤1200 cho 10 được dạng gọn 2x+y≤120; thử lại: 2⋅40+40=120≤120 Số lãi: 3,5⋅40+2⋅40=140+80=220 triệu đồng
Vậy số tiền vốn là 20x+10y (triệu đồng); a) x+y≤100; b) 20x+10y≤1200, rút gọn thành 2x+y≤120; c) F=3,5x+2y (triệu đồng).
Nhận xét. Phương án (40;40) dùng vừa hết vốn mà chưa hết nhu cầu — dấu hiệu cho thấy hai ràng buộc không thay thế được cho nhau.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: lập từng biểu thức theo đúng thứ tự đề hỏi, và luôn viết rõ đơn vị bên cạnh mỗi biểu thức — đó là cách chắc chắn nhất để không lẫn giữa triệu và tỉ đồng.
Đáp số.Số tiền vốn: 20x+10y (triệu đồng) (hay 2x+y≤120 khi rút gọn câu b); a) x+y≤100; b) 20x+10y≤1200; c) F=3,5x+2y (triệu đồng).
Sai lầm thường gặp.Quên đổi 1,2 tỉ đồng sang đơn vị triệu đồng (viết nhầm 20x+10y≤1,2), khiến bất phương trình sai lệch hoàn toàn về độ lớn.
🚀 Mở rộng.Nếu số vốn tăng lên 2 tỉ đồng thì ràng buộc vốn thành 2x+y≤200, khi đó ràng buộc nhu cầu x+y≤100 mới là ràng buộc chặt hơn ở phần lớn miền — đổi một con số là đổi hẳn ràng buộc nào giữ vai trò quyết định.
Bài 2 · Luyện tập 1★Trang 27— Lập hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn và tìm một nghiệm
Luyện tập 1 (trang 27). Trong tình huống mở đầu, gọi x và y lần lượt là số máy điều hoà loại hai chiều và một chiều mà cửa hàng cần nhập. Từ HĐ1, viết hệ bất phương trình hai ẩn x, y và chỉ ra một nghiệm của hệ này.
Kiến thức cần nhớ
Số máy điều hoà mỗi loại là số không âm nên có thêm điều kiện x≥0, y≥0.
Cặp số (x0;y0) là nghiệm của hệ khi nó đồng thời là nghiệm của mọi bất phương trình trong hệ.
🧠 Phân tích tư duy
Yêu cầu gộp các điều kiện thành một hệ, nên phải nhớ cả hai điều kiện ẨN NGẦM là x≥0 và y≥0 vì số máy không âm. Muốn chỉ ra một nghiệm thì chọn cặp số dễ kiểm nhất, mà (0;0) luôn thoả mọi ràng buộc dạng “nhỏ hơn hoặc bằng” với vế phải dương. Bẫy là viết hệ mà thiếu hai điều kiện không âm, khi ấy hệ có cả nghiệm âm — vô nghĩa với bài toán nhập hàng.
1Cách 1. Gộp các điều kiện ở HĐ1 thành hệ rồi thử nghiệm bằng 0.
Định hướng. Bổ sung điều kiện không âm x≥0, y≥0 vào hai bất phương trình đã lập ở HĐ1 để được hệ đầy đủ, sau đó thử một cặp số đơn giản để kiểm tra.
Từ HĐ1: điều kiện về nhu cầu là x+y≤100, điều kiện về vốn là 20x+10y≤1200 (hay 2x+y≤120). Vì x, y là số máy nên x≥0, y≥0. Hệ bất phương trình cần tìm là x≥0, y≥0, x+y≤100, 2x+y≤120. Thử (x;y)=(0;0): 0≥0 đúng, 0≥0 đúng, 0+0=0≤100 đúng, 2⋅0+0=0≤120 đúng.
Vậy hệ bất phương trình là x≥0, y≥0, x+y≤100, 2x+y≤120; cặp số (0;0) là một nghiệm của hệ.
2Cách 2. Xét trường hợp chỉ nhập một loại máy để tìm nghiệm khác 0.
Định hướng. Cho y=0 (chỉ nhập máy hai chiều), thay vào hệ để tìm khoảng giá trị của x rồi chọn một giá trị cụ thể làm nghiệm khác với nghiệm tầm thường (0;0).
Hệ bất phương trình (theo cách 1) là x≥0, y≥0, x+y≤100, 2x+y≤120. Với y=0: điều kiện x+y≤100 trở thành x≤100; điều kiện 2x+y≤120 trở thành 2x≤120, tức x≤60. Chọn x=50, y=0: 50≥0 đúng, 0≥0 đúng, 50+0=50≤100 đúng, 2⋅50+0=100≤120 đúng.
Vậy(50;0) cũng là một nghiệm của hệ, khác với nghiệm (0;0) ở cách 1.
Nhận xét. Hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn luôn có vô số nghiệm; nghiệm được chọn ở đây có ý nghĩa thực tế là một phương án nhập hàng, không nhất thiết đạt lợi nhuận lớn nhất.
3Cách 3. Lấy một điểm trong miền nghiệm trên mặt phẳng toạ độ
Định hướng. Miền nghiệm của hệ là giao của bốn nửa mặt phẳng; chọn một điểm nằm hẳn bên trong miền đó rồi kiểm lại bằng phép tính thì có ngay một nghiệm khác các nghiệm tầm thường.
Hệ bất phương trình là x≥0, y≥0, x+y≤100, 2x+y≤120 Hai điều kiện đầu giới hạn miền vào góc phần tư thứ nhất Đường x+y=100 cắt hai trục tại (100;0) và (0;100); đường 2x+y=120 cắt hai trục tại (60;0) và (0;120) Lấy điểm (30;40) nằm bên trong miền và kiểm tra: 30≥0, 40≥0 30+40=70≤100 và 2⋅30+40=100≤120 Cả bốn bất phương trình đều thoả nên (30;40) là một nghiệm của hệ
Vậy hệ bất phương trình là x≥0, y≥0, x+y≤100, 2x+y≤120; chẳng hạn (30;40) là một nghiệm, nghĩa là nhập 30 máy hai chiều và 40 máy một chiều thì thoả mọi điều kiện.
Nhận xét. Chọn điểm nằm HẲN bên trong miền (không nằm trên biên) thì cả bốn bất đẳng thức đều đúng ở dạng chặt, nên kiểm tra rất dễ.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: viết hệ rồi nêu ngay nghiệm (0;0) vì kiểm tra chỉ mất một dòng; nếu đề đòi nghiệm “có ý nghĩa thực tế” thì mới cần chọn điểm như (30;40).
Đáp số.Hệ bất phương trình: x≥0, y≥0, x+y≤100, 2x+y≤120; chẳng hạn (0;0) hoặc (50;0) là nghiệm của hệ.
Sai lầm thường gặp.Quên bổ sung điều kiện x≥0, y≥0 vào hệ dù đây là điều kiện tất yếu của số máy, dẫn đến hệ thiếu ràng buộc so với thực tế.
🚀 Mở rộng.Nếu thêm ràng buộc “phải nhập ít nhất 20 máy mỗi loại” thì hai điều kiện x≥0, y≥0 được thay bằng x≥20, y≥20, và cặp (0;0) không còn là nghiệm nữa.
Bài 3 · HĐ2★★Trang 27— Nhận biết miền nghiệm của hệ bất phương trình qua giao các nửa mặt phẳng
HĐ2 (trang 27). Cho đường thẳng d:x+y=150 trên mặt phẳng toạ độ Oxy. Đường thẳng này cắt hai trục toạ độ Ox và Oy tại hai điểm A và B. a) Xác định các miền nghiệm D1, D2, D3 của các bất phương trình tương ứng x≥0; y≥0 và x+y≤150. b) Miền tam giác OAB có phải là giao của các miền D1, D2 và D3 hay không? c) Lấy một điểm trong tam giác OAB (chẳng hạn điểm (1;2)) hoặc một điểm trên cạnh nào đó của tam giác OAB (chẳng hạn điểm (1;149)) và kiểm tra xem toạ độ của các điểm đó có phải là nghiệm của hệ bất phương trình sau hay không: x≥0, y≥0, x+y≤150.
Kiến thức cần nhớ
Miền nghiệm của x≥0 là nửa mặt phẳng bên phải trục Oy (kể cả trục); miền nghiệm của y≥0 là nửa mặt phẳng phía trên trục Ox (kể cả trục).
Đường thẳng x+y=150 đi qua A(150;0) và B(0;150); miền nghiệm của x+y≤150 là nửa mặt phẳng bờ đường thẳng đó chứa gốc toạ độ O.
🧠 Phân tích tư duy
Ba bất phương trình x≥0, y≥0, x+y≤150 đều rất quen, nên trọng tâm của bài không phải là vẽ mà là hiểu tại sao GIAO của ba nửa mặt phẳng lại đúng bằng miền tam giác OAB. Muốn khẳng định điều đó chặt chẽ thì chứng minh hai chiều bao hàm chứ không chỉ nhìn hình. Bẫy ở câu c) là tưởng điểm nằm trên CẠNH tam giác thì không thuộc miền nghiệm — thực ra hệ dùng dấu ≥ và ≤ nên biên vẫn được lấy.
1Cách 1. Xác định từng miền theo định nghĩa rồi kiểm tra toạ độ điểm bằng phép tính.
Định hướng. Xác định từng miền D1, D2, D3 theo đúng định nghĩa nửa mặt phẳng, chỉ ra tam giác OAB chính là phần chung của ba miền, sau đó thay trực tiếp toạ độ hai điểm đã cho vào ba bất phương trình của hệ.
Đường thẳng d:x+y=150 cắt Ox tại A(150;0) và cắt Oy tại B(0;150). a) D1 là nửa mặt phẳng bờ Oy chứa các điểm có x≥0, tức là nửa bên phải trục Oy (kể cả trục). D2 là nửa mặt phẳng bờ Ox chứa các điểm có y≥0, tức là nửa phía trên trục Ox (kể cả trục). D3 là nửa mặt phẳng bờ d chứa gốc toạ độ O vì 0+0=0≤150 đúng. b) Tam giác OAB gồm các điểm có x≥0 (giữa cạnh OB và cạnh OA), y≥0 và x+y≤150 (nằm về phía O so với cạnh AB), đúng ba điều kiện xác định D1, D2, D3, nên tam giác OAB chính là giao của ba miền này. c) Tại (1;2): 1≥0 đúng, 2≥0 đúng, 1+2=3≤150 đúng. Tại (1;149): 1≥0 đúng, 149≥0 đúng, 1+149=150≤150 đúng.
Vậy tam giác OAB là giao của D1, D2, D3; cả hai điểm (1;2) và (1;149) đều là nghiệm của hệ bất phương trình đã cho.
2Cách 2. Quan sát vị trí điểm trên hình vẽ rồi kiểm tra lại bằng phép tính.
Định hướng. Đối chiếu vị trí hai điểm với miền tam giác OAB đã tô trên hình: điểm nằm hẳn bên trong hay nằm trên cạnh của tam giác đều thuộc miền nghiệm, sau đó kiểm tra lại bằng phép tính để chắc chắn.
Trên hình, điểm (1;2) nằm hẳn bên trong tam giác OAB, gần đỉnh O; điểm (1;149) nằm trên cạnh AB của tam giác, gần đỉnh B. Kiểm tra lại: tại (1;2), tổng 1+2=3 nhỏ hơn nhiều so với 150, phù hợp với vị trí nằm sâu trong miền. Tại (1;149), tổng 1+149=150 bằng đúng vế phải, phù hợp với vị trí nằm trên biên AB của tam giác.
Vậy quan sát hình vẽ cho cùng kết luận với cách 1: cả hai điểm đều là nghiệm của hệ, trong đó (1;149) là nghiệm nằm trên biên.
Nhận xét. Điểm nằm trên cạnh AB vẫn là nghiệm của hệ vì bất phương trình x+y≤150 có dấu bằng nên đường thẳng d được lấy trọn vào miền nghiệm.
3Cách 3. Chứng minh hai chiều bao hàm giữa miền tam giác và giao ba nửa mặt phẳng
Định hướng. Đặt D=D1∩D2∩D3; chứng minh mọi điểm của miền tam giác OAB đều thuộc D và ngược lại, rồi kiểm lại bằng hai điểm cụ thể của đề.
Đường thẳng d:x+y=150 cắt Ox tại A(150;0) và cắt Oy tại B(0;150) D1 là nửa mặt phẳng bên phải trục tung kể cả trục tung; D2 là nửa mặt phẳng phía trên trục hoành kể cả trục hoành; D3 là nửa mặt phẳng bờ d chứa gốc toạ độ, kể cả d Chiều thứ nhất: điểm thuộc miền tam giác OAB thì nằm bên phải trục tung, phía trên trục hoành và cùng phía gốc so với d, nên thuộc cả D1, D2, D3 Chiều thứ hai: điểm thuộc cả ba miền thì bị chặn bởi ba đường thẳng Oy, Ox và d, tức nằm trong tam giác có ba cạnh nằm trên ba đường ấy, đó chính là tam giác OAB Kiểm tra điểm (1;2): 1≥0, 2≥0, 1+2=3≤150 nên là nghiệm của hệ Kiểm tra điểm (1;149): 1≥0, 149≥0, 1+149=150≤150 nên cũng là nghiệm của hệ
Vậy a) D1 ứng với x≥0, D2 ứng với y≥0, D3 ứng với x+y≤150 là nửa mặt phẳng chứa O; b) miền tam giác OAB đúng là giao của D1, D2, D3; c) cả (1;2) và (1;149) đều là nghiệm của hệ.
Nhận xét. Điểm (1;149) nằm ĐÚNG trên cạnh AB và vẫn là nghiệm — vì cả ba bất phương trình đều có dấu bằng nên biên thuộc miền nghiệm.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: xác định ba miền rồi thay toạ độ vào từng bất phương trình, vì phép thay số là bằng chứng chắc chắn nhất, không phụ thuộc hình vẽ.
Đáp số.a) D1:x≥0; D2:y≥0; D3:x+y≤150 (nửa mặt phẳng chứa O); b) tam giác OAB đúng là giao của D1, D2, D3; c) cả (1;2) và (1;149) đều là nghiệm của hệ.
Sai lầm thường gặp.Cho rằng điểm nằm trên cạnh AB (như (1;149)) không phải nghiệm vì nằm trên đường biên, trong khi bất phương trình x+y≤150 có dấu bằng nên biên vẫn thuộc miền nghiệm.
🚀 Mở rộng.Nếu đổi x+y≤150 thành x+y<150 thì điểm (1;149) KHÔNG còn là nghiệm, miền nghiệm là tam giác OAB bỏ đi cạnh AB — đúng một dấu bằng mà cả một cạnh bị loại.
Bài 4 · Luyện tập 2★★Trang 28— Biểu diễn miền nghiệm của hệ bất phương trình có cả dấu chặt lẫn dấu bằng
Luyện tập 2 (trang 28). Biểu diễn miền nghiệm của hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn sau trên mặt phẳng toạ độ: x≥0, y>0, x+y≤100, 2x+y<120.
Kiến thức cần nhớ
Đường biên vẽ nét liền khi bất phương trình có dấu bằng (≤, ≥), vẽ nét đứt khi bất phương trình chặt (<, >); biên nét đứt không thuộc miền nghiệm.
Miền nghiệm của hệ là phần mặt phẳng không bị gạch bỏ sau khi xác định miền nghiệm của từng bất phương trình.
🧠 Phân tích tư duy
Hệ này trộn cả dấu chặt lẫn dấu có bằng: x≥0 và x+y≤100 lấy biên, còn y>0 và 2x+y<120 thì không lấy biên — nên hình vẽ phải phân biệt nét liền với nét đứt. Muốn mô tả miền chính xác thì tìm toạ độ các đỉnh bằng cách giải từng cặp phương trình đường biên. Bẫy là mô tả miền nghiệm là “tứ giác OABC” mà quên nói rõ cạnh nào được lấy cạnh nào không.
1Cách 1. Xác định miền nghiệm của từng bất phương trình theo bốn bước rồi lấy giao.
Định hướng. Vẽ bốn đường biên tương ứng với bốn bất phương trình của hệ (hai trục toạ độ và hai đường thẳng xiên), dùng điểm thử để xác định miền nghiệm của từng bất phương trình, chú ý nét liền cho dấu bằng và nét đứt cho dấu chặt.
Đường thẳng x+y=100 đi qua (100;0) và (0;100), vẽ nét liền vì có dấu bằng. Đường thẳng 2x+y=120 đi qua (60;0) và (0;120), vẽ nét đứt vì bất phương trình chặt. Trục Oy (x=0) vẽ nét liền vì x≥0; trục Ox (y=0) vẽ nét đứt vì y>0 là bất phương trình chặt. Toạ độ giao điểm của x+y=100 và 2x+y=120: trừ từng vế được x=20, suy ra y=80, tức điểm (20;80). Lấy điểm thử (10;10): 10≥0 đúng, 10>0 đúng, 10+10=20≤100 đúng, 2⋅10+10=30<120 đúng, nên điểm này thuộc miền nghiệm. Miền nghiệm của hệ là miền tứ giác với các đỉnh O(0;0), A(0;100), B(20;80), C(60;0), trong đó giữ lại cạnh OA (trên trục Oy) và cạnh AB (trên đường x+y=100), bỏ đi cạnh BC (trên đường 2x+y=120) và cạnh OC (trên trục Ox).
Vậy miền nghiệm là tứ giác OABC như trên, chỉ kể hai cạnh OA và AB, không kể hai cạnh BC, OC cùng đỉnh O.
2Cách 2. Đưa mỗi bất phương trình về dạng y theo x rồi so sánh phía trên hay dưới đường thẳng.
Định hướng. Rút y theo x từ hai bất phương trình xiên để thấy ngay miền nghiệm nằm phía trên hay dưới mỗi đường thẳng, sau đó đối chiếu với cách 1 bằng một điểm thử khác.
x+y≤100⇒y≤100−x: miền nghiệm nằm phía dưới (hoặc trên) đường thẳng y=100−x, kể cả đường thẳng. 2x+y<120⇒y<120−2x: miền nghiệm nằm phía dưới đường thẳng y=120−2x, không kể đường thẳng. Kết hợp x≥0 và y>0, điểm (x;y) thoả mãn hệ khi x≥0, 0<y≤100−x và y<120−2x. Thử điểm (30;60): x=30≥0 đúng, y=60>0 đúng, y=60≤100−30=70 đúng, y=60<120−60=60 sai vì 60 không nhỏ hơn 60; điểm này nằm đúng trên đường 2x+y=120 nên không thuộc miền nghiệm, phù hợp vì biên đó vẽ nét đứt. Thử tiếp điểm (30;50): 50≤70 đúng, 50<60 đúng, nên điểm này thuộc miền nghiệm.
Vậy cách viết theo y theo x cho cùng miền nghiệm với cách 1, và cho thấy rõ vì sao điểm nằm trên cạnh BC (như (30;60)) bị loại khỏi miền nghiệm.
Nhận xét. Khi hệ có cả dấu bằng lẫn dấu chặt, cần thử điểm cẩn thận ở gần biên để tránh nhầm điểm biên nét đứt là nghiệm.
3Cách 3. Tìm toạ độ các đỉnh bằng cách giải từng cặp phương trình đường biên
Định hướng. Mỗi đỉnh của miền là giao của hai đường biên; giải bốn cặp phương trình để có toạ độ chính xác, sau đó dùng dấu của từng bất phương trình để quyết định cạnh nào thuộc miền.
Bốn đường biên là x=0, y=0, x+y=100 và 2x+y=120 Giao của x=0 và y=0 cho đỉnh O(0;0) Giao của x=0 và x+y=100 cho đỉnh A(0;100) Giao của x+y=100 và 2x+y=120: trừ hai phương trình được x=20, suy ra y=80, cho đỉnh B(20;80) Giao của 2x+y=120 và y=0 cho đỉnh C(60;0) Kiểm tra điểm trong: với (10;10) thì 10≥0, 10>0, 20≤100, 30<120 nên điểm này thuộc miền Vì x≥0 và x+y≤100 nên hai cạnh OA và AB được lấy; vì y>0 và 2x+y<120 nên hai cạnh OC và BC không được lấy
Vậy miền nghiệm là phần trong tứ giác có bốn đỉnh O(0;0), A(0;100), B(20;80), C(60;0), kể cả hai cạnh OA và AB, không kể hai cạnh OC và BC.
Nhận xét. Đỉnh B(20;80) chỉ tìm được bằng cách giải hệ hai phương trình — nhìn hình mà đọc toạ độ thì rất dễ lệch.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 3: giải hệ để có toạ độ đỉnh chính xác rồi mới vẽ, vì câu hỏi tiếp theo của dạng này (tìm giá trị lớn nhất, nhỏ nhất) luôn cần đúng toạ độ các đỉnh.
Đáp số.Miền nghiệm là tứ giác O(0;0), A(0;100), B(20;80), C(60;0); kể cạnh OA và AB, không kể cạnh BC và OC.
Sai lầm thường gặp.Vẽ cả bốn đường biên bằng nét liền dù có hai bất phương trình chặt (y>0 và 2x+y<120), khiến học sinh hiểu nhầm các cạnh OC, BC cũng thuộc miền nghiệm.
🚀 Mở rộng.Nếu đổi 2x+y<120 thành 2x+y≤120 thì miền nghiệm lấy thêm cạnh BC, còn nếu đổi y>0 thành y≥0 thì lấy thêm cạnh OC và cả hai đỉnh O, C.
Bài 5 · HĐ3★★Trang 28— Khám phá giá trị lớn nhất, nhỏ nhất của biểu thức bậc nhất hai ẩn trên miền đa giác
HĐ3 (trang 28). Xét biểu thức F(x;y)=2x+3y với (x;y) thuộc miền tam giác OAB ở HĐ2. Toạ độ ba đỉnh là O(0;0), A(150;0) và B(0;150). a) Tính giá trị của biểu thức F(x;y) tại mỗi đỉnh O, A và B. b) Nêu nhận xét về dấu của hoành độ x và tung độ y của điểm (x;y) nằm trong miền tam giác OAB. Từ đó suy ra giá trị nhỏ nhất của F(x;y) trên miền tam giác OAB. c) Nêu nhận xét về tổng x+y của điểm (x;y) nằm trong miền tam giác OAB. Từ đó suy ra giá trị lớn nhất của F(x;y) trên miền tam giác OAB.
Kiến thức cần nhớ
Mọi điểm (x;y) thuộc miền tam giác OAB đều có x≥0, y≥0 và x+y≤150.
Nếu x≥0, y≥0 thì 2x+3y≥0; nếu thêm x+y≤150 thì có thể so sánh 2x+3y với 3(x+y).
🧠 Phân tích tư duy
Biểu thức F=2x+3y có cả hai hệ số DƯƠNG, mà miền là tam giác nằm gọn trong góc phần tư thứ nhất, nên F nhỏ nhất khi x, y nhỏ nhất và lớn nhất khi đi xa gốc nhất. Đề dẫn dắt qua dấu của x, y rồi qua tổng x+y chính là để chỉ ra hai chặn đó. Bẫy là đoán giá trị lớn nhất đạt tại A(150;0) vì thấy hoành độ lớn, quên rằng hệ số của y lớn hơn hệ số của x.
1Cách 1. Lập luận dựa vào dấu của x, y và tổng x+y.
Định hướng. Trước hết xét dấu x, y để chặn dưới F, sau đó xét tổng x+y≤150 để chặn trên F, rồi so khớp với giá trị tại ba đỉnh đã tính ở câu a).
a) F(0;0)=2⋅0+3⋅0=0; F(150;0)=2⋅150+3⋅0=300; F(0;150)=2⋅0+3⋅150=450. b) Mọi điểm (x;y) trong tam giác OAB đều có x≥0 và y≥0, nên 2x≥0 và 3y≥0, suy ra F(x;y)=2x+3y≥0. Dấu bằng xảy ra khi x=0 và y=0, tức tại đỉnh O, nên giá trị nhỏ nhất của F trên miền tam giác OAB là F(0;0)=0. c) Mọi điểm (x;y) trong tam giác OAB đều có x+y≤150; vì x≥0 nên 2x≤3x, suy ra F(x;y)=2x+3y≤3x+3y=3(x+y)≤3⋅150=450. Dấu bằng xảy ra khi x+y=150 và x=0 (để 2x=3x), tức tại đỉnh B(0;150), nên giá trị lớn nhất của F trên miền tam giác OAB là F(0;150)=450.
VậyF(0;0)=0, F(150;0)=300, F(0;150)=450; giá trị nhỏ nhất của F trên miền tam giác OAB là 0 tại O, giá trị lớn nhất là 450 tại B.
2Cách 2. Thử thêm một số điểm trong và trên biên tam giác để kiểm chứng.
Định hướng. Chọn thêm vài điểm cụ thể nằm trong hoặc trên cạnh của tam giác OAB, tính giá trị F tại đó rồi so sánh với khoảng từ 0 đến 450 vừa tìm được ở cách 1.
Chọn điểm (50;50) nằm trong tam giác vì 50+50=100≤150: F(50;50)=2⋅50+3⋅50=250. Chọn điểm (100;0) trên cạnh OA: F(100;0)=2⋅100+3⋅0=200. Chọn điểm (0;80) trên cạnh OB: F(0;80)=2⋅0+3⋅80=240. Cả ba giá trị 250, 200, 240 đều nằm trong khoảng từ 0 đến 450, đúng với chặn dưới và chặn trên vừa xác định ở cách 1.
Vậy các giá trị thử thêm đều nằm trong đoạn từ 0 đến 450, khớp với kết luận giá trị nhỏ nhất bằng 0 tại O và giá trị lớn nhất bằng 450 tại B ở cách 1.
Nhận xét. Giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của F(x;y)=ax+by trên một miền đa giác luôn đạt được tại một đỉnh của đa giác, không đạt tại điểm nằm hẳn bên trong miền.
3Cách 3. Lập bảng giá trị của F tại ba đỉnh rồi dùng tính chất đạt cực trị tại đỉnh
Định hướng. Với biểu thức bậc nhất trên một miền đa giác, giá trị lớn nhất và nhỏ nhất luôn đạt tại một ĐỈNH; vì vậy chỉ cần lập bảng giá trị tại ba đỉnh rồi chọn số lớn nhất và nhỏ nhất.
F(0;0)=2⋅0+3⋅0=0 tại đỉnh O F(150;0)=2⋅150+3⋅0=300 tại đỉnh A F(0;150)=2⋅0+3⋅150=450 tại đỉnh B Trong ba giá trị 0, 300, 450 thì số nhỏ nhất là 0 và số lớn nhất là 450 Kiểm chứng bằng lập luận: điểm trong miền có x≥0, y≥0 nên F=2x+3y≥0, dấu bằng tại O Cũng điểm đó có x+y≤150 nên F=2(x+y)+y≤2⋅150+y≤300+150=450, dấu bằng khi x=0 và y=150
VậyF(0;0)=0, F(150;0)=300, F(0;150)=450; giá trị nhỏ nhất của F trên miền tam giác OAB bằng 0 tại O(0;0), giá trị lớn nhất bằng 450 tại B(0;150).
Nhận xét. Tính chất “cực trị đạt tại đỉnh” biến bài toán trên một miền VÔ SỐ điểm thành phép so sánh vài con số — đây là công cụ chính cho mọi bài tối ưu ở chương này.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 3: lập bảng giá trị tại các đỉnh là cách nhanh, gọn và ít sai nhất; phần lập luận theo dấu của x, y chỉ ghi thêm khi đề yêu cầu giải thích.
Đáp số.F(0;0)=0, F(150;0)=300, F(0;150)=450; giá trị nhỏ nhất bằng 0 tại O(0;0), giá trị lớn nhất bằng 450 tại B(0;150).
Sai lầm thường gặp.Cho rằng giá trị lớn nhất của F đạt tại một điểm nằm sâu bên trong tam giác rồi dừng lại thử điểm đó, trong khi giá trị lớn nhất, nhỏ nhất của biểu thức bậc nhất hai ẩn luôn đạt tại đỉnh của miền đa giác.
🚀 Mở rộng.Nếu đổi thành F=3x+2y thì bảng đỉnh cho 0, 450, 300 nên giá trị lớn nhất chuyển sang đỉnh A(150;0) — vị trí đạt cực trị phụ thuộc vào việc hệ số nào lớn hơn.
Bài 6 · Vận dụng★★★Trang 30— Vận dụng hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn tìm lợi nhuận lớn nhất
Vận dụng (trang 30). Một cửa hàng có kế hoạch nhập về hai loại máy tính A và B, giá mỗi chiếc lần lượt là 10 triệu đồng và 20 triệu đồng với số vốn ban đầu không vượt quá 4 tỉ đồng. Loại máy A mang lại lợi nhuận 2,5 triệu đồng cho mỗi máy bán được và loại máy B mang lại lợi nhuận là 4 triệu đồng cho mỗi máy bán được. Cửa hàng ước tính rằng tổng nhu cầu hằng tháng sẽ không vượt quá 250 máy. Giả sử trong một tháng cửa hàng cần nhập số máy tính loại A là x và số máy tính loại B là y. a) Viết các bất phương trình biểu thị các điều kiện của bài toán thành một hệ bất phương trình rồi xác định miền nghiệm của hệ đó. b) Gọi F (triệu đồng) là lợi nhuận mà cửa hàng thu được trong tháng đó khi bán x máy tính loại A và y máy tính loại B. Hãy biểu diễn F theo x và y. c) Tìm số lượng máy tính mỗi loại cửa hàng cần nhập về trong tháng đó để lợi nhuận thu được là lớn nhất.
Kiến thức cần nhớ
Số máy nhập về là số không âm nên có điều kiện x≥0, y≥0; vốn và nhu cầu là hai ràng buộc thêm, tạo thành hệ bốn bất phương trình.
Giá trị lớn nhất của F=ax+by trên miền đa giác lồi đạt tại một trong các đỉnh của đa giác đó.
🧠 Phân tích tư duy
Bài cho đồng thời ràng buộc VỐN (giá mua) và ràng buộc NHU CẦU (số máy bán được), rồi hỏi lợi nhuận lớn nhất — đúng cấu trúc bài toán tối ưu tuyến tính. Vì lợi nhuận là biểu thức bậc nhất trên một miền đa giác nên giá trị lớn nhất chắc chắn rơi vào một đỉnh, việc còn lại chỉ là tìm đủ các đỉnh. Bẫy là quên rút gọn 10x+20y≤4000 thành x+2y≤400, khiến việc giải hệ tìm đỉnh nặng nề hơn nhiều.
1Cách 1. Lập hệ theo quy trình bốn bước rồi lập bảng giá trị F tại các đỉnh.
Định hướng. Lập đủ bốn bất phương trình từ dữ kiện đề bài, xác định các đỉnh của miền nghiệm bằng cách giải hệ hai đường thẳng biên cắt nhau, rồi lập bảng giá trị của F tại từng đỉnh để so sánh và tìm giá trị lớn nhất.
Gọi x≥0, y≥0 lần lượt là số máy tính loại A, loại B cần nhập trong tháng. Số tiền vốn bỏ ra là 10x+20y (triệu đồng); 4 tỉ đồng =4000 triệu đồng nên 10x+20y≤4000, hay x+2y≤400. Tổng nhu cầu không quá 250 máy: x+y≤250. Hệ bất phương trình cần lập là x≥0, y≥0, x+y≤250, x+2y≤400. Đường thẳng d1:x+y=250 đi qua (250;0) và (0;250); đường thẳng d2:x+2y=400 đi qua (400;0) và (0;200), cả hai vẽ nét liền vì có dấu bằng. Lấy O(0;0): 0≤250 và 0≤400 đều đúng, nên miền nghiệm của mỗi bất phương trình là nửa mặt phẳng chứa O. Kết hợp với x≥0, y≥0, miền nghiệm của hệ là miền tứ giác với các đỉnh O(0;0), C(250;0), B, A(0;200). Giải hệ x+y=250 và x+2y=400: trừ từng vế được y=150, suy ra x=100, tức B(100;150). b) Lợi nhuận thu được là F(x;y)=2,5x+4y (triệu đồng). c) Lập bảng giá trị của F tại các đỉnh: F(0;0)=2,5⋅0+4⋅0=0. F(250;0)=2,5⋅250+4⋅0=625. F(100;150)=2,5⋅100+4⋅150=250+600=850. F(0;200)=2,5⋅0+4⋅200=800. So sánh bốn giá trị 0, 625, 850, 800, giá trị lớn nhất là 850, đạt tại (100;150).
Vậy a) hệ bất phương trình là x≥0, y≥0, x+y≤250, x+2y≤400, miền nghiệm là tứ giác O(0;0), C(250;0), B(100;150), A(0;200); b) F(x;y)=2,5x+4y (triệu đồng); c) cửa hàng cần nhập 100 máy tính loại A và 150 máy tính loại B để lợi nhuận lớn nhất, đạt 850 triệu đồng.
2Cách 2. Xét từng trường hợp nhập riêng một loại máy rồi so sánh với trường hợp dùng hết cả vốn lẫn nhu cầu.
Định hướng. Trước hết xét hai trường hợp cực đoan là chỉ nhập máy A hoặc chỉ nhập máy B để tìm hai mốc lợi nhuận riêng lẻ, sau đó xét trường hợp dùng hết đồng thời cả vốn lẫn nhu cầu rồi so sánh các mốc đó với nhau.
Nếu chỉ nhập máy loại A (y=0): điều kiện vốn cho x≤400, điều kiện nhu cầu cho x≤250, nên x≤250; chọn x=250, lợi nhuận F=2,5⋅250=625 (triệu đồng). Nếu chỉ nhập máy loại B (x=0): điều kiện vốn cho y≤200, điều kiện nhu cầu cho y≤250, nên y≤200; chọn y=200, lợi nhuận F=4⋅200=800 (triệu đồng). Nếu nhập cả hai loại sao cho dùng hết cả vốn lẫn nhu cầu, tức x+y=250 và x+2y=400 đồng thời: giải hệ được x=100, y=150, lợi nhuận F=2,5⋅100+4⋅150=850 (triệu đồng). So sánh ba mốc 625, 800, 850 với giá trị F(0;0)=0 khi không nhập máy nào, giá trị lớn nhất là 850, đạt khi x=100, y=150.
Vậy kết quả khớp cách 1: lợi nhuận lớn nhất là 850 triệu đồng, đạt khi nhập 100 máy loại A và 150 máy loại B.
Nhận xét. Hai trường hợp chỉ nhập một loại máy ứng với hai đỉnh C(250;0) và A(0;200) của tứ giác, còn trường hợp dùng hết cả vốn lẫn nhu cầu ứng với đỉnh B(100;150); đây chính là ba trong bốn đỉnh của miền nghiệm.
3Cách 3. Trượt đường mức lợi nhuận F=m ra xa gốc toạ độ
Định hướng. Mỗi giá trị m cho một đường thẳng 2,5x+4y=m; các đường này song song với nhau và càng xa gốc thì m càng lớn. Trượt đường mức ra xa cho tới lúc sắp rời khỏi miền nghiệm, điểm chạm cuối cùng chính là nơi đạt lợi nhuận lớn nhất.
Hệ ràng buộc: x≥0, y≥0, x+y≤250, 10x+20y≤4000 tức x+2y≤400; lợi nhuận F=2,5x+4y (triệu đồng) Các đỉnh của miền: O(0;0), C(250;0), A(0;200) và giao của x+y=250 với x+2y=400 Trừ hai phương trình: y=150, suy ra x=100, được đỉnh B(100;150) Đường mức 2,5x+4y=m có hệ số góc −42,5=−0,625, nằm giữa hệ số góc −1 của x+y=250 và hệ số góc −0,5 của x+2y=400 Vì hệ số góc của đường mức nằm GIỮA hai hệ số góc đó nên khi trượt ra xa, điểm chạm cuối cùng là giao điểm của hai đường ấy, tức đỉnh B F(100;150)=2,5⋅100+4⋅150=250+600=850 Đối chiếu các đỉnh khác: F(0;0)=0, F(250;0)=625, F(0;200)=800, đều nhỏ hơn 850
Vậy a) hệ là x≥0, y≥0, x+y≤250, x+2y≤400 với miền nghiệm là tứ giác O(0;0), C(250;0), B(100;150), A(0;200); b) F(x;y)=2,5x+4y (triệu đồng); c) cửa hàng nên nhập 100 máy loại A và 150 máy loại B, lợi nhuận lớn nhất là 850 triệu đồng.
Nhận xét. So sánh hệ số góc của đường mức với hệ số góc các cạnh cho biết TRƯỚC đỉnh nào là đỉnh tối ưu, khỏi phải tính F ở cả bốn đỉnh.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: lập bảng giá trị F tại bốn đỉnh rồi chọn số lớn nhất — an toàn tuyệt đối và không cần lí thuyết về hệ số góc; Cách 3 dùng để kiểm tra nhanh xem đáp số có hợp lí không.
Đáp số.a) Hệ: x≥0, y≥0, x+y≤250, x+2y≤400, miền nghiệm là tứ giác O(0;0), C(250;0), B(100;150), A(0;200); b) F(x;y)=2,5x+4y (triệu đồng); c) cần nhập 100 máy loại A và 150 máy loại B, lợi nhuận lớn nhất là 850 triệu đồng.
Sai lầm thường gặp.Chỉ xét trường hợp nhập một loại máy duy nhất (như 625 hoặc 800 triệu đồng) mà bỏ sót phương án kết hợp cả hai loại tại đỉnh B(100;150), dẫn đến kết luận sai về lợi nhuận lớn nhất.
🚀 Mở rộng.Nếu lợi nhuận máy B giảm còn 2 triệu đồng thì F=2,5x+2y có hệ số góc −1,25, dốc hơn cả cạnh x+y=250, nên đỉnh tối ưu chuyển sang C(250;0) — cửa hàng khi ấy chỉ nên nhập máy loại A.
Bài 7 · 2.4★Trang 30— Nhận biết hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn
2.4 (trang 30). Hệ bất phương trình nào sau đây là hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn? a) x<0, y≥0; b) x+y2<0, y−x>1; c) x+y+z<0, y<0; d) −2x+y<32, 42x+3y<1.
Kiến thức cần nhớ
Hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn là hệ gồm các bất phương trình bậc nhất hai ẩn x, y, mỗi bất phương trình có dạng ax+by≤c (hay ≥, <, >) với a, b không đồng thời bằng 0.
Luỹ thừa của một hằng số (như 32, 42) chỉ là một hằng số đã tính được, không làm thay đổi bậc của ẩn.
🧠 Phân tích tư duy
Muốn nhận biết một hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn thì mọi bất phương trình trong hệ đều phải là bất phương trình bậc nhất hai ẩn, chỉ một dòng vi phạm là cả hệ bị loại. Hai kiểu vi phạm ở đây là ẩn ở bậc hai (câu b) và số ẩn lớn hơn hai (câu c). Bẫy là câu d): 32 và 42 chỉ là các HẰNG SỐ 9 và 16, không hề làm tăng bậc của ẩn.
1Cách 1. Đối chiếu từng bất phương trình trong hệ với dạng tổng quát.
Định hướng. Kiểm tra từng hệ xem có đúng hai ẩn x, y hay không, và ẩn có xuất hiện ở luỹ thừa bậc nhất hay không, hệ số có phải hằng số hay không.
a) x<0 và y≥0 đều là bất phương trình bậc nhất hai ẩn x, y (hệ số của ẩn còn lại bằng 0 vẫn hợp lệ), nên hệ a) là hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn. b) x+y2<0 chứa y2 (bậc hai), không phải bất phương trình bậc nhất hai ẩn, nên hệ b) không phải hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn. c) x+y+z<0 chứa ba ẩn x, y, z, không phải bất phương trình hai ẩn, nên hệ c) không phải hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn. d) 32=9 và 42=16 đều là hằng số, viết lại hệ d) thành −2x+y<9, 16x+3y<1, cả hai bất phương trình đều bậc nhất theo x, y, nên hệ d) là hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn.
Vậy hệ a) và hệ d) là hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn; hệ b) và hệ c) không phải.
2Cách 2. Loại ngay các hệ có dấu hiệu bất thường về bậc ẩn hoặc số ẩn.
Định hướng. Quét nhanh để loại các hệ có ẩn bậc cao hoặc có hơn hai ẩn, sau đó mới kiểm tra kỹ hệ số của các hệ còn lại có phải hằng số hay không.
Hệ c) có ba ẩn x, y, z nên loại ngay vì không phải hệ hai ẩn. Hệ b) có y2 nên loại ngay vì ẩn y không còn bậc nhất. Hệ a) chỉ còn x<0, y≥0, hệ số của ẩn là 1 và 0, đều là hằng số, nên là hệ bậc nhất hai ẩn. Hệ d) có 32, 42 là luỹ thừa của hằng số chứ không phải của ẩn x, y; tính ra 32=9, 42=16 vẫn là hằng số, nên hệ d) cũng là hệ bậc nhất hai ẩn.
Vậy kết quả khớp cách 1: hệ a) và hệ d) là hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn; hệ b) và hệ c) không phải.
Nhận xét. Cần phân biệt luỹ thừa của ẩn làm tăng bậc (như y2 ở hệ b) với luỹ thừa của hằng số chỉ là một con số cụ thể (như 32, 42 ở hệ d).
3Cách 3. Kiểm bằng hình dạng miền nghiệm của cả hệ
Định hướng. Hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn có miền nghiệm là GIAO của các nửa mặt phẳng trong mặt phẳng Oxy; xem miền nghiệm của mỗi hệ có đúng dạng đó không.
a) Hai miền x<0 và y≥0 đều là nửa mặt phẳng, giao của chúng là một góc phần tư nên a) là hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn b) Bất phương trình x+y2<0 có đường biên x=−y2 là một parabol, miền nghiệm không phải nửa mặt phẳng nên b) không phải c) Bất phương trình x+y+z<0 có ba ẩn nên miền nghiệm nằm trong không gian ba chiều, không biểu diễn được bằng nửa mặt phẳng của Oxy nên c) không phải d) −2x+y<32 tức −2x+y<9 và 42x+3y<1 tức 16x+3y<1; cả hai đều có đường biên là đường thẳng nên d) là hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn
Vậy hệ a) và hệ d) là hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn; hệ b) và hệ c) không phải.
Nhận xét. Tính lại các luỹ thừa của HẰNG SỐ trước khi kết luận là thao tác bắt buộc — 32 và 42 chỉ là 9 và 16.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 2: quét nhanh tìm dấu hiệu bất thường là ẩn mang số mũ hoặc xuất hiện ẩn thứ ba, hai dấu hiệu này loại ngay hai hệ b) và c).
Đáp số.Hệ a) và hệ d) là hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn; hệ b) và hệ c) không phải.
Sai lầm thường gặp.Thấy số mũ 2 xuất hiện ở hệ d) (32, 42) liền cho rằng đó là hệ bậc hai, trong khi 32=9 và 42=16 chỉ là các hằng số đã tính được.
🚀 Mở rộng.Bất phương trình 2x+3y≤π VẪN là bất phương trình bậc nhất hai ẩn dù hệ số vô tỉ — điều quyết định là bậc của ẩn, không phải hình thức của hệ số.
Bài 8 · 2.5★★Trang 30— Biểu diễn miền nghiệm của hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn
2.5 (trang 30). Biểu diễn miền nghiệm của mỗi hệ bất phương trình sau trên mặt phẳng toạ độ: a) y−x<−1, x>0, y<0; b) x≥0, y≥0, 2x+y≤4; c) x≥0, x+y>5, x−y<0.
Kiến thức cần nhớ
Vẽ từng đường thẳng biên của các bất phương trình trong hệ, gạch bỏ miền không thoả mãn từng bất phương trình; phần không bị gạch là miền nghiệm của hệ.
Đường biên vẽ nét liền nếu bất phương trình có dấu bằng (≤, ≥), vẽ nét đứt nếu bất phương trình chặt (<, >).
🧠 Phân tích tư duy
Cả ba hệ đều gồm các bất phương trình bậc nhất hai ẩn nên quy trình chung là vẽ từng đường biên rồi lấy giao các nửa mặt phẳng. Điều cần canh là loại ngoặc của từng dấu: dấu chặt cho nét đứt và không lấy biên, dấu có bằng cho nét liền và lấy biên. Bẫy là ở câu a) và c) miền nghiệm KHÔNG bị chặn nên không mô tả được bằng một đa giác, phải mô tả bằng hệ điều kiện hoặc bằng đỉnh cùng hướng mở.
1Cách 1. Vẽ từng đường biên rồi xác định miền nghiệm bằng điểm thử.
Định hướng. Với mỗi hệ, vẽ các đường thẳng biên tương ứng (nét liền cho bất phương trình có dấu bằng, nét đứt cho bất phương trình chặt), sau đó dùng một điểm không nằm trên biên để xác định phần mặt phẳng thoả mãn từng bất phương trình rồi lấy giao.
a) Đường thẳng d1:y=x−1 vẽ nét đứt vì bất phương trình chặt; đường thẳng d2:x=0 (trục Oy) vẽ nét đứt; đường thẳng d3:y=0 (trục Ox) vẽ nét đứt. Lấy điểm thử (2;−2): y−x=−2−2=−4<−1 đúng, x=2>0 đúng, y=−2<0 đúng, nên điểm này thuộc miền nghiệm. Miền nghiệm của hệ a) là phần mặt phẳng nằm bên phải d2, bên dưới d3 và bên dưới d1, không kể ba đường biên. b) Đường thẳng d4:2x+y=4 đi qua (2;0) và (0;4), vẽ nét liền; hai trục Ox, Oy cũng vẽ nét liền vì x≥0, y≥0. Lấy điểm thử O(0;0): 2⋅0+0=0≤4 đúng, nên O thuộc miền nghiệm. Miền nghiệm của hệ b) là miền tam giác giới hạn bởi O(0;0), (2;0) và (0;4), kể cả ba cạnh. c) Đường thẳng d5:x+y=5 vẽ nét đứt; đường thẳng d6:x=y vẽ nét đứt; đường thẳng x=0 vẽ nét liền vì x≥0. Lấy điểm thử (3;10): x=3≥0 đúng, x+y=13>5 đúng, x−y=3−10=−7<0 đúng, nên (3;10) thuộc miền nghiệm. Miền nghiệm của hệ c) là phần mặt phẳng bên phải trục Oy, phía trên d5 và phía trên d6 (tức y>x), không kể hai đường biên xiên d5, d6.
Vậy miền nghiệm của mỗi hệ được xác định như trên, thể hiện trên hình là vùng không bị gạch.
2Cách 2. Đưa mỗi bất phương trình về dạng y theo x để suy ra miền nghiệm trực tiếp.
Định hướng. Biến đổi các bất phương trình chứa cả x và y về dạng y<… hoặc y>…, kết hợp với các bất phương trình chỉ có một ẩn để mô tả lại miền nghiệm, rồi đối chiếu với cách 1.
a) y−x<−1⇒y<x−1. Kết hợp x>0 và y<0: với 0<x≤1 thì x−1≤0 nên y<x−1 đã kéo theo y<0; với x>1 thì x−1>0 nên y<0 chặt hơn y<x−1. b) 2x+y≤4⇒y≤4−2x. Kết hợp x≥0, y≥0, miền nghiệm là các điểm có 0≤x, 0≤y≤4−2x, tức tam giác có ba đỉnh O(0;0), (2;0), (0;4), khớp cách 1. c) x+y>5⇒y>5−x và x−y<0⇒y>x. Kết hợp x≥0: với 0≤x≤2,5 thì 5−x≥x nên y>5−x chặt hơn; với x>2,5 thì x>5−x nên y>x chặt hơn, đúng như miền đã xác định ở cách 1.
Vậy viết lại theo dạng y theo x cho cùng miền nghiệm với cách 1 ở cả ba câu.
Nhận xét. Cách viết y theo x giúp thấy ngay miền nghiệm nằm phía trên hay phía dưới mỗi đường thẳng mà không cần thử điểm, nhưng khi có từ hai đường thẳng xiên trở lên như câu c) vẫn nên thử lại một điểm cụ thể để chắc chắn không nhầm miền.
3Cách 3. Tìm các đỉnh bằng cách giải từng cặp phương trình đường biên rồi kiểm bằng một điểm trong
Định hướng. Giải các cặp phương trình đường biên để có toạ độ đỉnh chính xác, sau đó lấy một điểm nằm trong miền để xác nhận mình đã chọn đúng phía cho từng nửa mặt phẳng.
a) Ba đường biên y=x−1, x=0, y=0; giao của y=x−1 với y=0 cho đỉnh (1;0) Thử điểm (2;−1): −1−2=−3<−1, 2>0, −1<0 nên điểm này thuộc miền; miền nghiệm là phần mở về phía dưới bên phải, không kể ba đường biên b) Ba đường biên x=0, y=0, 2x+y=4; các đỉnh là (0;0), (2;0), (0;4) Thử điểm (1;1): 1≥0, 1≥0, 2+1=3≤4 nên thuộc miền; cả ba dấu đều có bằng nên miền là tam giác kể cả các cạnh c) Ba đường biên x=0, x+y=5, y=x; giao của x+y=5 với y=x cho x=y=2,5, tức đỉnh (2,5;2,5); giao của x=0 với x+y=5 cho đỉnh (0;5) Thử điểm (1;6): 1≥0, 1+6=7>5, 1−6=−5<0 nên thuộc miền; miền nghiệm mở lên phía trên, không kể hai đường biên xiên
Vậy a) miền nghiệm gồm các điểm có x>0, y<0 và y<x−1, không kể ba đường biên; b) miền nghiệm là tam giác có ba đỉnh (0;0), (2;0), (0;4) kể cả các cạnh; c) miền nghiệm gồm các điểm có x≥0, y>5−x và y>x, không kể hai đường biên xiên.
Nhận xét. Chỉ câu b) cho miền BỊ CHẶN nên mới mô tả được bằng một tam giác; hai câu còn lại phải mô tả bằng hệ điều kiện vì miền kéo dài vô hạn.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: vẽ từng đường biên rồi gạch bỏ phần không thuộc miền, phần còn trắng chính là miền nghiệm — cách này nhìn ra ngay miền có bị chặn hay không.
Đáp số.a) Miền nghiệm là phần mặt phẳng có x>0, y<0 và y<x−1 (không kể ba đường biên); b) miền nghiệm là tam giác O(0;0), (2;0), (0;4) kể cả các cạnh; c) miền nghiệm là phần mặt phẳng có x≥0, y>5−x và y>x (không kể hai đường biên xiên).
Sai lầm thường gặp.Ở câu c) lấy điểm thử ngay trên đường thẳng x−y=0 (như (4;4)) để kết luận miền nghiệm, trong khi điểm nằm đúng trên biên không giúp xác định được nửa mặt phẳng nào thoả mãn bất phương trình chặt.
🚀 Mở rộng.Thêm điều kiện y≤10 vào hệ ở câu c) thì miền nghiệm trở nên BỊ CHẶN và thành một tam giác với ba đỉnh (0;5), (2,5;2,5) và (0;10) — lúc đó mới nói được tới giá trị lớn nhất, nhỏ nhất trên miền.
Bài 9 · 2.6★★★★Trang 30— Vận dụng hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn tìm chi phí nhỏ nhất
2.6 (trang 30). Một gia đình cần ít nhất 900 đơn vị protein và 400 đơn vị lipid trong thức ăn mỗi ngày. Mỗi kilôgam thịt bò chứa 800 đơn vị protein và 200 đơn vị lipid. Mỗi kilôgam thịt lợn chứa 600 đơn vị protein và 400 đơn vị lipid. Biết rằng gia đình này chỉ mua nhiều nhất là 1,6 kg thịt bò và 1,1 kg thịt lợn; giá 1 kg thịt bò là 250 nghìn đồng; giá 1 kg thịt lợn là 160 nghìn đồng. Giả sử gia đình đó mua x kilôgam thịt bò và y kilôgam thịt lợn. a) Viết các bất phương trình biểu thị các điều kiện của bài toán thành một hệ bất phương trình rồi xác định miền nghiệm của hệ đó. b) Gọi F (nghìn đồng) là số tiền phải trả cho x kilôgam thịt bò và y kilôgam thịt lợn. Hãy biểu diễn F theo x và y. c) Tìm số kilôgam thịt mỗi loại mà gia đình đó cần mua để chi phí là ít nhất.
Khối lượng thịt mua vào bị chặn trên (0≤x≤1,6, 0≤y≤1,1) đồng thời phải bảo đảm đủ protein và lipid tối thiểu (≥), khác với bài toán chỉ có ràng buộc ≤.
Giá trị nhỏ nhất của F=ax+by trên miền đa giác lồi vẫn đạt tại một trong các đỉnh của đa giác đó.
🧠 Phân tích tư duy
Đề có tới bốn loại ràng buộc: hai ràng buộc dinh dưỡng dạng “ít nhất” cho dấu ≥, hai ràng buộc mua sắm dạng “nhiều nhất” cho dấu ≤, cộng thêm hai điều kiện không âm — nên miền nghiệm là một tứ giác nằm lệch chứ không tựa vào gốc toạ độ. Vì đề hỏi chi phí NHỎ NHẤT nên phải lấy giá trị bé nhất trong bảng giá trị tại các đỉnh. Bẫy là rút gọn sai hai bất phương trình dinh dưỡng: 800x+600y≥900 rút gọn thành 8x+6y≥9 chứ không phải 8x+6y≥900.
1Cách 1. Lập đủ sáu bất phương trình rồi lập bảng giá trị F tại các đỉnh.
Định hướng. Lập hai bất phương trình chặn trên khối lượng, hai bất phương trình bảo đảm đủ dinh dưỡng và hai điều kiện không âm, rút gọn về hệ số nhỏ nhất, xác định các đỉnh của miền nghiệm rồi lập bảng giá trị của F để tìm giá trị nhỏ nhất.
Gọi x, y (kg) lần lượt là khối lượng thịt bò, thịt lợn cần mua, với 0≤x≤1,6 và 0≤y≤1,1. Lượng protein cần đủ: 800x+600y≥900, chia hai vế cho 100: 8x+6y≥9. Lượng lipid cần đủ: 200x+400y≥400, chia hai vế cho 200: x+2y≥2. Hệ bất phương trình cần lập là 0≤x≤1,6, 0≤y≤1,1, 8x+6y≥9, x+2y≥2. Xét trong hình chữ nhật 0≤x≤1,6, 0≤y≤1,1: đường thẳng 8x+6y=9 cắt cạnh y=1,1 tại (0,3;1,1) và cắt cạnh y=0 tại (1,125;0); đường thẳng x+2y=2 cắt cạnh x=0 tại (0;1) và cắt cạnh x=1,6 tại (1,6;0,2). Giải hệ 8x+6y=9 và x+2y=2: từ x=2−2y thay vào được 8(2−2y)+6y=9, tức 16−10y=9, suy ra y=0,7 và x=0,6. Miền nghiệm của hệ là tứ giác với bốn đỉnh P(0,6;0,7), Q(0,3;1,1), R(1,6;1,1), S(1,6;0,2). b) Số tiền phải trả là F(x;y)=250x+160y (nghìn đồng). c) Lập bảng giá trị của F tại các đỉnh: F(0,6;0,7)=250⋅0,6+160⋅0,7=150+112=262. F(0,3;1,1)=250⋅0,3+160⋅1,1=75+176=251. F(1,6;1,1)=250⋅1,6+160⋅1,1=400+176=576. F(1,6;0,2)=250⋅1,6+160⋅0,2=400+32=432. So sánh bốn giá trị 262, 251, 576, 432, giá trị nhỏ nhất là 251, đạt tại (0,3;1,1).
Vậy a) hệ bất phương trình là 0≤x≤1,6, 0≤y≤1,1, 8x+6y≥9, x+2y≥2, miền nghiệm là tứ giác P(0,6;0,7), Q(0,3;1,1), R(1,6;1,1), S(1,6;0,2); b) F(x;y)=250x+160y (nghìn đồng); c) gia đình cần mua 0,3 kg thịt bò và 1,1 kg thịt lợn để chi phí ít nhất, bằng 251 nghìn đồng.
2Cách 2. Kiểm tra lại bằng cách xét mua tối đa thịt lợn rồi bù thêm thịt bò cho đủ dinh dưỡng.
Định hướng. Vì thịt lợn rẻ hơn nên thử phương án mua tối đa thịt lợn (y=1,1) rồi tìm lượng thịt bò tối thiểu cần thêm để đủ cả protein lẫn lipid, so sánh với giá trị nhỏ nhất đã tìm ở cách 1.
Với y=1,1: lượng protein từ thịt lợn là 600⋅1,1=660 đơn vị, còn thiếu 900−660=240 đơn vị so với protein cần thiết 900; mỗi kilôgam thịt bò bù 800 đơn vị protein nên cần x≥240:800=0,3 (kg). Lượng lipid từ thịt lợn là 400⋅1,1=440 đơn vị, đã vượt mức cần thiết 400 đơn vị, nên ràng buộc lipid không đòi hỏi thêm thịt bò. Vậy với y=1,1, cần x≥0,3; chọn x=0,3 (nhỏ nhất có thể) được điểm (0,3;1,1), đúng bằng đỉnh Q ở cách 1. Chi phí tại điểm này: F(0,3;1,1)=250⋅0,3+160⋅1,1=75+176=251 (nghìn đồng), trùng với giá trị nhỏ nhất đã tìm ở cách 1. Kiểm tra thêm: nếu giảm x xuống dưới 0,3 thì protein không đủ 900 đơn vị, không thoả mãn hệ; nếu tăng x lên thì chi phí F tăng thêm mà không cần thiết.
Vậy phương án mua 0,3 kg thịt bò và 1,1 kg thịt lợn cho chi phí nhỏ nhất là 251 nghìn đồng, khớp với cách 1.
Nhận xét. Vì thịt lợn rẻ hơn thịt bò tính trên mỗi đơn vị chi phí protein, phương án tối ưu nghiêng về mua tối đa thịt lợn được phép rồi chỉ bù đúng lượng thịt bò còn thiếu cho đủ protein.
3Cách 3. Trượt đường mức chi phí F=m về phía gốc toạ độ
Định hướng. Các đường 250x+160y=m song song với nhau, càng gần gốc thì m càng nhỏ; trượt đường mức về phía gốc cho tới lúc sắp rời khỏi miền nghiệm thì điểm chạm cuối cùng cho chi phí nhỏ nhất.
Hệ ràng buộc: 0≤x≤1,6; 0≤y≤1,1; 800x+600y≥900 tức 8x+6y≥9; 200x+400y≥400 tức x+2y≥2; chi phí F=250x+160y (nghìn đồng) Các đỉnh của miền nghiệm là P(0,6;0,7), Q(0,3;1,1), R(1,6;1,1), S(1,6;0,2) F(P)=250⋅0,6+160⋅0,7=150+112=262 F(Q)=250⋅0,3+160⋅1,1=75+176=251 F(R)=250⋅1,6+160⋅1,1=400+176=576 F(S)=250⋅1,6+160⋅0,2=400+32=432 Giá trị nhỏ nhất trong bốn số trên là 251, đạt tại đỉnh Q(0,3;1,1) Kiểm tra Q thoả mọi ràng buộc: 8⋅0,3+6⋅1,1=2,4+6,6=9≥9 và 0,3+2⋅1,1=2,5≥2
Vậy a) hệ là 0≤x≤1,6, 0≤y≤1,1, 8x+6y≥9, x+2y≥2 với miền nghiệm là tứ giác PQRS; b) F(x;y)=250x+160y (nghìn đồng); c) nên mua 0,3 kg thịt bò và 1,1 kg thịt lợn, chi phí nhỏ nhất là 251 nghìn đồng.
Nhận xét. Tại điểm tối ưu Q thì ràng buộc protein đạt ĐÚNG mức tối thiểu (9 đơn vị) còn lượng thịt lợn đạt ĐÚNG mức tối đa — hai ràng buộc này chính là hai cạnh cắt nhau tạo ra đỉnh Q.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: lập bảng giá trị F tại bốn đỉnh rồi chọn số nhỏ nhất — bảng vừa cho đáp số vừa là bằng chứng đầy đủ, không cần lập luận thêm về đường mức.
Đáp số.a) Hệ: 0≤x≤1,6, 0≤y≤1,1, 8x+6y≥9, x+2y≥2, miền nghiệm là tứ giác P(0,6;0,7), Q(0,3;1,1), R(1,6;1,1), S(1,6;0,2); b) F(x;y)=250x+160y (nghìn đồng); c) mua 0,3 kg thịt bò và 1,1 kg thịt lợn, chi phí nhỏ nhất là 251 nghìn đồng.
Sai lầm thường gặp.Quên đổi ràng buộc dinh dưỡng dạng ≥ (cần ít nhất) mà lại xử lý như ràng buộc ≤ (không vượt quá), khiến xác định sai miền nghiệm và chọn nhầm đỉnh cho chi phí nhỏ nhất.
🚀 Mở rộng.Nếu giá thịt bò giảm còn 150 nghìn đồng mỗi kilôgam thì F=150x+160y và bảng đỉnh cho F(P)=202, F(Q)=221 — điểm tối ưu chuyển từ Q sang P, tức nên mua nhiều thịt bò hơn.