Ñoà thò haøm soá g(x) truïc caét truïc Ox toái ña taïi hai ñieåm phaân bieät... Ñoù cuõng chính laø nghieäm cuûa phöông trình (1).[r]
(1)DẠNG HAØM ĐẶC TRƯNG CỦA PT-HPT MŨ-LOGARIT GVBM : ĐOAØN NGỌC DŨNG
MỘT SỐ KẾT QUẢ QUAN TRỌNG KHI GIẢI BAØI TẬP LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH ĐƠN ĐIỆU CỦA HÀM SỐ 1) Nếu hàm số y = f(x) liên tục đoạn [a ; b] f(a).f(b) < tồn
điểm c (a ; b) cho f(c) =
2) Nếu hàm số f(x) liên tục đơn điệu (luôn đồng biến nghịch biến) khoảng (a ; b) khoảng (a ; b) phương trình f(x) = có nhiều nghiệm 3) Nếu hai hàm số f(x) g(x) đơn điệu ngược chiều khoảng (a ; b) phương trình f(x) = g(x) có tối đa nghiệm khoảng (a ; b)
4) Nếu hàm số y = f(x) tăng khoảng (a ; b) y = g(x) hàm hàm số giảm khoảng (a ; b) phương trình f(x) = g(x) có nhiều nghiệm thuộc khoảng (a ; b)
Do đó, có x0 (a ; b) cho f(x0) = g(x0) phương trình f(x) = g(x) có nghiệm
5) Nếu hàm số f(x) xác định khoảng (a ; b) có f ’’(x) > (hoặc f ’’(x) < 0) (a ; b) f ’(x) đồng biến nghịch biến khoảng (a ; b) nên phương trình f ’(x) = có tối đa nghiệm khoảng (a ; b) phương trình f(x) = có nhiều nghiệm khoảng (a ; b)
6) Nếu hàm số f(x) liên tục đơn điệu khoảng (a ; b) : u, v (a ; b) : f(u) = f(v) u = v 7) Nếu hàm số f(x) liên tục đơn điệu khoảng (a ; b) : u, v (a ; b) : f(u) f(v) u v
Chú ý : Định lý cho trường hợp : f(u) > f(v) ; f(u) f(v) ; f(u) < f(v)
A DẠNG HÀM ĐẶC TRƯNG PHƯƠNG TRÌNH MŨ BÀI : Giải phương trình sau :
1) 2x 2x2 x x 12
ÑS : x =
2) 2x14xx1 ÑS : x =
3) 32x2 3x2 27x2 x2 3x
ÑS : x = 1 x = 2
4) 22x 32x 2x 3x1 x
ÑS : x = x =
5) 2x2122x2 x1 x2 x11 ÑS : x =
6)
x 2
2 2
2
x x x
x
ÑS : x =
7) 2x 2x
3 x x
2
x x
1
ÑS : x
2
8) 32x3x23x32xx33x20 ÑS : x = –2 x = 9) 23x3 12x2 3x1 82x3 3x2 2x 3x3 3x2 3x
ÑS :
1
1 x 3
10)
x x
x x 21 280 713
713 2
2 x
3 x
21 x 47 x
x
2
2
ÑS : x = x = –8
B DẠNG HÀM ĐẶC TRƯNG PHƯƠNG TRÌNH LOGARIT BÀI : Giải phương trình sau :
1) x 3x
5 x x
3 x x
log 2
2
3
ÑS : x =
1 x = 2
2) x
x
2 x x
1
log (DBÑH 2007) ÑS : x =
3) x
1
2 x
log x
x
3
ÑS : x =
x = 4)
2
2
1 x
1 x log x x
ÑS : x =
(2)5) x(log32 + 1) + 2x = log3(81 – 27x) ÑS : x =
6) 7x 2log7(6x1)31 ÑS : x = x =
7) log2[3log2(3x – 1) – 1] = x ÑS : x = x =
8) log21x x1x 3x ÑS : x = x =
9) x
x 1 x x log x x log 2
2
ÑS : x x 13
2
10) x
x 1 ln x x 1 ln
x x2
1 x 1
(với x > 0) ĐS : x =
11) 3x 1xlog3(12x) ÑS : x = x =
12)
7 x ) x ( log
7 ÑS : x = x =
13) 6x 3log65x12x1 ÑS : x = x =
14) cos2x log (4cos 2x cos6x 1) sin x sin 2
ÑS : x = k, k Z
15) 3x 8x
1 x x log 2
3
ÑS :
x x2
16) 7x 21x 14
5 x x x x log 2
3
ÑS : x =
1 x = 2
17) x 3x
5 x x 2 x x log 2
3
ÑS : x =
x =
18) x 6x
5 x x x log 2
2
ÑS : x = x =
C DẠNG HÀM ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ PHƯƠNG TRÌNH MŨ - LOGARIT BÀI : Giải hệ phương trình sau :
1) 12 y xy x x y 3 2 y x 2) 27 y xy x x y e e 2 y x 3) ) y ( x ) y y )( x ( 2 y x x y 3 4) y log x log e e y x 2 y x 5) 2 2 2 x y y y y x x
x (DBÑH 2007) 6)
y 20 xy 12 x y x ) y ln( ) x ln(
2 (DBÑH 2006)
ÑS : 1) (–2 ; –2) ; (2 ; 2) ; 2) (3 ; 3); (–3 ; –3) ; 3) (–1 ; –1) ; (1 ; 1) ; 4) (2 ; 2) ; (4 ; 4) ; 5) (1 ; 1) ; 6) (0 ; 0)
D MỘT SỐ BÀI TỐN LIÊN QUAN ĐẾN HÀM ĐẶC TRƯNG
BAØI : (ĐỀ THI THPT QG 2017) Xét số thực dương x, y thỏa mãn 3xy x 2y y
2 x
xy
log3
Tìm giá trị nhỏ Pmin P = x + y ĐS :
3 11 Pmin
BAØI : (ĐỀ THI THPT QG 2018) Cho phương trình 5x mlog5xm với m tham số Có giá
trị nguyên m (–20 ; 20) để phương trình cho có nghiệm? ĐS : 19 giá trị
BAØI : Xét x, y số thực dương thỏa mãn 2x 4y y
x y x
log2
Tìm giá trị nhỏ biểu
thức: 23 y x x y x x P
ÑS :
(3)HƯỚNG DẪN GIẢI A PHƯƠNG TRÌNH MŨ
1) 2x 2x2 x x 12
(1) ÑS : x =
Hướng dẫn :
Ta coù : x2 – x – (x – 1) = (x – 1)2
Đặt
x x v
1 x u
2 (1) trở thành :
u – 2v = v – u 2u + u = 2v + v f(u) = f(v)
Xét hàm số f(t) = 2t + t
t ln2 '
f t t f(t) tăng R
Do f(u) = f(v) u = v x – = x2 – x x = Vậy phương trình cho có nghiệm x =
2) 2x14x x1 Hướng dẫn :
Phương trình 2x +1 + (x + 1) = 22x + 2x
Xét hàm số f(t) = 2t + t , t R f’(t) = 2t.ln2 +
Vì f’(t) > , t nên f đồng biến R
Phương trình f(x + 1) = f(2x) x + = 2x x =
3) 32x2 3x 27x2 x2 3x
(1) ÑS : x = 1 x = 2
Hướng dẫn :
1 32x2 3x 33x2 x2 3x
(2)
Nhận xét : 3x2 – (2x2 – 3x – 2) = x2 + 3x + Do :
2 2 2
2x 3x 3x 2x 3x 3x 2 2x 3x 2 3x
3 3 x 3x 2 3 3x (2x 3x 2) (2x 3x 2) 3x Đặt
2
u 2x 3x
v 3x
u + u = 3v + v f(u) = f(v)
Xét hàm số f(t) = 3t + t ; f ’(t) = 3tln3 + > t f(t) tăng
Do : f(u) = f(v) u = v 2x2 – 3x – = 3x2 x2 + 3x + =
2 x
1 x Vậy phương trình cho có nghiệm : x = 1, x = 2
4) 22x 32x 2x 3x1 x
(1) ÑS : x = x =
Hướng dẫn :
1 22x 32x 2x 2x 3x x
Đặt
1 x v
2
u x
ta : 2u + 3u + u = 2v + 3v + v f(u) = f(v)
Xét hàm số : f(t) = 2t + 3t + t
f’(t) = 2tln2 + 3tln3 + > t f(t) đồng biến
Do : f(u) = f(v) u = v 2x = x + i 2x – x – = (2) Xét hàm số : g(x) = 2x – x –
g’(x) = 2tln2 – ; g’(x) = x =
2 ln
1
log2 = x0
Baûng biến thiên :
x x0 +
f’(x) +
(4) Đồ thị hàm số g(x) trục cắt trục Ox tối đa hai điểm phân biệt
Phương trình g(x) = có tối đa hai nghiệm phân biệt Mà g(0) = g(1) = nên x = 0, x = hai nghiệm (2) Vậy phương trình cho có nghiệm x = 0, x =
5) 2x2122x2 x1x2 x11 (1) ÑS : x =
Hướng dẫn : Điều kiện : x
Đặt (2x x 1) (x 1) x x 1 v u
2 x x v x
u 2 2 2
2
Khi : (1) trở thành ; 2u – 2v = v – u 2u + u = 2v + v f(u) = f(v)
Xét hàm số : f(t) = 2t + t với t
f’(t) = 2tln2 + > t f(t) tăng t
Do : f(u) = f(v) u = v x2 + = 2x2 + x1 x1 = – x2
Do x neân x
0 x 1 x
2
nghiệm (1)
6) x 2
2 2
2 x x x x
Hướng dẫn : Điều kiện : x
Nhận xét :
x 2 x x x x x x x x 2 2 2
Viết phương trình cho dạng : x 2
x 2 x x 2 x x x x x x 2 x x 2 x x x x 2 2 2 2 2
Xét hàm số t 2 t
f t
Nhận xét f(t) hàm đồng biến
Phương trình cho dạng : x 2x
x x x x x x f x x f 2 2 2 x loại x Vậy phương trình có nghiệm : x =
7) 2x 2x x x 2 x x
Hướng dẫn : Điều kiện : x0
Phương trình cho viết lại :
x x x 3 x x
1
hay 1 x
x 3 x x
x * x
2
3 21x x 1
Xét hàm số g t 3t t có g' t 3tln310, t0, tR nên hàm số g đồng biến khoảng t
;0 0;, x x 1 x g x g *
tương đương 2x22x10
2
x
2
x Vậy, tập nghiệm phương trình
(5) Chú ý : Cần tìm a, b, c R cho bx 1 c x
1 a x
2 x x 2
hay
x
a x c b bx
x
1 x x
2 2
,
đồng thức hai vế ta tìm
2
a , b1, c0 Vì 1 x x
2 x
2 x x 2
8) 32x3 x 3x3 2x x3 3x
Hướng dẫn :
x x
2 x x
32x3 x x3 2x
daïng f2x3x2 f x3 2x
Xét hàm số f t 3t t, tR ta có 'f t 3tln310, tR nên f đồng biến R t
Phương trình cho tương đương 2x3x2x32x, phương trình có nghieäm x2, x1
9) 23x3 12x2 3x1 82x3 3x2 2x 3x3 3x2 3x
(1) ÑS :
1
1 x 3
Hướng dẫn :
1 23x3 12x2 3x1 232x3 3x2 2x 3x3 3x2 3x
(2)
Ta coù : 3(2x3 + 3x2 – 2x) – (3x3 + 12x2 – 3x + 1) = 3x3 – 3x2 – 3x –
Đặt
x x x v
1 x x 12 x u
2
2
Thì (2) trở thành : 2u – 2v = v – u 2u + u = 2v + v f(u) = f(v)
Xét hàm số f(t) = 2t + t ; f’(t) = 2tln2 + > t f(t) tăng
Do : f(u) = f(v) u = v 3x3 – 3x2 – 3x – = 3x3 = 3x2 + 3x +
4x3 = x3 + 3x2 + 3x + = (x + 1)3
1
1 x x x
4 3
3
Vậy phương trình cho có nghiệm :
1
1
x 3
10)
x x
x x 21 280 713
713 2
2 x
3 x
21 x 47 x
x
2
2
(1) ĐS : x = x = –8 Hướng dẫn :
Tập xác định : D = R \ {0 ; 3} (2)
Ta coù :
x x
40 713
713
1 x 3x 2
40 x
7
x
2 2
x x
40 x
7 713
1 x
7
713 x 3x 2 2
40 x
7
1 x
7
2
2 (3)
Xét hàm số f t 713t 7t ; f’(t) = 713tln71370, t R, f(t) đồng biến R
Từ (3) suy x 3x 40 x 3x 40
x x
40 x
7 x
7 x
3 x
40 x
7 f x
7
f 2
2 2
2
2
5 x
8 x
(thỏa mãn (2)) Vậy phương trình cho có tập nghiệm {5 ; 8}
11*) 32009x 3cosx 32009x 4cos3x 3cos3x
Hướng dẫn :
Phương trình 32009x 3cosx 32009x 4cos3x 3.4cos3x 3cosx
2009x 3cosx 3.2009x 4cos x
3
32009x3cosx 2009x 4cos3x
(1)
Xét hàm số f(t) = 3t + 3t, tập xác định R
(6)Phương trình (1) viết : f(2009x + 3cosx) = f(2009x + 4cos3x) (2)
Vì f(t) đồng biến R nên (2) 2009x + 3cosx = 2009x + 4cos3x
4cos3x – 3cosx = cos3x =
3 k x
(k Z)
12*) 2x23cosx2x24cos3x 7cos3x (1) ÑS : x =
3 k
, k Z
Hướng dẫn : Tập xác định : R
Ta coù : 1 2x2 3cosx 2x2 4cos3x 74cos3x 3cosx
x 3cosx 7x 4cos x
7
2x2 3cosx x2 4cos3x
(2)
Xét hàm số f t 2t7t Tập xác định : R
f’(t) = 2tln270, t R suy f(t) đồng biến R
Phương trình (2) viết fx23cosx f x24cos3x (3)
Do f(t) đồng biến R nên 3 x23cosxx24cos3x4cos3x3cosx0cos3x0
3 k x k x
3
(k Z)
13*) esin x 4 tanx
ÑS : k
4
x , k Z Hướng dẫn :
Điều kiện cosx 0, sinx = không thỏa mãn phương trình nên phương trình
x cos
x sin
e
x cos x sin
x cos e x sin
e
x cos 2
x sin
Đặt u = sinx, v = cosx ; u, v (– ; 1), u, v > nên ta có phương trình
v e u
e
v 2
u
Xét hàm số t e t f
y
t
, với t (–1 ; 0) (0 ; 1)
y’ =
t
e t t
e
t
2
t 2
2 t
suy hàm số nghịch biến khoảng (–1 ; 0) (0 ; 1) Vì u, v dấu nên u, v thuộc khoảng (–1 ; 0) (0 ; 1) phương trình f(u) = f(v)
u = v tanx = k
4
x (choïn)
14*)
x x
x x 120 2009
2009 x x 2
4 x 34 x
x
2
2
Hướng dẫn :
Tập xác định : R \ {0 ; 1}
1 x x
30 2009
2009 x
x
x x 120 2009
2009 x x 2
30 x
4
x
2 x
x x 34 x
x
2 2
2
2
x x
30 x
4 2009
1 x
4
2009 x x 2 2
30 x
4
1 x
4
2
2 (1)
Xét f(t) = 2009t + 4t, có f’(t) = 2009tln2009 + 4, t > tức f(t) đồng biến R
Từ (1) suy x x 30
x x
30 x
4 x
4 x
x 30 x
4 f x
4
f
2 2
2
2
(7)
kiện điều thỏa
x x
Vậy tập nghiệm phương trình : S = {6 ; 5}
15*) 3cosx2cosx cosx (1)
Hướng dẫn :
Nhận xét : x = nghiệm phương trình ; gọi nghiệm (1) Khi đó, ta có : 3cos 2cos = cos 3cos 3cos = 2cos 2cos (*)
Xét hàm số : f(t) = tcos tcos (với t > 1)
Hàm số f liên tục (1 ; +), có đạo hàm f’(t) = tcos 1.cos cos
Từ (*) có f(2) = f(3)
Suy tồn b (2 ; 3) cho : f’(b) = bcos 1.cos cos = cos(bcos 1 1) =
cos = cos = k2k2
2 (với k Z)
16*) sinx.2008sin2x2008cosx1.2008cos2x2cosx2009 cosxsinx1 Hướng dẫn :
Phương trình cho viết lại : sinxsinx.2008sin2x2008 cosx1 cosx1.2008cosx122008
Xeùt hàm số : yf t tt2008 2t 2008, t R
Ta coù : f’(t) =
t 2008
1 1004
t 2008 t
t
2008 2007
2
2008
, t
Vậy hàm y = f(t) hàm đồng biến R Khi phương trình cho có dạng : f(sinx) = f(cosx + 1)
2 k x
2 k x x cos x
sin (k Z)
B PHƯƠNG TRÌNH LOGARIT
1) x 3x
5 x x
3 x x
log 2
2
3
ÑS : x =
1 x = 2 Hướng dẫn :
Ta coù :
R x , x x
R x , x x
2
vaø 2x2 + 4x + – (x2 + x + 3) = x2 + 3x +
Do :
(1) log3(x2 + x + 3) – log3(2x2 + 4x + 5) = (2x2 + 4x + 5) – (x2 + x + 3)
log3(x2 + x + 3) + (x2 + x + 3) = log3(2x2 + 4x + 5) + (2x2 + 4x + 5)
Đặt
5 x x v
3 x x u
2
(u > , v > 2) Ta có phương trình : log3u + u = log3v + v
Xét hàm số : f(t) = log3t + t , t >
3 ln t
1 t '
f , t > f(t) hàm số ln ln đồng biến t >
Do : f(u) = f(v) u = v x2 + x + = 2x2 + 4x + x2 + 3x + = x = 1 hay x = 2
(8)2) x x
2 x x
1
log DBÑH 2007 ÑS :
Hướng dẫn :
x x
2 x 1 x
log (1)
Điều kieän : x >
(1) log2(2x – 1) – log2x = + x – 2x
log2(2x – 1) + (2x – 1) = log2x + x
Đặt u = 2x – 1, u >
Ta coù : log2u + u = log2x + x f(u) = f(x)
Xét hàm đặc trưng : f(t) = log2t + t, với t >
2 ln t
1 t '
f , t >
f(t) đồng biến (0 ; +)
Do : f(u) = f(x) u = x 2x – = x 2x = x +
Ta thấy x1 = ; x2 = hai nghiệm phương trình
Mặt khác : Xét hàm soá y = 2x y’ = 2xln2 y’’ = 2xln22 > 0, x >
đồ thị y = 2x đường cong lõm khoảng (0 ; +) Do đó, đường thẳng (d) : y = x + cắt đồ thị (C)
tối đa hai điểm Mà x > nên phương trình cho có nghiệm x =
3) x
1
2 x
log x
x
3
(1) ÑS : x = x =
Hướng dẫn :
Điều kiện : x + > x > 2
(1) log3(x + 2) – log3(2x + 1) = (2x + 1) – (x + 2) log3(x + 2) + (x + 2) = log3(2x + 1) + (2x + 1)
Đặt
0 v
0 x u
x ta : log3u + u = log3v = v f(u) = f(v)
Xét hàm số f(t) = log3 + t với t >
3 ln t
1 t '
f t > f(t) tăng ( , +)
Do : f(u) = f(v) u = v x + = 2x + 2x – x – = (2
Xét hàm số g(x) = 2x – x –
g’(x) = 2xln2 –
g’(x) = x =
2 ln
1
log2 = x0
Bảng biến thiên :
x 2 x0 +
g’(x) +
g(x)
4
5 1
Dựa vào bảng biến thiên :
đồ thị hàm số g(x) cắt trục Ox tối đa hai điểm phân biệt
g(x) = có tối đa hai nghiệm phân biệt
(9)4)
2
2
1 x
1 x log x x
ÑS : x =
2 3
Hướng dẫn : Điều kiện :
1
x
1
x Ta coù :
2 2 2
2
1 x
1 x log x x 1 x
1 x log x x
2x 1 log 2x 4x 2 log
1 x x
2
2
2
(2)
Đặt v u 2x 6x
2 x x v
1 x
u 2
2
Khi : (2) trở thành : v – u = log2u – log2v log2u + u = log2v + v f(u) = f(v)
Xét hàm số : f(t) = log2t + t với t >
2 ln t
1 t '
f t > f(t) taêng t (0 ; +)
Do : f(u) = f(v) u = v 2x + = 2x2 – 4x + 2x2 – 6x + = x =
2 3
Vậy nghiệm phương trình cho : x =
7 3
5) x(log32 + 1) + 2x = log3(81 – 27x) ÑS : x =
Hướng dẫn :
Điều kieän : 81 – 27x > x <
(1) xlog32 + x + 2x = log3[27(3 – x)] log32x + 2x = + log3(3 – x) – x
log32x + 2x = log3(3 – x) + (3 – x)
Đặt
x v
2
u x
Ta có phương trình : log3u + u = log3v + v (với u, v > 0) f(u) = f(v)
Xét hàm đặc trưng : f(t) = log3t + t, t > f’(t) =
3 ln t
1 + > 0, t > f(t) tăng (0 ; +)
f(u) = f(v) u = v 2x = – x
Nhận xét : x = nghiệm phương trình Mặt khác, ta có :
giảm hàm x y
tăng hàm
y x
đồ thị hai hàm số cắt điểm x = Vậy phương trình có nghiệm : x =
Cách khác :
Điều kiện : 81 – 27x > x <
(1) x x x
3 3
x log x 2 log 81 27x log 81 27x log x
x 2x x
3 x x
81 27x 81 27x
log x
2
81 27x 32xx .2x
Xét hai hàm số :
2 là hàm đồng biến
3 x g
biến nghịch hàm
là x 27 81 x f
x x 2x
Nhaän xét x = nghiệm phương trình
đồ thị hai hàm số cắt điểm có hồnh độ x =
(10)6) 2log7(6x 1)3
x (1) ÑS : x = x =
Hướng dẫn : Điều kiện :
6 x x
6 (2)
Cách :
Đặt y log 6x 1 7y 6x
7
Ta có hệ :
1 x
1 y
y x
(3) Trừ theo vế phương trình hệ ta : 7x 6x7y6y (4)
Xét hàm số f t 7t6t ; phương trình (4) có dạng f(x) = f(y) (5) f’(t) = 7tn760, t R nên f(t) đồng biến R
Do vaäy : (5) x = y (6)
Thế (6) vào (3) có : 7x 6x17x6x10 Xét hàm số g x 7x 6x1 ; g’(x) = 7xln76
g’(x) = x = x0 = log76log7 ln7 ta có
0
x x x ' g
x x x ' g
Suy g(x) nghịch biến với x < x0 ; g(x) đồng biến với x > x0 g(x) có khơng hai nghiệm R
Lại thấy x = ; x = hai nghiệm g(x) thỏa mãn (2) Đó nghiệm phương trình (1)
Cách :
Ta coù 1 6log 7x 6log76x 1 6x 1
7
x
(7)
Xét hàm số f t t6log7t ; phương trình (7) có dạng f 7x f6x1 (8) Rõ ràng f(t) đồng biến R Do (8) 7x = 6x + (9)
Phần cịn lại lời giải trình bày cách
Chú ý : Xem phương trình (9) : 7x = 6x + Đó phương trình Béc-nu-li Thay khảo sát hàm số g(x),
bạn dùng bất đẳng thức Béc-nu-li để chứng minh có hai nghiệm :
Theo Bec-nu-li :
1 x
0 x x 7x
7x (7 – 1)x + x
Suy
1 x
0 x x 7x
7) log2[3log2(3x – 1) – 1] = x ÑS : x = x =
Hướng dẫn :
Điều kiện : 3x – > 0, 3log2(3x – 1) > x >
3
3
Đặt y = log2(3x – 1) có hệ :
1 x log y
1 y log x
2
Do log2(3x – 1) + x = log2(3y – 1) + y
Xeùt f(t) = log2(3x – 1) + t, t >
3
1 f’(t) =
3t 1ln2
3
> với t >
1 nên f hàm đồng biến,
phương trình f(x) = f(y) x = y x = log2(3x – 1) 3x – = 2x 2x – 3x + =
Xeùt g(x) = 2x – 3x – 1, x >
3
Ta có g’(x) = 2x.ln2 – 3, g”(x) = 2x.ln22 > nên g’(x) đồng biến D Do g(x) = có tối đa nghiệm,
(11)8) log21x x1x 3x (1) ÑS : x = x =
Hướng dẫn : Điều kiện : x
3
2
2 x x
x x log x x x x x x x log
1
3
2
21 x log x 31 x 31 x
log
1 x 31 x log 1 x 31 x
log2
Đặt x v x u
Ta có phương trình : log2u 3ulog2v 3v (với u, v > 0) f(u) = f(v)
Xét hàm đặc tröng : f(t) = log2t + , t t f’(t) =
2 ln t
1 , t
f(t) hàm số luôn đồng biến t
Do : f(u) = f(v) u = v
x x x x x x x x
1 3
Vậy nghiệm x = x =
9) x
x 1 x x log x x log 2
2
1
Hướng dẫn : Điều kiện :
x x x x x x x 2 x
Ta biến đổi phương trình 1 dạng 2 2 2
x x x log x x 2 x
log
2
2 x 2 x x log 1x 2 1x x1
log
2
Xét hàm số
2t 2t t
log t
f khoảng 0;
Ta coù
2 ln 2 t 2 ln t 2 t 2 ln t t
'f
Suy hàm số f t đồng biến khoảng 0; Khi phương trình 2 viết dạng
2 x 2 x x f x f x 1x 3x 1 0 x x
x3 2 2
Đối chiếu với điều kiện ta thấy tập nghiệm phương trình 1
13 ; S
10) x
x 1 ln x x 1 ln
x x2
1 x 1
với x > 0) ĐS : x =
Hướng dẫn :
Ta coù : x
x 1 ln x x x 1 ln x x x 1 ln x x 1 ln
x x 2
1 x 1 2 x 1 ln x x x 1 ln
(12)
x 1 ln x x x 1 ln x
x 2 2 (vì x > 0) (1)
Đặt u x2
v x
ta :
2
2
1
u u ln 1 v v ln 1
u v
f(u) = f(v)
Xét hàm đặc trưng :
t 1 ln t t t
f với t >
f ’(t) = 2t ln 1 2t ln 1 1 2t ln 1 2t ln 1
t t t t t 2t
2
Mặt khác, xét hàm số :
1 t
2 t
1 ln t g
g’(t) =
2 2
1
0
t t 2t 1 t t 2t 1
, t > Hàm số g(t) nghịch biến (0 ; +)
Bảng biến thiên :
t +
g’(t)
g(t) +
Từ bảng biến thiên ta suy g(t) >
f ’(t) = (2t + 1)g(t) > 0, t > f(t) đồng biến (0 ; +) Do : f(u) = f(v) x = x2 x = (do x > 0)
Tóm lại : phương trình có nghiệm x = Caùch khaùc :
…
x 1 ln x x x 1 ln x
x 2 2 (vì x > 0) (1)
Xét hàm đặc trưng :
t 1 ln t t t
f với t > (1) có dạng : f(x) = f(x2)
Ta coù : f ’(t) =
1 t
2 t
1 ln t 2 t 1 ln t Xét hàm :
1 t
2 t
1 ln t g
, coù : g’(t) =
2 2
1
0
t t 2t 1 t t 2t 1
, t >
Do g(t) nghịch biến (0 ; +) mà lim g t
t suy g(t) > ; t >
f’(t) = (2t + 1)g(t) > 0, t > nên đồng biến (0 ; +) Vì f(x) = f(x2) x = x2 x =
Tóm lại : phương trình có nghiệm x =
11) x log3(1 2x)
x (1) ÑS : x = x =
Hướng dẫn : Điều kiện :
2 x x
1 (2)
Caùch :
Đặt y log 1 2x 3y 2x
3
(13)Ta có hệ :
2 x
1 y x
y x
Trừ vế theo vế ta có 3x + x = 3y + y (4)
Xét hàm số f t tlog3t Phương trình (4) có daïng f(x) = f(y) (5)
Rõ ràng f(t) hàm số đồng biến R, nên (5) x = y
Thay vào (3.1) có 3x = + 2x 3x – 2x – = (6)
Xét hàm số g(x) = 3x – 2x – ; g’(x) = 3xln3 – ; g’(x) = x = x
0 = log32 – log3(ln3)
Lí luận tương tự ví dụ suy x = , x = hai nghiệm phương trình cho Cách :
Ta coù : 1 3x log33x 12xlog312x (7)
Xét hàm số f t tlog3t Phương trình (7) có dạng f 3x f12x (8)
Rõ ràng f(t) hàm số đồng biến R, nên (8) 3x = + 2x (9)
Phần lại lời giải cách
12)
7
x
) x ( log
7 (1) ÑS : x = x =
Hướng dẫn :
Điều kiện : 6x – > x >
6
Đặt y – = log7(6x – 5)3 7y – = 6x – (1)
Khi đó, phương trình cho trở thành : 7x – 1 = + 2log
7(6x – 5)3 = + 6log7(6x – 5) = 6y – (2)
Trừ theo vế (1) (2) ta : 7x – 1 – 7y – 1 = 6y – 6x 7x – 1 + 6(x – 1) = 7y – 1 + 6(y – 1)
f(x – 1) = f(y – 1) x = y
Thay vào (1) biến đổi ta phương trình : 7x – 1 – 6(x – 1) – = (3)
Hàm số g(t) = 7t – 6t – coù g’(t) = 7tln7 – g’(t) = 7tln7 – = t
0 = log76 – log7ln7
Hàm số g(t) nghịch biến khoảng ( ; t0) đồng biến (t0 ; +) nên khoảng g(t) có
nhiều nghiệm nên phương trình g(t) = có nhiều hai nghiệm
Ta thấy t1 = , t2 = hai nghiệm g(t) suy phương trình (3) có hai nghiệm x1 = , x2 = Hai nghiệm
này thịa mãn điều kiện
Cách : Ta có : x
7 2log (6x 5) 17x 1 6(x 1) (6x 5) 6log 76x 5 (7) Xét hàm số f t t6log7t ; phương trình (7) có dạng f 7 x 1 f 6x 5 (8)
Rõ ràng f(t) đồng biến R Do (8) 7x – 1 = 6x – (9)
Phần cịn lại lời giải trình bày cách
13) 6x 3log65x12x1
Hướng dẫn : Điều kiện :
5 x
Khi đó, đặt tlog65x1, ta có hệ phương trình :
1 x
1 x t
x log t
1 x t
t x
x
Trừ vế theo vế hai phương trình ta phương trình 6x3x6t 3t (*)
Xét hàm số f x 6x 3x, dễ thấy, f(x) hàm đơn điệu R phương trình (*) viết dạng
x f t
f Do tính đơn điệu f(x), ta suy x = t
Khi phương trình thứ hai hệ có dạng 6x 5x16x5x10
Đặt g x 6x 5x1, ta có : g’(x) = 6xln65 ; g”(x) = 6x ln260 x R
Như vậy, g’(x) đồng biến, liên tục R Ta có :
(14)g’(1) = 61ln656ln650 (do ln6 > lne1 = 1)
Suy tồn số x0 thuộc khoảng (0 ; 1) cho g’(x0) = 0, ta có bảng xét dấu g’(x), bảng biến thiên
g(x) nhö sau :
x
5
x0 +
g’(x) +
g(x)
Từ bảng xét dấu, ta suy phương trình g(x) = có có khơng q hai nghiệm thực phân biệt Mặt khác, ta có g 0 605010g 1 61511
Vậy, phương trình cho có tập nghiệm : {0 ; 1}
14) cos2x log (4cos 2x cos6x 1)
sin
1
4 x
sin
2
(1) ÑS : x = k, k Z
Hướng dẫn :
Caùch : Ta coù cos2x log 3cos2x 1
1
1 cos2x1 (2)
Điều kiện :
3 x
cos Đặt y = cos2x, điều kieän y
1 (3)
Phương trình (2) trở thành : y log 3y 1 2y log 3y 1
1
2y1 y (4)
Đặt t log 3y 1 2t 3y
2
Điều kiện : y t
3
1 (5)
Ta có hệ
1 y
1 t y 2
t y
(6)
Trừ theo vế có 2yy2t t (7)
Xét hàm f z 2z z, phương trình (7) có dạng f(y) = f(t) (8)
Rõ ràng f(z) đồng biến R, suy (8) y = t
Thay vào (6) có 2t = 3t – 2øt – 3t + = (9)
Xét hàm g(t) = 2t – 3t + Tập xác định R
g’(t) = 2tln2 – 3, g’(t) = t = t
0 = log23 – log2(ln2)
Lí luận tương tự ví dụ suy R, phương trình (9) có khơng q hai nghiệm Lại thấy g(1) = g(3) = Suy phương trình (9) có nghiệm :
5 loại
t t Với t = y = cos2x = x = k , k Z
Vậy nghiệm phương trình (1) x = k , k Z Cách : Tiếp nối từ phương trình (4) cách Viết lại (4) 2y + log
22y = (3y – 1) + log2(3y – 1) (10)
Xét hàm f(z) = z + log2z, phương trình (10) có dạng f 2y f3y1 (11)
Rõ ràng f(z) đồng biến R suy (11) 2y = 3y – (12)
Phần lại lời giải cách
15) 3x 8x
1 x
1 x
log
2
3
ÑS :
x x2 Hướng dẫn :
Phương trình cho tương đương log 2x 1 2x 1 log 3x 12 3x 1 2 *
3
(15)Xét hàm số f t log3tt, t0 'f t tln1310 với t0 nên hàm f t đồng biến khoảng
0; Phương trình * có dạng f2x1f3x122x13x12, phương trình có nghiệm
3
x x2
Vậy, phương trình cho có hai nghiệm
x x2
16) 7x 21x 14
x x
3 x x
log
2
3
(1) ÑS : x = 1 x = 2
Hướng dẫn : Điều kiện :
R x , x x
R x , x x
2
(1) xác định x R Nhận xeùt : 7(2x2 + 4x + 5) – 7(x2 + x + 3) = 7x2 + 21x + 14
Do (1) log3(x2 + x + 3) – log3(2x2 + 4x + 5) = 7(2x2 + 4x + 5) + 7(x2 + x + 3)
log3(x2 + x + 3) + 7(x2 + x + 3) = log3(2x2 + 4x + 5) + 7(2x2 + 4x + 5)
Đặt
5 x x v
3 x x u
2
Ta có phương trình : log3u + 7u = log3v + v (với u, v > 0) f(u) = f(v)
Xét hàm đặc trưng : f(t) = log3t + 7t, t > f’(t) =
3 ln t
1 + > 0, t >
f(t) hàm đồng biến t >
Do f(u) = f(v) u = v x2 + x + = 2x2 + 4x + x2 + 3x + = x = 1 x = 2
17) x 3x
5 x x
2 x x
log
2
3
(1) ÑS : x = x =
Hướng dẫn : Ta có :
R x x x
R x x x
2
Nhận xét : x2 – 3x + = (2x2 – 4x + 5) – (x2 – x + 2)
(1) log3(x2 – x + 2) – log3(2x2 – 4x + 5) = 2x2 – 4x + – (x2 – x + 2)
log3(x2 – x + 2) + x2 – x + = log3(2x2 – 4x + 5) + 2x2 – 4x +
Đặt
0 x x v
0 x x u
2
ta : log3u + u = log3v + v f(u) = f(v)
Xét hàm số f(t) = log3t + t với t >
t
3 ln t
1 t '
f
f(t) hàm số tăng t (0 ; +)
Do : f(u) = f(v) u = v x2 – x + = 2x2 – 4x + x2 – 3x + =
2 x
1 x Vậy phương trình cho có nghiệm : x = x =
18) x 6x
5 x x
3 x
log
2
2
(1) ÑS : x = x =
Hướng dẫn :
Ta coù : x2 – 4x + = (x – 2)2 + > x R
Điều kiện :
2 x x
(16)(1) log2(2x – 3) – log2(x2 – 4x + 5) = (x2 – 4x + 5) – (2x – 3)
log2(2x – 3) + 2x – = log2(x2 – 4x + 5) + x2 – 4x +
Đặt
0 x x v
0 x u
2
Ta : log2u + u = log2v + v = g(u) = g(v)
Xét hàm số f(t) = log2t + t với t >
2 ln t
1 t '
f t >
f(t) tăng (0 , +)
Do : f(u) = f(v) u = v 2x – = x2 – 4x + x2 – 6x + =
4 x
2 x
(thỏa mãn) Vậy phương trình cho có nghiệm : x = x =
19*) 3x 5x
x x
3 x x
log 2
2
3
(1) ÑS : x = –1 x =
3
Hướng dẫn :
Ta thaáy : (5x2 + 4x + 5) – (2x2 – x + 3) = 3x2 + 5x +
Do đó, ta đặt : a = 2x2 – x + ; b = 5x2 + 4x + ta có phương trình : log
3a + a = log3b + b
f(a) = f(b) (1)
Trong đó, hàm f(t) = log3t + t hàm số đồng biến
Do vaäy : (1) a = b b – a = 3x2 + 5x + 2= x = 1 , x =
3
Vậy phương trình cho có hai nghiệm : x =
; x = 1
20*) x x 6x
9 x 13 x 13
1 x x 14 x
log 2
2
7
1
ÑS : x = 1 x =
Hướng dẫn :
Nhận thấy 14x27x10, x R,
0
0 14 a
suy x414x27x10, x R (2)
9 x 13 x
13 2 , x R ,
0 299
0 13 a
(3)
Từ (2), (3) suy phương trình có tập xác định R (4)
Ta coù : log x 14x 7x 1 log 13x2 13x 9 x4 14x2 7x 1 13x2 13x 9
7
4
1
x 14x 7x 1 x 14x 7x 1 log 13x 13x 9 13x 13x 9
log 2
7
4
4
1
(5)
Xét hàm số f t log t t
7
1
có tập xác định R*
Phương trình (5) có dạng fx414x27x1 f13x213x9 (6)
Rõ ràng f(t) nghịch biến R*
Do vaäy 6 x414x27x113x2 13x9x4 x2 6x80x2 12 x32 0
x2x4x2x20
(7)
Vì
4 15
1 x x x
2
2
x R neân
2 x
1 x x x
7
(17)C HỆ PHƯƠNG TRÌNH MŨ - LOGARIT 1) ) ( 12 y xy x ) ( x y 3 2 y x
ÑS : (–2 ; –2) ; (2 ; 2)
Hướng dẫn :
Từ phương trình (1), ta có :3x3y yx3xx3yy f(x)f(y)
Xét hàm đặc trưng f t 3tt, t f' t 3tln310
Do : f(x) = f(y) x = y Khi : phương trình (2) 3x2 12x24
y x y x Vậy hệ phương trình cho có nghiệm (–2 ; –2) ; (2 ; 2)
2) 27 y xy x x y e e 2 y x
ÑS : (3 ; 3); (–3 ; –3)
Hướng dẫn :
Từ phương trình (1), ta có :exey yxexxeyy f(x)f(y)
Xét hàm đặc trưng f t 3tt, t f' t 3tln310 hàm số f(t) đồng biến R Do : f(x) = f(y) x = y Khi : phương trình (2) 3x2 27x2 9
y x y x Vậy hệ phương trình cho có nghiệm (3 ; 3); (–3 ; –3)
3) ) y ( x ) y y )( x ( 2 y x x y 3
ÑS : (–1 ; –1) ; (1 ; 1)
Hướng dẫn : Hệ ) ( ) y ( x ) y y )( x ( ) ( y x y x
Từ phương trình (1), ta có :x32x y32yf(x)f(y)
Xét hàm đặc trưng t
2 t t
f , t f' t 2t2 2tln20,t hàm số f(t) đồng biến R
Do : f(x) = f(y) x = y Khi : phương trình (2) (x41)(x2x1)x(x2)1 ) x x x )( x
( 2 4 3
x x x x
Ta thaáy :
x , x ) x ( ) x x ( ) x ( ) x )( x ( ) x ( ) x ( x x x x 2 2 3
4
Do hệ trở thành :
x y x x y x y x y x
Vaäy nghiệm (1 ; 1); (–1 ; –1)
4) y log x log e e y x 2 y x
ĐS : (2 ; 2) ; (4 ; 4) Hướng dẫn :
Điều kiện : x > 0, y > Từ phương trình (1), ta có :exey yxexxeyyf(x)f(y)
Xét hàm đặc trưng f t ett, t > f' t et 1e01110,t0
hàm số f(t) đồng biến (0 ; +)
Do : f(x) = f(y) x = y Khi : phương trình (2) log x 3log2x
2
2
x x x log x log 2 y x y x
(18)5)
1 2
1 2
1
1
x y
y y y
x x
x (DBÑH 2007) ÑS : (1 ; 1)
Hướng dẫn : Ta có :
1 x
1 y
1 x
1 y
3 ) y ( ) y (
3 ) x ( ) x ( y y y
1 x x x
Đặt
1 y v
1 x u
Ta hệ
2 v v
1 u u
u
v
Từ (1) (2) ta có : 2 v u
3 v u v
u u u2 13u v v2 13v (3) Xét hàm đặc trưng f t t t213t, t
3 ln t
t t t '
f t
2
Vì t2 1 t2 t t21t0 f’(t) > 0, t, hàm số f(t) đồng biến R Do : f(u) = f(v) u = v Khi : phương trình (1) u
3 u
u (4) Nhận xét : u = nghiệm phương trình (4)
Theo nhận xét u u210 nên phương trình (4) lnu u21uln30 Xét hàm số g u lnu u2 1uln3
0 ln ln u
1 u
' g
2
, u R
hàm số g(u) nghịch biến R phương trình (4) có nghiệm u = Từ ta nghiệm hệ cho (x ; y) = (1 ; 1)
6)
2
y 20 xy 12 x
1 y x y ln x ln
2
2 (DBÑH 2006) ÑS : (0 ; 0)
Hướng dẫn :
Điều kiện : x > 1, y > 1
(2) x2 + 20y2 = 12xy xy (x, y dấu) (*)
(1) ln(1 + x) – x = ln(1 + y) – y f(x) = f(y) Xét hàm số đặc trưng : f(t) = ln(1 + t) – t, t > 1
t
t t
1 t 'f
f ’(t) = t = Bảng biến thiên :
t 1 +
f’(t) +
f(t)
Từ bảng biến thiên, ta thấy : Hàm số đồng biến (–1 ; 0) hàm số nghịch biến (0 ; +) Ta thấy : x = y = nghiệm phương trình (2)
Nếu x, y (1 ; 0) f(x) = f(y) x = y Khi (2) x = y = (loại (1 ; 0)) Nếu x, y (0 ; +) f(x) = f(y) x = y Khi (2) x = y = (loại (0 ; +))
Nếu x, y thuộc hai khoảng khác x, y trái dấu x.y < khơng thỏa (*) (vì vế trái (2) ln dương) phương trình vơ nghiệm
(19)D MỘT SỐ BÀI TỐN LIÊN QUAN ĐẾN HAØM ĐẶC TRƯNG
BAØI : (ĐỀ THI THPT QG 2017) Xét số thực dương x, y thỏa mãn 3xy x 2y y
2 x
xy
log3
Tìm giá trị nhỏ Pmin P = x + y ĐS :
3 11 Pmin
Câu 47 (mã đề 101) : Xét số thực dương x, y thỏa mãn 3xy x 2y y
2 x
xy
log3
Tìm giá trị nhỏ Pmin P = x + y
A
9 19 11 Pmin
B
9 19 11 Pmin
C
21 29 11 18
Pmin D
3 11 Pmin
Hướng dẫn : Điều kiện: xy <
Ta coù: 3xy x 2y log 1 xy log x 2y 3xy x 2y y
2 x
xy
log3
1 xy 31 xy log x 2y x 2y
log3 3
log31xy log33 31xylog3x2yx2y
1 xy 31 xy log x 2y x 2y
3
log3
(1)
Xét hàm số f(t) = log3t + t, t >
Ta coù:
3 ln t
1 t
'f , t >
Suy hàm số f(t) ln đồng biến t > 0, (1) có dạng: f(3(1 – xy)) = f(x + 2y)
– 3xy = x + 2y x + 3xy = – 2y x(1 + 3y) = – 2y
y
y x
Vì x > 0, y > neân
2 y 0
Ta coù:
y
3 y y y y
y y x
P
,
2 ; y
P’ =
2
y
10 y y
; P’ =
9y2 + 6y – 10 =
2 ;
11 y
2 ;
11 y
Ta có bảng biến thiên:
y
3 11 1
2
P’
P
3 11
2
Vaäy
3 11 Pmin
(20)BAØI : (ĐỀ THI THPT QG 2018) Cho phương trình 5x mlog5xm với m tham số Có giá
trị nguyên m (–20 ; 20) để phương trình cho có nghiệm? ĐS : 19 giá trị
Câu 46 (mã đề 101) : Cho phương trình 5x + m = log
5(x – m) với m tham số Có giá trị nguyên
của m (20 ; 20) để phương trình cho có nghiệm?
A 20 B 19 C D 21
Hướng dẫn : Điều kiện : x > m
Ta coù : 5xmlog5(xm)5xxxmlog5(xm)5xx5log5(xm)log5(xm)
Đặt
) m x ( log v
x u
5
) v ( f ) u ( f v u
5u v
Xét hàm đặc trưng f(t)5t t, t > f' t 5t.ln510,t0
hàm số f(t) đồng biến R
Do : f(u) = f(v) u = v x x
5(x m) x x m m x
log
Xét hàm số : g(x) =
5 ln
1 log x ln
1 ) x ( ' g ; ln ) x ( ' g x ) x (
g
x x
x
Bảng biến thiên:
Do để phương trình có nghiệm glog5 ln50,29
Các giá trị nguyên m (20 ; 20) –19 ; –18 ; … ; –1 có 19 giá trị m thỏa mãn
BÀI : Xét x, y số thực dương thỏa mãn 2x 4y y
x y x
log2
Tìm giá trị nhỏ biểu
thức: 23 y x
x y x x P
ÑS :
9 16 Pmin
Câu 50 : Xét x, y số thực dương thỏa mãn 2x 4y y
x y x
log2
Giá trị nhỏ biểu thức:
3 2
y x
x y x x P
A
9 25
Pmin B Pmin 4 C
4
Pmin D
9 16 Pmin
Hướng dẫn :
Ta coù : 2x 4y
y x
y x log y
4 x y x
y x log y x y x
y x
log2 2 2
) y x ( ) y x ( log ) y x ( ) y x ( log y x ) y x ( log ) y x (
log2 2 2 2
Đặt
0 y x v
0 y x u
) v ( f ) u ( f v v log u u
log2 2
Xét hàm đặc trưng f(t)log2t2t, t > 0, t
ln t
1 t '
f
hàm số f(t) đồng biến khoảng (0 ; +)
(21) 16 y y 27 24 y y 27 24 y
27 y 24 y 24 y
27
y 24 y y 32 y
y
) y ( y ) y ( ) y (
P 3
2
3
4
2
2
Dấu “=” xảy y y x
y
y
Vậy giá trị nhỏ
9 16
Pmin x =2 vaø y =