Bài 6: Bất phương trình bậc nhất một ẩn
Nắm vững định nghĩa bất phương trình bậc nhất một ẩn, khái niệm nghiệm, các quy tắc giải và biểu diễn tập nghiệm trên trục số.
Bạn Thanh có $100$ nghìn đồng. Bạn muốn mua một chiếc bút bi giá $18$ nghìn đồng và một số quyển vở học sinh, mỗi quyển vở có giá $7$ nghìn đồng.
Hỏi bạn Thanh có thể mua được nhiều nhất bao nhiêu quyển vở?
Để giải bài toán này, ta sẽ thiết lập một hệ thức toán học biểu thị mối quan hệ giữa số tiền mua đồ và số tiền hiện có. Hệ thức đó được gọi là bất phương trình bậc nhất một ẩn.
Khái niệm Bất phương trình bậc nhất một ẩn
Định nghĩa bất phương trình bậc nhất một ẩn và khái niệm nghiệm
Trong bài toán ở tình huống mở đầu, gọi $x$ (quyển) là số vở mà Thanh có thể mua ($x \in \mathbb{N}^*$).
Khi đó, số tiền mua $x$ quyển vở là $7x$ (nghìn đồng). Tổng số tiền mua bút và vở là $7x + 18$ (nghìn đồng).
Vì tổng số tiền không vượt quá $100$ nghìn đồng nên ta có hệ thức:
Khi đó, ta nói hệ thức $7x + 18 \le 100$ là một bất phương trình với ẩn là $x$.
Trong bất phương trình này, ta gọi $7x + 18$ là vế trái, $100$ là vế phải.
Bằng cách trừ cả hai vế cho $100$, ta biến đổi được bất phương trình về dạng: $7x - 82 \le 0$. Hệ thức này được gọi là bất phương trình bậc nhất với ẩn là $x$.
Bất phương trình dạng:
trong đó $a$ và $b$ là hai số đã cho, $a \ne 0$, được gọi là bất phương trình bậc nhất một ẩn $x$.
a) $3x + 16 \le 0$;
b) $-5x + 5 > 0$;
c) $x^2 - 4 > 0$;
d) $-3x < 0$.
Xem lời giải chi tiết
• Các bất phương trình ở câu a), b), d) là bất phương trình bậc nhất một ẩn $x$ vì chúng có dạng $ax + b \le 0$, $ax + b > 0$, $ax < 0$ với hệ số của $x$ khác $0$ (cụ thể: câu a có $a = 3 \ne 0$; câu b có $a = -5 \ne 0$; câu d có $a = -3 \ne 0, b = 0$).
• Bất phương trình ở câu c) $x^2 - 4 > 0$ không phải là bất phương trình bậc nhất một ẩn vì $x^2 - 4$ là một đa thức bậc hai.
a) $-3x + 7 \le 0$;
b) $4x - \frac{3}{2} > 0$;
c) $x^3 > 0$.
Xem lời giải chi tiết
• a) $-3x + 7 \le 0$: Là bất phương trình bậc nhất một ẩn $x$ (với $a = -3 \ne 0, b = 7$).
• b) $4x - \frac{3}{2} > 0$: Là bất phương trình bậc nhất một ẩn $x$ (với $a = 4 \ne 0, b = -\frac{3}{2}$).
• c) $x^3 > 0$: Không phải là bất phương trình bậc nhất một ẩn vì bậc của ẩn $x$ là bậc 3.
Nghiệm của bất phương trình (SGK Trang 39)
Xét bất phương trình: $3x + 8 < 20$.
- Khi thay $x = \frac{4}{3}$ vào BPT, ta được: $3 \cdot \frac{4}{3} + 8 = 4 + 8 = 12 < 20$ (khẳng định đúng). Ta nói số $\frac{4}{3}$ (hay giá trị $x = \frac{4}{3}$) là một nghiệm của bất phương trình.
- Khi thay $x = 5$ vào BPT, ta được: $3 \cdot 5 + 8 = 15 + 8 = 23 < 20$ (khẳng định sai). Ta nói số $5$ không phải là nghiệm của bất phương trình.
• Số $x_0$ là một nghiệm của bất phương trình $A(x) < B(x)$ nếu khẳng định $A(x_0) < B(x_0)$ là đúng.
• Giải một bất phương trình là tìm tất cả các nghiệm của bất phương trình đó (tập hợp tất cả các nghiệm gọi là tập nghiệm của bất phương trình).
Trong các số $-2; \ 0; \ 5$, những số nào là nghiệm của bất phương trình $2x - 10 < 0$?
Xem lời giải chi tiết
Thay lần lượt từng số vào vế trái của bất phương trình $2x - 10 < 0$:
- Với $x = -2$: Ta có $2(-2) - 10 = -4 - 10 = -14 < 0$ (khẳng định đúng). Do đó $-2$ là một nghiệm.
- Với $x = 0$: Ta có $2(0) - 10 = -10 < 0$ (khẳng định đúng). Do đó $0$ là một nghiệm.
- Với $x = 5$: Ta có $2(5) - 10 = 10 - 10 = 0 < 0$ (khẳng định sai). Do đó $5$ không phải là nghiệm.
Vậy trong các số đã cho, các số là nghiệm của bất phương trình là: $-2$ và $0$.
Cách giải bất phương trình bậc nhất một ẩn
Quy tắc biến đổi tương đương, giải và biểu diễn nghiệm trên trục số
Xét bất phương trình $5x + 3 < 0$. $(1)$ Hãy thực hiện các yêu cầu sau để giải bất phương trình $(1)$:
a) Sử dụng tính chất của bất đẳng thức, cộng vào hai vế của $(1)$ với $-3$, ta được một bất phương trình kí hiệu là $(2)$.
b) Nhân vào hai vế của $(2)$ với $\frac{1}{5}$ (tức là chia hai vế cho hệ số $5 > 0$) để tìm nghiệm của bất phương trình.
Xem lời giải chi tiết
• a) Cộng cả hai vế với $-3$:
$(5x + 3) + (-3) < 0 + (-3) \iff 5x < -3$. (Kí hiệu là $(2)$)
• b) Nhân hai vế của $(2)$ với $\frac{1}{5}$ (tức chia cả hai vế cho $5 > 0$):
Vì $\frac{1}{5} > 0$ nên bất đẳng thức giữ nguyên chiều:
$$5x \cdot \frac{1}{5} < -3 \cdot \frac{1}{5} \iff x < -\frac{3}{5}$$
Vậy nghiệm của bất phương trình là: $x < -\frac{3}{5}$ (hay $x < -0{,}6$).
Chuyển số hạng tự do $b$ sang vế phải và đổi dấu: $ax < -b$.
Chia cả hai vế cho $a > 0$ (giữ nguyên chiều):
$$x < -\frac{b}{a}$$
Chia cả hai vế cho số âm $a < 0$ (đổi chiều BĐT):
$$x > -\frac{b}{a}$$
* Chú ý: Các bất phương trình $ax + b > 0, ax + b \le 0, ax + b \ge 0$ được giải hoàn toàn tương tự.
Biểu diễn tập nghiệm trên trục số
Sau khi tìm được nghiệm, ta có thể biểu diễn trực quan tập nghiệm trên trục số bằng cách giữ lại vùng nghiệm và gạch bỏ phần không thoả mãn:
Xem lời giải chi tiết
Ta có:
$-2x - 4 > 0$
$\iff -2x > 0 + 4$ (Cộng hai vế với 4, hay chuyển $-4$ sang vế phải thành $+4$)
$\iff -2x > 4$
$\iff x < 4 \cdot \left(-\frac{1}{2}\right)$ (Nhân hai vế với số âm $-\frac{1}{2}$ và đổi chiều BĐT từ $>$ sang $<$)
$\iff x < -2$.
Vậy nghiệm của bất phương trình là: $x < -2$.
a) $6x + 5 < 0$;
b) $-2x - 7 > 0$.
Xem lời giải chi tiết
• a) Giải $6x + 5 < 0$:
$6x < -5 \iff x < -\frac{5}{6}$ (Chia hai vế cho $6 > 0$, giữ nguyên chiều).
Vậy nghiệm của bất phương trình là: $x < -\frac{5}{6}$.
• b) Giải $-2x - 7 > 0$:
$-2x > 7 \iff x < -\frac{7}{2}$ (Chia hai vế cho số âm $-2 < 0$, phải đổi chiều từ $>$ sang $<$).
Vậy nghiệm của bất phương trình là: $x < -\frac{7}{2}$ (hay $x < -3{,}5$).
Xem lời giải chi tiết
Gọi $x$ (quyển) là số vở mà Thanh có thể mua ($x \in \mathbb{N}^*$).
Theo bài ra ta có bất phương trình:
$$7x + 18 \le 100 \iff 7x \le 100 - 18 \iff 7x \le 82 \iff x \le \frac{82}{7}$$
Ta có $\frac{82}{7} \approx 11{,}71$.
Vì số vở $x$ phải là số nguyên dương ($x \in \mathbb{N}^*$) nên giá trị nguyên lớn nhất thoả mãn là $x = 11$.
Kết luận: Bạn Thanh có thể mua được nhiều nhất $11$ quyển vở.
a) $2x + 5 < 3x - 4$;
b) $-3x + 5 \ge -4x + 3$.
Xem lời giải chi tiết
• a) $2x + 5 < 3x - 4$:
Chuyển các hạng tử chứa $x$ sang vế trái và các hằng số sang vế phải:
$2x - 3x < -4 - 5 \iff -x < -9 \iff x > 9$ (Nhân hai vế với $-1$ và đổi chiều).
Vậy nghiệm của bất phương trình là: $x > 9$.
• b) $-3x + 5 \ge -4x + 3$:
$-3x + 4x \ge 3 - 5 \iff x \ge -2$.
Vậy nghiệm của bất phương trình là: $x \ge -2$.
a) $5x + 7 > 8x - 5$;
b) $-4x + 3 \le 3x - 1$.
Xem lời giải chi tiết
• a) $5x + 7 > 8x - 5$:
$5x - 8x > -5 - 7 \iff -3x > -12 \iff x < \frac{-12}{-3} \iff x < 4$ (Chia cho $-3 < 0$, đổi chiều).
Vậy nghiệm của bất phương trình là: $x < 4$.
• b) $-4x + 3 \le 3x - 1$:
$-4x - 3x \le -1 - 3 \iff -7x \le -4 \iff x \ge \frac{-4}{-7} \iff x \ge \frac{4}{7}$ (Chia cho $-7 < 0$, đổi chiều).
Vậy nghiệm của bất phương trình là: $x \ge \frac{4}{7}$.
Một ngân hàng đang áp dụng lãi suất gửi tiết kiệm kì hạn 12 tháng là $7{,}4\%/\text{năm}$. Bà Mai dự kiến gửi một khoản tiền vào ngân hàng này và cần số tiền lãi hằng năm ít nhất là $60$ triệu đồng để chi tiêu. Hỏi số tiền bà Mai cần gửi tiết kiệm ít nhất là bao nhiêu (làm tròn đến triệu đồng)?
Xem lời giải chi tiết
Gọi $x$ (triệu đồng) là số tiền bà Mai cần gửi tiết kiệm ($x > 0$).
Lãi suất $7{,}4\%/\text{năm} = 0{,}074$. Số tiền lãi thu được sau 1 năm là: $0{,}074x$ (triệu đồng).
Để số tiền lãi hằng năm ít nhất là 60 triệu đồng, ta có bất phương trình:
$$0{,}074x \ge 60 \iff x \ge 60 : 0{,}074 \iff x \ge 810{,}81$$
Làm tròn đến hàng triệu đồng, ta được $x \ge 811$.
Kết luận: Bà Mai cần gửi tiết kiệm vào ngân hàng ít nhất $811$ triệu đồng.
Trong một cuộc thi tuyển dụng việc làm, ban tổ chức quy định mỗi người ứng tuyển phải trả lời 25 câu hỏi ở vòng sơ tuyển. Mỗi câu hỏi này có sẵn bốn đáp án, trong đó chỉ có một đáp án đúng. Người ứng tuyển chọn đáp án đúng sẽ được cộng thêm 2 điểm, chọn đáp án sai bị trừ đi 1 điểm. Ở vòng sơ tuyển, ban tổ chức tặng cho mỗi người dự thi 5 điểm và theo quy định người ứng tuyển phải trả lời hết 25 câu hỏi; người nào có số điểm từ 25 trở lên mới được dự thi vòng tiếp theo. Hỏi người ứng tuyển phải trả lời chính xác ít nhất bao nhiêu câu hỏi ở vòng sơ tuyển thì mới được vào vòng tiếp theo?
Xem lời giải chi tiết
Gọi $x$ là số câu hỏi người ứng tuyển trả lời đúng ($0 \le x \le 25, \ x \in \mathbb{N}$).
Vì người đó phải trả lời hết 25 câu hỏi nên số câu trả lời sai là: $25 - x$ (câu).
Điểm số mà người ứng tuyển nhận được gồm:
- Điểm ban đầu ban tổ chức tặng: $5$ điểm.
- Điểm cộng từ các câu đúng: $2x$ điểm.
- Điểm trừ từ các câu sai: $1 \cdot (25 - x)$ điểm.
Tổng số điểm đạt được là:
$5 + 2x - (25 - x) = 5 + 2x - 25 + x = 3x - 20$ (điểm).
Để được vào vòng tiếp theo, người ứng tuyển cần đạt từ 25 điểm trở lên:
$$3x - 20 \ge 25 \iff 3x \ge 45 \iff x \ge 15$$
Vì $x \ge 15$ nên giá trị nhỏ nhất của $x$ là $15$.
Kết luận: Người ứng tuyển phải trả lời chính xác ít nhất $15$ câu hỏi để được vào vòng tiếp theo.
Mỗi thùng sữa tươi loại $180\text{ ml}$ có khối lượng trung bình $10\text{ kg}$. Trọng tải tối đa cho phép xe chở là $5{,}25\text{ tấn} = 5\,250\text{ kg}$. Biết lái xe nặng $65\text{ kg}$.
Bất phương trình tải trọng: $10x + 65 \le 5\,250 \implies 10x \le 5\,185 \implies x \le 518{,}5$.
Vì số thùng là số nguyên nên xe có thể chở tối đa $518$ thùng sữa.
- BPT bậc nhất một ẩn: Có dạng $ax + b < 0$ ($>0, \le 0, \ge 0$) với $a \ne 0$.
- Quy tắc chuyển vế: Khi chuyển một số hạng từ vế này sang vế kia phải đổi dấu số hạng đó.
- Quy tắc nhân/chia: Chia cho số dương thì giữ nguyên chiều; chia cho số âm thì bắt buộc đổi chiều.
- Biểu diễn trên trục số: Nghiệm ngặt ($<, >$) dùng ngoặc tròn $($ $)$; nghiệm có dấu bằng ($\le, \ge$) dùng ngoặc vuông $[$ $]$. Gạch bỏ phần không thoả mãn.