Bất đẳng thức & Bất phương trình

Làm chủ các phép so sánh trong toán học

1. Định nghĩa & Ký hiệu

a. Bất đẳng thức (Inequality)

Một bất đẳng thức là một mệnh đề toán học dùng để so sánh hai giá trị không bằng nhau. Nó cho biết một giá trị lớn hơn, nhỏ hơn, lớn hơn hoặc bằng, hoặc nhỏ hơn hoặc bằng một giá trị khác.

Các ký hiệu chính:

  • $a < b$: $a$ nhỏ hơn $b$.
  • $a > b$: $a$ lớn hơn $b$.
  • $a \le b$: $a$ nhỏ hơn hoặc bằng $b$.
  • $a \ge b$: $a$ lớn hơn hoặc bằng $b$.

b. Bất phương trình (Inequation)

Một bất phương trình là một bất đẳng thức chứa một hoặc nhiều biến số (ẩn).

Giải một bất phương trình là tìm tất cả các giá trị của biến (tập nghiệm) để bất phương trình đó đúng. Tập nghiệm thường là một khoảng hoặc một tập hợp các khoảng.

Ví dụ: $2x - 1 > 5$ là một bất phương trình với ẩn là $x$.

2. Tính chất & Các phép biến đổi

Để giải bất phương trình, ta dùng các phép biến đổi tương đương để tìm ẩn mà không làm thay đổi tập nghiệm.

a. Quy tắc cộng, trừ

Khi cộng hoặc trừ cùng một số vào cả hai vế của một bất đẳng thức, ta được một bất đẳng thức mới cùng chiều với bất đẳng thức đã cho.

Nếu $a < b$ thì $a+c < b+c$.

Ví dụ: $x - 3 > 5 \iff x > 5 + 3 \iff x > 8$.

b. Quy tắc nhân, chia

Quy tắc này có hai trường hợp và cần đặc biệt lưu ý:

  1. Khi nhân hoặc chia cả hai vế của một bất đẳng thức với cùng một số DƯƠNG, ta được một bất đẳng thức mới cùng chiều.
    Nếu $a < b$ và $c > 0$, thì $ac < bc$.
  2. Khi nhân hoặc chia cả hai vế của một bất đẳng thức với cùng một số ÂM, ta phải ĐẢO CHIỀU bất đẳng thức.
    Nếu $a < b$ và $c < 0$, thì $ac > bc$.

Ví dụ 1 (Số dương): $3x \le 12 \iff x \le \frac{12}{3} \iff x \le 4$. (Chiều $\le$ được giữ nguyên).

Ví dụ 2 (Số âm): $-2x < 10 \iff x > \frac{10}{-2} \iff x > -5$. (Chiều $<$ đổi thành $>$).

3. Ví dụ Minh họa

Ví dụ 1: Bất phương trình tuyến tính cơ bản

Giải bất phương trình: $3x - 7 < 8$

  1. Dùng quy tắc cộng để chuyển $-7$ sang vế phải: $3x < 8 + 7$.
  2. Thu gọn: $3x < 15$.
  3. Dùng quy tắc chia cho số dương (3), giữ nguyên chiều: $x < \frac{15}{3}$.
  4. Kết quả: $x < 5$.

Ví dụ 2: Giải bất phương trình có chứa số âm

Giải bất phương trình: $21 - 4x \ge 5$

  1. Chuyển 21 sang vế phải: $-4x \ge 5 - 21$.
  2. Thu gọn: $-4x \ge -16$.
  3. Chia cả hai vế cho -4 và đảo chiều bất phương trình (từ $\ge$ thành $\le$): $x \le \frac{-16}{-4}$.
  4. Kết quả: $x \le 4$.

4. Sai lầm thường gặp 🧐

Ví dụ về lỗi sai:

Giải bất phương trình $-5x > 20$.

  • Cách giải sai: $-5x > 20 \implies x > \frac{20}{-5} \implies x > -4$. (SAI, vì đã không đảo chiều)
  • Cách giải đúng: $-5x > 20 \implies x < \frac{20}{-5} \implies x < -4$. (ĐÚNG, vì đã đảo chiều từ $>$ thành $<$)

Các lỗi khác:

  • Sai dấu khi chuyển vế: Cộng trừ sai khi di chuyển các hạng tử giữa hai vế.
  • Biểu diễn sai tập nghiệm: Nhầm lẫn giữa ngoặc tròn `()` và ngoặc vuông `[]` khi viết tập nghiệm, hoặc gạch sai phần trên trục số.

5. Bài tập

Bài tập cơ bản ✏️

Bài 1

Giải bất phương trình: $4x + 5 \ge 25$

Đáp án:
$4x \ge 25 - 5 \implies 4x \ge 20 \implies x \ge 5$.
Bài 2

Giải bất phương trình: $15 - 2x > 3x$

Đáp án:
$15 > 3x + 2x \implies 15 > 5x \implies 3 > x$ hay $x < 3$.

Bài tập nâng cao 🚀

Bài 3 (Bất phương trình kép)

Tìm $x$ biết: $-3 \le 2x - 1 < 7$

Đáp án:
1. Cộng 1 vào cả ba vế: $-3+1 \le 2x < 7+1$.
2. Thu gọn: $-2 \le 2x < 8$.
3. Chia cả ba vế cho 2 (số dương, không đổi chiều): $-1 \le x < 4$.
Tập nghiệm: $[-1, 4)$.
Bài 4 (Bất phương trình chứa phân số)

Giải bất phương trình: $\frac{x-4}{3} - \frac{2x-1}{2} > 1$

Đáp án:
1. Quy đồng mẫu số chung là 6: $\frac{2(x-4)}{6} - \frac{3(2x-1)}{6} > \frac{6}{6}$.
2. Khử mẫu: $2(x-4) - 3(2x-1) > 6$.
3. Phân phối và thu gọn: $2x-8 - 6x+3 > 6 \implies -4x - 5 > 6$.
4. Giải: $-4x > 11$.
5. Chia cho -4 và đảo chiều: $x < -\frac{11}{4}$.