Bài 19:( chưa có ai giải )
$\left\{\begin{matrix}2x-2y+\sqrt{x+y+3xy+1}=1 \\ \sqrt[3]{3y+1}=8x^2-2y-1 \end{matrix}\right.$ với $x> 0$
Khi thử tìm lời giải mình không để ý đến điều kiện $x> 0$. Do đó mình giải bài này với giả định không có điều kiện trên.
Phương trình thứ nhất được viết lại:
\[4x^2-(11y+5)x+4y^2+3y=0, (1)\]
với điều kiện $1+2y-2x\ge 0.$
Đặt $g_y(x)= 4x^2-(11y+5)x+4y^2+3y.$
Phương trình thứ hai được viết lại
\[8x^2=\sqrt[3]{3y+1}+2y+1.\]
Đặt $f(y)=\sqrt[3]{3y+1}+2y+1$.
Nhận xét: $f$ là hàm đồng biến trên $\mathbb{R}$ và $f(-\frac{3}{8})=-\frac{1}{4}<0.$
Do đó $y> -\frac{3}{8}.$
(Con số $-\frac{3}{8}$ khi xét $g_y(1/2)$ với $-1/2$ xuất hiện khi xét $y<0$.)
Trường hợp 1: $-\frac{3}{8}<y\le 0$.
Từ phương trình (2), suy ra $x^2 \le \frac{1}{4}. (3)$
Ta có $g_y(1/2)=\frac{(8y + 3)(y - 1)}{2}<0$ và tam thức bậc hai $g_y$ có hệ số cao nhất dương. Do đó
$g_y$ có một nghiệm lớn hơn $\frac{1}{2}$. Điều này mâu thuẫn với (3).
Trường hợp 2: $y>0$.
Từ phương trình (2), suy ra $x^2 >\frac{1}{4}. (4)$
Khi đó nếu $g_y$ có nghiệm thì $g_y$ có hai nghiệm $x_1, x_2$ (với $x_1\le x_2$).
Áp dụng Viet ứng với điều kiện $y$ kết hợp (4), ta suy ra
\[\frac{1}{2}< x_1 \le x_2. (5)\]
Và
\[8x_2\ge 4(x_1+x_2)= 11y+5. (6)\]
Từ phương trình (2), dùng BĐT Cauchy cho 3 số để khử $\sqrt[3]{...}$, ta thu được $y\ge \frac{8x^2-2}{3}.$
Từ (6), suy ra $88x_2^2-24x_2-7<0.$ Điều này không đúng khi xét $x_2>\frac{1}{2}.$
Từ đó suy ra hệ phương trình vô nghiệm.
p/s: Mọi người kiểm tra xem có lỗi nào phát sinh không.
-------------------
Lỗi phát sinh 1: Có thể $(x_2,y)$ không là nghiệm của (2). Chưa khắc phục.
Bằng cách tính toán cụ thể, ta chỉ ra rằng $(x_2,y)$ không thể là nghiệm của hệ phương trình. Nếu hệ tồn tại nghiệm thì bộ $(x_1,y)$ là nghiệm của hệ.
Vì $x_2\ge x_1 > \frac{1}{2}$ nên $g(1/2)>0$. Do đó $y >1.$
Kết hợp $g_y(y)<0$ nên \[\frac{1}{2}<x_1<\sqrt{\frac{3y+2}{8}}<y<x_2.\]
Do đó phương trình thứ hai được viết lại theo phương trình một ẩn $y$:
\[89y^2+86y+25-(11y+5)\sqrt{57y^2+62y+25}= 4\sqrt[3]{3y+1}+8y+4.\]
Hay
\[89y^2+78y+21-(11y+5)\sqrt{57y^2+62y+25}= 4\sqrt[3]{3y+1}.\]
Dùng đánh giá $\sqrt{57y^2+62y+25} \ge \frac{22}{3}y+\frac{14}{3}$ và $\sqrt[3]{3y+1}>0$, ta thu được $y\ge \frac{7}{5}.$
(Dùng đánh giá $\sqrt[3]{3y+1}>1$ sẽ gây khó khăn khi đưa ra khoảng chứa $ y $.)
Dùng đánh giá $\sqrt[3]{3y+1} \le \frac{1}{4}y+ 17/12 \forall y\ge \frac{7}{5},$ ta có
\[9216y^4 - 594y^3 - 18165y^2 - 12828y - 2489<0.\]
Suy ra
$y \le \frac{7}{4}.$
(Khảo sát hàm số ta có hàm số VT đồng biến trên $(\frac{7}{5},\infty)$.)
Vấn đề còn lại chưa hoàn tất: xét sự tồn tại nghiệm (và giải (nếu tồn tại nghiệm)) của phương trình
$89y^2+78y+21-(11y+5)\sqrt{57y^2+62y+25}= 4\sqrt[3]{3y+1}$
trên $\left(\frac{7}{5},\, \frac{7}{4} \right).$
Xét $f(y)= 89y^2+78y+21-(11y+5)\sqrt{57y^2+62y+25}- 4\sqrt[3]{3y+1}$ trên $ [7/5, 7/4] $.
Ta có
\[f'(y)= 178y+78-\frac{4}{\sqrt[3]{(3y+1)^2}}-\frac{1254y^2+1308y+430}{\sqrt{57y^2+62y+25}}.\]
Ta thử kiểm tra xem $f'(y)>0$ trên $[7/5, 7/4]$. Ta có
\[f'(y)\ge 178y+78-\frac{4}{3}-\frac{1254y^2+1308y+430}{\sqrt{57y^2+62y+25}}.\]
Ta hi vọng vế phải ở trên không âm, nghĩa là ta cần chứng minh
\[h(y):=2101248y^4 + 2156976y^3 + 270144y^2 - 703120y - 341600 \ge 0.\]
Điều này đúng do $h'(y)>0$ với mọi $y \in [7/5,7/4],\, h'(7/5)>0,\, h(7/5)>0.$
Từ đó suy ra \[f(y)\ge f(7/5)>0 \forall y \in [7/5,7/4].\]
Do đó phương trình (theo $ y $) vô nghiệm. Suy ra hệ phương trình ban đầu vô nghiệm.
Bài viết đã được chỉnh sửa nội dung bởi vanchanh123: 19-06-2016 - 11:23