Để hệ phương trình có nghiệm duy nhất (x;y) mà x,y đều là số nguyên, ta cần giải hệ phương trình theo phương pháp khử Gauss hoặc khử Gauss-Jordan để tìm ra giá trị của x và y.
Đầu tiên, ta sẽ khử hệ số của y trong phương trình (1) bằng cách nhân vế phải với ln(x):
(x + m*y = m + 1) * ln(x) => x*ln(x) + m*y*ln(x) = m*ln(x) + ln(x)
Tiếp theo, ta sẽ trừ phương trình (2) cho phương trình vừa được:
(x*ln(x) + m*y*ln(x) = m*ln(x) + ln(x)) - (ln(x) + y = 3m - 1)
=> x*ln(x) + m*y*ln(x) - ln(x) - y = m*ln(x) - 3m + 2
=> x*ln(x) + (m*ln(x) - 1)*y = m*ln(x) - 3m + 2
Ta đặt A = ln(x), B = m*ln(x) - 1, C = m*ln(x) - 3m + 2, ta được hệ phương trình sau:
Ax + By = C (3)
ln(x) + y = 3m - 1 (2)
Tiếp theo, ta sẽ khử hệ số của x trong phương trình (3) bằng cách nhân vế phải với A/B:
(Ax + By = C) * (A/B) => Ax^2/B + Ay = AC/B
Tiếp theo, ta sẽ trừ phương trình (2) cho phương trình vừa được:
(Ax^2/B + Ay = AC/B) - (ln(x) + y = 3m - 1)
=> Ax^2/B + (A - 1)*y = AC/B - ln(x) - 3m + 1
=> Ax^2 + B*(A - 1)*y = AC - B*ln(x) - 3Bm + B
Ta đặt D = -B*ln(x) - 3Bm + B, ta được hệ phương trình sau:
Ax^2 + B*(A - 1)*y = C - D (4)
ln(x) + y = 3m - 1 (2)
Để hệ phương trình có nghiệm duy nhất (x;y) mà x,y đều là số nguyên, ta cần thỏa mãn các điều kiện sau:
- A, B, C, D đều là số nguyên.
- B*(A - 1) khác 0.
Ta sẽ giải từng trường hợp của m để tìm ra giá trị của A, B, C, D và kiểm tra các điều kiện trên.
- Trường hợp m = -3:
Từ phương trình (1), ta có: x - 3y = -2
Giải hệ phương trình (2) và (1), ta được: x = 2, y = 0
Do đó, A = ln(x) = ln(2), B = m*ln(x) - 1 = -7ln(2), C = m - 1 = -4, D = -B*ln(x) - 3Bm + B = -21ln(2)
Ta kiểm tra các điều kiện:
- A, B, C, D đều là số nguyên.
- B*(A - 1) = -7ln(2)*(ln(2) - 1) khác 0.
Vậy m = -3 là một giá trị thỏa mãn yêu cầu đề bài.
- Trường hợp m = -2:
Từ phương trình (1), ta có: x - 2y = -1
Giải hệ phương trình (2) và (1), ta được: x = 1, y = 1
Do đó, A =