Câu I
Điều kiện xác định: và .
1) Rút gọn biểu thức :
Ta có:
Chúng ta sẽ xét từng phần của biểu thức :
Phần 1:
Chúng ta nhận thấy rằng:
Do đó:
Phần 2:
Vậy:
Rút gọn:
2) Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức :
Để tìm giá trị nhỏ nhất của , chúng ta sử dụng bất đẳng thức Cauchy-Schwarz:
Do đó:
Giá trị nhỏ nhất của là 10, đạt được khi , tức là hay .
Đáp số: khi .
Câu II
Câu 1:
Để đường thẳng cắt parabol tại hai điểm phân biệt, ta cần tìm giá trị của tham số sao cho phương trình hoành độ giao điểm có hai nghiệm phân biệt.
Phương trình hoành độ giao điểm:
Để phương trình này có hai nghiệm phân biệt, ta cần:
Giả sử hai nghiệm của phương trình là và . Ta có:
Theo đề bài, ta có:
Thay vào phương trình trên:
Ta thấy rằng:
Do đó:
Từ đây, ta có:
Vậy giá trị của tham số là:
Câu 2:
Giải hệ phương trình:
Xét phương trình đầu tiên:
Đặt , ta có:
Xét phương trình thứ hai:
Ta thử nghiệm các giá trị đơn giản:
- Nếu , ta có:
Điều này không thể xảy ra vì căn bậc hai của số âm không tồn tại trong tập số thực.
- Nếu , ta có:
Thử nghiệm :
Điều này đúng.
Thử nghiệm vào phương trình thứ hai:
Điều này không đúng.
Vậy hệ phương trình không có nghiệm trong tập số thực.
Đáp số:
1)
2) Hệ phương trình không có nghiệm trong tập số thực.
Câu III
1) Ta có:
Vì nên . Do đó, .
Ta có các trường hợp sau:
- Nếu , ta có . Điều này không thể xảy ra vì .
- Nếu , ta có . Điều này không thể xảy ra vì .
Do đó, phương trình đã cho không có nghiệm nguyên .
2) Số quả bóng màu đỏ là:
(quả)
Số quả bóng màu xanh là:
(quả)
Số quả bóng có màu khác màu đỏ và màu xanh là:
(quả)
Đáp số: 13 quả bóng có màu khác màu đỏ và màu xanh.
Câu IV
Để tính , ta sẽ thực hiện các bước sau:
1. Xác định tọa độ các điểm:
- Điểm A có tọa độ (0, 0)
- Điểm B có tọa độ (9, 0)
- Điểm C có tọa độ (9, 6)
- Điểm D có tọa độ (0, 6)
2. Tìm tọa độ của điểm K (trung điểm của AD):
- Điểm K có tọa độ
3. Tìm tọa độ của điểm H (trên cạnh AB, cách A 2 cm):
- Điểm H có tọa độ (2, 0)
4. Tính khoảng cách giữa các điểm:
- Khoảng cách HK:
- Khoảng cách CK:
- Khoảng cách HC:
5. Áp dụng công thức cosin trong tam giác HCK:
Thay các giá trị đã tính vào:
6. Kết luận:
Đáp số: .
Câu V
Để giải quyết bài toán này, chúng ta sẽ thực hiện từng bước một.
Bước 1: Chứng minh bốn điểm I, H, P, K cùng thuộc một đường tròn và HK vuông góc với OI
Chứng minh bốn điểm I, H, P, K cùng thuộc một đường tròn:
- Xét tam giác IPH và IPK, ta thấy rằng cả hai đều có góc vuông tại H và K lần lượt.
- Vì vậy, tứ giác IHPK nội tiếp đường tròn (vì tổng các góc đối bằng 180°).
Chứng minh HK vuông góc với OI:
- Ta xét tam giác IPH và IPK, do cả hai đều có góc vuông tại H và K nên HK là đường kính của đường tròn ngoại tiếp tứ giác IHPK.
- Do đó, HK vuông góc với đường kính OI của đường tròn (O; R).
Bước 2: Tìm giá trị lớn nhất của diện tích tam giác IHK
Diện tích tam giác IHK:
- Diện tích tam giác IHK được tính bằng công thức .
- Để diện tích lớn nhất, ta cần tối đa hóa tích .
Xác định vị trí của P để diện tích lớn nhất:
- Khi P chuyển động trên cung nhỏ AB, ta cần tìm vị trí của P sao cho lớn nhất.
- Ta nhận thấy rằng khi P ở vị trí chính giữa cung AB (tức là P nằm trên đường thẳng nối O và I), thì và sẽ lớn nhất.
Kết luận:
- Khi P nằm chính giữa cung AB, diện tích tam giác IHK sẽ lớn nhất.
- Diện tích lớn nhất của tam giác IHK là .
Đáp số:
Diện tích lớn nhất của tam giác IHK là .
Câu VI
Để tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức , ta sẽ sử dụng bất đẳng thức Bunhiacopxki. Trước tiên, ta viết lại biểu thức dưới dạng tổng của ba phân thức:
Áp dụng bất đẳng thức Bunhiacopxki cho mỗi phân thức:
Tương tự cho các phân thức còn lại:
Bây giờ, ta cần chứng minh rằng:
Ta sẽ chứng minh từng phân thức riêng lẻ:
Do đó:
Tương tự cho các phân thức còn lại:
Cộng các bất đẳng thức này lại:
Do đó:
Đẳng thức xảy ra khi .
Vậy giá trị nhỏ nhất của biểu thức là 1, đạt được khi .