Bài 7: Căn bậc hai và căn thức bậc hai
📐 Từ Cạnh hình vuông đến Phép toán Căn bậc hai
Bài toán hình học cổ điển: Một thửa đất hình vuông có diện tích . Hỏi cạnh của thửa đất đó bằng bao nhiêu mét?
Ta gọi độ dài cạnh hình vuông là . Theo công thức diện tích:
Phép toán tìm số không âm khi biết được gọi là phép khai căn bậc hai.
📖 1. Căn bậc hai số học
Định nghĩa:
- Căn bậc hai của một số không âm là số sao cho .
- Với số dương , có đúng hai căn bậc hai là hai số đối nhau: số dương ký hiệu là (gọi là căn bậc hai số học của ) và số âm ký hiệu là .
- Số 0 có đúng một căn bậc hai là 0: .
So sánh hai căn bậc hai số học: Với hai số không âm :
3 Ví dụ minh họa Căn bậc hai số học:
-
Ví dụ 1: Tìm căn bậc hai số học của 81 và 0,64.
- Giải:
- Căn bậc hai số học của 81 là (vì và ).
- Căn bậc hai số học của 0,64 là (vì và ).
- Giải:
-
Ví dụ 2: Tìm hai căn bậc hai của số 16.
- Giải: Số 16 có hai căn bậc hai là và .
-
Ví dụ 3: So sánh 4 và .
- Giải: Ta có . Vì .
📖 2. Căn thức bậc hai và hằng đẳng thức
1. Căn thức bậc hai:
- Với là một biểu thức đại số, người ta gọi là căn thức bậc hai của .
- xác định (có nghĩa) khi và chỉ khi nhận giá trị không âm:
2. Hằng đẳng thức :
- Với mọi biểu thức , ta luôn có:
3 Ví dụ minh họa Căn thức bậc hai:
-
Ví dụ 1: Tìm để căn thức xác định.
- Giải: Căn thức xác định khi .
-
Ví dụ 2: Rút gọn biểu thức với .
- Giải: . Vì . Vậy .
-
Ví dụ 3: Rút gọn biểu thức .
- Giải: Phân tích biểu thức dưới dấu căn thành dạng bình phương:
.
.
Vì .
- Giải: Phân tích biểu thức dưới dấu căn thành dạng bình phương:
🎯 5 Dạng toán & Phương pháp giải chi tiết
Dạng 1: Tính giá trị căn bậc hai số học và so sánh căn bậc hai
- Phương pháp: Đưa số nguyên về dạng , sau đó dùng tính chất .
-
Ví dụ 1: Tính giá trị .
- Lời giải: .
-
Ví dụ 2: So sánh và 3.
- Lời giải: . Mặt khác .
Vì .
- Lời giải: . Mặt khác .
-
Ví dụ 3: Tìm số tự nhiên biết .
- Lời giải: ĐKXĐ: . Ta có .
.
Vì .
- Lời giải: ĐKXĐ: . Ta có .
Dạng 2: Tìm điều kiện xác định (ĐKXĐ) của căn thức bậc hai
- Phương pháp: Cho biểu thức trong dấu căn và giải bất phương trình. Nếu căn thức ở mẫu số thì điều kiện là .
-
Ví dụ 1: Tìm để căn thức có nghĩa.
- Lời giải: ĐKXĐ: .
-
Ví dụ 2: Tìm để biểu thức xác định.
- Lời giải: Vì căn thức nằm ở mẫu số nên ĐKXĐ là .
-
Ví dụ 3: Tìm để căn thức xác định.
- Lời giải: Vì nên .
Dạng 3: Rút gọn biểu thức dùng hằng đẳng thức
- Phương pháp: Đưa biểu thức dưới dấu căn về dạng bình phương , sau đó phá giá trị tuyệt đối bằng cách xét dấu của .
-
Ví dụ 1: Rút gọn với .
- Lời giải: .
Vì .
Do đó .
- Lời giải: .
-
Ví dụ 2: Rút gọn .
- Lời giải: Phân tích .
(vì ).
- Lời giải: Phân tích .
-
Ví dụ 3: Rút gọn với .
- Lời giải: .
Vì .
Vậy .
- Lời giải: .
Dạng 4: Giải phương trình chứa căn thức dạng và
- Phương pháp:
- Với .
- Với .
-
Ví dụ 1: Giải phương trình .
- Lời giải: ĐKXĐ: .
Bình phương hai vế: (TM ĐKXĐ).
- Lời giải: ĐKXĐ: .
-
Ví dụ 2: Giải phương trình .
- Lời giải: .
. Tập nghiệm .
- Lời giải: .
-
Ví dụ 3: Giải phương trình .
- Lời giải: Điều kiện vế phải không âm: .
Bình phương hai vế: hoặc .
Đối chiếu ĐK : Chọn . Nghiệm .
- Lời giải: Điều kiện vế phải không âm: .
Dạng 5: Tìm GTLN, GTNN của biểu thức chứa căn thức
- Phương pháp: Sử dụng đánh giá bất đẳng thức với mọi .
-
Ví dụ 1: Tìm GTNN của .
- Lời giải: ĐKXĐ: . Vì .
Dấu ’=’ khi . Vậy tại .
- Lời giải: ĐKXĐ: . Vì .
-
Ví dụ 2: Tìm GTLN của .
- Lời giải: Vì .
Do đó . Dấu ’=’ khi . Vậy tại .
- Lời giải: Vì .
-
Ví dụ 3: Tìm GTNN của với .
- Lời giải: .
Vì . Dấu ’=’ khi . Vậy .
- Lời giải: .
🌍 3 Bài toán ứng dụng đời sống thực tế
Bài toán 1 (Vật lý & Rơi tự do):
Một vật rơi tự do từ độ cao (mét) xuống mặt đất có vận tốc khi chạm đất được tính theo công thức , trong đó là gia tốc trọng trường.
a) Tính vận tốc chạm đất của quả bóng rơi từ tầng thượng tòa nhà cao .
b) Nếu vận tốc lúc chạm đất đo được là , hãy tính độ cao vật được thả rơi.
Bài toán 2 (Hàng hải & Tầm nhìn xa hải đăng):
Khoảng cách (tính bằng km) từ một người ở độ cao (mét) so với mực nước biển có thể nhìn thấy đường chân trời trên đại dương được tính theo công thức gần đúng: .
a) Một ngọn hải đăng cao trên vách đá. Người gác hải đăng đứng ở đỉnh ngọn tháp có thể quan sát mặt biển ra xa tối đa bao nhiêu km?
b) Để một thủy thủ trên tàu nhìn thấy ngọn đèn hải đăng ở khoảng cách , tàu phải đến gần vách đá với độ cao mắt thủy thủ tối thiểu bao nhiêu mét?
Bài toán 3 (Kiến trúc & Đo đạc mái nhà):
Kiến trúc sư thiết kế mái nhà hình dốc có chiều rộng ngói phủ , chiều cao đỉnh mái . Độ dài thanh xà gồ mái nhà tính bằng công thức Pythagore . Tính độ dài thanh xà gồ (làm tròn 2 chữ số thập phân).
📌 Hướng dẫn: Công cụ dưới đây giúp bạn thực hành tính giá trị căn bậc hai số học, kiểm tra điều kiện xác định và luyện tập quy tắc khai căn!
Thực hành tương tác: Căn bậc hai số học
Nhập giá trị của √144:
Trọng tâm kiến thức Bài 7:
- Căn bậc hai số học: và .
- ĐKXĐ của : Biểu thức trong căn phải không âm ().
- Hằng đẳng thức: .
Căn bậc hai số học của 25 là:
📝 Bài tập tự luận
Bài 1: Tính căn bậc hai số học và so sánh:
a) Tính
b) So sánh 5 và
c) So sánh 7 và
d) So sánh và
e) Tìm số nguyên thỏa mãn
f) Tìm số nguyên thỏa mãn
Bài 2: Tìm điều kiện của để các căn thức bậc hai sau có nghĩa (xác định):
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Bài 3: Rút gọn các biểu thức chứa căn bậc hai dùng hằng đẳng thức :
a)
b)
c)
d)
e) với
f) với
Bài 4: Giải phương trình .
Bài 5: Giải phương trình .
Bài 6: Tìm Giá trị nhỏ nhất (GTNN) của biểu thức .
Bài 7: Tìm Giá trị lớn nhất (GTLN) của biểu thức .
Bài 8: Chứng minh bất đẳng thức: Với mọi , chứng minh .
Bài 9 (Thực tế): Một đài quan sát ở độ cao trên đỉnh núi. Tính tầm nhìn xa đường chân trời (km) của một du khách từ đài quan sát này.
Bài 10 (Thực tế): Một sân vận động hình vuông có diện tích . Tính độ dài đường chéo của sân vận động (làm tròn đến mét).
📊 Lời giải chi tiết 10 bài tập tự luận
Bài 1:
a) .
b) .
c) .
d) ; . Vì .
e) . Các số nguyên .
f) . Các số nguyên từ 16 đến 25 (có 10 số).
Bài 2:
a) .
b) .
c) Vì với mọi nên căn thức xác định với mọi .
d) Căn ở mẫu số: .
e) Vì .
f) Vì với mọi nên căn thức không xác định với bất kỳ nào (vô nghiệm).
Bài 3:
a) (vì ).
b) (vì ).
c) (vì ).
d) .
e) (do ).
f) (do ).
Bài 4:
. Tập nghiệm .
Bài 5:
ĐKXĐ: .
Bình phương hai vế: (TM ĐKXĐ).
Bài 6:
ĐKXĐ: . Vì .
Dấu ’=’ xảy ra khi . Vậy tại .
Bài 7:
Vì .
Do đó .
Dấu ’=’ xảy ra khi . Vậy tại .
Bài 8:
Với :
Bình phương hai vế: .
.
Vì .
Dấu ’=’ xảy ra khi hoặc .
Bài 9:
Thay vào công thức: .
Vậy du khách có thể nhìn xa khoảng 35,7 km.
Bài 10:
Độ dài cạnh sân vận động: .
Độ dài đường chéo .