Bài 9: Biến đổi đơn giản và rút gọn biểu thức chứa căn bậc hai
🎯 Trục căn thức ở Mẫu — Chuẩn hóa Biểu thức Đại số
Trong thực hành toán học, biểu thức có căn ở mẫu số như thường khó tính nhẩm và so sánh. Bằng phép biến đổi trục căn thức ở mẫu số, ta nhân cả tử và mẫu với :
Biểu thức sau khi trục căn thức có mẫu số là một số nguyên, giúp việc tính toán và rút gọn trở nên cực kỳ thuận lợi!
📖 1. Khử mẫu của biểu thức lấy căn
Quy tắc Khử mẫu: Với hai biểu thức sao cho và , ta có:
- Nếu .
- Nếu .
3 Ví dụ minh họa Khử mẫu:
-
Ví dụ 1: Khử mẫu của biểu thức lấy căn .
- Giải: Nhân cả tử và mẫu với 3 để đưa mẫu về số chính phương :
.
- Giải: Nhân cả tử và mẫu với 3 để đưa mẫu về số chính phương :
-
Ví dụ 2: Khử mẫu biểu thức với .
- Giải: .
-
Ví dụ 3: Khử mẫu biểu thức với .
- Giải: .
📖 2. Trục căn thức ở mẫu số
1. Dạng đơn giản (với ):
2. Dạng chứa tổng/hiệu căn thức ở mẫu : Nhân cả tử và mẫu với lượng liên hợp :
3 Ví dụ minh họa Trục căn thức:
-
Ví dụ 1: Trục căn thức ở mẫu .
- Giải: .
-
Ví dụ 2: Trục căn thức ở mẫu .
- Giải: Nhân với lượng liên hợp :
.
- Giải: Nhân với lượng liên hợp :
-
Ví dụ 3: Trục căn thức ở mẫu với .
- Giải: Nhân liên hợp :
.
- Giải: Nhân liên hợp :
🎯 5 Dạng toán & Phương pháp giải chi tiết
Dạng 1: Khử mẫu và trục căn thức ở mẫu số
- Phương pháp: Áp dụng công thức trục căn thức dạng đơn hoặc lượng liên hợp.
-
Ví dụ 1: Trục căn thức ở mẫu: .
- Lời giải:
- .
- .
- Lời giải:
-
Ví dụ 2: Trục căn thức ở mẫu: với .
- Lời giải: .
-
Ví dụ 3: Trục căn thức ở mẫu: .
- Lời giải: .
Dạng 2: Rút gọn biểu thức tổng hợp chứa căn thức
- Phương pháp: Quy đồng mẫu số, quy về hằng đẳng thức , rút gọn phân thức.
-
Ví dụ 1: Rút gọn biểu thức với .
- Lời giải: Quy đồng ngoặc thứ nhất:
.
Do đó .
- Lời giải: Quy đồng ngoặc thứ nhất:
-
Ví dụ 2: Cho với . Rút gọn .
- Lời giải: Mẫu chung là .
.
- Lời giải: Mẫu chung là .
-
Ví dụ 3: Rút gọn với .
- Lời giải: .
Dạng 3: Tính giá trị của biểu thức rút gọn tại
- Phương pháp: Rút gọn biểu thức trước, sau đó rút gọn giá trị (thường dưới dạng bình phương ), rồi thế vào biểu thức đã rút gọn.
-
Ví dụ 1: Cho . Tính giá trị của khi .
- Lời giải: Thay .
.
- Lời giải: Thay .
-
Ví dụ 2: Tính giá trị của khi .
- Lời giải: Biến đổi .
Suy ra .
Thay vào : . Trục căn thức: .
- Lời giải: Biến đổi .
-
Ví dụ 3: Tính giá trị tại .
- Lời giải: . Do đó .
Dạng 4: Tìm để biểu thức rút gọn thỏa mãn điều kiện
- Phương pháp: Giả sử hoặc . Giải phương trình / bất phương trình đối với rồi suy ra (kiểm tra ĐKXĐ).
-
Ví dụ 1: Cho . Tìm để .
- Lời giải: ĐKXĐ: .
(loại nếu ĐKXĐ , nhận nếu chỉ ĐKXĐ ).
- Lời giải: ĐKXĐ: .
-
Ví dụ 2: Cho (). Tìm để .
- Lời giải: .
- TH1: .
- TH2: Vô nghiệm.
Tập nghiệm .
- Lời giải: .
-
Ví dụ 3: Tìm các số nguyên để nhận giá trị nguyên.
- Lời giải: .
Để .- (TM).
- (TM).
Các giá trị nguyên .
- Lời giải: .
Dạng 5: Tìm GTLN và GTNN của biểu thức rút gọn
- Phương pháp: Sử dụng đánh giá bất đẳng thức hoặc BĐT Cô-si.
-
Ví dụ 1: Cho với . Tìm GTLN của .
- Lời giải: . Vì .
Dấu ’=’ xảy ra khi . Vậy tại .
- Lời giải: . Vì .
-
Ví dụ 2: Cho (với ). Tìm GTNN của .
- Lời giải: Biến đổi .
Dấu ’=’ xảy ra khi . Vậy tại .
- Lời giải: Biến đổi .
-
Ví dụ 3: Cho với . Tìm GTLN của .
- Lời giải: Đảo ngược biểu thức .
Theo BĐT Cô-si: .
Dấu ’=’ xảy ra khi . Vậy tại .
- Lời giải: Đảo ngược biểu thức .
🌍 3 Bài toán ứng dụng đời sống thực tế
Bài toán 1 (Kiến trúc Mái vòm Parabol):
KTS thiết kế cổng chào hình vòm parabol có độ cao (mét) so với mặt đất tại vị trí cách tâm cổng một khoảng (mét) thỏa mãn biểu thức .
a) Khử mẫu và rút gọn biểu thức .
b) Tính chiều cao tối đa của cổng chào (tại tâm ) và chiều rộng tối đa của chân cổng chào trên mặt đất ().
Bài toán 2 (Vật lý Vũ trụ & Vệ tinh):
Vận tốc vũ trụ cấp I (km/s) cần thiết để một vệ tinh nhân tạo quay quanh Trái Đất ở độ cao (km) được tính theo công thức , trong đó , bán kính Trái Đất .
Trục căn thức và tính vận tốc khi vệ tinh ở độ cao .
Bài toán 3 (Cơ khí & Tỉ số Truyền động):
Một hệ thống hai bánh răng cơ khí có tỉ số bán kính thỏa mãn công thức lực cản .
Trục căn thức ở mẫu số để tính tỉ số bán kính khi lực cản đo được là và .
📌 Hướng dẫn: Công cụ thực hành tương tác giúp bạn tự luyện rèn kỹ năng khử mẫu, trục căn thức và rút gọn biểu thức căn bậc hai chứa ẩn số!
Thực hành tương tác: Căn bậc hai số học
Nhập giá trị của √144:
Trọng tâm kiến thức Bài 9:
- Khử mẫu: .
- Trục căn thức:
- .
- .
Khử mẫu của biểu thức lấy căn ta được kết quả là:
📝 Bài tập tự luận
Bài 1: Khử mẫu của các biểu thức lấy căn sau:
a)
b)
c)
d) (với )
e) (với )
f) (với )
Bài 2: Trục căn thức ở mẫu số các biểu thức sau:
a)
b)
c)
d) (với )
e) (với )
f) (với )
Bài 3: Rút gọn các biểu thức tổng hợp chứa căn bậc hai:
a)
b)
c) (với )
d) (với )
e) (với )
f) (với )
Bài 4: Cho biểu thức với .
Rút gọn biểu thức .
Bài 5: Tính giá trị của biểu thức ở Bài 4 khi .
Bài 6: Tìm các giá trị của để biểu thức ở Bài 4 thỏa mãn .
Bài 7: Tìm các số nguyên để biểu thức ở Bài 4 nhận giá trị nguyên.
Bài 8: Cho (với là biểu thức ở Bài 4). Tìm giá trị nhỏ nhất của .
Bài 9 (Thực tế): Trong một công trình thủy lợi, kỹ sư cần thiết kế đường ống dẫn nước ngắn nhất từ trạm A bên bờ sông sang bến B bên kia sông. Chiều rộng sông . Công thức khoảng cách đường ống . Trục căn thức và tính khi (góc nghiêng ).
Bài 10 (Thực tế): Lực cản khí động học (N) tác dụng lên xe đua công thức 1 khi chạy với vận tốc (m/s) được tính theo biểu thức . Tính vận tốc khi lực cản đo được là .
📊 Lời giải chi tiết 10 bài tập tự luận
Bài 1:
a) .
b) .
c) .
d) .
e) .
f) .
Bài 2:
a) .
b) .
c) .
d) .
e) .
f) .
Bài 3:
a) .
b) .
c) .
d) .
e) .
f) .
Bài 4:
.
Bài 5:
.
.
Trục căn thức: .
Bài 6:
(vì ).
.
Vì .
Bài 7:
. Vì .
Đồng thời .
Do , không có giá trị nguyên nào để nhận giá trị nguyên.
Bài 8:
. Biến đổi đánh giá BĐT thu được tại .
Bài 9:
Thay :
.
Bài 10:
.
(Quy đổi ).