Lemonmath
English

Phương trình bậc hai một ẩn

Bài 6.2 · 20 phút đọc · Cập nhật

Phương trình bậc hai là một trong những bài toán lâu đời nhất của loài người. Trên các tấm đất sét của người Babylon, có tấm đã khoảng 40004000 năm tuổi, đã có những bài toán kiểu "tìm cạnh của hình chữ nhật khi biết diện tích và hiệu hai cạnh". Khoảng năm 830830, nhà toán học al-Khwarizmi ở Baghdad giải những phương trình như vậy bằng cách ghép hình để "đưa về hình vuông", và từ tên cuốn sách của ông (Hisab al-jabr w'al-muqabala) mà có chữ "algebra", tức đại số (theo MacTutor, Đại học St Andrews).

Bài toán của người xưa vẫn rất gần với ta. Giả sử nhà bạn có một mảnh vườn hình chữ nhật, chiều dài hơn chiều rộng 33 m và diện tích là 4040 m². Chiều rộng của mảnh vườn là bao nhiêu? Gọi chiều rộng là xx (m), ta có x(x+3)=40x(x+3)=40, tức là x2+3x−40=0x^2+3x-40=0. Thử từng số thì mất công, và không phải lúc nào nghiệm cũng là số nguyên. Bài này cho bạn một công thức giải được mọi phương trình như vậy.

Phương trình bậc hai một ẩn

Hiểu sâu hơn. Điều kiện a≠0a\neq0 là cốt lõi: nếu a=0a=0 thì phương trình trở thành bx+c=0bx+c=0, là phương trình bậc nhất mà bạn đã biết giải. Các hệ số bb, cc thì có thể bằng 00. Phương trình x3−2x=0x^3-2x=0 (bậc ba) hay 1x+x=2\dfrac1x+x=2 (ẩn ở mẫu) không phải là phương trình bậc hai, dù có thể biến đổi về những dạng quen thuộc.

Giải phương trình bậc hai dạng đặc biệt

Khi c=0c=0, ta đặt nhân tử chung xx để đưa về phương trình tích. Khi b=0b=0, ta đưa về dạng x2=kx^2=k rồi dùng căn bậc hai.

Phương trình x2=kx^2=k có bao nhiêu nghiệm? Đó chính là số giao điểm của parabol y=x2y=x^2 (bài hàm số y=ax2y=ax^2) với đường thẳng nằm ngang y=ky=k: hai giao điểm khi k>0k>0, một khi k=0k=0, không có khi k<0k<0.

-3-2-1123-2-1123456xyO-22Oy = -1y = 4
Số nghiệm của x2=kx^2=k

Khám phá: đưa về bình phương

Câu c) gợi ý một ý tưởng: nếu viết được vế trái thành một bình phương thì ta giải được. Thử với x2−6x+5=0x^2-6x+5=0. Vì (x−3)2=x2−6x+9(x-3)^2=x^2-6x+9, ta thêm 44 vào hai vế:

x2−6x+5=0⇔x2−6x+9=4⇔(x−3)2=4⇔x−3=±2.x^2-6x+5=0\Leftrightarrow x^2-6x+9=4\Leftrightarrow(x-3)^2=4\Leftrightarrow x-3=\pm2.

Do đó x=5x=5 hoặc x=1x=1. Đây cũng chính là cách al-Khwarizmi "ghép thành hình vuông". Làm như vậy với các hệ số bất kì, ta được công thức nghiệm.

Công thức nghiệm

Vì sao? Chia hai vế cho aa, rồi thêm bớt như ở phần khám phá, ta được

(x+b2a)2=b2−4ac4a2=Δ4a2.\left(x+\frac{b}{2a}\right)^2=\frac{b^2-4ac}{4a^2}=\frac{\Delta}{4a^2}.

Vế phải có mẫu 4a2>04a^2>0, nên dấu của nó là dấu của Δ\Delta. Đây đúng là dạng X2=kX^2=k ở trên: Δ>0\Delta>0 cho hai nghiệm, Δ=0\Delta=0 cho một nghiệm, Δ<0\Delta<0 thì vô nghiệm (vì bình phương không âm). Chữ "biệt thức" nghĩa là biểu thức giúp phân biệt ba trường hợp.

Bây giờ ta trả lời câu hỏi ở đầu bài, đi đủ bốn bước của việc giải một bài toán.

Công thức nghiệm thu gọn

Khi bb là số chẵn, đặt b=2b′b=2b'. Khi đó Δ=4b′2−4ac=4(b′2−ac)\Delta=4b'^2-4ac=4(b'^2-ac), và các phân số trong công thức nghiệm rút gọn được cho 22.

Kết nối. Phương trình bậc hai nối liền nhiều điều bạn đã học: hằng đẳng thức (để đưa về bình phương), căn bậc hai (để lấy nghiệm), phương trình tích (khi c=0c=0) và parabol y=x2y=x^2 (để "nhìn thấy" số nghiệm). Tiếp theo, định lí Viète cho biết tổng và tích hai nghiệm mà không cần giải, và bài giải bài toán bằng cách lập phương trình dùng công thức nghiệm cho nhiều tình huống thực tế.

Thuật ngữ

Tóm tắt

  • Phương trình bậc hai: ax2+bx+c=0ax^2+bx+c=0 với a≠0a\neq0.
  • c=0c=0: đặt nhân tử chung xx; b=0b=0: đưa về x2=kx^2=k.
  • Δ=b2−4ac\Delta=b^2-4ac: Δ>0\Delta>0 hai nghiệm x1,2=−b±Δ2ax_{1,2}=\dfrac{-b\pm\sqrt\Delta}{2a}; Δ=0\Delta=0 nghiệm kép −b2a-\dfrac{b}{2a}; Δ<0\Delta<0 vô nghiệm.
  • b=2b′b=2b': Δ′=b′2−ac\Delta'=b'^2-ac, x1,2=−b′±Δ′ax_{1,2}=\dfrac{-b'\pm\sqrt{\Delta'}}{a}.
  • aa, cc trái dấu thì luôn có hai nghiệm phân biệt.
  • Bài toán thực tế: đối chiếu nghiệm với điều kiện của ẩn.

Luyện tập

Mỗi bài có phần kiến thức và gợi ý các bước. Hãy tự làm trước, rồi mới bấm xem lời giải.

Bài 1

Giải các phương trình sau:

a) 5x2−20=05x^2-20=0.

b) −2x2+6x=0-2x^2+6x=0.

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: b=0b=0 thì đưa về x2=kx^2=k; c=0c=0 thì đặt nhân tử chung.

Gợi ý các bước:

  1. a) Chuyển vế, chia cho 55.
  2. b) Viết −2x(x−3)=0-2x(x-3)=0.
Xem lời giải

a) Ta có 5x2=20⇔x2=4⇔x=25x^2=20\Leftrightarrow x^2=4\Leftrightarrow x=2 hoặc x=−2x=-2.

b) Ta có −2x(x−3)=0⇔x=0-2x(x-3)=0\Leftrightarrow x=0 hoặc x=3x=3.

Vậy a) x=±2x=\pm2; b) x=0x=0, x=3x=3.

Đáp số. a) x=2x=2, x=−2x=-2; b) x=0x=0, x=3x=3.

Bài 2

Giải các phương trình sau bằng công thức nghiệm:

a) x2−7x+10=0x^2-7x+10=0.

b) 2x2+x−1=02x^2+x-1=0.

c) 9x2−6x+1=09x^2-6x+1=0.

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: Δ=b2−4ac\Delta=b^2-4ac và công thức nghiệm.

Gợi ý các bước:

  1. Xác định aa, bb, cc và tính Δ\Delta.
  2. Xét dấu Δ\Delta rồi áp dụng công thức.
Xem lời giải

a) Ta có Δ=49−40=9\Delta=49-40=9, Δ=3\sqrt\Delta=3, nên x1=7+32=5x_1=\dfrac{7+3}{2}=5, x2=7−32=2x_2=\dfrac{7-3}{2}=2.

b) Ta có Δ=1+8=9\Delta=1+8=9, nên x1=−1+34=12x_1=\dfrac{-1+3}{4}=\dfrac12, x2=−1−34=−1x_2=\dfrac{-1-3}{4}=-1.

c) Ta có Δ=36−36=0\Delta=36-36=0, nên phương trình có nghiệm kép x1=x2=618=13x_1=x_2=\dfrac{6}{18}=\dfrac13.

Vậy a) x=5x=5, x=2x=2; b) x=12x=\dfrac12, x=−1x=-1; c) x=13x=\dfrac13.

Đáp số. a) 55; 22. b) 12\dfrac12; −1-1. c) Nghiệm kép 13\dfrac13.

Bài 3

Giải các phương trình sau bằng công thức nghiệm thu gọn:

a) x2−4x−1=0x^2-4x-1=0.

b) 5x2+2x+1=05x^2+2x+1=0.

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: b=2b′b=2b', Δ′=b′2−ac\Delta'=b'^2-ac.

Gợi ý các bước:

  1. Tìm b′b', tính Δ′\Delta'.
  2. Áp dụng x1,2=−b′±Δ′ax_{1,2}=\dfrac{-b'\pm\sqrt{\Delta'}}{a}.
Xem lời giải

a) Ta có b′=−2b'=-2, Δ′=4+1=5>0\Delta'=4+1=5>0, nên x1,2=2±5x_{1,2}=2\pm\sqrt5.

b) Ta có b′=1b'=1, Δ′=1−5=−4<0\Delta'=1-5=-4<0, nên phương trình vô nghiệm.

Vậy a) x=2+5x=2+\sqrt5, x=2−5x=2-\sqrt5; b) vô nghiệm.

Đáp số. a) x=2±5x=2\pm\sqrt5; b) vô nghiệm.

Bài 4

Giải các phương trình sau:

a) (x+1)(x−3)=2x−7(x+1)(x-3)=2x-7.

b) x(x+2)=3(x+4)x(x+2)=3(x+4).

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: khai triển, chuyển vế để đưa về dạng ax2+bx+c=0ax^2+bx+c=0.

Gợi ý các bước:

  1. Khai triển hai vế, chuyển tất cả sang vế trái.
  2. Giải phương trình bậc hai nhận được.
Xem lời giải

a) Ta có x2−2x−3=2x−7⇔x2−4x+4=0x^2-2x-3=2x-7\Leftrightarrow x^2-4x+4=0. Ta có Δ′=4−4=0\Delta'=4-4=0, nên phương trình có nghiệm kép x=2x=2.

b) Ta có x2+2x=3x+12⇔x2−x−12=0x^2+2x=3x+12\Leftrightarrow x^2-x-12=0. Ta có Δ=1+48=49\Delta=1+48=49, nên x1=1+72=4x_1=\dfrac{1+7}{2}=4, x2=1−72=−3x_2=\dfrac{1-7}{2}=-3.

Vậy a) x=2x=2; b) x=4x=4, x=−3x=-3.

Đáp số. a) x=2x=2; b) x=4x=4, x=−3x=-3.

Bài 5

Giả sử một quả bóng được đá thẳng lên từ mặt đất, độ cao của nó sau tt giây là h=−5t2+20th=-5t^2+20t (mét). Hỏi sau bao nhiêu giây quả bóng ở độ cao 1515 m?

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: giải phương trình −5t2+20t=15-5t^2+20t=15 với t≥0t\geq0.

Gợi ý các bước:

  1. Chuyển vế và chia hai vế cho −5-5.
  2. Giải phương trình nhận được, rồi giải thích ý nghĩa của hai nghiệm.
Xem lời giải

Ta có −5t2+20t=15⇔t2−4t+3=0-5t^2+20t=15\Leftrightarrow t^2-4t+3=0. Ta có Δ′=4−3=1\Delta'=4-3=1, nên t1=2+1=3t_1=2+1=3, t2=2−1=1t_2=2-1=1.

Vậy quả bóng ở độ cao 1515 m hai lần: sau 11 giây (khi đang lên) và sau 33 giây (khi đang rơi xuống).

Đáp số. Sau 11 giây và sau 33 giây.

Bài 6

Giả sử bác Lan gửi tiết kiệm 100100 triệu đồng với lãi suất rr mỗi năm, lãi của năm đầu được cộng vào gốc để tính lãi năm sau (lãi kép). Sau 22 năm, bác nhận được 112,36112{,}36 triệu đồng. Tính lãi suất rr.

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: sau mỗi năm, số tiền được nhân với 1+r1+r.

Gợi ý các bước:

  1. Lập phương trình 100(1+r)2=112,36100(1+r)^2=112{,}36.
  2. Giải dạng X2=kX^2=k với X=1+r>0X=1+r>0.
Xem lời giải

Sau 22 năm, số tiền là 100(1+r)2100(1+r)^2 (triệu đồng). Ta có

100(1+r)2=112,36⇔(1+r)2=1,1236⇔1+r=1,06 (vıˋ 1+r>0).100(1+r)^2=112{,}36\Leftrightarrow(1+r)^2=1{,}1236\Leftrightarrow 1+r=1{,}06\ \text{(vì }1+r>0).

Suy ra r=0,06r=0{,}06.

Vậy lãi suất là 6%6\% một năm.

Đáp số. r=6%r=6\% một năm.

Bài 7

Giải phương trình xx−2−1x=2x(x−2)\dfrac{x}{x-2}-\dfrac1x=\dfrac{2}{x(x-2)}. (Ôn lại phương trình chứa ẩn ở mẫu.)

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: tìm điều kiện xác định, quy đồng và khử mẫu, đối chiếu điều kiện.

Gợi ý các bước:

  1. Điều kiện xác định: x≠0x\neq0, x≠2x\neq2.
  2. Nhân hai vế với x(x−2)x(x-2).
  3. Giải phương trình bậc hai nhận được rồi loại nghiệm không thoả mãn.
Xem lời giải

Điều kiện xác định: x≠0x\neq0, x≠2x\neq2. Quy đồng và khử mẫu, ta được

x2−(x−2)=2⇔x2−x=0⇔x(x−1)=0⇔x=0  hoặc  x=1.x^2-(x-2)=2\Leftrightarrow x^2-x=0\Leftrightarrow x(x-1)=0\Leftrightarrow x=0\ \text{ hoặc }\ x=1.

Giá trị x=0x=0 không thoả mãn điều kiện xác định, x=1x=1 thoả mãn.

Vậy phương trình có nghiệm x=1x=1.

Đáp số. x=1x=1.

Bài 8

(2,0 điểm)

a) Giải phương trình 2x2−3x−5=02x^2-3x-5=0.

b) Tìm toạ độ giao điểm của parabol (P):y=x2(P): y=x^2 và đường thẳng (d):y=x+2(d): y=x+2.

c) Giải phương trình x2−22x−6=0x^2-2\sqrt2x-6=0.

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: công thức nghiệm; giao điểm của (P)(P) và (d)(d) có hoành độ là nghiệm của x2=x+2x^2=x+2.

Gợi ý các bước:

  1. a) Tính Δ\Delta.
  2. b) Giải x2−x−2=0x^2-x-2=0, rồi tính y=x2y=x^2.
  3. c) Dùng b′=−2b'=-\sqrt2.
Xem lời giải

a) Ta có Δ=9+40=49\Delta=9+40=49, nên x1=3+74=52x_1=\dfrac{3+7}{4}=\dfrac52, x2=3−74=−1x_2=\dfrac{3-7}{4}=-1.

b) Hoành độ giao điểm là nghiệm của x2=x+2⇔x2−x−2=0x^2=x+2\Leftrightarrow x^2-x-2=0. Ta có Δ=1+8=9\Delta=1+8=9, nên x=2x=2 hoặc x=−1x=-1. Với x=2x=2 thì y=4y=4; với x=−1x=-1 thì y=1y=1.

c) Ta có b′=−2b'=-\sqrt2, Δ′=2+6=8\Delta'=2+6=8, Δ′=22\sqrt{\Delta'}=2\sqrt2. Do đó x1=2+22=32x_1=\sqrt2+2\sqrt2=3\sqrt2, x2=2−22=−2x_2=\sqrt2-2\sqrt2=-\sqrt2.

Vậy a) x=52x=\dfrac52, x=−1x=-1; b) hai giao điểm là (2;4)(2; 4) và (−1;1)(-1; 1); c) x=32x=3\sqrt2, x=−2x=-\sqrt2.

Đáp số. a) 52\dfrac52; −1-1. b) (2;4)(2; 4), (−1;1)(-1; 1). c) 323\sqrt2; −2-\sqrt2.

Bài 9 Thử thách

Từ một tấm tôn hình chữ nhật dài 3030 cm, rộng 2020 cm, người ta cắt ở bốn góc bốn hình vuông bằng nhau rồi gập lên để được một chiếc hộp không nắp. Để đáy hộp có diện tích 336336 cm² thì cạnh hình vuông cắt đi phải bằng bao nhiêu? Khi đó hộp chứa được bao nhiêu xăng-ti-mét khối?

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: đáy hộp là hình chữ nhật (30−2x)×(20−2x)(30-2x)\times(20-2x), chiều cao hộp bằng xx.

Gợi ý các bước:

  1. Gọi cạnh hình vuông là xx (cm), 0<x<100<x<10.
  2. Lập và giải phương trình (30−2x)(20−2x)=336(30-2x)(20-2x)=336.
  3. Đối chiếu điều kiện, rồi tính thể tích.
Xem lời giải

Gọi cạnh hình vuông là xx (cm), 0<x<100<x<10. Theo đề bài ta có phương trình

(30−2x)(20−2x)=336⇔4x2−100x+264=0⇔x2−25x+66=0.(30-2x)(20-2x)=336\Leftrightarrow4x^2-100x+264=0\Leftrightarrow x^2-25x+66=0.

Ta có Δ=625−264=361\Delta=625-264=361, Δ=19\sqrt\Delta=19, nên x1=25+192=22x_1=\dfrac{25+19}{2}=22 (loại vì 22>1022>10), x2=25−192=3x_2=\dfrac{25-19}{2}=3 (thoả mãn điều kiện). Khi đó thể tích hộp là 336⋅3=1008336\cdot3=1008 (cm³).

Vậy cạnh hình vuông là 33 cm và hộp chứa được 10081008 cm³.

Đáp số. 33 cm; 10081008 cm³.

Kiểm tra mini

Kiểm tra mini

Chấm như đề thi tốt nghiệp THPT: Phần I mỗi câu 0,25 điểm; Phần II mỗi câu tối đa 1 điểm (đúng 1, 2, 3, 4 ý được 0,1; 0,25; 0,5; 1 điểm); Phần III mỗi câu 0,5 điểm.

Phần I. Trắc nghiệm nhiều phương án lựa chọn

Câu 1. Phương trình nào sau đây là phương trình bậc hai một ẩn?
Câu 2. Biệt thức Δ\Delta của phương trình 2x2−3x−2=02x^2-3x-2=0 là
Câu 3. Phương trình x2−6x+9=0x^2-6x+9=0
Câu 4. Phương trình 3x2−4x−1=03x^2-4x-1=0 có biệt thức thu gọn Δ′\Delta' bằng

Phần II. Trắc nghiệm đúng sai

Câu 1. Cho phương trình x2−2x−8=0x^2-2x-8=0. Xét tính đúng sai của các mệnh đề sau:
a) Các hệ số là a=1a=1, b=−2b=-2, c=−8c=-8.
b) Δ′=9\Delta'=9.
c) Phương trình có hai nghiệm x=−4x=-4 và x=2x=2.
d) Phương trình có nghiệm kép.

Phần III. Trắc nghiệm trả lời ngắn

Câu 1. Tìm nghiệm dương của phương trình x2+x−12=0x^2+x-12=0.

Câu 2. Tìm nghiệm nhỏ hơn của phương trình 2x2−5x−3=02x^2-5x-3=0 (viết dưới dạng số thập phân).

Xem đáp án và giải thích
  1. Phần I, câu 1: C. a=−1≠0a=-1\neq0, b=0b=0, c=5c=5. A và D (có a=0a=0) là phương trình bậc nhất, B là phương trình bậc ba.
  2. Phần I, câu 2: A. Δ=9−4⋅2⋅(−2)=9+16=25\Delta=9-4\cdot2\cdot(-2)=9+16=25. B sai dấu của cc, C dùng 2ac2ac thay cho 4ac4ac, D viết b2=−9b^2=-9.
  3. Phần I, câu 3: B. Δ′=9−9=0\Delta'=9-9=0, nghiệm kép x=−b′a=3x=-\dfrac{b'}{a}=3. A nhầm với phương trình x2=9x^2=9, C sai dấu của b′b', D tính nhầm Δ′=−9−9<0\Delta'=-9-9<0.
  4. Phần I, câu 4: A. b′=−2b'=-2, Δ′=4−3⋅(−1)=7\Delta'=4-3\cdot(-1)=7. B sai dấu của cc, C là Δ\Delta, D dùng b2b^2 thay cho b′2b'^2.
  5. Phần II, câu 1: a) Đúng; b) Đúng; c) Sai; d) Sai. a) Đúng. b) Đúng: Δ′=1+8=9\Delta'=1+8=9. c) Sai: x=1±3x=1\pm3, tức x=4x=4, x=−2x=-2. d) Sai: Δ′>0\Delta'>0.
  6. Phần III, câu 1: 3. Δ=1+48=49\Delta=1+48=49, x=−1±72x=\dfrac{-1\pm7}{2}, tức x=3x=3 hoặc x=−4x=-4.
  7. Phần III, câu 2: -0,5. Δ=25+24=49\Delta=25+24=49, x=5±74x=\dfrac{5\pm7}{4}, tức x=3x=3 hoặc x=−0,5x=-0{,}5.