Cho $x,y$ là hai số thực thoả mãn điều kiện ${x^2} + {y^2} + xy + 4 = 4y + 3x$. Tìm giá trị lớn nhất của biểu thức $P = 3\left( {{x^3} - {y^3}} \right) + 20{x^2} + 2xy + 5{y^2} + 39x$.
Trả lời bởi giáo viên
Theo giả thiết
${x^2} + {y^2} + xy + 4 = 4y + 3x $
$\Leftrightarrow {y^2} + \left( {x - 4} \right)y + {x^2} - 3x + 4 = 0$
Ta xem đây là phương trình bậc hai ẩn $y$ và khi đó điều kiện có nghiệm là:
$\Delta = {\left( {x - 4} \right)^2} - 4\left( {{x^2} - 3x + 4} \right) \ge 0$
$ \Leftrightarrow {x^2} - 8x + 16 - 4{x^2} + 12x - 16 \ge 0 $
$\Leftrightarrow - 3{x^2} + 4x \ge 0 $
$\Leftrightarrow 0 \le x \le \dfrac{4}{3}$
Từ giả thiết suy ra ${x^2} + {y^2} + xy = 3x + 4y - 4$. Khi đó:
$P = 3\left( {x - y} \right)\left( {{x^2} + xy + {y^2}} \right) + 20{x^2} + 2xy + 5{y^2} + 39x$
$ = 3\left( {x - y} \right)\left( {3x + 4y - 4} \right) + 20{x^2} + 2xy + 5{y^2} + 39x$
$ = 3\left( {3{x^2} + xy - 4{y^2} - 4x + 4y} \right) + 20{x^2} + 2xy + 5{y^2} + 39x$
$ = 29{x^2} + 5xy - 7{y^2} + 27x + 12y$
$ = \left( {5{x^2} + 5xy + 5{y^2}} \right) + 24{x^2} - 12{y^2} + 27x + 12y$
$ = 5\left( {{x^2} + xy + {y^2}} \right) + 24{x^2} - 12{y^2} + 27x + 12y$
$ = 5\left( {3x + 4y - 4} \right) + 24{x^2} - 12{y^2} + 27x + 12y$
$ = 24{x^2} - 12{y^2} + 42x + 32y - 20$
$ = 2\left( {12{x^2} - 6{y^2} + 21x + 16y} \right) - 20$
Đặt $g\left( y \right) = - 6{y^2} + 16y + 21x + 12{x^2}$ (ta xem $x$ là tham số)
Khi đó $g\left( y \right) \le g\left( {\dfrac{4}{3}} \right) = 12{x^2} + 21x + \dfrac{{32}}{3}$
Do $x \in \left[ {0;\dfrac{4}{3}} \right]$ nên $12{x^2} + 21x + \dfrac{{32}}{3} \le 60$
Suy ra $g\left( y \right) \le 60$. Vậy giá trị lớn nhất của $P$ là $100$ khi $x = y = \dfrac{4}{3}$
Hướng dẫn giải:
+) Từ giả thiết ta biến đổi để tìm được điều kiện của $x$ (coi nó là một phương tình bậc hai ẩn $y$)
+) Biến đổi để sử dụng phương pháp hàm số