Bài tập Hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn có đáp án

Công ty yêu cầu quảng cáo với số lần phát như sau: ít nhất 10 lần quảng cáo vào khoảng 20h30 và không quá 50 lần quảng cáo vào khung giờ 16h00 – 17h00.

Gọi x, y lần lượt là số lần phát quảng cáo vào khoảng 20h30 và vào khung giờ 16h00 – 17h00.

Do đó: x∈ℕ,y∈ℕ, x ≥ 10 và 0 ≤ y ≤ 50.

Mỗi lần quảng cáo vào khung giờ 20h30 có giá là 30 triệu đồng nên chi phí để phát x lần quảng cáo vào khung giờ này là 30x (triệu đồng).

Mỗi lần phát quảng cáo vào khung giờ 16h00 – 17h00 có giá là 6 triệu đồng nên chi phí để phát y lần quảng cáo vào khung giờ này là 6y (triệu đồng).

Tổng chi phí để phát x lần quảng cáo vào khoảng 20h30 và y lần quảng cáo vào khung giờ 16h00 – 17h00 là: 30x + 6y (triệu đồng).

Công ty dự định chi không quá 900 triệu đồng để quảng cáo nên 30x + 6y ≤ 900

⇔ 5x + y ≤ 150.  

Vậy các điều kiện ràng buộc đối với x và y để đáp ứng nhu cầu của công ty là: x ≥ 10, 0 ≤  y ≤ 50, 5x + y ≤ 150, với x∈ℕ,y∈ℕ.

a) Bất phương trình (1) có dạng ax + by < c (a và b không đồng thời bằng 0, với a = 1, b = – 1, c = 3).

Bất phương trình (2) có dạng ax + by > c (a và b không đồng thời bằng 0, với a = 1, b = 2, c = – 2) 

Vậy mỗi bất phương trình (1) và (2) đều là bất phương trình bậc nhất hai ẩn x và y.

b) Chọn x0 = 2, y0 = 1. Khi đó:

(1) ⇔ 2 – 1 < 3 ⇔ 1 < 3 (luôn đúng) nên (2; 1) là nghiệm của bất phương trình (1)

(2) ⇔ 2 + 2.1 > – 2 ⇔ 4 > – 2 (luôn đúng) nên (2; 1) là nghiệm của bất phương trình (2)

Vậy cặp số (2; 1) là một nghiệm chung của hai bất phương trình (1) và (2) trong hệ trên.

Chú ý: Ta có thể chọn cặp số khác thỏa mãn là nghiệm chung của hai bất phương trình (1) và (2), chẳng hạn (1; 0), (4; 2),…

Chọn cặp số (1; 1)

Ta có: 2 . 1 + 1 = 2 + 1 = 3 > 0 nên (1; 1) là nghiệm của bất phương trình 2x + y > 0.

Lại có: 1 – 3 . 1 = 1 – 3 = – 2 < 6 nên (1; 1) là nghiệm của bất phương trình x – 3y < 6.

Ta cũng có: 1 – 1 = 0 > – 4 nên (1; 1) là nghiệm của bất phương trình x – y ≥ 4.

Do đó (1; 1) là nghiệm chung của ba bất phương trình trong hệ đã cho.

Vậy (1; 1) là một nghiệm của hệ bất phương trình đã cho.

 Chú ý: Ta cũng có thể chỉ ra các nghiệm khác của bất phương trình, chẳng hạn (1; 2), (0; 1), …

a) Trong cùng một mặt phẳng tọa độ Oxy, vẽ ba đường thẳng:

d₁: x – 2y = – 2;

d₂: 7x – 4y = 16;

d₃: 2x + y = – 4.

Đường thẳng d₁ đi qua 2 điểm A(4; 3) và C(– 2; 0)

Đường thẳng d₂ đi qua 2 điểm A(4; 3) và B(0; – 4)

Đường thẳng d₃ đi qua hai điểm B(0; – 4) và C(– 2; 0)

Do tọa độ điểm O(0; 0) thỏa mãn các bất phương trình trong hệ đã cho nên miền nghiệm của từng bất phương trình trong hệ lần lượt là những nửa mặt phẳng không bị gạch chứa điểm O(0; 0) (kể cả đường thẳng tương ứng).

 

b) Phần không bị gạch (chứa điểm O(0; 0)) là miền nghiệm của hệ bất phương trình đã cho.

Cụ thể, miền nghiệm của hệ là tam giác ABC kể cả miền trong (còn gọi là miền tam giác ABC) với A(4; 3), B(0; – 4) và C(– 2; 0).

Trên cùng một mặt phẳng tọa độ Oxy, vẽ 3 đường thẳng:

d₁: 3x – y = – 3;

d₂: – 2x + 3y = 6;

d₃: 2x + y = – 4.

Gạch đi các phần không thuộc miền nghiệm của mỗi bất phương trình.

Miền nghiệm của hệ bất phương trình là phần mặt phẳng không bị gạch sọc không kể đường biên trong hình dưới.

 

a) 3x+2y≥−6   1x+4y>4         2    

+ Xét cặp số (0; 2), thay x = 0, y = 2 vào từng bất phương trình của hệ đã cho, ta có:

(1):  3 . 0 + 2 . 2 ≥ – 6 là mệnh đề đúng;

(2): 0 + 4 . 2 > 4 là mệnh đề đúng.

Vậy (0; 2) là nghiệm chung của (1) và (2) nên (0; 2) là nghiệm của hệ bất phương trình.

+ Xét cặp số (1; 0), thay x = 1, y = 0 vào từng bất phương trình của hệ đã cho ta có:

(1): 3 . 1 + 2 . 0 ≥ – 6 là mệnh đề đúng;

(2): 1 + 4 . 0 > 4 là mệnh đề sai.

Vậy (1; 0) không là nghiệm của (2) nên (1; 0) không là nghiệm của hệ bất phương trình.

b) 4x+y≤−3                 3−3x+5y≥−12        4

+ Xét cặp số (– 1; – 3), thay x = – 1, y = – 3 vào từng bất phương trình của hệ, ta có:

(3): 4 . (– 1) + (– 3) ≤ – 3  (do 4 . (– 1) + (– 3) = – 7 < – 3) là mệnh đề đúng;

(4): (– 3) . (– 1) + 5 . (– 3) ≥ – 12 (do (– 3) . (– 1) + 5 . (– 3) = – 12) là mệnh đề đúng.

Vậy (– 1; – 3) là nghiệm chung của (3) và (4) nên (– 1; – 3) là nghiệm của hệ bất phương trình.

+ Xét cặp số (0; – 3), thay x = 0, y = – 3 vào từng bất phương trình của hệ đã cho ta có:

(3): 4 . 0 + (– 3) ≤ – 3 là mệnh đề đúng;

(4): (– 3) . 0 + 5 . (– 3) ≥ – 12 là mệnh đề sai.

Vậy (0; – 3) không là nghiệm của (2) nên không là nghiệm của hệ bất phương trình.

a) x+2y<−4         y≥x+5⇔x+2y<−4−x+y≥5

+ Trên cùng một mặt phẳng tọa độ Oxy, vẽ các đường thẳng:

d₁: x + 2y = – 4;

d₂: – x + y = 5.

+ Gạch đi các phần không thuộc miền nghiệm của mỗi bất phương trình.

Miền nghiệm của hệ bất phương trình là phần không gạch sọc trên hình bao gồm một phần đường biên d₂, không bao gồm đường biên d₁.

b) 4x−2y>8x≥0y≤0.

+ Trên cùng một mặt phẳng tọa độ Oxy, vẽ các đường thẳng:

d₁: 4x – 2y = 8;

d₂: x = 0 là trục tung;

d₃: y = 0 là trục hoành.

+ Gạch đi các phần không thuộc miền nghiệm của mỗi bất phương trình.

Miền nghiệm của hệ bất phương trình là phần không gạch sọc trên hình bao gồm một phần trục tung, trục hoành và không bao gồm đường thẳng d₁.

* Quan sát Hình 12a, đặt tên các đường thẳng như trên hình:

+ Đường thẳng d₁ đi qua điểm (2; 0) và song song với trục tung, do đó phương trình đường thẳng d₁: x = 2.

+ Đường thẳng d₂ đi qua điểm (1; 0) và song song với trục hoành, do đó phương trình đường thẳng d₂: y = 1.

+ Giả sử d₃: y = ax + b (a ≠ 0)

Ta thấy đường thẳng d₃ đi qua 2 điểm (0; 1) và (1; 0). Thay tọa độ của mỗi điểm vào phương trình ta được: b = 1 và a + b = 0. Suy ra a = – 1 (t/m) và b = 1.

Khi đó, d₃: y = – x + 1. 

Do đó, ta thấy phần không gạch sọc trên hình chính là miền nghiệm của hệ c) y>−x+1x≤2y<1.

* Quan sát Hình 12b, đặt tên các đường thẳng như hình:

+ Đường thẳng d₄ đi qua điểm (– 3; 0) và song song với trục tung nên d₄: x = – 3.

+ Đường thẳng d₅ đi qua điểm (0; – 1) và song song với trục hoành nên d₅: y = – 1.

+ Đường thẳng d₆ đi qua hai điểm (2; 0) và (0; 2).

Giả sử d₆: y = ax + b (a ≠ 0)

Thay tọa độ các điểm (2; 0) và (0; 2) vào phương trình đường thẳng ta tìm được a = – 1 (t/m) và b = 2.

Khi đó, d₆: y = – x + 2 ⇔ x + y = 2.

 Do đó, ta thấy phần không gạch sọc trên hình chính là miền nghiệm của hệ a) x+y<2         x>−3         y≥−1

Gọi x, y lần lượt là số lượng mũ kiểu thứ nhất và kiểu thứ hai trong một ngày mà phân xưởng cần sản xuất để tiền lãi thu được cao nhất. (Điều kiện: x∈ℕ,y∈ℕ)

Trong một ngày thị trường tiêu thụ tối đa 200 chiếc mũ kiểu thứ nhất và 240 chiếc mũ kiểu thứ hai nên ta có: 0 ≤ x ≤ 200; 0 ≤ y ≤ 240.

Tiền lãi khi bán một chiếc mũ kiểu thứ nhất là 24 nghìn và một chiếc mũ kiểu thứ hai là 15 nghìn nên tổng số tiền lãi khi bán mũ là T = 24x + 15y.

Nếu chỉ sản xuất toàn kiểu mũ thứ hai thì trong một giờ phân xưởng làm được 60 chiếc nên thời gian để làm một chiếc mũ kiểu thứ hai là 160  (giờ).

Thời gian làm ra một chiếc kiểu mũ thứ nhất nhiều gấp hai lần thời gian làm ra một chiếc mũ kiểu thứ hai nên thời gian để làm một chiếc mũ kiểu thứ nhất là 2.160=130(giờ).

Thời gian để làm x chiếc mũ kiểu thứ nhất là 130x (giờ).

Thời gian để làm y chiếc mũ kiểu thứ hai là 160y (giờ).

Tổng thời gian để làm hai loại mũ trong một ngày là 130x+160y (giờ).

Vì một ngày phân xưởng làm việc 8 tiếng nên 130x+160y≤8⇔2x+y≤480.

Khi đó bài toán đã cho đưa về: Tìm x, y là nghiệm của hệ bất phương trình 2x+y≤4800≤x≤2000≤y≤240    I sao cho T = 24x + 15y có giá trị lớn nhất.

Trước hết, ta xác định miền nghiệm của hệ bất phương trình (I).

Miền nghiệm của hệ bất phương trình (I) là miền ngũ giác ACDEO với A(0; 240), C(120; 240), D(200; 80), E(200; 0), O(0; 0) (hình dưới).

(A là giao điểm của trục tung và đường thẳng y = 240; C là giao điểm của đường thẳng y = 240 và 2x + y = 480, D là giao điểm của đường thẳng 2x + y = 480 và x = 200, E là giao điểm của trục hoành và đường thẳng x = 200).

Người ta chứng minh được: Biểu thức T = 24x + 15y có giá trị lớn nhất tại một trong các đỉnh của ngũ giác ACDEO.

Tính giá trị của biểu thức T = 24x + 15y tại các cặp số (x; y) là tọa độ các đỉnh của ngũ giác ACDEO:

+ Tại đỉnh A: T = 24 . 0 + 15 . 240 = 3600

+ Tại đỉnh C: T = 24 . 120 + 15 . 240 = 6480

+ Tại đỉnh D: T = 24 . 200 + 15 . 80 = 6000

+ Tại đỉnh E: T = 24 . 200 + 15 . 0 = 4800

+ Tại đỉnh O: T = 0

Có 0 < 3600 < 4800 < 6000 < 6480

So sánh giá trị của biểu thức T tại các đỉnh, ta thấy T đạt giá trị lớn nhất bằng 6480 khi x 120 và y = 240 ứng với tọa độ đỉnh C.

Vậy để tiền lãi thu được là cao nhất, trong một ngày xưởng cần sản xuất 120 chiếc mũ kiểu thứ nhất và 240 chiếc mũ kiểu thứ hai. Khi đó tiền lãi là 6480 nghìn đồng hay 6 480 000 đồng.