Cho biểu thức N = (x^4 + 2) (x^6 + 1) + (x^2 - 1) / (x^4 - x^2 + 1)
Câu hỏi:
Cho biểu thức \(M = \frac{{{x^4} + 2}}{{{x^6} + 1}} + \frac{{{x^2} - 1}}{{{x^4} - {x^2} + 1}} - \frac{{{x^2} + 3}}{{{x^4} + 4{x^2} + 3}}\).
a) Rút gọn M.
b) Tìm giá trị lớn nhất của M.
Trả lời:
a) \(M = \frac{{{x^4} + 2}}{{{x^6} + 1}} + \frac{{{x^2} - 1}}{{{x^4} - {x^2} + 1}} - \frac{{{x^2} + 3}}{{{x^4} + 4{x^2} + 3}}\)
\( = \frac{{{x^4} + 2}}{{\left( {{x^2} + 1} \right)\left( {{x^4} - {x^2} + 1} \right)}} + \frac{{{x^2} - 1}}{{{x^4} - {x^2} + 1}} - \frac{{{x^2} + 3}}{{\left( {{x^2} + 3} \right)\left( {{x^2} + 1} \right)}}\)
\( = \frac{{{x^4} + 2}}{{\left( {{x^2} + 1} \right)\left( {{x^4} - {x^2} + 1} \right)}} + \frac{{{x^2} - 1}}{{{x^4} - {x^2} + 1}} - \frac{1}{{\left( {{x^2} + 1} \right)}}\)
\( = \frac{{{x^4} + 2 + \left( {{x^2} - 1} \right)\left( {{x^2} + 1} \right) - \left( {{x^4} - {x^2} + 1} \right)}}{{\left( {{x^2} + 1} \right)\left( {{x^4} - {x^2} + 1} \right)}}\)
\[ = \frac{{{x^4} + 2 + {x^4} - 1 - {x^4} + {x^2} - 1}}{{\left( {{x^2} + 1} \right)\left( {{x^4} - {x^2} + 1} \right)}}\]
\[ = \frac{{{x^4} + {x^2}}}{{\left( {{x^2} + 1} \right)\left( {{x^4} - {x^2} + 1} \right)}}\]
\[ = \frac{{{x^2}\left( {{x^2} + 1} \right)}}{{\left( {{x^2} + 1} \right)\left( {{x^4} - {x^2} + 1} \right)}}\]
\[ = \frac{{{x^2}}}{{{x^4} - {x^2} + 1}}\]
b) Nếu x = 0 thì M = 0
Nếu x khác 0, chia cả tử và mẫu của M cho x2 ta được: \[M = \frac{1}{{{x^2} - 1 + \frac{1}{{{x^2}}}}}\]
\[M = \frac{1}{{{x^2} - 1 + \frac{1}{{{x^2}}}}} \le \frac{1}{{2\sqrt {{x^2}.\frac{1}{{{x^2}}}} - 1}} = \frac{1}{{2 - 1}} = 1\] (áp dụng bất đẳng thức Cô–si)
Vậy M lớn nhất bằng 1 khi x2 = \(\frac{1}{{{x^2}}}\) hay x4 = 1, tức x = 1.
