Cho $x,y$ là các số thực thỏa mãn
$\left\{\begin{matrix} xz+yz+3x+y=1 & \\ 2xz+yz+5x=1& \end{matrix}\right.$.
Tìm Min và Max của $P=xy(z+2)$
(trích đề thi học sinh giỏi cấp thành phố Hải Phòng bảng A sáng nay)
Lời giải. Với $x=0$ thì không tồn tại $y,z$ thoả mãn.
Với $x \ne 0$, từ hệ trên ta suy ra $xz+yz+3x+y=2xz+yz+5x \Leftrightarrow xz+2x=y$ nên $z+2= \frac yx$.
Do đó $P=y^2 \ge 0$. Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi $y=0,z=-2$ suy ra $x=1$.
Với $x+y=0$ thì từ hệ ta có $3x+y=1$ nên x= \frac 12, y= - \frac 12$. Khi đó $z=-3$. Ta thu được $P=\frac 14$.
Với $2x+y=0$ thì $x= \frac 15, y= - \frac{2}{5}$. Khi đó $z=-4$. Ta tìm được $P= \frac{4}{25}$.
Nếu $x+y \ne 0, 2x+y \ne 0$ thì từ hệ ta có $\begin{cases} z= \frac{1-3x-y}{x+y} \\ z= \frac{1-5x}{2x+y} \end{cases}$. Ta suy ra $$\frac{1-3x-y}{x+y}= \frac{1-5x}{2x+y} \Leftrightarrow y^2=x-x^2.$$
Do đó $P=x(1-x) \le \frac 14$.
Dấu bằng xảy ra khi $x= \frac 12, y=\frac 12,z=-1$.
Vậy $\min P=0$ xảy ra khi $x=1,y=0,z=-2$.
$\max P= \frac 14$ xảy ra khi $x=y= \frac 12, z=-1$ hoặc $x= \frac 12,y=- \frac 12, z=-3$. $\blacksquare$