Câu hỏi: Cho bất phương trình ${{\log }_{\dfrac{37}{55}}}\dfrac{{{2}^{3}}-1}{{{2}^{3}}+1}+{{\log }_{\dfrac{37}{55}}}\dfrac{{{3}^{3}}-1}{{{3}^{3}}+1}+...+{{\log }_{\dfrac{37}{55}}}\dfrac{{{x}^{3}}-1}{{{x}^{3}}+1}<1$ với $x\in \mathbb{N},x>2.$ Tổng các nghiệm nguyên của bất phương trình đã cho bằng bao nhiêu?
A. 54
B. 228
C. 207
D. 42
A. 54
B. 228
C. 207
D. 42
Phương pháp:
Rút gọn $\dfrac{{{x}^{3}}-1}{{{\left( x+1 \right)}^{3}}+1}=\dfrac{x-1}{x+2}.$ Từ đó rút gọn biểu thức trong log và giải bất phương trình.
Cách giải:
Ta có:
${{\log }_{\dfrac{37}{55}}}\dfrac{{{2}^{3}}-1}{{{2}^{3}}+1}+{{\log }_{\dfrac{37}{55}}}\dfrac{{{3}^{3}}-1}{{{3}^{3}}+1}+...+{{\log }_{\dfrac{37}{55}}}\dfrac{{{x}^{3}}-1}{{{x}^{3}}+1}<1$
$\Leftrightarrow {{\log }_{\dfrac{37}{55}}}\left( \dfrac{{{2}^{3}}-1}{{{2}^{3}}+1}.\dfrac{{{3}^{3}}-1}{{{3}^{3}}+1}...\dfrac{{{x}^{3}}-1}{{{x}^{3}}+1} \right)<1\left( * \right)$
Ta có: $\dfrac{{{x}^{3}}-1}{{{\left( x+1 \right)}^{3}}+1}=\dfrac{\left( x-1 \right)\left( {{x}^{2}}+x+1 \right)}{\left( x+2 \right)\left[ {{\left( x+1 \right)}^{2}}-\left( x+1 \right)+1 \right]}=\dfrac{\left( x-1 \right)\left( {{x}^{2}}+x+1 \right)}{\left( x+2 \right)\left( {{x}^{2}}+x+1 \right)}=\dfrac{x-1}{x+2}.$
Khi đó
$\left( * \right)\Leftrightarrow {{\log }_{\dfrac{37}{55}}}\left( \dfrac{1}{{{2}^{3}}+1}.\dfrac{1}{4}.\dfrac{2}{5}.\dfrac{3}{6}.\dfrac{4}{7}...\dfrac{x-2}{x+1}.\left( {{x}^{3}}-1 \right) \right)<1$
$\Leftrightarrow {{\log }_{\dfrac{37}{55}}}\left( \dfrac{{{x}^{3}}-1}{9}.\dfrac{1.2.3}{\left( x-1 \right)x\left( x+1 \right)} \right)<1$
$\Leftrightarrow \dfrac{{{x}^{3}}-1}{9}.\dfrac{1.2.3}{\left( x-1 \right)x\left( x+1 \right)}>\dfrac{37}{55}$
$\Leftrightarrow \dfrac{2}{3}.\dfrac{{{x}^{2}}+x+1}{{{x}^{2}}+x}>\dfrac{37}{55}$
$\Leftrightarrow \dfrac{{{x}^{2}}+x+1}{{{x}^{2}}+x}>\dfrac{111}{110}$
$\Leftrightarrow \dfrac{1}{{{x}^{2}}+x}>\dfrac{1}{110}$
$\Leftrightarrow {{x}^{2}}+x<110$
$\Leftrightarrow -11<x<10$
Kết hợp điều kiện đề bài ta có $\left\{ \begin{aligned}
& 2<x<10 \\
& x\in \mathbb{Z} \\
\end{aligned} \right.\Rightarrow x\in \left\{ 3;4;5;...;9 \right\}.$
Vậy tổng các nghiệm nguyên của bất phương trình đã cho bằng: $3+4+...+9=\dfrac{\left( 3+9 \right).7}{2}=42.$
Rút gọn $\dfrac{{{x}^{3}}-1}{{{\left( x+1 \right)}^{3}}+1}=\dfrac{x-1}{x+2}.$ Từ đó rút gọn biểu thức trong log và giải bất phương trình.
Cách giải:
Ta có:
${{\log }_{\dfrac{37}{55}}}\dfrac{{{2}^{3}}-1}{{{2}^{3}}+1}+{{\log }_{\dfrac{37}{55}}}\dfrac{{{3}^{3}}-1}{{{3}^{3}}+1}+...+{{\log }_{\dfrac{37}{55}}}\dfrac{{{x}^{3}}-1}{{{x}^{3}}+1}<1$
$\Leftrightarrow {{\log }_{\dfrac{37}{55}}}\left( \dfrac{{{2}^{3}}-1}{{{2}^{3}}+1}.\dfrac{{{3}^{3}}-1}{{{3}^{3}}+1}...\dfrac{{{x}^{3}}-1}{{{x}^{3}}+1} \right)<1\left( * \right)$
Ta có: $\dfrac{{{x}^{3}}-1}{{{\left( x+1 \right)}^{3}}+1}=\dfrac{\left( x-1 \right)\left( {{x}^{2}}+x+1 \right)}{\left( x+2 \right)\left[ {{\left( x+1 \right)}^{2}}-\left( x+1 \right)+1 \right]}=\dfrac{\left( x-1 \right)\left( {{x}^{2}}+x+1 \right)}{\left( x+2 \right)\left( {{x}^{2}}+x+1 \right)}=\dfrac{x-1}{x+2}.$
Khi đó
$\left( * \right)\Leftrightarrow {{\log }_{\dfrac{37}{55}}}\left( \dfrac{1}{{{2}^{3}}+1}.\dfrac{1}{4}.\dfrac{2}{5}.\dfrac{3}{6}.\dfrac{4}{7}...\dfrac{x-2}{x+1}.\left( {{x}^{3}}-1 \right) \right)<1$
$\Leftrightarrow {{\log }_{\dfrac{37}{55}}}\left( \dfrac{{{x}^{3}}-1}{9}.\dfrac{1.2.3}{\left( x-1 \right)x\left( x+1 \right)} \right)<1$
$\Leftrightarrow \dfrac{{{x}^{3}}-1}{9}.\dfrac{1.2.3}{\left( x-1 \right)x\left( x+1 \right)}>\dfrac{37}{55}$
$\Leftrightarrow \dfrac{2}{3}.\dfrac{{{x}^{2}}+x+1}{{{x}^{2}}+x}>\dfrac{37}{55}$
$\Leftrightarrow \dfrac{{{x}^{2}}+x+1}{{{x}^{2}}+x}>\dfrac{111}{110}$
$\Leftrightarrow \dfrac{1}{{{x}^{2}}+x}>\dfrac{1}{110}$
$\Leftrightarrow {{x}^{2}}+x<110$
$\Leftrightarrow -11<x<10$
Kết hợp điều kiện đề bài ta có $\left\{ \begin{aligned}
& 2<x<10 \\
& x\in \mathbb{Z} \\
\end{aligned} \right.\Rightarrow x\in \left\{ 3;4;5;...;9 \right\}.$
Vậy tổng các nghiệm nguyên của bất phương trình đã cho bằng: $3+4+...+9=\dfrac{\left( 3+9 \right).7}{2}=42.$
Đáp án D.