Xét các số thực dương không âm \(x\) và \(y\) thỏa mãn \(2x + y \cdot {4^{x + y - 1}} \ge 3\). Giá trị nhỏ nhất của biểu thức \(P = {x^2} + {y^2} + 2x + 4y\) bằng A.\(\dfrac{{33}}{8}\). B.\(\dfrac{9}{8}\). C.\(\dfrac{{21}}{4}\). D.\(\dfrac{{41}}{8}\).
Đáp án đúng: D Phương pháp giải: Biến đổi đưa về dạng \(f\left( u \right) \ge f\left( v \right) \Leftrightarrow u \ge v\) với \(f\left( t \right)\) là hàm đồng biến Từ đó tìm được mối quan hệ của \(x,y\), thay vào biểu thức \(P\) để tìm giá trị nhỏ nhất.Giải chi tiết:Ta có \(2x + y \cdot {4^{x + y - 1}} \ge 3 \Leftrightarrow y \cdot {2^{2x + 2y - 2}} \ge 3 - 2x \Leftrightarrow 2y \cdot {2^{2y}} \ge (3 - 2x) \cdot {2^{3 - 2x}}\) (1). + Với \(y \ge 0;\,x \ge \dfrac{3}{2}\) thì \(\left( 1 \right)\) luôn đúng và \(P = {x^2} + {y^2} + 2x + 4y \ge \dfrac{{21}}{4}\) . + Với \(y \ge 0;\,x < \dfrac{3}{2}\) : Xét hàm số \(f(t) = t \cdot {2^t}\), \(t > 0\), ta có \(f\left( t \right)\) liên tục trên \(\left[ {0; + \infty } \right)\) và \({f^\prime }(t) = {2^t} + t \cdot {2^t}\ln 2 > 0,\forall t > 0\) \( \Rightarrow f\left( t \right)\) đồng biến trên nửa khoảng \(\left[ {0; + \infty } \right)\). Do đó \(\left( 1 \right)\)\( \Leftrightarrow f(2y) \ge f(3 - 2x) \Leftrightarrow 2x + 2y \ge 3 \Leftrightarrow y \ge \dfrac{3}{2} - x\). Khi đó \(P = {x^2} + {y^2} + 2x + 4y \ge {x^2} + {\left( {\dfrac{3}{2} - x} \right)^2} + 2x + 2\left( {3 - 2x} \right) = 2{x^2} - 5x + \dfrac{{33}}{4}\)\( = 2{\left( {x - \dfrac{5}{4}} \right)^2} + \dfrac{{41}}{8} \ge \dfrac{{41}}{8}\) (3) So sánh (2) và (3) ta thấy GTNN của \(P\) là \(\dfrac{{41}}{8}\) khi \(x = \dfrac{5}{4},y = \dfrac{1}{4}\). Chọn D.