(1,5 điểm) Cho biểu thức: \(S = \frac{{{{\left( {x + 2} \right)}^2}}}{x} \cdot \left( {1 - \frac{{{x^2}}}{{x + 2}}} \right) - \frac{{{x^2} + 6x + 4}}{x}.\)

a) Tìm điều kiện xác định của biểu thức \(S.\)

b) Rút gọn rồi tính giá trị của biểu thức \(S\) tại \[x = 0,1.\]

c) Tìm giá trị lớn nhất của biểu thức \(S.\)

Hướng dẫn giải

Theo đề bài: \({x^2} + \frac{8}{{{x^2}}} + \frac{{{y^2}}}{8} = 8\) suy ra \(2{x^2} + \frac{{16}}{{{x^2}}} + \frac{{{y^2}}}{4} = 16\)

Ta có: \[2{x^2} + \frac{{16}}{{{x^2}}} + \frac{{{y^2}}}{4} = \left( {{x^2} + \frac{{16}}{{{x^2}}} - 8} \right) + \left( {{x^2} + \frac{{{y^2}}}{4} + xy} \right) - xy + 8\]

\[ = {\left( {x - \frac{4}{x}} \right)^2} + {\left( {x + \frac{y}{2}} \right)^2} - xy + 8.\]

Mà \(2{x^2} + \frac{{16}}{{{x^2}}} + \frac{{{y^2}}}{4} = 16\) nên \[{\left( {x - \frac{4}{x}} \right)^2} + {\left( {x + \frac{y}{2}} \right)^2} - xy + 8 = 16\].

Do đó \[{\left( {x - \frac{4}{x}} \right)^2} + {\left( {x + \frac{y}{2}} \right)^2} = xy + 8.\]

Nhận xét: Với mọi \(x,y\) ta có \[{\left( {x - \frac{4}{x}} \right)^2} \ge 0,\,\,{\left( {x + \frac{y}{2}} \right)^2} \ge 0\]

Do đó \[xy + 8 \ge 0\] hay \[xy \ge  - 8.\]

Khi đó \(A = xy + 2\,\,024 \ge  - 8 + 2\,\,024 = 2\,\,016.\)

Dấu “=” xảy ra khi và chỉ khi \[\left\{ \begin{array}{l}{\left( {x - \frac{4}{x}} \right)^2} = 0\\{\left( {x + \frac{y}{2}} \right)^2} = 0\end{array} \right.\] hay \[\left\{ \begin{array}{l}x - \frac{4}{x} = 0\\x + \frac{y}{2} = 0\end{array} \right.\]

Tức là \[\left\{ \begin{array}{l}{x^2} - 4 = 0\\y =  - 2x\end{array} \right.\] nên \[\left\{ \begin{array}{l}x = 2\\y =  - 4\end{array} \right.\] hoặc \[\left\{ \begin{array}{l}x =  - 2\\y = 4\end{array} \right..\]

Vậy giá trị nhỏ nhất của biểu thức \(A\) là \(2\,\,016\) khi \(\left( {x;y} \right) \in \left\{ {\left( {2; - 4} \right);\left( { - 2;4} \right)} \right\}.\)