Biết rằng tập hợp các giá trị của \(m\) để phương trình \({\left( {\dfrac{1}{4}} \right)^{{x^2}}} - \left( {m + 1} \right).{\left( {\dfrac{1}{2}} \right)^{{x^2}}} - 2m = 0\) có nghiệm, là \(\left[ { - a + 2\sqrt b ;0} \right]\) với \(a,b\) là các số nguyên dương. Tính \(b - a\).
Trả lời bởi giáo viên
Đặt \(t = {\left( {\dfrac{1}{2}} \right)^{{x^2}}} \Rightarrow 0 < t \le 1\) thì phương trình trở thành \({t^2} - \left( {m + 1} \right)t - 2m = 0 \Leftrightarrow {t^2} - t = mt + 2m \Leftrightarrow \dfrac{{{t^2} - t}}{{t + 2}} = m\)
Để phương trình đã cho có nghiệm thì đường thẳng \(y = m\) phải cắt đồ thị hàm số \(y = f\left( t \right) = \dfrac{{{t^2} - t}}{{t + 2}}\) tại ít nhất một điểm \(t \in \left( {0;1} \right]\).
Xét \(f\left( t \right) = \dfrac{{{t^2} - t}}{{t + 2}}\) trên \(\left( {0;1} \right]\) có \(f'\left( t \right) = \dfrac{{{t^2} + 4t - 2}}{{{{\left( {t + 2} \right)}^2}}} = 0 \Leftrightarrow \left[ \begin{array}{l}t = - 2 + \sqrt 6 \in \left( {0;1} \right]\\t = - 2 - \sqrt 6 \notin \left( {0;1} \right]\end{array} \right.\)
Ta có : \(f\left( 0 \right) = 0,f\left( 1 \right) = 0,f\left( { - 2 + \sqrt 6 } \right) = - 5 + 2\sqrt 6 \) \( \Rightarrow \mathop {\max }\limits_{\left( {0;1} \right]} f\left( t \right) = 0,\mathop {\min }\limits_{\left( {0;1} \right]} f\left( t \right) = - 5 + 2\sqrt 6 \).
Vậy phương trình có nghiệm nếu \( - 5 + 2\sqrt 6 \le m \le 0 \Rightarrow m \in \left[ { - 5 + 2\sqrt 6 ;0} \right]\) hay \(a = 5,b = 6 \Rightarrow b - a = 1\).
Hướng dẫn giải:
- Đặt \({\left( {\dfrac{1}{2}} \right)^{{x^2}}} = t\) và tìm điều kiện của \(t\), đưa về phương trình bậc hai ẩn \(t\).
- Tìm điều kiện để phương trình ẩn \(t\) có nghiệm thỏa mãn điều kiện ở trên và kết luận.