Question

[Nguyễn Long]

Mọi người giúp mình câu này với! Mình cảm ơn!

Gọi K là tập hợp tất cả các giá trị của tham số m để phương trình sin2x + \(\sqrt{2}\)sin(x+\(\dfrac{\pi}{4}\)) - 2 = m có đúng hai nghiệm thuộc khoảng (0;\(\dfrac{3\pi}{4}\)). Tìm K ??

Answer 1

[Bùi Thị Vân]

\(pt\Leftrightarrow2sinx.cosx+\left(sinx+cosx\right)-2=m\)
đặt \(sinx+cosx=t\) , do \(x\in\left(0;\dfrac{3\pi}{4}\right)\) thì \(x+\dfrac{\pi}{4}\in\left(\dfrac{\pi}{4};\pi\right)\).
Vì vậy \(t=sinx+cosx=\sqrt{2}sin\left(x+\dfrac{\pi}{4}\right)\) có tập giá trị là \(\left(0;\sqrt{2}\right)\).
Suy ra \(2sinxcosx=t^2-1\), ta có phương trình:
\(t^2-1+t-2=m\Leftrightarrow t^2+t-3=m\) với \(t\in\left(0;\sqrt{2}\right)\).
Xét hàm số \(f\left(t\right)=t^2+t-3\) có \(f'\left(t\right)=2t+1\ge0\) với mọi \(t\in\left(0;\sqrt{2}\right)\).
Suy ra hàm số \(f\left(t\right)=t^2+t-3\) đồng biến trên khoảng \(\left(0;\sqrt{2}\right)\).
\(f\left(0\right)=-3;f\left(\sqrt{2}\right)=\sqrt{2}-1\).
Vậy với \(-3< m< \sqrt{2}-1\) thì \(t^2+t-3=m\) có nghiệm duy nhất.
Quay trở lại phép đặt t ta có: \(t=\sqrt{2}sin\left(x+\dfrac{\pi}{4}\right)\) . Để phương trình \(t=\sqrt{2}sin\left(x+\dfrac{\pi}{4}\right)\) có hai nghiệm thuộc khoảng \(\left(0;\dfrac{3\pi}{4}\right)\) thì \(t\) nhận các giá trị tương ứng với \(x+\dfrac{\pi}{4}\in\left(\dfrac{\pi}{4};\dfrac{3\pi}{4}\right)\) hay \(\dfrac{\sqrt{2}}{2}< t< 1\).
Suy ra \(\dfrac{-5+\sqrt{2}}{2}< m< 0\),

Answer 2

[Doan Minh Cuong]

Bài giả của bạn Bùi Thị Vân có nhầm lẫn, đáp số bạn Vân đưa ra là \(\dfrac{-5+\sqrt{2}}{2}< m< 0\). Có thể thấy \(m=-1\) thuộc khoảng \(\left(\dfrac{-5+\sqrt{2}}{2};0\right)\) nhưng với \(m=-1\) thì phương trình \(t^2+t-3=m\Leftrightarrow t^2+t-3=-1\)\(\Leftrightarrow t=1;t=-2\). Phương trình đã cho tương đương với \(\sin x+\cos x=1\Leftrightarrow\sin\left(x+\dfrac{\pi}{4}\right)=\dfrac{1}{\sqrt{2}}\). Đặt \(y=x+\dfrac{\pi}{4}\) thì \(\dfrac{\pi}{4}< y< \pi\) (do \(x\in\left(0;\dfrac{3\pi}{4}\right)\)) và phương trình trở thành \(\sin y=\dfrac{1}{\sqrt{2}}\). Trong khoảng \(\dfrac{\pi}{4}< y< \pi\)phương trình \(\sin y=\dfrac{1}{\sqrt{2}}\) có nghiệm duy nhất \(y=\dfrac{3\pi}{4}\) nên phương trình đã cho có nghiệm duy nhất \(x=\dfrac{\pi}{2}\) (chứ không phải là có đúng hai nghiệm như yêu cầu đề bài). Xin sửa lại bài giải như sau:

- Đặt \(t=\sin\left(x+\dfrac{\pi}{4}\right)=\dfrac{1}{\sqrt{2}}\left(\sin x+\cos x\right)\) thì \(t\sqrt{2}=\sin x+\cos x\Rightarrow2t^2=1+2\sin x\cos x=1+\sin2x\) nên \(\sin2x=2t^2-1\), phương trình đã cho trở thành \(2t^2-1+\sqrt{2}t-2=m\Leftrightarrow2t^2+\sqrt{2}t-3=m\) (1)

-Vì phương trình đã cho được xét trong khoảng \(\left(0;\dfrac{3\pi}{4}\right)\) tức là \(x+\dfrac{\pi}{4}\in\left(\dfrac{\pi}{4};\pi\right)\) suy ra \(t=\sin\left(x+\dfrac{\pi}{4}\right)\in(0;1]\). Do đó để phương trình đã cho có nghiệm \(x\in\left(0;\dfrac{3\pi}{4}\right)\), điều kiện cần và đủ là (1) có nghiệm \(t\in(0;1]\), tức là số \(m\) phải thuộc tập giá trị của hàm số \(f\left(t\right)=2t^2+\sqrt{2}t-3\) với \(t\in(0;1]\). Ta có \(f'\left(t\right)=4t+\sqrt{2}>0,\)\(\forall t\in(0;1]\) nên \(f\left(t\right)\)đồng biến trong khoảng \(t\in(0;1]\) và tập giá trị của nó là khoảng \((f\left(0\right);f\left(1\right)]=(-3;\sqrt{2}-1]\). Như vậy điều kiện cần để yêu cầu bài toán được thực hiện là \(m\in(-3;\sqrt{2}-1]\).

- Với \(m\in(-3;\sqrt{2}-1]\), chú ý rằng \(f\left(t\right)\) đồng biến trong khoảng \(t\in(0;1]\) nên (1) có nghiệm duy nhất \(t_0\in(0;1]\) và phương trình đã cho tương đương với \(\sin\left(x+\dfrac{\pi}{4}\right)=t_0\) (2). Ta cần đếm số nghiệm của (2) trong khoảng \(\left(0;\dfrac{3\pi}{4}\right)\). Để làm điều đó, ta đặt \(y=x+\dfrac{\pi}{4}\Leftrightarrow x=y-\dfrac{\pi}{4}\) thì (2) trở thành \(\sin y=t_0\) và \(y\in\left(\dfrac{\pi}{4};\pi\right)\).

Hình trên biểu diễn đồ thị hàm số \(y=\sin x\) với \(x\in(\dfrac{\pi}{4};\pi]\). Ta thấy phương trình \(\sin y=t_0\) có 2 nghiệm trong khoảng này khi và chỉ khi \(\dfrac{\sqrt{2}}{2}< t_0< 1\), tức là \(m\) phải thuộc tập giá trị của hàm số \(f\left(t\right)=2t^2+\sqrt{2}t-3\) với

\(t\in\left(\dfrac{\sqrt{2}}{2};1\right)\), điều này xảy ra khi và chỉ khi \(f\left(\dfrac{\sqrt{2}}{2}\right)< m< f\left(1\right)\Leftrightarrow-1< m< \sqrt{2}-1\).

Đáp số: \(-1< m< \sqrt{2}-1\).

Chú ý: Bài toán này có thể giải không dùng đạo hàm. Các bạn thử tìm một cách giải như vậy.