Câu 14:
Để giải quyết bài toán này, ta cần phân tích hàm số và điều kiện để phương trình có nghiệm thuộc đoạn \([-1;2]\).
Bước 1: Phân tích hàm số
Cho hàm số \( y = f(x) \) có đồ thị như hình vẽ. Từ đồ thị, ta thấy:
- Hàm số có cực đại tại \( x = -1 \) với \( f(-1) = 4 \).
- Hàm số có cực tiểu tại \( x = 2 \) với \( f(2) = -3 \).
Bước 2: Xét phương trình
Phương trình cần xét là:
\[
f(x^3 - 3x^2 + m) + 3 = 0
\]
Tương đương:
\[
f(x^3 - 3x^2 + m) = -3
\]
Bước 3: Điều kiện để phương trình có nghiệm
Để phương trình có nghiệm, cần có:
\[
x^3 - 3x^2 + m \in [-1, 2]
\]
Vì \( f(x) = -3 \) khi \( x = 2 \), ta cần:
\[
x^3 - 3x^2 + m = 2
\]
Bước 4: Tìm giá trị của \( m \)
Ta có:
\[
x^3 - 3x^2 + m = 2 \implies m = 2 - (x^3 - 3x^2)
\]
Xét hàm \( g(x) = x^3 - 3x^2 \) trên đoạn \([-1, 2]\):
- \( g(-1) = (-1)^3 - 3(-1)^2 = -1 - 3 = -4 \)
- \( g(2) = 2^3 - 3 \times 2^2 = 8 - 12 = -4 \)
Hàm \( g(x) \) đạt giá trị từ \([-4, 0]\) trên đoạn \([-1, 2]\).
Bước 5: Tìm giá trị nguyên của \( m \)
Vì \( m = 2 - g(x) \), nên:
\[
m = 2 - g(x) \in [2 - 0, 2 - (-4)] = [2, 6]
\]
Các giá trị nguyên của \( m \) là \( 2, 3, 4, 5, 6 \).
Kết luận
Có tất cả 5 giá trị nguyên của \( m \) để phương trình có nghiệm thuộc đoạn \([-1, 2]\).
Đáp án: D. 5.
Câu 15:
Để xác định số lượng đường tiệm cận của đồ thị hàm số \( y = f(x) \), ta cần xem xét các loại đường tiệm cận có thể có:
1. Tiệm cận đứng: Xảy ra khi hàm số có giới hạn vô cực tại một điểm nào đó. Dựa vào bảng biến thiên, ta thấy:
- Khi \( x \to -2^- \), \( y \to -\infty \).
- Khi \( x \to -2^+ \), \( y \to +\infty \).
Điều này cho thấy \( x = -2 \) là một đường tiệm cận đứng.
2. Tiệm cận ngang: Xảy ra khi hàm số có giới hạn hữu hạn khi \( x \to \pm\infty \).
- Khi \( x \to +\infty \), \( y \to 0 \).
Điều này cho thấy \( y = 0 \) là một đường tiệm cận ngang.
3. Tiệm cận xiên: Xảy ra khi hàm số có dạng \( y = ax + b \) khi \( x \to \pm\infty \). Tuy nhiên, trong bảng biến thiên không có dấu hiệu của tiệm cận xiên.
Tóm lại, đồ thị của hàm số có 2 đường tiệm cận: một đường tiệm cận đứng \( x = -2 \) và một đường tiệm cận ngang \( y = 0 \).
Vậy đáp án đúng là: B. 2.
Câu 16:
Để tìm giá trị nhỏ nhất của hàm số \( f(x) = x^4 - 12x^2 - 4 \) trên đoạn \([0; 9]\), chúng ta sẽ thực hiện các bước sau:
1. Tìm đạo hàm của hàm số:
\[
f'(x) = \frac{d}{dx}(x^4 - 12x^2 - 4) = 4x^3 - 24x
\]
2. Giải phương trình \( f'(x) = 0 \) để tìm các điểm tới hạn:
\[
4x^3 - 24x = 0
\]
\[
4x(x^2 - 6) = 0
\]
\[
x = 0 \quad \text{hoặc} \quad x^2 - 6 = 0
\]
\[
x = 0 \quad \text{hoặc} \quad x = \sqrt{6} \quad \text{hoặc} \quad x = -\sqrt{6}
\]
3. Loại bỏ các điểm không thuộc đoạn \([0; 9]\):
Các điểm tới hạn trong đoạn \([0; 9]\) là:
\[
x = 0 \quad \text{và} \quad x = \sqrt{6}
\]
4. Tính giá trị của hàm số tại các điểm tới hạn và tại các đầu mút của đoạn:
- Tại \( x = 0 \):
\[
f(0) = 0^4 - 12 \cdot 0^2 - 4 = -4
\]
- Tại \( x = \sqrt{6} \):
\[
f(\sqrt{6}) = (\sqrt{6})^4 - 12(\sqrt{6})^2 - 4 = 36 - 72 - 4 = -40
\]
- Tại \( x = 9 \):
\[
f(9) = 9^4 - 12 \cdot 9^2 - 4 = 6561 - 972 - 4 = 5585
\]
5. So sánh các giá trị để tìm giá trị nhỏ nhất:
\[
f(0) = -4, \quad f(\sqrt{6}) = -40, \quad f(9) = 5585
\]
Giá trị nhỏ nhất trong các giá trị này là \(-40\).
Vậy giá trị nhỏ nhất của hàm số \( f(x) = x^4 - 12x^2 - 4 \) trên đoạn \([0; 9]\) là \(-40\).
Đáp án đúng là: B. -40.
Câu 17:
Để giải quyết bài toán này, ta cần phân tích hàm số \( y = f(x^2 - 2x + 1) \).
Bước 1: Phân tích biểu thức bên trong hàm số
Biểu thức \( x^2 - 2x + 1 \) có thể được viết lại dưới dạng:
\[
x^2 - 2x + 1 = (x-1)^2
\]
Bước 2: Xác định miền giá trị của \( (x-1)^2 \)
Vì \( (x-1)^2 \geq 0 \) với mọi \( x \), nên miền giá trị của \( (x-1)^2 \) là \([0, +\infty)\).
Bước 3: Xác định khoảng nghịch biến của \( f(x) \)
Dựa vào đồ thị, hàm số \( y = f(x) \) có hai điểm cực trị tại \( x = -1 \) và \( x = 1 \). Từ đồ thị, ta thấy:
- Hàm số \( f(x) \) nghịch biến trên khoảng \((-1, 1)\).
Bước 4: Xác định khoảng nghịch biến của \( y = f((x-1)^2) \)
Ta cần tìm khoảng \( x \) sao cho \( (x-1)^2 \) nằm trong khoảng \((-1, 1)\).
Giải bất phương trình:
\[
-1 < (x-1)^2 < 1
\]
Vì \( (x-1)^2 \geq 0 \), nên bất phương trình trở thành:
\[
0 \leq (x-1)^2 < 1
\]
Điều này tương đương với:
\[
-\sqrt{1} < x-1 < \sqrt{1}
\]
\[
-1 < x-1 < 1
\]
\[
0 < x < 2
\]
Kết luận
Hàm số \( y = f((x-1)^2) \) nghịch biến trên khoảng \( (0, 2) \).
Do đó, đáp án đúng là \( B.~(1, 2) \).
Câu 18:
Để hàm số \( y = (m-1)x^4 - (m^2-2)x^2 + 2024 \) đạt cực tiểu tại \( x = -1 \), ta cần kiểm tra hai điều kiện:
1. Đạo hàm bậc nhất \( y' \) bằng 0 tại \( x = -1 \).
2. Đạo hàm bậc hai \( y'' \) dương tại \( x = -1 \).
Bước 1: Tính đạo hàm bậc nhất \( y' \):
\[ y' = 4(m-1)x^3 - 2(m^2-2)x \]
Thay \( x = -1 \) vào \( y' \):
\[ y'(-1) = 4(m-1)(-1)^3 - 2(m^2-2)(-1) \]
\[ y'(-1) = -4(m-1) + 2(m^2-2) \]
\[ y'(-1) = -4m + 4 + 2m^2 - 4 \]
\[ y'(-1) = 2m^2 - 4m \]
Đặt \( y'(-1) = 0 \):
\[ 2m^2 - 4m = 0 \]
\[ 2m(m - 2) = 0 \]
\[ m = 0 \quad \text{hoặc} \quad m = 2 \]
Bước 2: Tính đạo hàm bậc hai \( y'' \):
\[ y'' = 12(m-1)x^2 - 2(m^2-2) \]
Thay \( x = -1 \) vào \( y'' \):
\[ y''(-1) = 12(m-1)(-1)^2 - 2(m^2-2) \]
\[ y''(-1) = 12(m-1) - 2(m^2-2) \]
\[ y''(-1) = 12m - 12 - 2m^2 + 4 \]
\[ y''(-1) = -2m^2 + 12m - 8 \]
Điều kiện để hàm số đạt cực tiểu tại \( x = -1 \) là \( y''(-1) > 0 \):
\[ -2m^2 + 12m - 8 > 0 \]
\[ -2(m^2 - 6m + 4) > 0 \]
\[ m^2 - 6m + 4 < 0 \]
Giải bất phương trình \( m^2 - 6m + 4 < 0 \):
\[ m^2 - 6m + 4 = 0 \]
\[ m = \frac{6 \pm \sqrt{36 - 16}}{2} \]
\[ m = \frac{6 \pm \sqrt{20}}{2} \]
\[ m = \frac{6 \pm 2\sqrt{5}}{2} \]
\[ m = 3 \pm \sqrt{5} \]
Do đó, \( m \) nằm trong khoảng \( 3 - \sqrt{5} < m < 3 + \sqrt{5} \).
Kiểm tra các giá trị \( m = 0 \) và \( m = 2 \):
- Với \( m = 0 \):
\[ y''(-1) = -2(0)^2 + 12(0) - 8 = -8 \quad (\text{không thỏa mãn}) \]
- Với \( m = 2 \):
\[ y''(-1) = -2(2)^2 + 12(2) - 8 = -8 + 24 - 8 = 8 \quad (\text{thỏa mãn}) \]
Vậy giá trị của \( m \) là \( m = 2 \).
Đáp án đúng là: \( D.~m=2 \).
Câu 19:
Để xác định khoảng mà hàm số \( y = f(x) \) đồng biến, ta cần xét dấu của đạo hàm \( f'(x) \).
Đạo hàm đã cho là:
\[ f'(x) = (3 - x)(1 - x)^2(x + 1)^3(x^2 + 3x + 6). \]
Trước tiên, ta cần tìm các điểm tới hạn bằng cách giải phương trình \( f'(x) = 0 \):
\[ (3 - x)(1 - x)^2(x + 1)^3(x^2 + 3x + 6) = 0. \]
Phương trình này sẽ bằng 0 khi ít nhất một trong các nhân tử bằng 0:
\[ 3 - x = 0 \quad \Rightarrow \quad x = 3, \]
\[ 1 - x = 0 \quad \Rightarrow \quad x = 1, \]
\[ x + 1 = 0 \quad \Rightarrow \quad x = -1, \]
\[ x^2 + 3x + 6 = 0. \]
Phương trình \( x^2 + 3x + 6 = 0 \) vô nghiệm vì biệt thức \( \Delta = 9 - 24 = -15 < 0 \).
Vậy các điểm tới hạn là \( x = -1, 1, 3 \).
Tiếp theo, ta xét dấu của \( f'(x) \) trên các khoảng xác định bởi các điểm tới hạn này: \( (-\infty, -1), (-1, 1), (1, 3), (3, +\infty) \).
- Trên khoảng \( (-\infty, -1) \):
\[ 3 - x > 0, \quad 1 - x > 0, \quad x + 1 < 0. \]
Do đó, \( f'(x) < 0 \) trên khoảng này.
- Trên khoảng \( (-1, 1) \):
\[ 3 - x > 0, \quad 1 - x > 0, \quad x + 1 > 0. \]
Do đó, \( f'(x) > 0 \) trên khoảng này.
- Trên khoảng \( (1, 3) \):
\[ 3 - x > 0, \quad 1 - x < 0, \quad x + 1 > 0. \]
Do đó, \( f'(x) < 0 \) trên khoảng này.
- Trên khoảng \( (3, +\infty) \):
\[ 3 - x < 0, \quad 1 - x < 0, \quad x + 1 > 0. \]
Do đó, \( f'(x) > 0 \) trên khoảng này.
Từ đó, ta thấy rằng \( f'(x) > 0 \) trên khoảng \( (3, +\infty) \), tức là hàm số \( y = f(x) \) đồng biến trên khoảng này.
Do đó, đáp án đúng là:
\[ C.~(3;+\infty). \]