Những hàm số có tham số m tự do (không đi cùng biến) hoặc tham số m xuất hiện ở duy nhất một hạng tử chứa biến hoặc tham số m xuất hiện ở nhiều hạng tử nhưng đồng bậc, ta có thể đư[r]
(1)CHUYÊN ĐỀ
CÔ LẬP ĐƯỜNG THẲNG
TRONG BIỆN LUẬN ĐỒ THỊ HÀM SỐ CÓ CHỨA THAM SỐ A Cơ sở lý thuyết chung
I Các phép biến đổi đồ thị hàm số 1 Phép tịnh tiến theo véc tơ u = a;b( )
Bài toán: Cho đồ thị ( )C hàm số y= f x( ) tìm đồ thị ( )'
C hàm số y= F x( ) thu tịnh tiến ( )C theo véc tơ u=( )a b;
Cách vẽ:
- Mỗi điểm A x y( 0; 0) thuộc đồ thị y= f x( )
cho ta điểm A x'( ' ; ' )0 y 0 thuộc đồ thị y= F x( ) Khi đó:
0 0
0 0
' '
'
'
x x a x x a
AA u
y y b y y b
− = = −
=
− = = −
- Điểm A x'( ' ; '0 y 0) ( ) C' nêny'0 =F x( ' )0
- Điểm A x y( 0; 0) ( ) C nên y0 = f x( )0 y'0− =b f x( '0−a) Do đó:
( )
( )
( )
( ) ( )
( )
0 0
0 0
0
' ' ' '
' ' ' '
' '
y F x y F x
y b f x a F x b f x a
y f x a b
= =
− = − − = −
= − +
Vậy sau phép tịnh tiến ta thu đồ thị ( )C' y = f x( −a)+b Bài toán nghịch: Vẽ đồ thị hàm số y= f x m( + )+n từ đồ thị y= f x( ) Cách vẽ: Đồng ( ) ( )
( )
y F x f x a b
y f x m n
= = − +
= + +
ta có: ( ; )
a m
u m n
b n
= −
= − =
(2)Áp dụng:
Ví dụ 1: Cho hàm số
( )
y = f x =x − , vẽ đồ thị hàm số a) y = f x( )+3
b) y= f x( −2) c) y= f x( − +2) Giải: y= f x( )=x2−1
a) y= f x( )+ = −3 u ( m n; )=(0;3) ta dịch chuyển lên đơn vị
b) y= f x( −2) = −u ( m n; )=(2;0) ta dịch chuyển sang phải đơn vị
c) y= f x( −2)+ = −3 u ( m n; )=(2;3) ta dịch chuyển sang phải đơn vị lên đơn vị
Để thu ( )' ( )
:
(3)2 Phép đối xứng qua trục Ox
Bài toán: Cho đồ thị ( )C hàm số y= f x( ), vẽ đồ thị ( )C' hàm số
( )
y = f x
Cách vẽ: Tại điểm A x y( 0; 0) ( )C qua phép đối xứng qua trục Ox cho điểm A x'( 0;−y0) thuộc độ thị ( )C' Ta ln có:
0 0
0 0
' ,
' ,
y y y
y y y
=
= −
Do ta có đồ thị ( )'
C bao gồm phần đồ thị ( )C có tung độ khơng âm tập hợp điểm đối xứng với ( )C ( )C có tung độ âm
Ghi nhớ:
Áp dụng
Ví dụ 2: Cho hàm số y = f x( )=x2 −1, vẽ đồ thị hàm số a) y= f x( )
b) y= f x( −2)
c) y= f x( )−3
d) y= f x( −2)−3
e) y= f x( −2)− +3
Giải:
a) Vẽ đồ thị hàm số y= f x( ) lấy đối xứng phần bên trục Ox
Để thu đồ thị ( )'
C hàm số y= f x( ) từ đồ thị ( )C hàm số ( )
(4)b) Vẽ đồ thị hàm số y= f x( −2) lấy đối xứng đồ thị thu
c) Vẽ đồ thị hàm số y = f x( ) 3− lấy đối xứng đồ thị thu
d) Vẽ đồ thị hàm số y= f x( − −2) lấy đối xứng đồ thị thu
e) Vẽ đồ thị hàm số y= f x( − −2) 3, lấy đối xứng đồ thị thu dịch chuyển lên đơn vị
(5)3 Phép đối xứng qua trục Oy
Bài toán: Cho đồ thị ( )C hàm số y= f x( ), vẽ đồ thị ( )C' hàm số
( )
y = f x Cách vẽ:
Tại điểm A x y( 0; 0) ( )C qua phép đối xứng qua trục Oy cho điểm A'(−x y0; 0) thuộc độ thị
( )'
C Ta ln có: 0
0 0
' ( ),
' ( ),
y f x y
y f x y
=
= −
Do ta có đồ thị ( )'
C bao gồm phần đồ thị ( )C có hồnh độ khơng âm tập hợp điểm đối xứng với ( )C ( )C có hồnh độ âm
Ghi nhớ:
Áp dụng
Ví dụ 3: Cho hàm số y = f x( )= x2 −2x−1, vẽ đồ thị hàm số a) y = f x( )
b) y = f x( −2 )
c) y = f x( +3)
d) y = f x( − +2 3)
e) y = f x( −2 +3)+4
Giải:
Để thu đồ thị ( )'
C hàm số y = f x( ) từ đồ thị ( )C hàm số ( )
(6)a) Vẽ đồ thị hàm số y= f x( ), giữ nguyên phần đồ thị ( )C nửa bên phải trục Ox lấy đối xứng qua trục Oy
b) Vẽ đồ thị hàm số y= f x( −2), giữ nguyên phần đồ thị ( )C nửa bên phải đường thẳng x=2 lấy đối xứng qua đường thẳng x=2
c) Vẽ đồ thị hàm số y = f x( +3), giữ nguyên phần đồ thị ( )C nửa bên phải trục Ox lấy đối xứng qua trục
Oy
d) Vẽ đồ thị hàm số y= f x( +1), giữ nguyên phần đồ thị ( )C nửa bên phải đường thẳng x=2 lấy đối xứng qua đường thẳng x=2
(7)II Các hàm số chứa tham số m áp dụng phương pháp cô lập đường thẳng Phương pháp áp dụng với tham số m xuất lần hàm số Với hàm số có nhiều lần xuất tham số m, ta rút gọn dạng M =u m( ) biểu thức chứa m
Ví dụ 4: Rút gọn hàm số để thu phương trình chứa hạng tử có biểu thức chứa m
Giải:
a) y= f x( )= +x m, M =m
b)
( )
y = f x = x + m−m , ta đặt M =2m m− có y = f x( )=x2 +M
c)
( )
y = f x = x + mx−m, ta biến đổi sau:
2
( ) (2 1)
y = f x =x + mx− =m x +m x−
Đặt 1
2
t
t = x− =x + nên
2
2
(2 1)
2
t
x +m x− = + +mt
Vậy
2 ( )
2
t
y =g t = + +mt
d)
2
( ) ( )
( )
y x f m x f m
f x x
= − +
= +
ta biến đổi sau
2 2
( ) ( ) ( ) ( )( 1) ( 1) ( )
y = f x =x − f m x+ f m =x − f m x− = +t −Mt =g t
Do
( ) ( 1)
y =g t = +t −Mt
Với ( )
1
M f m m
t x
= − = − −
= −
Ghi nhớ:
Kể từ đây, hàm số chứa tham số m xuất đưa dạng hàm số chứa biểu thức M =u m( ) chứa tham số m xuất hiện, ta coi M m
(8)III Cô lập đường thẳng
Mọi hàm số y= f x( ) biểu diễn dạng tổng hàm số y=g x( ) có đồ thị ( )C hàm số đường thẳng :y=h x( )=kx: y= f x( )=g x( )+kx
Khi ( )g x có nghiệm x0, g x( )0 = 0 g x( )0 +h x( )0 =h x( )0 f x( )0 =h x( )0
Nên phương trình ( )f x =h x( ) có nghiệm x0
Do đó, ta ln vẽ đường thẳng đồ thị ( )C giao điểm có hồnh độ nghiệm phương trình ( )g x =0
Vì y= f x( )=g x( )+h x( ) chứa tham số m nên xảy trường hợp sau: + m nằm g x( ), ta cố định
+ m nằm ( )h x , ta cố định ( )C
Bước lại vẽ đồ thị hệ trục Oxy biện luận tương giao đồ thị để tìm giá trị m Nếu chứa M ta giải tiếp phương trình M =u m( ) để tìm m
Ghi nhớ:
Cơ lập đường thẳng
- Biểu diễn hàm y= f x( )=g x( )+kx
- Giải g x( )=0 có nghiệm xi
- y= f x( ) cắt y=kx điểm có hồnh độ xi
- g x( ) =0 y f x( ) nằm y =kx
- g x( ) =0 y f x( ) nằm y =kx
- Xác định yếu tố cố định khác
- Tìm trường hợp tương giao thỏa mãn đề
(9)B Các dạng tốn điển hình
I Biện luận số điểm cực trị biểu thức chứa dấu giá trị tuyệt đối theo m
1 Hàm số 2
y = f(x) = ax + bx + c + dx + e
Xét hàm số y = f x( )= ax2 +bx+ +c dx có đồ thị ( )C hệ số a0 (nếu a0, ta có ax2 +bx+ = −c ax2 −bx−c có − a 0và hàm số y= ax2 +bx+ +c dx+e hoàn toàn giống hàm số y= ax2+bx+ +c dx hình dạng số điểm cực trị)
Đặt
( )
y=g x =ax +bx+c, đường thẳng : y=h x( )=dx,
( ) ( ) ( ) ( )
k x = −g x +h x = −ax + d −b x−c có điểm cực trị ( 0; ( ) ,0 ) 0
d b
A x k x x
a
− =
( )
g x
A Đồ thị minh họa Điều kiện Số cực trị
0
4
b ac (1) cực tiểu
0
Nửa mặt phẳng
không
chứa ( )
2
0
4 ;
b ac
x x x
(2)
1 cực đại, cực tiểu
Nửa mặt phẳng
bờ ( )
2
0
4 ;
b ac
x x x
(10)Xét (1) cho trường hợp a0 (−b)2 − −4( a).(− =c) b2 −4ac Xét (2):
( )
2
2
0
2
4
4
;
2 2
4
b ac
b ac
b b ac d b b b ac
x x x
a a a
b ac d
− − − − − + −
−
Kết cho a0 Xét (3):
( )
2
2
2
0
2
4
4
2
;
4
2
b ac
d b b b ac
b ac
d b ac
a a
x x x
d b b b ac
a a
− − − −
−
−
− + −
Kết cho a0 Ghi nhớ:
Ví dụ 5: Cho hàm số y = f x( )= x2 −4x+ +3 mx Có tất giá trị nguyên m để hàm số y= f x( ) có điểm cực trị?
Giải:
Xét hàm số y = f x( )= x2 −4x+ +3 mx có đồ thị ( )C , hàm số
( )
y =g x =x − x+ đường thẳng có phương trình y=h x( )=mx,
( ) ( ) ( )
f x = g x +h x
Nhận thấy ( )g x =0 có nghiệm x=1,x=3 nên ( )C cắt điểm phân biệt ( )1;
B m C(3;3m)
Tìm m để đồ thị hàm số y = f x( )= ax2 +bx+ +c dx+e có: - điểm cực trị (cực tiểu): d2 b2 −4ac
(11)Trong khoảng [1;3],
( ) ( ) ( ) ( 4)
f x = −g x +h x = − +x m+ x−
nên đồ thị hàm số y= f x( ) có điểm cực trị A x y( ;0 0) 0
2
m
x = + Để y= f x( ) có điểm cực trị cực trị A x y( ;0 0)
thuộc nửa mặt phẳng bờ không chứa , tương đương 1x0 3, nên
4
1 2
2
m
m
+
−
Vậy có giá trị m thỏa mãn toán
Giải nhanh
2 2
4 2
d b − acm − m
Ví dụ 6: Có giá trị ngun m thuộc −2020;2020 để hàm số
2
y = +x x − x+m có cực đại Giải:
Xét hàm số y = f x( )= +x x2 −2x+m có đồ thị ( )C , hàm số y =g x( )=x2 −2x+m có đồ thị
(Cg) đường thẳng có phương trình ( )
y=h x =x f x( )= g x( ) +h x( )
Để y= f x( ) có cực đại phải thỏa mãn đồng thời điều kiện:
+ ( )C cắt điểm phân biệt B x d x( 1; ( )1 )
và C x d x( 2; ( 2)) hay ( )g x =0 có nghiệm phân biệt x1, x2 (1)
+ Điểm cực trị A x y( ;0 0) hàm số y= −g x( )+d x( )= − +x2 3x−m thuộc nửa mặt phẳng bờ không chứa hay 1 2
2
x x (2) Từ (1) (2) ta có:
( )
1
'
3
3 4
2
g x m
m
x x
=
= −
(12)Vậy có 2021 giá trị m thỏa mãn tốn
Giải nhanh:
2
4 4
4
d b − ac − m m
2 Hàm số 2
y = f(x) = ax + bx + c + dx
Đặt
( )
g x =ax +bx+c, h x( )= g x( ) +dx, tương tự ta xét phạm vi a0 d 0
a) Trường hợp 1: g x( )=0 vơ nghiệm có nghiệm kép
- Hàm số có cực tiểu khi:
2
2 ( )
4
4
( ) ( )
( )
0
h x
b ac
b ac
h x ax b d x c
b d ac
−
−
= + + +
+ −
- Hàm số có cực tiểu, cực đại khi:
2
2
4
4
( ) ( )
( )
b ac
b ac
h x ax b d x c
b d ac
−
−
= + + +
+ −
( )
g x
A Đồ thị minh họa Số cực trị
0
Không thấp
Ox
1 cực tiểu
Thấp
Ox
(13)b) Trường hợp 2: g x( )=0 có nghiệm phân biệt x x1, 2 Đường thẳng y =dx tiếp xúc với đồ thị hàm số y =h x( ) điểm B x d x( 1; ( )1 ); C(x d x2; ( )2 )
Đặt
( ) ( ) ( ) ( )
k x = −g x +d x = −ax + d −b x−c, cực trị A x k x( 0; ( )0 ) có ( )2
0
4 ;
2
b d ac
b d b d
x A
a a a
− −
− −
=
- Nếu B, C không nằm trục Ox, ta có
1
1
.( ) 0
0,
0
d x x bd
d x d x
d x d x c
+
Khi
( )
f x = ax +bx+ +c dx Theo kết mục B.I.1.: + Đồ thị hàm số có điểm cực tiểu, điểm cực đại
2 0 bd c
d b ac
−
+ Đồ thị hàm số có cực tiểu
2 0 bd c
d b ac
−
- Nếu điểm B, C nằm trục Oy, suy c0 0 c bd =
, theo
kết từ mục B.I.1 thì:
+ Đồ thị hàm số có điểm cực đại, điểm cực tiểu
2 0 c bd c
d b ac
= −
+ Đồ thị hàm số có điểm cực đại, điểm cực tiểu
2 0 c bd c
d b ac
(14)- Nếu điểm B, C nằm trục Oy, suy bd 0và c0, đó: + A khơng cao B C Đồ thị hàm số có điểm cực đại, điểm cực tiểu: 2 0 c bd
d b ac
−
+ A cao B C không cao Ox Đồ thị hàm số có điểm cực đại, điểm cực tiểu
( ) ( ) 2 2 2 0 0 4 4 0 c c bd bd
d b ac
d b ac
b d ac
b d ac
a − − − − − −
+ A cao Ox Đồ thị hàm số có điểm cực đại, điểm cực tiểu
( ) ( ) 2 2 2 0 0 4 4 0 c c bd bd
d b ac
d b ac
b d ac
b d ac
(15)Tổng hợp lại kết quả:
Ví dụ 7: (TTLT Thanh Chương – Nghệ An lần năm 2020): Cho hàm số
( ) 10 16
f x = x − x+ +mx Có giá trị nguyên tham số m để hàm số
( ) ( )
g x = f x có điểm cực trị Giải:
Đặt
( ) 10 16
h x =x − x+ , ( )u x =mx Đồ thị y= f x( ) y=u x( ) hình
Tìm số điểm cực trị đồ thị hàm số y= f x( )= ax2+bx+ +c dx với 0,
d a
- Một điểm cực trị:
2
4
( )
b ac
b d ac
−
+ −
2
0
4
abd ac
d b ac
−
- Ba điểm cực trị:
2
4
( )
b ac
b d ac
−
+ −
2
0
4
abd ac
d b ac
− 2 0 c abd ac
d b ac
= − 2 0 ac abd
d b ac
−
- Năm điểm cực trị:
2 0 c abd ac
d b ac
= − ( ) 2 0 4 ac abd
d b ac
b d ac
− − −
- Bảy điểm cực trị:
( ) 2 0 4 ac abd
d b ac
b d ac
(16)Nhận thấy m0 y=g x( )= f x( ) hình nên có tối đa cực trị
Vậy m0, khảo sát qua trường hợp đường thẳng y=d x( ) đồ thị hàm số y =h x( ) ta có kết luận để đồ thị hàm số g x( )= f x( ) có điểm cực trị điểm cực trị M x( M;yM) hàm số y= −h x( )+u x( )= − +x2 (10+m x) −16 phải thỏa mãn đồng thời
2 M M x m y − −
Vậy có giá trị m thỏa mãn đề
Giải nhanh: ( ) ( ) 2 2 10 0
36
4
10 64
4
ac
m abd
m m
d b ac
m
b d ac
− − − − − − − −
II Biện luận nghiệm phương trình
Ví dụ 8: Tìm tập hợp tất số thực m để phương trình 2x−1 =log (4 x+2 )m +m có nghiệm? Giải: 2 log ( )
2
2 log ( ) log ( ) 2 ( ) log ( )
2 log ( )
x x
x
x m
x
x m m x m m
x x m x m
x x m
−
+
= + + = + +
+ = + + +
+ = + +
Đặt f t( )=2t +t f t, '( )=2 ln 1t + 0 đo y= f t( ) đồng biến , phương trình cho tương đương: f x( )= f(log (2 x+2 ))m =x log (2 x+2 )m
Xét hàm số y =g x( )=log2 x có tiếp tuyến ( ) x0song song với đường thẳng ( )d y=x phương trình trình tiếp tuyến
0 0
2
0
'( )( )
1
( ) : log
1
'( ) ln ln
ln
y y g x x x
(17)2
1
( ) : log
ln ln
y x m
= + − +
Nhận thấy nghiệm phương trình
log ( )
x= x+ m hoành độ giao điểm đường thẳng ( )d đồ thị hàm số
( )
y=g x+ m , đồ thị có giao điểm
tiếp tuyến ( )m trùng với ( )d lệch bên trái so với ( )d , giao điểm ( )m với trục Ox có hồnh độ khơng dương, hay:
2
1 1
(2 log ) log ln
ln ln 2ln 2
m m
− − + +
Ví dụ 9: Cho ( )f x hàm đa thức bậc hai có đồ thị hình vẽ Gọi S tập hợp giá trị nguyên âm tham số m để phương trình
5 ( )f x =mx− −m 10 có nghiệm phân biệt Số phần tử tập hợp S là?
Giải:
Hàm số cho hàm bậc nên có dạng y = f x( )=ax2 +bx+c qua điểm (0; , 2; ,(4; 1)− ) ( − ) − nên có phương trình ( ) 2
2
y= f x = x − x−
Đặt t = −x 1,
( )
5 ( ) 10
5
m f x =mx− −m f t+ + = t
Trên hệ trục tọa độ Oty, xét đồ thị
( )C hàm số y =g t( )= f t( +1)+2 đường thẳng :
5
m
y t
=
Để đường thẳng ( )C cắt điểm, có hệ số góc âm nên bị giới hạn khoảng trục Ox đường thẳng 0 Dễ tìm tọa độ M(1;1) nên đường thẳng 0 qua M(1;1) (0;0)O y= −t
Dựa vào hệ số góc 0, ta có: 5
m
m
(18)III Biện luận giá trị lớn giá trị nhỏ hàm số
1 Tìm điều kiện để giá trị nhỏ hàm số f(x) = ax + bx + c + dx + e2 đạt giá trị lớn
Xét hàm số y = f x( )= ax2 +bx+ +c dx có đồ thị ( )C với a0,
( )
g x =ax +bx+c đường thẳng : y=h x( )=dx a) Trường hợp c0, đồ thị hàm số y= f x( ) qua ( )0;c nên Minf x( )c
Min f x( ) đạt Max=c x=0,
'(0) 0
f = + =b d
b) Trường hợp c 0 ac0, g x( )=0 có nghiệm trái dấu x x1, 2 ( )C tiếp xúc với B x h x( 1; ( ) , C1 ) (x h x2; ( 2)) Nếu d 0, ln có B C
nằm trục Oy nên Minf x( ) =0 d Ghi nhớ
Ví dụ 10: Tìm m để giá trị nhỏ hàm số y = f x( )= x2 −4x+ +3 mx đạt giá trị lớn
Giải:
Xét hàm sốy=g x( )=x2 −4x+3 đường thẳng y=h x( )=mx hình vẽ
Nhận thấy hàm số ( )f x qua điểm (0;3) với m nên Minf x( )3 Để Minf x( )=3 lân cận 0, ( )g x 0 nên
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
f x = g x +h x =g x +h x =x2 +(m−4)x+3
đạt cực tiểu x=0 Hay: 4
m
m
− = =
Giải nhanh
Tìm điều kiện để giá trị nhỏ hàm số
( )
y= f x = ax +bx+ +c dx+e (a0) đạt giá trị lớn - Nếu c0, Minf x( )= + =c b d
(19)Ví dụ 11: Cho hàm số f x( )= x2 +mx+ −1 2x Giá trị nhỏ hàm số ( )f x
đạt lớn m bao nhiêu? Giải:
Tương tự câu Đặt
( ) 1,
g x =x +mx+ (0) 0g = nên x0,
( ) , '( ) 2
f x =x +mx+ − x f x = x+ −m , '( )
2
m f x = = −x −
Vì ( )f x ln qua điểm (0;1) nên để Min[ ( )]f x đạt Max=1
0
2
m
m
−
− = =
Giải nhanh
0
b+ = =d m
Ví dụ 12: Cho hàm số f x( )= x2 +mx+ +3 2x Khi giá trị nhỏ hàm số ( )
f x đạt giá trị lớn m bao nhiêu? Giải:
Hồn tồn tương tự: m= −2
Giải nhanh
0
b+ = = −d m
2 Một số dạng tốn tương tự
Ví dụ 13: Cho hàm số f x( )= 2x2 −mx− +1 2x Biết giá trị nhỏ ( )f x
bằng -2 Tìm giá trị m? Giải:
Đặt
( )
y=g x = x −mx− y=h x( )=2x
Nhận thấy đồ thị hàm số g x( ) qua điểm (0; 1)− nên g x( ) cắt trục hoành điểm có hồnh độ x1 0 x2
( )
g x , dấu xảy x x1, 2 ( ) ( ) ( ) ( )
f x g x h x h x
= + , dấu xảy 1,
x x
Vậy giá trị nhỏ ( )f x h x( )1
Do 2x1 = − 2 x1= −1
1
(20)1 2
1 2
1
2
1
2
m
x x x
m
x x x
+ = − + =
= −
−
= − =
Ví dụ 14: Với k, gọi mk giá trị nhỏ hàm số
3
( )
f x = x − x+ −x −kx+k (k tham số thực, biết mk đạt giá trị lớn nhất, tìm
k? Giải:
Đặt t = −x
2
( ) ( 3) ( 1)
f x = t t+ − +t −kt
3 2
( ) ( 1) ( 2) ( 1)
f x = x − x+ −x −kx+ =k x− x+ −x −k x−
Theo giả thiết f x( )mk, x t t2( +3) − +(t 1)2 +kt mk,t Xét đồ thị ( )C hàm số
2
( ) ( 3) ( 1)
y=g t = t t+ − +t hay
3
3
2 1,
( )
4 1,
t t t t
g t
t t t t
+ − − −
=
− + − − −
đường thẳng :y=h t( )= +kt mk hệ trục tọa độ Oty hình vẽ Vì
( ) ( ),
g t d t t dấu có xảy nên ln tiếp xúc với ( )C Trong trường hợp trường hợp 0 cho
k
m lớn tiếp tuyến ( )C
N qua M( 3; 4)− − nên ta có phương trình : 4
y t
= − Vậy
(21)