Có tất cả bao nhiêu số nguyên m thuộc khoảng (-10;10) để hàm số \(y=\frac{1}{3} e^{3 x}+m e^{2 x}+(m-3) e^{x}+2020\) đồng biến trên khoảng \([0 ; \ln 2] ?\)
Suy nghĩ và trả lời câu hỏi trước khi xem đáp án
Lời giải:
Báo sai\(\text { Ta có: } y^{\prime}=e^{3 x}+2 m e^{2 x}+(m-3) e^{x}=e^{x}\left(e^{2 x}+2 m e^{x}+m-3\right) \text { . }\)
\(\begin{array}{l} \text { Để hàm số } y=\frac{1}{3} e^{3 x}+m e^{2 x}+(m-3) e^{x}+2020 \text { đồng biến trên khoảng }[0 ; \ln 2]\\ \Leftrightarrow y^{\prime} \geq 0 \forall x \in[0 ; \ln 2] \Leftrightarrow e^{2 x}+2 m e^{x}+m-3 \geq 0 \forall x \in[0 ; \ln 2]\\ \Leftrightarrow m \geq \frac{3-e^{2 x}}{2 e^{x}+1}=f(x) \forall x \in[0 ; \ln 2] \Leftrightarrow m \geq \max\limits _{[0, \ln 2]} f(x) \end{array}\)
\(\begin{array}{l} \text { Đặt } t=e^{x} \text { . Vì } x \in[0 ; \ln 2] \Rightarrow t \in[1,2] \\ \text { Ta có: } f(x)=\frac{3-t^{2}}{2 t+1} \end{array}\)
\(\text { Xét } f^{\prime}(x)=\frac{-2 t(2 t+1)-2\left(3-t^{2}\right)}{(2 t+1)^{2}}=\frac{-2 t^{2}-2 t-6}{(2 t+1)^{2}}<0 \forall t \in[1 ; 2]\)
\(\text { hàm số } f(x) \text { nghịch biến }\text { trên đoạn }[1 ; 2]\)
\(\Rightarrow \max\limits _{[0 ; \ln 2]} f(x)=\max\limits _{[1 ; 2]} f(t)=f(1)=\frac{2}{3} \Rightarrow m \geq \frac{2}{3} .\)
\(\text { Vì } m \in Z, m \in(-10 ; 10) \Rightarrow \text { có } 9 \text { số nguyên } m \text { thỏa mãn }\)