Có bao nhiêu số nguyên dương \(y\) nhỏ hơn \(500\) sao cho ứng với mỗi \(y\) tồn tại ít nhất 9 số nguyên \(x\) thỏa mãn bất phương trình \({{x}^{4}}+2{{x}^{2}}-y+1\le {{\log }_{2}}\frac{\sqrt{2y+1}}{{{x}^{2}}+1}\)?
Suy nghĩ trả lời câu hỏi trước khi xem đáp án
Lời giải:
Báo saiTa có bất phương trình \(\Leftrightarrow {{\left( {{x}^{2}}+1 \right)}^{2}}-y\le {{\log }_{2}}{{\left( 2y+1 \right)}^{\frac{1}{2}}}-{{\log }_{2}}\left( {{x}^{2}}+1 \right)\)
\(\Leftrightarrow 2{{\left( {{x}^{2}}+1 \right)}^{2}}-2y\le {{\log }_{2}}\left( 2y+1 \right)-{{\log }_{2}}{{\left( {{x}^{2}}+1 \right)}^{2}}\).
\(\Leftrightarrow 2{{\left( {{x}^{2}}+1 \right)}^{2}}+{{\log }_{2}}{{\left( {{x}^{2}}+1 \right)}^{2}}\le {{\log }_{2}}\left( 2y+1 \right)+2y+1-1\)
\(\Leftrightarrow 2{{\left( {{x}^{2}}+1 \right)}^{2}}+{{\log }_{2}}\left[ 2{{\left( {{x}^{2}}+1 \right)}^{2}} \right]\le {{\log }_{2}}\left( 2y+1 \right)+\left( 2y+1 \right)\)
Xét hàm đặc trưng \(f\left( t \right)=t+{{\log }_{2}}t\) với \(t\in \left( 0;+\infty \right)\).
Ta có: \(f'\left( t \right)=1+\frac{1}{t\ln 2}>0\)\(\forall t>0\Rightarrow f\left( t \right)\) đồng biến trên \(\left( 0;+\infty \right)\).
Do đó \(\left( * \right)\Leftrightarrow 2{{\left( {{x}^{2}}+1 \right)}^{2}}\le 2y+1\) \(\Leftrightarrow 2{{x}^{4}}+4{{x}^{2}}+1\le 2y\).
Đặt \(g\left( x \right)=2{{x}^{4}}+4{{x}^{2}}+1\) với \(x\in \mathbb{R}\).
Ta có: \(g'\left( x \right)=8{{x}^{3}}+8x\). Cho \(g'\left( x \right)=0\Leftrightarrow x=0\).
Lập bảng biến thiên ta có:
Dựa vào bảng biến thiên ta thấy \(2y\ge g(4)={{2.4}^{4}}+{{4.4}^{2}}+1=577\)\(\Rightarrow y\ge \frac{577}{2}=288,5\).
Do
\(\left\{ \begin{align} & y\in {{\mathbb{Z}}^{+}} \\ & y<500 \\ \end{align} \right.\)
\(\Rightarrow y\in \left\{ 289;290;...;499 \right\}\) \(\Rightarrow \) Có tất cả \(211\) giá trị nguyên thỏa mãn.
Đề thi thử tốt nghiệp THPT môn Toán năm 2023
Trường THPT Lê Quý Đôn