Câu hỏi
Cho hàm số \(y={{x}^{3}}-3{{x}^{2}}-({{m}^{2}}-2)x+{{m}^{2}}\) có đồ thị là đường cong (C). Biết rằng có 2 giá trị thực \({{m}_{1}},\,{{m}_{2}}\) của tham số \(m\) để hai điểm cực trị của (C) và hai giao điểm của (C) với trục hoành tạo thành bốn đỉnh của một hình chữ nhật. Tính \(T=m_{1}^{4}+m_{2}^{4}.\)
- A \(T=22-12\sqrt{2}.\)
- B \(T=11-6\sqrt{2}.\)
- C \(T=\frac{3\sqrt{2}-2}{2}.\)
- D \(T=\frac{15-6\sqrt{2}}{2}.\)
Lời giải chi tiết:
\(\begin{array}{l}y = {x^3} - 3{x^2} - ({m^2} - 2)x + {m^2}\\y' = 3{x^2} - 6x - {m^2} + 2\\y'' = 6x - 6\\y'' = 0 \Leftrightarrow x = 1\end{array}\)
Gọi A, B là 2 điểm cực trị của (C); M, N là giao điểm của (C) với trục hoành (biểu diễn như hình vẽ).
Tâm đối xứng của (C): \(I(1;0)\in Ox\)
\(\Rightarrow \)M đối xứng N qua I.
\(\Rightarrow \)AMBN là hình bình hành. Như vậy, để AMBN là hình chữ nhật thì AB = MN.
* Lập phương trình đường thẳng AB:
\(y={{x}^{3}}-3{{x}^{2}}-({{m}^{2}}-2)x+{{m}^{2}},\,\,y'=3{{x}^{2}}-6x-{{m}^{2}}+2\)
Chia \(y\)cho \(y'\), ta có: \(y=\frac{1}{3}(x-1).y'-\frac{2}{3}({{m}^{2}}+1)x+\frac{2}{3}({{m}^{2}}+1)\)
\(\Rightarrow \)PT đường thẳng AB: \(y=-\frac{2}{3}({{m}^{2}}+1)x+\frac{2}{3}({{m}^{2}}+1)\,\,(d)\)
Gọi tọa độ điểm 2 điểm A, B là: \(A\left( {{x}_{1}};-\frac{2}{3}({{m}^{2}}+1){{x}_{1}}+\frac{2}{3}({{m}^{2}}+1) \right)\,,\,\,B\left( {{x}_{2}};-\frac{2}{3}({{m}^{2}}+1){{x}_{2}}+\frac{2}{3}({{m}^{2}}+1) \right)\)
Ta có: \(y'=0\Leftrightarrow 3{{x}^{2}}-6x-{{m}^{2}}+2=0\)
\( \Rightarrow {x_1} + {x_2} = 2,\,\,{x_1}{x_2} = \frac{{2 - {m^2}}}{3}\)
Độ dài đoạn AB:
\(\begin{array}{l}AB = \sqrt {{{({x_2} - {x_1})}^2} + {{\left[ {\left( { - \frac{2}{3}({m^2} + 1){x_2} + \frac{2}{3}({m^2} + 1)} \right) - \left( { - \frac{2}{3}({m^2} + 1){x_1} + \frac{2}{3}({m^2} + 1)} \right)} \right]}^2}} \\ = \sqrt {{{({x_2} - {x_1})}^2} + \frac{4}{9}{{({m^2} + 1)}^2}{{({x_2} - {x_1})}^2}} = \sqrt {\left[ {1 + \frac{{4{{({m^2} + 1)}^2}}}{9}} \right]{{({x_2} - {x_1})}^2}} = \sqrt {\left[ {1 + \frac{{4{{({m^2} + 1)}^2}}}{9}} \right]\left[ {{{({x_2} + {x_1})}^2} - 4{x_1}{x_2}} \right]} \\ = \sqrt {\left[ {1 + \frac{{4{{({m^2} + 1)}^2}}}{9}} \right]\left[ {{2^2} - 4.\frac{{2 - {m^2}}}{3}} \right]} = \sqrt {\left[ {1 + \frac{{4{{({m^2} + 1)}^2}}}{9}} \right]\left[ {\frac{4}{3}({m^2} + 1)} \right]} \end{array}\)
* Xét phương trình hoành độ giao điểm của (C) với trục hoành:
\({x^3} - 3{x^2} - ({m^2} - 2)x + {m^2} = 0 \Leftrightarrow (x - 1)({x^2} - 2x - {m^2}) = 0 \Leftrightarrow \left[ \begin{array}{l}x = 1\\{x^2} - 2x - {m^2} = 0\end{array} \right.\)
Tọa độ điểm các điểm M, N là: \(M({{x}_{1}}';0),\,\,N({{x}_{2}}';0)\) , với \({{x}_{1}}'+{{x}_{2}}'=2,\,\,{{x}_{1}}'.{{x}_{2}}'=-{{m}^{2}}\)
\(MN=\sqrt{{{({{x}_{2}}'-{{x}_{1}}')}^{2}}}=\sqrt{{{({{x}_{2}}'+{{x}_{1}}')}^{2}}-4{{x}_{1}}'{{x}_{2}}'}=\sqrt{{{2}^{2}}-4.(-{{m}^{2}})}=\sqrt{4({{m}^{2}}+1)}\)
\(\begin{array}{l}AB{\rm{ }} = {\rm{ }}MN \Leftrightarrow \sqrt {\left[ {1 + \frac{{4{{({m^2} + 1)}^2}}}{9}} \right]\left[ {\frac{4}{3}({m^2} + 1)} \right]} = \sqrt {4({m^2} + 1)} \Leftrightarrow \left[ {1 + \frac{{4{{({m^2} + 1)}^2}}}{9}} \right]\left[ {\frac{4}{3}({m^2} + 1)} \right] = 4({m^2} + 1)\\ \Leftrightarrow 1 + \frac{{4{{({m^2} + 1)}^2}}}{9} = 3 \Leftrightarrow \frac{{4{{({m^2} + 1)}^2}}}{9} = 2 \Leftrightarrow {({m^2} + 1)^2} = \frac{9}{2} \Leftrightarrow 2{m^4} + 4{m^2} - 7 = 0 \Leftrightarrow \left[ \begin{array}{l}{m^2} = \frac{{ - 2 + 3\sqrt 2 }}{2}\\{m^2} = \frac{{ - 2 - 3\sqrt 2 }}{2}\,\,(vo\,\,nghiem)\end{array} \right.\end{array}\) \(T = m_1^4 + m_2^4 = 2.{\left( {\frac{{ - 2 + 3\sqrt 2 }}{2}} \right)^2} = 11 - 6\sqrt 2 \)
Chọn: B.