Cho hàm số $y=x^4-4x^2+m$. Tìm $m$ để đồ thị của hàm số cắt trục hoành tại $4$ điểm phân biệt sao cho hình phẳng giới hạn bởi đồ thị với trục hoành có diện tích phần phía trên trục hoành bằng diện tích phần phía dưới trục hoành. Khi đó $m=\dfrac{a}{b}$ với $\dfrac{a}{b}$ là phân số tối giản. Tính $a+2b$.
$37$ | |
$38$ | |
$0$ | |
$29$ |
Chọn phương án B.
Phương trình hoành độ giao điểm: $$x^4-4x^2+m=0\Leftrightarrow m=4x^2-x^4\;(1)$$
Giả sử $x=\pm u$, $x=\pm v$ ($v>u>0$) lần lượt là $4$ nghiệm của phương trình $(1)$.
Theo đề bài ta có $$\displaystyle\int\limits_{-u}^{u}\left(x^4-4x^2+m\right)\mathrm{\,d}x=\displaystyle\int\limits_{-v}^{-u}\left(-x^4+4x^2-m\right)\mathrm{\,d}x+\displaystyle\int\limits_{u}^{v}\left(-x^4+4x^2-m\right)\mathrm{\,d}x$$
Vì tính đối xứng của hàm chẵn nên đẳng thức trên trở thành \begin{eqnarray*}
&\displaystyle\int\limits_{0}^{u}\left(x^4-4x^2+m\right)\mathrm{\,d}x&=\displaystyle\int\limits_{u}^{v}\left(-x^4+4x^2-m\right)\mathrm{\,d}x\\
\Leftrightarrow&\left(\dfrac{x^5}{5}-\dfrac{4x^3}{3}+mx\right)\bigg|_0^u&=\left(-\dfrac{x^5}{5}+\dfrac{4x^3}{3}-mx\right)\bigg|_u^v\\
\Leftrightarrow&\dfrac{u^5}{5}-\dfrac{4u^3}{3}+mu&=-\dfrac{v^5}{5}+\dfrac{4v^3}{3}-mv+\dfrac{u^5}{5}-\dfrac{4u^3}{3}+mu\\
\Leftrightarrow&\dfrac{v^5}{5}-\dfrac{4v^3}{3}+mv&=0\\
\Leftrightarrow&v\left(\dfrac{v^4}{5}-\dfrac{4v^2}{3}+m\right)&=0\\
\Leftrightarrow&\dfrac{v^4}{5}-\dfrac{4v^2}{3}+m&=0\\
\Leftrightarrow&m&=-\dfrac{v^4}{5}+\dfrac{4v^2}{3}\;(2)
\end{eqnarray*}
Vì $x=v$ là một nghiệm của phương trình $(1)$ nên ta có $m=4v^2-v^4$ (3).
Từ (2) và (3) ta có phương trình $$\begin{aligned}
&-\dfrac{v^4}{5}+\dfrac{4v^2}{3}=4v^2-v^4\\
\Leftrightarrow&\,\dfrac{4v^4}{5}-\dfrac{8v^2}{3}=0\\
\Leftrightarrow&\,v^2\left(\dfrac{4v^2}{5}-\dfrac{8}{3}\right)=0\\
\Leftrightarrow&\,\dfrac{4v^2}{5}-\dfrac{8}{3}=0\\
\Leftrightarrow&\,v^2=\dfrac{10}{3}.
\end{aligned}$$
Thay $v^2=\dfrac{10}{3}$ vào $(2)$ ta được $m=\dfrac{20}{9}$.
Vậy $\begin{cases}
a=20\\ b=9
\end{cases}\Rightarrow a+2b=20+2\cdot9=38$.