Cho hàm số y = f(x) có đồ thị y = f'(x) như hình vẽ:

Có tất cả các giá trị nguyên của m với $m \in [-2025; 2025]$ để hàm số $g\left(x\right) = f(x-1) - (2m+1)$ đồng biến trên khoảng $(0; +\infty )$? (nhập đáp án vào ô trống )

Đáp án:  _____

Đáp án đúng là "2023"

Phương pháp giải

Khảo sát và dùng điều kiện để hàm số đồng biến đánh giá hàm \(g\left( x \right)\), xác định hàm \(f'\left( x \right)\), cô lập \(m\)

Lời giải

\(g'\left( x \right) = f'\left( {x - 1} \right) - \left( {2m + 1} \right)\)

Hàm số đồng biến trên khoảng \(\left( {0; + \infty } \right) \Leftrightarrow y' \ge 0,\forall x \in \left( {0; + \infty } \right)\)

\( \Leftrightarrow f'\left( {x - 1} \right) - 2m - 1 \ge 0,\forall x \in \left( {0; + \infty } \right)\) (1)

Ta có:

Đồ thị hàm số \(y = f'\left( x \right)\) có dạng đồ thị hàm bậc 3

\( \Rightarrow \) phương trình \(y = f'\left( x \right)\) có dạng: \(y = f'\left( x \right) = a{x^3} + b{x^2} + cx + d\) với \(a \ne 0\)

Đồ thị hàm số đi qua các điểm có tọa độ: \(\left( { - 2;2} \right),\left( {0; - 1} \right),\left( {1;2} \right)\)

\( \Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{ - 8a + 4b - 2c + d = 2}\\{0.a + 0.b + 0.c + d =  - 1}\\{a + b + c + d = 2}\end{array}} \right.\)

\( \Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{d =  - 1}\\{ - 8a + 4b - 2c = 3}\\{a + b + c = 3}\end{array}} \right.\) (*)

Đồ thị hàm số có hai điểm cực trị có tọa độ: \(\left( { - 2;2} \right),\left( {0; - 1} \right) \Rightarrow x =  - 2\) là nghiệm của phương trình \(y' = 0\)

Có: \(y' = 3a{x^2} + 2bx + c \Rightarrow 12a - 4b + c = 0\) (**)

Từ \(\left( {\rm{*}} \right),\left( {{\rm{**}}} \right)\) ta có hệ phương trình: \(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{ - 8a + 4b - 2c = 3}\\{a + b + c = 3}\\{12a - 4b + c = 0}\end{array} \Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{a = \frac{3}{4}}\\{b = \frac{9}{4}}\\{c = 0}\end{array}} \right.} \right.\)

\( \Rightarrow y = f'\left( x \right) = \frac{3}{4}{x^3} + \frac{9}{4}{x^2} - 1\)

\( \Rightarrow f'\left( {x - 1} \right) = \frac{3}{4}{(x - 1)^3} + \frac{9}{4}\left( {x - 1} \right) - 1 = \frac{3}{4}{x^3} - \frac{9}{4}{x^2} + \frac{9}{2}x - 4\)

\( \Rightarrow \) Bất phương trình (1)

\( \Leftrightarrow \frac{3}{4}{x^3} - \frac{9}{4}{x^2} + \frac{9}{2}x - 4 - 2m - 1 \ge 0,\forall x \in \left( {0; + \infty } \right) \Leftrightarrow \frac{3}{4}{x^3} - \frac{9}{4}{x^2} + \frac{9}{2}x - 5 - 2m \ge 0,\forall x \in \left( {0; + \infty } \right)\)

Xét hàm số: \(h\left( x \right) = \frac{3}{4}{x^3} - \frac{9}{4}{x^2} + \frac{9}{2}x - 5\) trên khoảng \(\left( {0; + \infty } \right)\)

\( \Rightarrow h\left( x \right) - 2m \ge 0 \Leftrightarrow h\left( x \right) \ge 2m,\forall x \in \left( {0; + \infty } \right)\)

\(h'\left( x \right) = \frac{9}{4}{x^2} - \frac{9}{2}x + \frac{9}{2}\)

Ta thấy: \(h'\left( x \right) > 0\forall x \in \left( {0; + \infty } \right) \Rightarrow \) Hàm số \(y = h\left( x \right)\) đồng biến trên khoảng \(\left( {0; + \infty } \right)\)

Bảng biến thiên hàm số \(y = h\left( x \right)\):

​

Dựa vào bảng biến thiên ta thấy: \(2m \le  - 5 \Leftrightarrow m \le \frac{{ - 5}}{2}\)

Mà \(m \in \left[ { - 2025;2025} \right] \Rightarrow \) Có tất cả 2023 giá trị \(m\) thỏa mãn yêu cầu bài toán.