Google
Câu hỏi: Cho hàm số $f\left( x \right)={{e}^{3x}}+a{{e}^{2x}}+b{{e}^{x}}$ với $a$, $b$ là các số thực. Biết hàm số $g\left( x \right)=f\left( x \right)+{f}'\left( x \right)$ có hai giá trị cực trị là $2$ và $5$. Diện tích hình phẳng giới hạn bởi các đường $y={{g}^{3}}\left( x \right)$ và $\left( -f\left( x \right)+5{f}'\left( x \right)+2{{e}^{3x}} \right){{g}^{2}}\left( x \right)$ bằng:
A. $21$.
B. $7$.
C. $107$.
D. $39$.
A. $21$.
B. $7$.
C. $107$.
D. $39$.
Ta có: ${f}'\left( x \right)=3{{e}^{3x}}+2a{{e}^{2x}}+b{{e}^{x}}$.
$\Rightarrow g\left( x \right)=4{{e}^{3x}}+3a{{e}^{2x}}+2b{{e}^{x}}\Rightarrow g'\left( x \right)=12{{e}^{3x}}+6a{{e}^{2x}}+2b{{e}^{x}}$
Ta có: ${g}'\left( x \right)=2{{e}^{x}}\left( 6{{e}^{2x}}+3a{{e}^{x}}+b \right)\Rightarrow {g}'\left( x \right)=0\Leftrightarrow 6{{e}^{2x}}+3a{{e}^{x}}+b=0$ (Đây là một phương trình bậc hai với ${{e}^{x}}$ nên có tối đa $2$ nghiệm, suy ra $g\left( x \right)$ có tối đa $2$ cực trị).
Theo giả thiết ta có phương trình ${g}'\left( x \right)=0$ có hai nghiệm $m,$ $n$ và $\left\{ \begin{aligned}
& g\left( n \right)=2 \\
& g\left( m \right)=5. \\
\end{aligned} \right.$
Khi đó: $\underset{x\to -\infty }{\mathop{\lim }} g\left( x \right)=\underset{x\to -\infty }{\mathop{\lim }} \left( {{e}^{3x}}+a{{e}^{2x}}+b{{e}^{x}} \right)=0$ ; $\underset{x\to +\infty }{\mathop{\lim }} g\left( x \right)=\underset{x\to +\infty }{\mathop{\lim }} \left( {{e}^{3x}}+a{{e}^{2x}}+b{{e}^{x}} \right)=+\infty $, mặt khác hàm số $g\left( x \right)$ có tối đa $2$ cực trị có giá trị là $2$ và $5$ nên phương trình $g\left( x \right)=0$ vô nghiệm.
Xét phương trình: $\left( -f\left( x \right)+5{f}'\left( x \right)+2{{e}^{3x}} \right){{g}^{2}}\left( x \right)={{g}^{3}}\left( x \right)\Leftrightarrow -f\left( x \right)+5{f}'\left( x \right)+2{{e}^{3x}}=g\left( x \right)$
$\begin{aligned}
& \Leftrightarrow -\left( {{e}^{3x}}+a{{e}^{2x}}+b{{e}^{x}} \right)+5\left( 3{{e}^{3x}}+2a{{e}^{2x}}+b{{e}^{x}} \right)+2{{e}^{3x}}=4{{e}^{3x}}+3a{{e}^{2x}}+2b{{e}^{x}} \\
& \Leftrightarrow 12{{e}^{3x}}+6a{{e}^{2x}}+2b{{e}^{x}}=0\Leftrightarrow {g}'\left( x \right)=0\Leftrightarrow \left[ \begin{aligned}
& x=m \\
& x=n. \\
\end{aligned} \right. \\
\end{aligned}$
Diện tích hình phẳng cần tính là: $S=\left| \int\limits_{m}^{n}{\left[ \left( -f\left( x \right)+5{f}'\left( x \right)+2{{e}^{3x}} \right){{g}^{2}}\left( x \right)-{{g}^{3}}\left( x \right) \right]\text{d}x} \right|$
$\begin{aligned}
& =\left| \int\limits_{m}^{n}{{{g}^{2}}\left( x \right)\left( -f\left( x \right)+5{f}'\left( x \right)+2{{e}^{3x}}-g\left( x \right) \right)}\text{d}x \right|=\left| \int\limits_{m}^{n}{{{g}^{2}}\left( x \right)\text{{g}'}\left( x \right)\text{d}x} \right|=\left| \int\limits_{m}^{n}{{{g}^{2}}\left( x \right)\text{dg}\left( x \right)} \right| \\
& =\left| \dfrac{1}{3}{{g}^{3}}\left( x \right)\left| \begin{aligned}
& n \\
& m \\
\end{aligned} \right. \right|=\dfrac{1}{3}\left| {{g}^{3}}\left( n \right)-{{g}^{3}}\left( m \right) \right|=39. \\
\end{aligned}$
$\Rightarrow g\left( x \right)=4{{e}^{3x}}+3a{{e}^{2x}}+2b{{e}^{x}}\Rightarrow g'\left( x \right)=12{{e}^{3x}}+6a{{e}^{2x}}+2b{{e}^{x}}$
Ta có: ${g}'\left( x \right)=2{{e}^{x}}\left( 6{{e}^{2x}}+3a{{e}^{x}}+b \right)\Rightarrow {g}'\left( x \right)=0\Leftrightarrow 6{{e}^{2x}}+3a{{e}^{x}}+b=0$ (Đây là một phương trình bậc hai với ${{e}^{x}}$ nên có tối đa $2$ nghiệm, suy ra $g\left( x \right)$ có tối đa $2$ cực trị).
Theo giả thiết ta có phương trình ${g}'\left( x \right)=0$ có hai nghiệm $m,$ $n$ và $\left\{ \begin{aligned}
& g\left( n \right)=2 \\
& g\left( m \right)=5. \\
\end{aligned} \right.$
Khi đó: $\underset{x\to -\infty }{\mathop{\lim }} g\left( x \right)=\underset{x\to -\infty }{\mathop{\lim }} \left( {{e}^{3x}}+a{{e}^{2x}}+b{{e}^{x}} \right)=0$ ; $\underset{x\to +\infty }{\mathop{\lim }} g\left( x \right)=\underset{x\to +\infty }{\mathop{\lim }} \left( {{e}^{3x}}+a{{e}^{2x}}+b{{e}^{x}} \right)=+\infty $, mặt khác hàm số $g\left( x \right)$ có tối đa $2$ cực trị có giá trị là $2$ và $5$ nên phương trình $g\left( x \right)=0$ vô nghiệm.
Xét phương trình: $\left( -f\left( x \right)+5{f}'\left( x \right)+2{{e}^{3x}} \right){{g}^{2}}\left( x \right)={{g}^{3}}\left( x \right)\Leftrightarrow -f\left( x \right)+5{f}'\left( x \right)+2{{e}^{3x}}=g\left( x \right)$
$\begin{aligned}
& \Leftrightarrow -\left( {{e}^{3x}}+a{{e}^{2x}}+b{{e}^{x}} \right)+5\left( 3{{e}^{3x}}+2a{{e}^{2x}}+b{{e}^{x}} \right)+2{{e}^{3x}}=4{{e}^{3x}}+3a{{e}^{2x}}+2b{{e}^{x}} \\
& \Leftrightarrow 12{{e}^{3x}}+6a{{e}^{2x}}+2b{{e}^{x}}=0\Leftrightarrow {g}'\left( x \right)=0\Leftrightarrow \left[ \begin{aligned}
& x=m \\
& x=n. \\
\end{aligned} \right. \\
\end{aligned}$
Diện tích hình phẳng cần tính là: $S=\left| \int\limits_{m}^{n}{\left[ \left( -f\left( x \right)+5{f}'\left( x \right)+2{{e}^{3x}} \right){{g}^{2}}\left( x \right)-{{g}^{3}}\left( x \right) \right]\text{d}x} \right|$
$\begin{aligned}
& =\left| \int\limits_{m}^{n}{{{g}^{2}}\left( x \right)\left( -f\left( x \right)+5{f}'\left( x \right)+2{{e}^{3x}}-g\left( x \right) \right)}\text{d}x \right|=\left| \int\limits_{m}^{n}{{{g}^{2}}\left( x \right)\text{{g}'}\left( x \right)\text{d}x} \right|=\left| \int\limits_{m}^{n}{{{g}^{2}}\left( x \right)\text{dg}\left( x \right)} \right| \\
& =\left| \dfrac{1}{3}{{g}^{3}}\left( x \right)\left| \begin{aligned}
& n \\
& m \\
\end{aligned} \right. \right|=\dfrac{1}{3}\left| {{g}^{3}}\left( n \right)-{{g}^{3}}\left( m \right) \right|=39. \\
\end{aligned}$
Đáp án D.
