Cho phương trình \(\left( {{\log }_{5}}{{x}^{2020}}-mx \right)\sqrt{2{{\log }_{2}}x-x}=0. \) Số giá trị nguyên của \(m\) để phương trình đã cho có 4 nghiệm phân biệt là

* Hướng dẫn giải

Điều kiện xác định \(\left\{ \begin{array}{l} x > 0\\ 2{\log _2}x - x \ge 0 \end{array} \right.\)

Với điều kiện trên, pt trở thành \(\left[ \begin{array}{l} 2{\log _2}x - x = 0\\ {\log _5}{x^{2020}} - mx = 0 \end{array} \right. \Leftrightarrow \left[ \begin{array}{l} 2{\log _2}x - x = 0{\rm{ }}\left( 1 \right)\\ \frac{{{{\log }_5}{x^{2020}}}}{x} = m{\rm{ }}\left( 2 \right) \end{array} \right.\)

Xét phương trình \(\left( 1 \right):f\left( x \right)=2{{\log }_{2}}x-x=0\)

Ta có \(f\left( 2 \right)=f\left( 4 \right)=0\Rightarrow x=2;x=4\) là hai nghiệm của phương trình.

Với \(x\in \left( 2;4 \right)\) ta có \(f'\left( x \right)=\frac{2}{x\ln 2}-1=\frac{2-x\ln 2}{x\ln 2}=0;f'\left( x \right)=0\Leftrightarrow x=\frac{2}{\ln 2}\)

Bảng biến thiên

Từ bảng biến thiên, suy ra \(\left( 1 \right)\) có hai nghiệm \(x=2;x=4.\)

Do đó để phương trình đã cho có 4 nghiệm phân biệt thì phương trình (2) phải có 2 nghiệm phân biệt trên khoảng \(\left( 2;4 \right).\)

\(\left( 2 \right)\Leftrightarrow g\left( x \right)=\frac{2020.{{\log }_{5}}x}{x}=m\) vì \(x>0\)

Xét hàm số \(g\left( x \right)=\frac{2020{{\log }_{5}}x}{x}\) trên khoảng \(\left( 2;4 \right)\) có

\(g'\left( x \right)=\frac{2020{{\log }_{5}}e-2020{{\log }_{5}}x}{{{x}^{2}}};g'\left( x \right)=0\Leftrightarrow x=e\)

Bảng biến thiên

Dựa vào bảng biến thiên, ta thấy để (2) có hai nghiệm phân biệt thì \(434,98<m<461,72\)

Mà \(m\in \mathbb{Z}\) nên \(m\in \left\{ 435;436;...;461 \right\}\)

Vậy có 27 giá trị nguyên thỏa mãn yêu cầu bài toán.