Давайте разберем данную задачу по шагам.
Задача: Построить график функции: \[ y = x^2 + x - 2|x+1| + 2 \] и определить для каких значений \( m \) прямая \( y = m \) имеет ровно три точки пересечения с графиком функции.
Шаг 1: Разобьём функцию по значению выражения внутри модуля \( |x+1| \)
Величина внутри модуля меняется при \( x = -1 \), поэтому разбассируем функцию на две части:
- Для \( x \geq -1 \): \( |x+1| = x+1 \)
- Для \( x < -1 \): \( |x+1| = -(x+1) = -x -1 \)
Шаг 2: Запишем функцию по частям
Для \( x \geq -1 \): \[ y = x^2 + x - 2(x+1) + 2 = x^2 + x - 2x - 2 + 2 = x^2 - x \]
Для \( x < -1 \): \[ y = x^2 + x - 2(-x - 1) + 2 = x^2 + x + 2x + 2 + 2 = x^2 + 3x + 4 \]
Шаг 3: Построим графики двух частей
- Для \( x \geq -1 \): \( y = x^2 - x \)
- Для \( x < -1 \): \( y = x^2 + 3x + 4 \)
Это две квадратичные функции, одна "прямая" для \( x \geq -1 \) и другая для \( x < -1 \).
Шаг 4: Найдём точки пересечения графика с линией \( y = m \)
Нам нужно найти такие \( m \), при которых у линии \( y = m \) будет ровно три точка пересечения с графиком.
Рассмотрим два случая:
Шаг 5: Анализ пересечений с линией \( y = m \)
(а) Для \( x \geq -1 \): \[ x^2 - x = m \] или \[ x^2 - x - m = 0 \]
(б) Для \( x < -1 \): \[ x^2 + 3x + 4 = m \] или \[ x^2 + 3x + (4 - m) = 0 \]
Шаг 6: Количество решений уравнений
Чтобы у линии \( y=m \) было ровно три точка пересечения, возможны два варианта:
- Одна часть функции пересекает линию один раз, а другая — дважды.
- И наоборот, или обе — по одному и по двум, всего — три.
Поскольку квадратичные уравнения могут иметь 0, 1 или 2 решения, только комбинации — один из уравнений имеет 1 решение (когда дискриминант равен 0), а другой — 2 решения — удовлетворяют условию ровно 3 пересечений.
Шаг 7: Анализ уравнений
Рассмотрим два уравнения:
- \( x^2 - x - m = 0 \), дискриминант: \[ D_1 = 1^2 - 4 \cdot 1 \cdot (-m) = 1 + 4m \] Для решения:
- \( D_1 > 0 \) — два решения
- \( D_1 = 0 \) — одно решение
- \( D_1 < 0 \) — решений нет
- \( x^2 + 3x + (4 - m) = 0 \), дискриминант: \[ D_2 = 3^2 - 4 \cdot 1 \cdot (4 - m) = 9 - 16 + 4m = -7 + 4m \]
Шаг 8: Условия для ровно 3 решений
Чтобы было ровно три точки пересечения, возможны ситуации:
- Случай 1: у первого уравнения одно решение (\( D_1 = 0 \)), а у второго — два решений (\( D_2 > 0 \))
- Случай 2: у первого уравнения — два решения (\( D_1 > 0 \)), а у второго — одно решение (\( D_2 = 0 \))
Шаг 9: Решаем случаи
Случай 1: \( D_1 = 0 \), \( D_2 > 0 \)
\( D_1 = 0 \Rightarrow 1 + 4m = 0 \Rightarrow m = -\frac{1}{4} \)
\( D_2 > 0 \Rightarrow -7 + 4m > 0 \Rightarrow 4m > 7 \Rightarrow m > \frac{7}{4} \)
Но \( m = -\frac{1}{4} \neq m > \frac{7}{4} \), значит этот случай невозможен.
Случай 2: \( D_1 > 0 \) и \( D_2 = 0 \)
\( D_1 > 0 \Rightarrow 1 + 4m > 0 \Rightarrow m > -\frac{1}{4} \)
\( D_2 = 0 \Rightarrow -7 + 4m = 0 \Rightarrow 4m = 7 \Rightarrow m = \frac{7}{4} \)
Итак, \( m = \frac{7}{4} \), при этом \( m = \frac{7}{4} > -\frac{1}{4} \), условие выполняется.
Шаг 10: Итоговые значения \( m \)
- \( m = \frac{7}{4} \) — это значение, при котором у линии \( y = m \) ровно три пересечения с графиком функции.
Ответ:
\(\boxed{\frac{7}{4}}\)
Если нужно, я могу подготовить чертежи или более подробное графическое описание, чтобы лучше понять расположение точек пересечения.