53В (ЕГЭ 2021). Найдите все значения параметра a, при каждом из которых уравнение \(\left| {a-2} \right| \cdot {x^4}-2a{x^2} + \left| {a-12} \right| = 0\)  имеет хотя бы два различных корня.

Ответ

ОТВЕТ: \(\left[ {\frac{{12}}{7};\,3} \right] \cup \left[ {\,4;\,\infty } \right).\)

Решение

Пусть  \({x^2} = t.\)

Если  \(t > 0,\)  то уравнение  \({x^2} = t\)  будет иметь два различных корня, если же  \(t = 0,\) то один корень  \(\left( {x = 0} \right).\)

После замены исходное уравнение примет вид:

\(\left| {a-2} \right| \cdot {t^2}-2at + \left| {a-12} \right| = 0.\)

Если  \(a = 2,\)  то  \(-4t =  — 10\;\;\;\; \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,t = \frac{5}{2} > 0.\)

Следовательно, при  \(a = 2\)  исходное уравнение будет иметь два различных корня, то есть  \(a = 2\)  подходит.

Если  \(a \ne 2,\)  то  \(D = 4{a^2}-4\left| {\left( {a-2} \right)\left( {a-12} \right)} \right| \ge 0\;\;\;\; \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,\left| {{a^2}-14a + 24} \right| \le {a^2}.\)

Неравенство вида  \(\left| {f\left( x \right)} \right| \le a\)  при  \(a \ge 0\)  равносильно двойному неравенству:

\(-a \le f\left( x \right) \le a\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\,\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{f\left( x \right) \le a,\;\,}\\{f\left( x \right) \ge -a.}\end{array}} \right.\)

\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\left| {{a^2}-14a + 24} \right| \le {a^2},}\\{a \ne 2\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{-{a^2} \le {a^2}-14a + 24 \le {a^2},}\\{a \ne 2\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\,\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{{a^2}-14a + 24 \le {a^2},\,\,}\\{{a^2}-14a + 24 \ge -{a^2},}\\{a \ne 2\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,}\end{array}} \right.\,\,\,\,\,\, \Leftrightarrow \)

\( \Leftrightarrow \;\;\;\;\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{-14a \le -24,\,\,\,\,\,\,\,\,\,}\\{{a^2}-7a + 12 \ge 0,}\\{a \ne 2\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,}\end{array}} \right.\,\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\,\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{a \in \left[ {\frac{{12}}{7};\infty } \right),\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,}\\{a \in \left( {-\infty ;3} \right] \cup \left[ {4;\infty } \right),}\\{a \ne 2\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\;\,a \in \left[ {\frac{{12}}{7};2} \right) \cup \left( {2;3} \right] \cup \left[ {4;\infty } \right).\)

Следовательно,  \(D \ge 0\)  при  \(a \in \left[ {\frac{{12}}{7};2} \right) \cup \left( {2;3} \right] \cup \left[ {4;\infty } \right).\)

Воспользуемся теоремой Виета:

\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{{t_1} \cdot {t_2} = \frac{{\left| {a-12} \right|}}{{\left| {a-2} \right|}},}\\{{t_1} + {t_2} = \frac{{2a}}{{\left| {a-2} \right|}}.}\end{array}} \right.\)

Заметим, что при  \(a \in \left[ {\frac{{12}}{7};2} \right) \cup \left( {2;3} \right] \cup \left[ {4;12} \right) \cup \left( {12;\infty } \right)\)  сумма и произведение корней уравнения  \(\left| {a-2} \right| \cdot {t^2}-2at + \left| {a-12} \right| = 0\)  положительна, и оно будет иметь один положительный корень, если  \(D = 0\) или два положительных корня, если  \(D > 0\). Тогда исходное уравнение будет иметь хотя бы два различных корня, значит полученные выше значения  a  подходят.

Если  \(a = 12,\)  то корни уравнения  \(\left| {a-2} \right| \cdot {t^2}-2at + \left| {a-12} \right| = 0:\)  \({t_1} = 0;\;\;\;\;{t_2} = 2,4\)  и исходное уравнение имеет три различных корня \(\left( {x = 0;\;\;\;\;x =  \pm \sqrt {2,4} } \right),\)  то есть  \(a = 12\)  подходит.

Таким образом, исходное уравнение будет иметь будет иметь хотя бы два различных корня при  \(a \in \left[ {\frac{{12}}{7};\,3} \right] \cup \left[ {\,4;\,\infty } \right).\)

Ответ:  \(\left[ {\frac{{12}}{7};\,3} \right] \cup \left[ {\,4;\,\infty } \right).\)