a) Xác định tọa độ giao điểm khi m = 1:
Khi m = 1, phương trình đường thẳng (d) trở thành: y = x - 2 + 4 hay y = x + 2.
Để tìm tọa độ giao điểm của (P) và (d), ta giải phương trình hoành độ giao điểm:
x² = x + 2
x² - x - 2 = 0
Đây là phương trình bậc hai. Ta có thể giải bằng cách tính delta (Δ) hoặc nhẩm nghiệm.
- Nhẩm nghiệm: Ta thấy tổng các hệ số 1 + (-1) + (-2) = -2 ≠ 0, nhưng a-b+c = 1 - (-1) + (-2) = 0. Vậy phương trình có hai nghiệm x₁ = -1 và x₂ = 2.
Cách khác tính delta: Δ = (-1)² - 4 * 1 * (-2) = 1 + 8 = 9 > 0. Vậy phương trình có hai nghiệm phân biệt:
x₁ = (1 - √9) / 2 = (1 - 3) / 2 = -1
x₂ = (1 + √9) / 2 = (1 + 3) / 2 = 2
Với x₁ = -1, ta có y₁ = (-1)² = 1. Vậy giao điểm thứ nhất là A(-1, 1).
Với x₂ = 2, ta có y₂ = 2² = 4. Vậy giao điểm thứ hai là B(2, 4).
Kết luận phần a: Khi m = 1, (P) cắt (d) tại hai điểm A(-1, 1) và B(2, 4).
b) Tìm m để (d) cắt (P) tại hai điểm phân biệt có x₁² + x₂² nhỏ nhất:
Phương trình hoành độ giao điểm của (P) và (d) là:
x² = mx - 2m + 4
x² - mx + 2m - 4 = 0
Để (d) cắt (P) tại hai điểm phân biệt, phương trình trên phải có hai nghiệm phân biệt. Điều này xảy ra khi Δ > 0:
Δ = (-m)² - 4 * 1 * (2m - 4) = m² - 8m + 16 = (m - 4)² > 0
Điều kiện (m-4)²>0 luôn đúng với mọi m khác 4.
Theo định lý Vi-ét, ta có:
x₁ + x₂ = m
x₁x₂ = 2m - 4
Ta cần tìm GTNN của x₁² + x₂²:
x₁² + x₂² = (x₁ + x₂)² - 2x₁x₂ = m² - 2(2m - 4) = m² - 4m + 8
Ta viết lại biểu thức trên dưới dạng bình phương:
m² - 4m + 8 = (m² - 4m + 4) + 4 = (m - 2)² + 4
Vì (m - 2)² ≥ 0 với mọi m, nên (m - 2)² + 4 ≥ 4.
Vậy GTNN của x₁² + x₂² là 4, đạt được khi m = 2.
Kết luận phần b: Để đường thẳng (d) cắt parabol (P) tại hai điểm phân biệt có x₁² + x₂² nhỏ nhất, m phải bằng 2. Khi đó x₁² + x₂² = 4.