Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 41 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
41
Dung lượng
1,13 MB
Nội dung
TÍNH ĐƠN ĐIỆU CỦA HÀM SỐ Dạng tốn TÌM KHOẢNG ĐỒNG BIẾN VÀ NGHỊCH BIẾN Định nghĩa: Hàm số f xác định K khoảng, đoạn nửa khoảng - f đồng biến K với x1 , x2 K : x1 x2 f x1 f x2 - f nghịch biến K với x1 , x2 K : x1 x2 f x1 f x2 Điều kiện cần để hàm số đơn điệu Giả sử hàm số có đạo hàm khoảng a; b đó: - Nếu hàm số f đồng biến a; b f x với x a; b - Nếu hàm số f nghịch biến a; b f x với x a; b Điều kiện đủ để hàm số đơn điệu Giả sử hàm số f có đạo hàm khoảng a; b đó: Nếu f x với x a; b hàm số f đồng biến a; b Nếu f x với x a; b hàm số f nghịch biến a; b Khi f x số hữu hạn điểm a; b kết Nếu hàm số f đồng biến a; b liên tục nửa khoảng a; b ; a; b ; đoạn a; b đồng biếntrên nửa khoảng a; b ; a; b ; đoạn a; b tương ứng Tương tự cho nghịch biến Phương pháp xét tính đơn điệu: - Tìm tập xác định - Tính đạo hàm, xét dấu đạo hàm, lập bảng biến thiên - Kết luận Chú ý: 1) Công thức quy tắc đạo hàm y C y ; y x y ; y xn y nx n1 ; y x y x x 0 ; y n x y nn 1 x n y sin x y cos x ; y cos x y sin x ; y tan x y 1 ; y cot x y cos x sin x u v u v ; u v u v ; u.v u.v u.v ; u u.v u.v ; f x fu.ux v2 v 2) Phương trình lượng giác bản: x k 2 sin x sin x k 2 k x k 2 cos x cos x k 2 k tan x tan x k k cot x cot x k k Bài tốn Tìm khoảng đồng biến, nghịch biến hàm số: a) y x2 8x b) y x3 x2 x Giải a) Tập xác định D Ta có y x Cho y x x Bảng biến thiên (BBT) x y – + y Vậy hàm số nghịch biến ; , đồng biến 4; b) D Ta có y ' 3x2 x Cho y 3x x x x BBT x y + – + y Vậy hàm số đồng biến khoảng ; 1; , nghịch biến khoảng Bài tốn Tìm khoảng đồng biến, nghịch biến hàm số: a) y x4 x2 b) y x4 x2 1 ;1 3 Giải a) Tập xác định D y x3 x x x 1 , y x x 1 BBT x –1 y y - 0 + – 0 + –1 –1 Vậy hàm số đồng biến khoảng 1;0 1; , nghịch biến khoảng ; 1 0;1 b) D Ta có y x3 18x x x2 9 , y x y khoảng 0; y đồng biến khoảng 0; y khoảng ;0 y nghịch biến khoảng ;0 Bài tốn Tìm khoảng đồng biến, nghịch biến hàm số: a) y 3x 1 x x b) y x Giải a) D \ 1 Ta có y 6 1 x với x nên hàm số nghịch biến khoảng ;1 1; b) Tập xác định D \ 0 Ta có y x2 , y x x2 x BBT: x y y + 0 – – + Vậy hàm số đồng biến khoảng ; 3; , nghịch biến khoảng 3;0 0; Bài tốn Tìm khoảng đơn điệu hàm số: a) y x 1 x2 b) y 2x x 9 Giải a) D Ta có y x2 x x 8 y x2 x x 4 hay x BBT x –4 y – + – y Vậy hàm số đồng biến khoảng 4; nghịch biến khoảng , 2; b) D \ 3;3 Ta có y 2 x x 9 , x 3 Do y khoảng ; 3 , 3;3 , 3; nên hàm số cho nghịch biến khoảng Bài tốn Xét biến thiên hàm số đoạn, nửa khoảng: a) y x2 b) y x2 x Giải a) Điều kiện x2 3 x nên D 3;3 Với 3 x y x x2 , y x BTT: x y y 3 + – Vậy hàm số đồng biến khoảng 3;0 nghịch biến khoảng 0;3 Do hàm số f liên tục đoạn 0; 2 nên hàm số đồng biến đoạn 2;0 nghịch biến đoạn 0; 2 b) Vì nên x2 x , x D Ta có y 2x 2 x2 x x 1 x2 x y x , y x nên hàm số nghịch biến nửa khoảng ;1 đồng biến nửa Và f liên tục khoảng 1; Bài toán Xét biến thiên hàm số: x a) y b) y 16 x x x2 Giải a) ĐK: 16 x2 x2 16 4 x D 4; Ta có y 16 16 x 16 x , x 4; Vậy hàm số đồng biến khoảng 4; b) D 0; Với x , y 2 x , y x 2 x x 2 BBT: x y + – y Vậy hàm số đồng biến 0; nghịch biến 2; Bài tốn Tìm khoảng đơn điệu hàm số a) y x x b) y x3 x2 Giải 1 x 1 3 x2 3 x2 a) D Với x , ta có: y y x x 1 y x x x 1 x y x x 1 x Vậy hàm số đồng biến khoảng ; 1 1; , nghịch biến khoảng 1;1 b) Tập xác định D ; 6; y x2 x2 9 x2 6 x2 , y x 3 BBT: x –3 y + – – + y Vậy hàm số đồng biến khoảng ; 3 , 3; , nghịch biến khoảng 3; , 6;3 Bài toán Xét biến thiên hàm số: b) y x cos2 x a) y 4sin x Giải a) D Ta có y 4cos x 2 Xét y 4cos x k 2 x k 2 , k nên hàm số đồng biến khoảng k 2 ; k 2 , k Xét y 4cos x k 2 x 3 k 2 , k 3 khoảng k 2 ; k 2 , k 2 b) D Ta có y 2cos x sin x sin x y sin x x k , k nên hàm số nghịch biến Hàm số liên tục đoạn k ; k 1 y khoảng 4 k ; k 1 nên đồng biến đoạn k ; k 1 , k 4 4 4 Vậy hàm số đồng biến Cách khác: lấy a, b thuộc a b Trên khoảng a; b y y hữu hạn điểm nên hàm số f đồng biến, f a f b Vậy theo định nghĩa hàm số f đồng biến Bài tốn Tìm khoảng đồng biến, nghịch biến hàm số: a) y x sinx 0; 2 b) y x 2cos x 0; Giải a) y cos x Ta có x 0;2 y y x x 2 Vì hàm số liên tục đoạn 0; 2 nên hàm số đồng biến đoạn 0; 2 b) y 2sin x Trên khoảng 0; y sin x 5 x 6 y sin x 5 x x 6 5 Vây hàm số đồng biến khoảng ; , nghịch biến khoảng 0; 6 6 5 ; Dạng toán CHỨNG MINH ĐƠN ĐIỆU Nếu f x với x a; b hàm số f đồng biến a; b Nếu f x với x a; b f x số hữu hạn điểm a; b hàm số đồng biến khoảng a; b Nếu f x với x a; b hàm số nghịch biến a; b Nếu f x với x a; b f x số hữu hạn điểm a; b hàm số nghịch biến khoảng a; b Nếu hàm số f đồng biến a; b liên tục nửa khoảng a; b ; a; b ; đoạn a; b đồng biến nửa khoảng a; b ; a; b ; đoạn a; b tương ứng Nếu hàm số f nghịch biến a; b liên tục nửa khoảng a; b ; a; b ; đoạn a; b nghịch biến nửa khoảng a; b ; a; b ; đoạn a; b tương ứng Chú ý: 1) Dấu nhị thức bậc nhất: f x ax b , a x f x trái dấu a b a dấu a 2) Dấu tam thức bậc hai: f x ax2 bx c , a Nếu f x dấu với a Nếu f x ln dấu với a, trừ nghiệm kép Nếu dấu "trong trái – " x f x x1 dấu a x2 trái dấu a dấu a 3) Giả sử hàm số f xác định khoảng a; b x0 a; b Hàm số f gọi liên tục điểm x0 nếu: xlim f x f x0 Hàm số không liên tục điểm x0 gọi gián đoạn x điểm x0 Hàm số f liên tục khoảng a; b liên tục điểm thuộc khoảng Hàm số f liên tục nửa khoảng a; b liên tục khoảng a; b lim f x f b x b Hàm số f liên tục nửa khoảng a; b liên tục khoảng a; b lim f x f a x a Hàm số f liên tục đoạn a; b liên tục khoảng a; b lim f x f a , lim f x f b x a x b Bài toán Chứng minh hàm số sau đồng biến a) f x x3 x2 20 x 13 b) f x x cos x sin x Giải a) f x 3x2 12 x 20 Vì 36 20 nên f x với x, hàm số đồng biến b) y sin x cos x 1 sin x cos x 1 sin x , với x Vậy hàm số đồng biến Bài toán Chứng minh hàm số sau nghịch biến a) f x x x : b) f x cos x x Giải a) Ta có f x Vì x x 1 1 x x x x , x nên f x , x hàm số f nghịch biến b) f x 2 sin x 1 với x f x sin x 1 x 2k x k , k Hàm f x liên tục đoạn k ; k 1 f x khoảng k ; k 1 nên hàm số nghịch biến đoạn Vậy hàm số nghịch biến k ; k 1 , k Cách khác: Ta chứng minh hàm số f nghịch biến : , x1 x2 f x1 f x2 x1 , x2 Thật vậy, lấy hai số a, b cho a x1 x2 b Ta có: f x 2 sin x 1 với x a; b Vì f x số hữu hạn điểm khoảng a; b nên hàm số f nghịch biến khoảng a; b đpcm Bài toán Chứng minh hàm số sau đơn điệu 3 a) y x3 x x : b) y x5 x x3 12 Giải a) D Ta có y x2 x x 1 với x y x Vậy hàm số đồng biến b) D Ta có y 3x4 8x3 x2 3x2 8x x2 Vì 16 21 nên 3x2 8x với x Do y với x, y x Vậy hàm số nghịch biến Bài toán Chứng minh hàm số: a) y x2 đồng biến khoảng xác định x2 b) y x2 2x nghịch biến khoảng xác định x 1 Giải a) D \ 2 Ta có y x 2 với x 2 Vậy hàm số đồng biến khoảng ; 2 2; b) D \ 1 Ta có y x2 2x x 1 với x 1 (vì ) Vậy hàm số nghịch biến khoảng ; 1 1; b) Với x hàm số g x cos x x2 liên tục nửa khoảng 0; g x x sin x Theo a) g x với x Do hàm số g đồng biến 0; nên: x2 g x g với x cos x với x Suy với x ta có cos x x 2 1 Bài toán Chứng minh bất đẳng thức với x 0; 2 x3 b) tan x x a) tan x x Giải a) Hàm số f x tan x x liên tục nửa khoảng 0; có đạo hàm f x 2 0 cos x với x 0; Do hàm số f đồng biến nửa khoảng 0; nên f x f 0 2 2 với x 0; 2 b) Hàm số f x tan x x f x x3 liên tục nửa khoảng 0; có đạo hàm 2 1 x2 cos x tan x x2 tan x x tan x x với x 0; (suy từ a)) 2 Do đó, hàm số f đồng biến nửa khoảng 0; ta có f x f 0 với 2 x 0; đpcm 2 Bài toán Chứng minh: a) sin x x x3 , x b) 2sin x tan x 3x x 0; Giải a) BĐT: x x3 sin x , x 2 Xét f x x x3 sin x f liên tục 0; x2 f x cos x ; f x x sin x f x 1 cos x nên f nghịch biến 0; ; x f x f nên f nghịch biến 0; ; x f x f nên f nghịch biến 0; ; x f x f : đpcm b) Hàm số f x 2sin x tan x 3x liên tục nửa khoảng 0; f x 2cos x 2cos3 x 3cos x 3 0 cos2 x cos x Do hàm số f đồng biến 0; nên f x f 0 2 Bài toán Chứng minh bất đẳng thức: x a) 8sin sin x x , x 0; b) tan x 4x , x 0; 4 Giải x a) Xét hàm số f x 8sin sin x x , x 0; f x 4sin x 2cos x 4sin x 1 sin x f x x x Với x 0; ta có f x dấu xảy hai điểm Vậy f x đồng biến nửa khoảng 0; nên f x f 0 với x 0; đpcm b) Nếu x BĐT Nếu x BĐT Xét f x tan x , x 0; x 4 tan x , x 0; x 4 x tan x x sin x cos x x sin x cos x f x 2 x x cos x x cos x Vì x nên x sin x x f x nên f đồng biến 0; , suy 4 f x f : đpcm 4 Bài toán Chứng minh bất đẳng thức sau: x x2 x x , với x Giải Xét hàm số f x x x 0; Ta có: f x 1 với x nên f x đồng biến nửa khoảng 0; 2 1 x Do f x f 0 với x Xét hàm số g x x x Ta có: g x x2 0; 1 x 1 nên g đồng biến 0; ; , g x 4 1 x x 1 x g x g 0 Suy g đồng biến 0; nên g x g 0 với x 0; đpcm Bài toán Chứng minh bất đẳng thức sau: a b4 c4 d 2abcd a 2b2 a 2c a d b2c b2 d c d với số a, b, c, d dương Giải Khơng tính tổng qt giả sử a b c d Xem vế trái hàm số f a , a f a 4a3 2bcd 2a b2 c d f a 12a b2 c2 d nên f đồng biến 0; a b f a f b Vì f b 2b b2 c 2bd c d 0; : a f a f 0 : đpcm Bài toán Cho x, y, z x y z Chứng minh: xy yz zx xyz 27 Giải nên f a đồng biến Giả sử z số bé z Ta có: T xy yz zx xyz xy 1 z x y z xy x y z x y Và có T 1 z x y z 1 1 z 1 z 1 z z 2 z z 1 4 Xét f z 2 z z , z 1 1 f z 6 z z z 1 3z f z đồng biến 0; , T f z f 3 27 Bài toán Cho x, y, z số thực không âm phân biệt Chứng minh rằng: x y x y yz y z zx z x x yz Giải Bất đẳng thức cần chứng minh tương đương với x y x y z x y yz y z zx 9 z x Khơng tính tổng qt, giả sử x y z x y Đặt f x x y z x y yz y z zx , z f x nên f đồng biến z x x y 1 x y 2 y x Do f z f x y 1 x y x y xy 1 x y x y 2 xy xy x y 1 9 x y 2 x y xy xy xy x y Dấu đẳng thức xảy z z z 2 x xy y x y x y xy xy Dạng tốn TỐN TỔNG HỢP Giả sử hàm số f có đạo hàm khoảng a; b đó: Nếu f x với x a; b hàm số f khơng đổi a; b Nếu f x với x a; b f x số hữu hạn điểm a; b hàm số đồng biến khoảng (a; b) Nếu f x với x a; b f x số hữu hạn điểm a; b hàm số nghịch biến khoảng a; b Nếu hàm số f đồng biến a; b liên tục nửa khoảng a; b ; a; b ; đoạn a; b đồng biến nửa khoảng a; b ; a; b ; đoạn a; b tương ứng Tương tự cho nghịch biến Bài tốn Tìm khoảng đồng biến, nghịch biến hàm số: b) f x x x a) f x x 3x Giải a) D x 3x 4, x 4 hay x , y x 3x 4, 4 x 2 x 3, x 4 hay x y 2 x 3, 4 x BBT x y 4 – y + – + CĐ CT CT 3 Vậy hàm số nghịch biến ; 4 , ;1 đồng biến 4; , 1; b) Hàm số f liên tục x x x x x 2 x Ta có: f x Với x , f x 2 x ; f x x 1 Với x , f x x BBT: 2 x –1 y + – + y Vậy hàm số nghịch biến 1;0 đồng biến ; 1 , 0; Bài tốn Tìm khoảng đồng biến, nghịch biến hàm số: b) y x x 5 a) y 3cos x Giải a) Tập xác định D Ta có y 3sin x Xét y sin x k 2 x k 2 , k k 2 ; k 2 , nên hàm số đồng biến khoảng k Xét y sin x k 2 x 2 k 2 , k k 2 ;2 k 2 , nên hàm số nghịch biến khoảng k b) D Với x y x x 5 33 x x 2 33 x Ta có y x Bảng biến thiên x y y – + + 3 Vậy hàm số nghịch biến 0; đồng biến ;0 , 2; Bài toán Chứng minh: x Giải a) Xét f x sin x cos2 x , D f x 2sin x cos x 2cos x sin x , x Do f x hàm b) y cos x sin x.tan , x ; 4 a) sin x cos2 x , x nên f x f 0 b) Xét f x cos x sin x.tan , D ; 4 x f x sin x cos x tan sin x tan sin x x 2cos 2 x x sin x cos x.tan tan 2 x x x 1 cos x sin x tan cos2 2 sin x sin x với x ; 4 Suy f hàm khoảng ; 4 Do f x f 0 với x ; 4 Bài toán Chứng minh hàm số sau hàm không f x cos x cos x cos x cos x 3 3 Giải Ta có f x 2cos x sin x 2cos x sin x sin x cos x cos x.sin x 3 3 2 sin x sin x sin x 3 sin x 2cos x sin , với x 2 Do f 4 nên f x f Bài toán Tìm số nghiệm phương trình: x8 2x5 2x4 x3 3x2 6x Giải Phương trình tương đương: x3 3 x5 x2 x 1 x3 x5 x2 x x 3 x5 x2 x Xét phương trình: x5 x2 x x5 x 1 Do x5 x x 1 x5 x Do nghiệm phương trình x5 x2 x 1 có x Đặt f x x5 x2 x , x đổi f x 5x x x 1 x x3 1 Do f đồng biến Vì f 1 3 f 2 23 nên f x có nghiệm x0 Vậy phương trình cho có nghiệm Bài tốn Tìm giá trị m để phương trình sau có nghiệm x2 2x x m Giải Đặt t x , phương trình trở thành t t m * Nhận xét ứng với nghiệm khơng âm phương trình * có nghiệm phương trình cho, phương trình cho có nghiệm phương trình * có nghiệm khơng âm t3 Xét hàm số f t t t với t , f t t 3 1 f t nên có bảng biến thiên: Mà f xlim t f t f t – Từ bảng biến thiên suy giá trị cần tìm m m x2 2x y Bài toán Giải hệ phương trình y y z z2 2z 1 2x Giải Ta có y x2 x x 1 y Tương tự z, x Đặt f t t 2t 1, t f t t 1 nên f đồng biến 1; nghịch biến 0;1 Đặt g t 2t , t g t nên g đồng biến 0; f x g y Ta có hệ f y g z f z g x Giả sử x x; y; z Xét x y z - Nếu x x y z f x f y f z g y g z g x y z x nên x y z Ta có phương trình: t 4t nên chọn nghiệm: x y z - Nếu x f 0 f x f 1 f x nên g y y f 0 f y f 1 f y g z z Do x y z f x f y f z g y g z g x y z x nên x y z Ta có phương trình t 4t nên chọn nghiệm: x y z Xét x y z nhận kết Vậy hệ có nghiệm x y z , x y z Bài toán Chứng minh bất đẳng thức: b.tan a a.tan b với a b Giải Ta có b.tan a a.tan b Xét f x tan a tan b a b tan x , 0 x x x tan x x sin x cos x x sin x f x cos x x x cos x x cos x Xét g x x sin x , x , g x 2cos x 1 cos x nên g đồng biến: x g x g 0 Do f x nên f đồng biến 0; Vì a b f a f b : đpcm 2 BÀI TẬP TỔNG HỢP Bài tập Xét chiều biến thiên hàm số sau: b) y a) y x4 x2 x2 x x 1 HD-ĐS a) Tập xác định D Ta có y x3 x x x2 1 Cho y x x2 1 x x 1 BBT –1 x y – 0 + – 0 + y Kết hàm số nghịch biến khoảng ; 1 0;1 , đồng biến khoảng 1;0 1; b) Tập xác định D Ta có: y x2 x x2 x 1 y x x x BBT: 2 x y – 2 + – y Kết hàm số đồng biến khoảng 7; nghịch biến khoảng ; , 7; Bài tập Tìm khoảng đơn điệu hàm số a) y x x 3 b) y HD-ĐS a) D 0; Với x , ta có: y x x 3 x x x 1 , y x 2x x 1 1 x BTT: x y – + y Kết hàm số nghịch biến khoảng 0;1 đồng biến khoảng 1; b) D ;1 Ta có y 3 x 1 x , x Kết hàm số đồng biến khoảng ;1 Bài tập Chứng minh hàm số a) f x x3 x2 17 x đồng biến b) f x 2sin x x3 x nghịch biến HD-ĐS a) f x 3x2 12 x 17 có 36 51 Nên f x với x, hàm số đồng biến b) f x cos x 3 3x2 Vì cos x với x Nên f x với x, hàm số nghịch biến 3m 1 x m2 m Bài tập Tìm m để hàm số y đồng biến khoảng xác định xm HD-ĐS D x m 3m 1 3m 1 x m2 m 4m2 2m \ m Ta có: y 2 x m x m Hàm số đồng biến khoảng xác định 4m2 2m m m 2 Kết m m Bài tập Tìm a để hàm số: f x x3 1 2cos a x x cos a , a 0; 2 đồng biến khoảng 1; HD-ĐS y x 1 2cos a x 2cos a Ta có a 2 y x x 2cos a Vì y ngồi khoảng nghiệm nên hàm số đồng biến với x 2cos a cos a Kết a 5 a 3 5 Bài tập Giải phương trình, hệ phương trình a) x 2 x 1 x x 1 x x x y y2 1 b) y z z z x x HD-ĐS a) Điều kiện x Phương trình tương đương: x 2 x 1 x 6 x 1 x2 x6 x 1 3 x 2 x Suy x 1 x x Nhận xét hai hàm số đồng biến f x x Và g x x x nên phương trình có nghiệm Kết x b) Xét hàm số f t t t , t f t t t2 1 t 1 t t2 1 nên f t đồng biến t2 t t 1 0 t x f y Ta có hệ phương trình y f z z f x Giả sử x y f x f y nên y z f y f z tức z x : vô lý Giả sử x y f x f y nên y z f y f z tức z x : vô lý Giả sử x y f x f y nên y z x y z Thế vào hệ: x x x2 x2 x2 x Thử lại x y z hệ nghiệm Kết x y z Bài tập Giải bất phương trình: a) x x x b) x5 x3 3x HD-ĐS a) Điều kiện x Bất phương trình: x x 7 x 5 Xét hàm số f x x x x , x f đồng biến f Do bất phương trình f x f x f 9 x Kết x b) Điều kiện x Bất phương trình: x5 x3 3x 4 Xét hàm số f x x5 x3 3x f đồng biến f 1 4 Kết x 1 Bài tập Chứng minh bất đẳng thức: a) sin a sin b với a b a b b) x y với x, y thoả x y HD-ĐS a) Xét f x sin x với x 0; , x 2 Ta chứng minh f nghịch biến 0; b) Đưa theo biến x 8 Ta có y x nên bất đẳng thức x y x 1 x Xét hàm số f x x 1 x Tập xác định D f x x3 1 x nên f x x3 1 x x3 1 x 3 x 1 x 2x x Lập BBT có f x với x ... Lập bảng biến thi? ?n hàm đồng biến khoảng 2m 4m2 9; 2m 4m2 Và nghịch biến khoảng ; 2m 4m2 , 2m 4m2 9; Bài toán Xét biến thi? ?n hàm số: y 2x m theo tham số m x 1... x12 x22 x1 x2 15 (thoả) x2 x1 x1 x2 m m Bài toán Tuỳ theo tham số m, xét biến thi? ?n hàm số: y x3 2mx x m Giải D Ta có y x2 4mx ; 4m2 - Nếu... t với t , f t t 3 1 f t nên có bảng biến thi? ?n: Mà f xlim t f t f t – Từ bảng biến thi? ?n suy giá trị cần tìm m m x2 2x y Bài toán Giải