btvn.vn
Tìm kiếm Đăng nhập

Dấu đạo hàm và khoảng tăng, giảm

Lưu trên thiết bị này
Ứng dụng đạo hàm và đồ thị · Chọn bài khác

Nhận biết chiều biến thiên của hàm số

Một hàm số có thể mang giá trị âm mà vẫn đang tăng. Vì sao lại như vậy? Ta cùng bắt đầu từ một bảng giá trị, rồi dùng dấu của đạo hàm để nhận ra hàm tăng hay giảm trên khoảng nào. Bài này giúp phân biệt **giá trị của hàm số** với **chiều thay đổi của hàm số**. **Nhắc nhanh:** $f(x)$ là giá trị của hàm số tại đầu vào $x$. $f'(x)$ là đạo hàm, biểu thị tốc độ thay đổi tức thời theo $x$. Khoảng $(a;b)$ gồm những số lớn hơn $a$ và nhỏ hơn $b$, không gồm hai đầu mút.

Thử kiến thức nền

Với $x<3$, biểu thức $2x-6$ mang dấu gì?

1. Giá trị âm có đồng nghĩa với đang giảm?

Hai điểm A 3 âm 4 và B 4 âm 3 đều dưới trục hoành, nhưng cung parabol đi lên từ A đến B khi x tăng.
Âm hay dương cho biết vị trí so với trục Ox; tăng hay giảm cho biết chiều đi của đồ thị khi x tăng.
Mở hình lớn
Xét hàm số: $$f(x)=x^2-6x+5.$$ Một số giá trị của hàm là: | $x$ | $2$ | $3$ | $4$ | $5$ | |---|---:|---:|---:|---:| | $f(x)$ | $-3$ | $-4$ | $-3$ | $0$ | Khi đi từ $x=3$ sang $x=4$, giá trị đổi từ $-4$ lên $-3$. Dù cả hai đều âm, $-3$ vẫn lớn hơn $-4$: giá trị đang **tăng** giữa hai vị trí này. “Âm hay dương” và “tăng hay giảm” trả lời hai câu hỏi khác nhau. Dấu của $f(x)$ cho biết giá trị nằm về phía nào so với $0$; để biết chiều biến thiên trên cả một khoảng, ta nhìn dấu của **đạo hàm**. Bảng trên mới cho ta biết giá trị hàm ở một vài điểm. Giữa các điểm ấy còn nhiều giá trị khác của biến, nên ta cần thêm lập luận để kết luận hàm tăng trên cả khoảng.

2. Quy tắc cần hiểu

**Đồng biến, nghịch biến là gì?** Trên khoảng $K$, lấy hai số bất kỳ $x_1<x_2$. - Hàm số đồng biến nếu luôn có $f(x_1)<f(x_2)$: khi $x$ lớn hơn, giá trị hàm cũng lớn hơn. - Hàm số nghịch biến nếu luôn có $f(x_1)>f(x_2)$: khi $x$ lớn hơn, giá trị hàm nhỏ hơn. **Dùng đạo hàm để xét chiều biến thiên.** Giả sử hàm số $f$ có đạo hàm trên khoảng $K$. - Nếu $f'(x)>0$ **tại mọi điểm** trong $K$, hàm số đồng biến trên $K$. - Nếu $f'(x)<0$ **tại mọi điểm** trong $K$, hàm số nghịch biến trên $K$. Điểm cần để ý là **trên cả khoảng**. Chỉ kiểm tra đạo hàm tại một điểm rồi kết luận cho mọi điểm còn lại là chưa đủ. Bài này dùng điều kiện dấu dương hoặc âm nghiêm ngặt; trường hợp đạo hàm bằng $0$ tại một số điểm sẽ được làm rõ ở bài tiếp.

3. Làm trọn một ví dụ

**Bài toán:** Tìm các khoảng đồng biến và nghịch biến của $$f(x)=x^2-6x+5.$$ **Ta bắt đầu như thế nào?** Để biết hàm tăng hay giảm trên cả một khoảng, ta sẽ xét dấu đạo hàm. Trước hết tính đạo hàm, tìm các mốc cần xét, rồi lần lượt xem dấu ở mỗi khoảng. **Bước 1. Xác định nơi hàm có nghĩa.** Đây là đa thức nên xác định và có đạo hàm trên toàn bộ $\mathbb{R}$. **Bước 2. Tính đạo hàm.** $$f'(x)=2x-6.$$ **Bước 3. Tìm mốc xét dấu.** $$2x-6=0\quad\Longleftrightarrow\quad x=3.$$ Mốc $3$ chia trục số thành hai khoảng: phía nhỏ hơn $3$ và phía lớn hơn $3$. **Bước 4. Xét dấu trên từng khoảng.** Vì $2x-6=2(x-3)$ và $2$ luôn dương, dấu của đạo hàm chính là dấu của $x-3$: | Vị trí của $x$ | $x<3$ | $x=3$ | $x>3$ | |---|---|---|---| | Dấu $f'(x)$ | Âm | Bằng $0$ | Dương | | Suy ra | Nghịch biến | Một điểm riêng | Đồng biến | **Bước 5. Kết luận.** Hàm số nghịch biến trên $(-\infty;3)$ và đồng biến trên $(3;+\infty)$. Đề hỏi **khoảng**, nên trả lời chỉ “$x=3$” chưa đủ. $3$ là mốc chia khoảng. Ta không dùng nghiệm của $f(x)=0$ vì nghiệm của hàm số trả lời câu hỏi khác về giao điểm với trục hoành.

4. Luyện tập

Cho $$g(x)=-x^2+8x-3,\qquad g'(x)=-2x+8.$$ Hãy xác định khoảng đồng biến của $g$.
Chọn một đáp án

Bài luyện 1

Hàm $h$ có đạo hàm $h'(x)=6x-12$ trên $\mathbb{R}$. Khoảng nào sau đây là khoảng nghịch biến?
Chọn một đáp án

Bài luyện 2

Cho $p(x)=x-100$ trên $(0;1)$. Hàm này có giá trị âm trên khoảng đó. An kết luận hàm phải nghịch biến. Kết luận có đúng không? Hãy giải thích bằng đạo hàm.
Chọn một đáp án

Bài luyện 3

Để chứng minh một hàm có đạo hàm trên $(1;5)$ là đồng biến theo quy tắc vừa học, thông tin nào dưới đây là đủ?
Chọn một đáp án

Những điều cần nhớ

- Để xét chiều biến thiên, nhìn dấu **đạo hàm**, không nhìn dấu của chính hàm số. - Cần điều kiện trên một khoảng; một vài điểm quan sát không đủ chứng minh cho cả khoảng. - Đạo hàm dương trên khoảng thì hàm đồng biến; đạo hàm âm thì hàm nghịch biến. - Phân biệt mốc chia khoảng với khoảng cần trả lời.

Đang học