btvn.vn

Tốc độ thay đổi và chuyển động

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

Đề hỏi giá trị hay tốc độ thay đổi?

Nhiệt độ và tốc độ tăng nhiệt độ là hai đại lượng khác nhau. Nếu nhiệt độ là T(t), giá trị T(2) cho biết nhiệt độ lúc 2; đạo hàm T′(2) cho biết nhiệt độ đang thay đổi nhanh thế nào ở lúc đó. Ta đọc câu hỏi và đơn vị trước khi chọn hàm để tính.

Các đại lượng thường gặp

Tốc độ thay đổi trung bình của f từ t=a đến t=b là $[f(b)-f(a)]/(b-a)$. Tốc độ thay đổi tức thời tại a là f′(a), nếu đạo hàm tồn tại. Với chuyển động thẳng có tọa độ s(t): vận tốc v=s′, gia tốc a=v′=s″. Tốc độ chuyển động là |v|, luôn không âm. Vận tốc âm cho biết vật đi ngược chiều dương, không có nghĩa vật có “tốc độ âm”. Nếu s tính bằng mét, t bằng giây, thì v có đơn vị m/s, a có đơn vị m/s². Đạo hàm của đại lượng khác cũng có đơn vị “đơn vị của hàm chia đơn vị của biến”.

Ví dụ 1 — Đi rồi quay lại

Vật đi trên trục từ 0 đến 4, quay về 0 rồi đến 4; ba chặng dài 4 mét cho quãng đường 12 mét, điểm cuối cách điểm đầu 4 mét.
Quay lại làm quãng đường tăng nhưng phần đi ngược triệt tiêu trong độ dịch chuyển.
Mở hình lớn
Một vật có tọa độ $s(t)=t^3-6t^2+9t$ mét trên 0≤t≤4 giây. Ta có $v(t)=3t^2-12t+9=3(t-1)(t-3)$ và a(t)=6t−12. Vật đi theo chiều dương trên (0;1),(3;4), theo chiều âm trên (1;3). Tại t=1,3 vận tốc bằng 0 và đổi dấu, nên vật đổi chiều. Các vị trí: s(0)=0, s(1)=4, s(3)=0, s(4)=4. Độ dịch chuyển là s(4)−s(0)=4 m. Quãng đường phải cộng độ dài từng chặng: $$|4-0|+|0-4|+|4-0|=12\text{ m}.$$ Chưa cần tích phân vì đã biết hàm vị trí và các thời điểm đổi chiều. Không lấy độ dịch chuyển thay cho quãng đường.

Thử: vận tốc khác tốc độ

Với chuyển động trên, tại t=2 giây, vận tốc và tốc độ lần lượt là gì?
Chọn một đáp án

Ví dụ 2 — Một mô hình tăng trưởng

Trong một mô hình toán học, số lượng được cho bởi $P(t)=100/(1+4e^{-t})$, t≥0 giờ. Ký hiệu e là cơ số của hàm mũ tự nhiên. Để tính đạo hàm ở đây, dùng quy tắc $(e^{u(t)})'=u'(t)e^{u(t)}$, nên $(e^{-t})'=-e^{-t}$. Dùng đạo hàm thương: $$P'(t)=\frac{400e^{-t}}{(1+4e^{-t})^2}>0.$$ Ban đầu P(0)=20, còn P′(0)=400/25=16 đơn vị/giờ. Một số là lượng hiện có, số kia là tốc độ tăng lúc đầu. Khi t→+∞, e⁻ᵗ→0 nên P→100. Với mọi t hữu hạn, mẫu lớn hơn 1 nên P<100. Theo mô hình, lượng tăng dần và tiến gần 100, không đạt 100 tại thời điểm hữu hạn. Không biến kết luận của mô hình thành khẳng định cho mọi tình huống thực tế.

Thử: tốc độ trung bình

Với s(t) ở ví dụ 1, tính vận tốc trung bình từ t=0 đến t=4 và tốc độ trung bình trên cả hành trình.
Chọn một đáp án

Bài luyện 1

Nhiệt độ $T(t)=20+3t-t^2$ °C trên 0≤t≤3 phút. Tính T(1), T′(1) và diễn giải.
Chọn một đáp án

Bài luyện 2

Vật có vị trí $s(t)=t^2-4t$ m trên [0;5] giây. Tìm thời điểm đổi chiều và quãng đường.
Chọn một đáp án

Bài luyện 3

Mô hình $N(t)=t^3$ trên [0;2] giờ. Tìm tốc độ tăng lớn nhất, không phải số lượng lớn nhất.
Chọn một đáp án

Những điều cần nhớ

Tách giá trị hàm, tốc độ thay đổi trung bình và đạo hàm tại điểm. Trong chuyển động, tách vận tốc/tốc độ và độ dịch chuyển/quãng đường. Khi đề hỏi tốc độ tăng lớn nhất, cần tối ưu đạo hàm của đại lượng gốc.

Đang học