Trước khi bắt đầu
Trước khi dùng đạo hàm để xét hàm số tăng hay giảm, ta cần hiểu đạo hàm cho biết điều gì. Bài này sẽ nhắc lại ý nghĩa đó, rồi hướng dẫn cách tính đạo hàm của một vài đa thức. Nếu chưa chắc cách thay số hoặc biến đổi biểu thức, có thể xem lại Hàm số và khoảng và Xét dấu biểu thức. Ta chỉ ôn những kiến thức cần dùng ngay, chưa học lại toàn bộ chương đạo hàm lớp 11.
Giá trị hiện tại khác với cách nó đang thay đổi
Một xe có vị trí $s(t)$ tại thời điểm $t$. Vị trí cho biết xe ở đâu; vận tốc cho biết vị trí đang thay đổi nhanh hay chậm và theo chiều nào trên trục đã chọn. Hai thông tin liên quan nhưng không giống nhau.
Tương tự, $f(a)$ là giá trị hàm tại $a$, còn $f'(a)$ là tốc độ thay đổi tức thời theo biến đầu vào tại đó, khi đạo hàm tồn tại. Dấu phẩy trên $f'$ đọc là “đạo hàm”, không phải một số để nhân.
Nếu $s$ tính bằng mét và $t$ bằng giây, $s'(t)$ tính bằng mét/giây. Đạo hàm âm chỉ chiều thay đổi âm của vị trí trên trục; không phải “độ nhanh có giá trị âm”.
Đi từ thay đổi trung bình đến tức thời
Tốc độ thay đổi trung bình so sánh hai vị trí của biến. Để nói về tốc độ thay đổi ngay tại một điểm, ta xét điều gì xảy ra khi hai vị trí ấy tiến sát nhau. Đó là ý tưởng dẫn đến đạo hàm.
Khi luyện tính đạo hàm trong bài này, có thể dùng các quy tắc ở phần tiếp theo. Phần đọc thêm dưới đây giải thích vì sao cách xét hai vị trí tiến sát nhau cho một kết quả cụ thể.
Đọc thêm: Vì sao đạo hàm của hàm bình phương tại 2 bằng 4?
Xét $f(x)=x^2$. Khi $x$ thay đổi từ $2$ đến $2+h$, độ biến thiên của $x$ là $h$ và độ biến thiên của giá trị hàm số là $f(2+h)-f(2)$. Số $h$ có thể dương hoặc âm.
Với $h\ne0$, tỷ số thay đổi trung bình là:
$$\frac{f(2+h)-f(2)}{h}
=\frac{(2+h)^2-4}{h}.$$
Nhân hai ngoặc: $(2+h)^2=(2+h)(2+h)=4+2h+2h+h^2=4+4h+h^2$. Trừ $4$ ở tử rồi rút gọn:
$$\frac{4h+h^2}{h}=4+h.$$
Chia được vì đang xét $h\ne0$. Nếu $h=0{,}1$, tỷ số bằng $4{,}1$; nếu $h=-0{,}1$, tỷ số bằng $3{,}9$. Khi $h$ tiến sát $0$ từ cả hai phía, $4+h$ tiến sát $4$. Số giới hạn đó là $f'(2)=4$.
**Điểm dễ nhầm:** Không thay thẳng $h=0$ vào phân số ban đầu vì sẽ chia cho $0$. Ta xét giá trị mà tỷ số tiến tới.
Ký hiệu tổng quát, để đọc khi gặp trong sách:
$$f'(a)=\lim_{h\to0}\frac{f(a+h)-f(a)}{h},$$
nếu giới hạn hữu hạn tồn tại. Dấu $\lim$ mô tả việc lấy giới hạn. Trong các bài đa thức sau, dùng quy tắc tính đã có; không cần lập lại phép tính giới hạn cho từng câu.
Quy tắc cần dùng cho các bài tiếp theo
| Biểu thức | Đạo hàm | Nhắc ý nghĩa |
|---|---|---|
| Hằng số $c$ | $0$ | Giá trị hàm số không thay đổi khi $x$ thay đổi |
| $x$ | $1$ | Đầu vào tăng bao nhiêu, đầu ra tăng bấy nhiêu |
| $x^n$, $n$ nguyên dương | $nx^{n-1}$ | Nhân hệ số với số mũ, rồi giảm số mũ một đơn vị |
| $k\,u(x)$ | $k\,u'(x)$ | Hằng số nhân được giữ lại |
| $u(x)+v(x)$ | $u'(x)+v'(x)$ | Tính từng số hạng rồi cộng |
| $u(x)-v(x)$ | $u'(x)-v'(x)$ | Giữ đúng dấu trừ |
Các quy tắc tổng/hiệu dùng nơi các hàm thành phần có đạo hàm. Đặc biệt $(x^2)'=2x$, $(x^3)'=3x^2$, $(7)'=0$. Đừng nhầm $(7x)'=7$ với $(7)'=0$.
Bài này chưa yêu cầu đạo hàm tích, thương, hàm hợp, lượng giác hay logarit. Nếu câu sau dùng đạo hàm chưa học ở đây, đề sẽ cung cấp hoặc nhắc quy tắc cần thiết.
Ví dụ mẫu 1 — Tính đạo hàm rồi mới thay số
Cho $p(x)=2x^3-3x^2+5x-7$. Tìm $p'(x)$ và $p'(1)$.
**Bước 1:** Xử lý từng số hạng:
- $2x^3$ cho $2\cdot3x^2=6x^2$.
- $-3x^2$ cho $-3\cdot2x=-6x$.
- $5x$ cho $5$.
- Hằng số $-7$ cho $0$.
**Bước 2:** Ghép đúng dấu:
$$p'(x)=6x^2-6x+5.$$
**Bước 3:** Thay $x=1$ vào đạo hàm:
$$p'(1)=6-6+5=5.$$
Trong khi đó $p(1)=2-3+5-7=-3$. Đạo hàm tại $1$ dương dù giá trị hàm tại $1$ âm. Hai kết quả trả lời hai câu hỏi khác nhau.
Nếu thay $x=1$ trước rồi lấy đạo hàm của số $-3$, cách làm đó làm mất thông tin hàm thay đổi quanh $1$. Muốn tính $p'(1)$, ta tìm đạo hàm trước, sau đó mới thay $1$ vào biểu thức vừa tìm được.
Thử: Giữ đúng hệ số và dấu
Đạo hàm của $g(x)=-2x^3+4x-9$ là
Đúng. Giảm số mũ từ $3$ xuống $2$ và đạo hàm của $-9$ bằng $0$.
Sau khi nhân với số mũ, phải giảm số mũ đi $1$.
Đạo hàm của hằng số $-9$ bằng $0$.
Đạo hàm của $x^3$ có thêm hệ số $3$.
Lời giải
Áp dụng $(x^n)^{\prime}=nx^{n-1}$ và đạo hàm của hằng số bằng $0$: $g^{\prime}(x)=-2\cdot3x^2+4-0=-6x^2+4$. Chọn A.
Ví dụ mẫu 2 — Một đạo hàm bằng 0
Với $q(x)=x^2-4x+1$, ta có $q'(x)=2x-4$, nên $q'(2)=0$.
Tại riêng $2$, tốc độ thay đổi tức thời bằng $0$. Điều này chưa nói hàm không đổi mọi nơi: $q(2)=-3$, còn $q(3)=-2$. Nó cũng chưa tự đủ để kết luận cực trị nếu chỉ biết một giá trị đạo hàm. Ta sẽ xét dấu xung quanh ở các bài sau.
Thử: Chọn đúng đại lượng
Cho $r(x)=x^2-6x$. Tìm $r'(4)$.
Đây là giá trị hàm $r(4)$, không phải đạo hàm tại $4$.
Đúng: $r'(4)=2\cdot4-6=2$.
Đây là số cần thay. Hãy thay số đó vào biểu thức đạo hàm để tính tiếp.
Kết quả $8$ có thể xuất hiện khi chỉ thay $4$ vào $2x$. Hãy kiểm tra xem mình đã tính cả đạo hàm của $-6x$ chưa.
Lời giải
Ta có $r'(x)=2x-6$, nên $r'(4)=8-6=2$. Chọn B. A là $r(4)$; C chỉ nhắc đầu vào; D có thể do quên đạo hàm của $-6x$. Nói thêm: $r'(4)>0$ không đồng nghĩa $r(4)>0$.
Vận dụng kiến thức
Đạo hàm của $u(x)=3x^2-4x+8$ là
Đạo hàm của $8$ bằng $0$.
Đúng. Tính đạo hàm từng hạng tử.
Đạo hàm của $x^2$ bằng $2x$, không phải $x$.
Đạo hàm của $-4x$ bằng $-4$, không phải $4$.
Lời giải
Ta có $u^{\prime}(x)=3\cdot2x-4+0=6x-4$. Hạng tử $8$ là hằng số nên có đạo hàm bằng $0$. Chọn B.
Vận dụng kiến thức
Cho $v(x)=x^3-3x$. Cặp giá trị $(v(0);v^{\prime}(0))$ bằng
Hàm bằng $0$ tại một điểm không buộc đạo hàm tại điểm ấy bằng $0$.
Hai giá trị bị đổi chỗ.
Đúng. $v(0)=0$ còn $v^{\prime}(0)=-3$.
Đạo hàm của $-3x$ mang dấu âm.
Lời giải
Thay $x=0$ vào hàm số được $v(0)=0^3-3\cdot0=0$. Mặt khác, $v^{\prime}(x)=3x^2-3$, nên $v^{\prime}(0)=-3$. Giá trị hàm số và giá trị đạo hàm tại một điểm là hai đại lượng khác nhau. Chọn C.
Vận dụng kiến thức
Cho $a(x)=7$ và $b(x)=7x$. Kết luận nào đúng?
Đạo hàm của hàm hằng bằng $0$.
Đạo hàm của $7x$ bằng $7$.
Hai công thức đạo hàm đã bị đổi chỗ.
Đúng. Phân biệt hằng số $7$ với biểu thức $7x$.
Lời giải
Hàm $a(x)=7$ là hàm hằng nên $a^{\prime}(x)=0$. Với $b(x)=7x$, ta có $b^{\prime}(x)=7$. Hai hàm không có cùng đạo hàm. Chọn D.
Những điều cần nhớ
Đạo hàm là một thông tin về thay đổi, không phải chính giá trị hàm. Với đa thức, tính từng số hạng, giữ hệ số/dấu và giảm mũ đúng quy tắc. Muốn giá trị đạo hàm tại một số, tính đạo hàm rồi thay số.
Sang L01 — Dấu đạo hàm và khoảng tăng, giảm. Nếu vướng câu tự kiểm 1, làm lại bài “Giữ đúng hệ số và dấu”; nếu vướng câu 2 hoặc 3, đọc lại phần “Giá trị hiện tại khác với cách nó đang thay đổi” và so sánh hai đại lượng bằng lời trước khi tính thêm.
Đang học