TRƯỜNG THPT NGUYỄN HỒNG ĐẠO
CHUYÊN ĐỀ: ĐẠO HÀM
A.TÓM TẮT LÝ THUYẾT:
1.Định nghĩa đạo hàm tại một điểm:
- Cho hàm số y = f(x) xác định trên (a; b) và x0 (a; b):
f '(x 0 ) lim
f(x) f(x 0 )
x x0
x x 0
y
(x = x – x0, y = f(x0 + x) – f(x0)
x0 x
= lim
- Nếu hàm số y = f(x) có đạo hàm tại x0 thì nó liên tục tại điểm đó.
2.Ý nghĩa của đạo hàm:
a)Ý nghĩa hình học:
- f (x0) là hệ số góc tiếp tuyến của đồ thị hàm số y = f(x) tại M x 0 ;f(x 0 ) .
- Khi đó phương trình tiếp tuyến của đồ thị hàm số y = f(x) tại M x 0 ;f(x 0 ) là:
y – y0 = f (x0).(x – x0)
b)Ý nghĩa vật lí:
- Vận tốc tức thời của chuyển động thẳng xác định bởi phương trình s = s(t) tại thời điểm t0 là v(t0) = s(t0).
- Cường độ tức thời của điện lượng Q = Q(t) tại thời điểm t0 là I(t0) = Q(t0).
3.Qui tắc tính đạo hàm:
Hàm x
Hàm hợp
(C)'
=
0
Các hàm
cơ bản
(x) = 1
x n n.x n1 n N
n 1
Hàm số
lũy thừa
x
1
tan x
1
2 x
s inx cosx
cosx s inx
Hàm số
lượng
giác
un n.un1.u' n N
n 1
u'
u
2 u
s inu u'.cosu
cosu u'.s inu
tan u
cos2 u
cot u u'
sin 2 u
cos2 x
cot x 1
sin2 x
Chú ý: Các phép toán tính đạo hàm:
Phép toán
Cộng
u v u' v'
Trừ
u v u' v'
Nhân
Chia
GV: Nguyễn Thành Hưng
u'
Công thức
u.v u'.v u.v'
k.u k.u'
u uv vu
(v 0)
v
v2
Page 1
TRƯỜNG THPT NGUYỄN HỒNG ĐẠO
1
v
2
v
v
5.Vi phân:
- dy df(x) f (x).x
- f(x0 x) f(x 0 ) f (x 0 ).x
6.Đạo hàm cấp cao:
- Công thức: f ''(x) f '(x) ; f '''(x) f ''(x) ; f (n) (x) f (n1) (x) (n N, n 4)
- Ý nghĩa cơ học: Gia tốc tức thời của chuyển động s = f(t) tại thời điểm t0 là a(t0) = f(t0).
Vấn đề 1: Tính đạo hàm của hàm số:
Dạng 1: Tính đạo hàm bằng định nghĩa:
Phương pháp: Nếu tính đạo hàm của hàm số y = f(x) tại điểm x0 bằng định nghĩa ta thực hiện các bước:
Bước 1: Giả sử x là số gia của đối số tại x0. Tính y = f(x0 + x) – f(x0).
Bước 2: Tính lim
y
x0 x
.
Bước 3: Kết luận.
Ví dụ 1: Dùng định nghĩa hãy tính đạo hàm của các hàm số sau: y f(x) 2x2 x tại x 0 1 .
Giải:
- Giả sử x là số gia của đối số tại x0 = 1.
Khi đó: y f(x 1) f(1) 2(x 1)2 x 1 1 2x2 3x .
y
2x2 3x
lim
lim 2x 3 3 .
x0 x x0
x0
x
- Vậy: f '(1) 3
- Tính lim
Ví dụ 2: Dùng định nghĩa hãy tính đạo hàm của hàm số sau: f(x) x2 3x
Giải:
- Giả sử x là số gia của đối số tại x.
2
Khi đó: y f(x x) f(x) (x x)2 3x 3x x 2 3x x 2xx x(x 2x) .
y
x(x 2x)
lim
lim x 2x 2x .
x0 x x0
x0
x
- Vậy: f '(x) 2x
- Tính lim
Bài tập tương tự:
Bài tập 1: Dùng định nghĩa hãy tính đạo hàm của các hàm số sau tại các điểm được chỉ ra:
a) y f(x) 2x2 x 2 tại x 0 1
c) y f(x)
2x 1
tại x0 = 2
x 1
e) y f(x) 3 x tại x0 = 1
b) y f(x) 3 2x tại x0 = –3
d) y f(x) sin x tạix0 =
f) y f(x)
6
x2 x 1
tại x0 = 0
x 1
Bài tập 2: Dùng định nghĩa hãy tính đạo hàm của hàm số sau:
GV: Nguyễn Thành Hưng
Page 2
TRƯỜNG THPT NGUYỄN HỒNG ĐẠO
a) f(x) x2 3x 1
d) f(x)
1
2x 3
b) f(x) x3 2x
c) f(x) x 1, (x 1)
e) f(x) sin x
f) f(x)
Dạng 2: Tính đạo hàm bằng phép toán:
Phương pháp: Sử dụng công thức cho trong bảng sau:
Phép toán
Cộng
1
cosx
Công thức
u v u' v'
u v u' v'
Trừ
u.v u'.v u.v'
Nhân
k.u k.u'
u uv vu
(v 0)
v
v2
1
v
2
v
v
Chia
1
3
2x 1
(2x 1)'(1 3x) (2x 1)(1 3x)' 2(1 3x) 3(2x 1)
5
y'
Ví dụ 2: y
2
2
1 3x
(1 3x)
(1 3x)
(1 3x)2
Ví dụ 1: y 2x4 x3 2x2 5 y' 8x3 x2 4x
Bài tập tương tự:
Bài tập 1: Tính đạo hàm của các hàm số sau:
1
3
3
2
x x x.
3
x
a) y 2x 4 x3 2 x 5
b) y
d) y (x2 1)(x2 4)(x2 9)
e) y (x2 3x)(2 x)
2
c) y (x3 2)(1 x2 )
f) y
1 x x2
g) y
3
2x 1
h) y
2x 1
1 3x
i) y
k) y
x2 3x 3
x 1
l) y
2x 2 4x 1
x3
m) y
Bài tập 2: Tính đạo hàm của các hàm số sau:
a) y x.cosx
b) y x2 .sinx
d) y x. x
g) y
cosx
2x 1
e) y (x 1). x
h) y
t anx
1 3x
1
x 1
1
x
1 x x2
2x2
x2 2x 3
c) y x3 .t anx
f) y 2x.cot x
i) y
1 sinx
1 sinx
Dạng 3: Tính đạo hàm hàm hợp:
Phương pháp: Sử dụng công thức cho bởi bảng sau:
GV: Nguyễn Thành Hưng
Page 3
TRƯỜNG THPT NGUYỄN HỒNG ĐẠO
Hàm x
(C)' = 0
(x) = 1
Hàm hợp
x n n.x n1 n N
un n.un1.u' n N
Các hàm
cơ bản
n 1
Hàm số
lũy thừa
x
1
tan x
1
n 1
u'
u
2 u
s inu u'.cosu
cosu u'.s inu
2 x
s inx cosx
cosx s inx
Hàm số
lượng
giác
tan u
u'
cos2 u
cot u u'
sin 2 u
2
cos x
cot x 1
sin2 x
Chú ý: Sau các hàm không phải x thì ta sử dụng hàm hợp u.
Ví dụ 1: y (x2 x)4 y' 4(x2 x)3.(x2 x)' 4(2x 1)(x2 x)3
Ví dụ 2: y 2x2 5x y'
(2x2 5x)'
2 2x2 5x
4x 5
2 2x2 5x
Ví dụ 3:
y sin3 (2x 1) y' 3sin2 (2x 1).(sin(2x 1))' 3sin2 (2x 1).cos(2x 1)(2x 1)' 6sin2 (2x 1).cos(2x 1)
Ví dụ 4: y sin x 2x y'
(s inx+2x)'
cosx+2
2 sin x 2x 2 sin x 2x
Bài tập tương tự:
Bài tập 1: Tính đạo hàm của các hàm số sau:
a) y (x2 x 1)4
d) y
(x 1)2
b) y (1 2x2 )5
e) y
(x 1)3
1
(x2 2x 5)2
2x 1
x 1
3
c) y
f) y 3 2x2
4
Bài tập 2: Tính đạo hàm của các hàm số sau:
a) y 2x2 5x 2
b) y 3 x3 x 2
d) y (x 2) x2 3
e) y
g) y
x3
x 1
4x 1
x2 2
h) y (x 2)3
c) y x x
f) y
4 x2
x
3
i) y 1 1 2x
Bài tập 3: Tính đạo hàm của các hàm số sau:
sin x
a) y
1 cos x
2
d) y cot 2x
GV: Nguyễn Thành Hưng
b) y cos4 (2x)
c) y sin3 (2x 1)
e) y sin 2 x2
f) y sinx 2x
Page 4
TRƯỜNG THPT NGUYỄN HỒNG ĐẠO
2
3
1
5
g) y tan 2x tan3 2x tan5 2x
h) y 2sin2 4x 3cos3 5x
k) y sin cos2 x tan 2 x
l) y cos2
2x 1
x 1
i) y (2 sin2 2x)3
m) y cos sin(cosx)
Dạng 4: Tính đạo hàm cấp cao:
Phương pháp:
1.Để tính đạo hàm cấp 2, 3, 4, ... ta dung công thức: y(n) (yn1 )/ .
2.Để tính đạo hàm cấp n:
- Tính đạo hàm cấp 1, 2, 3, ... từ đó suy ra công thức đạo hàm cấp n.
- Dùng phương pháp quy nạp toán học nêu chứng minh công thức đúng.
Ví dụ 1: Cho hàm số f(x) 3(x 1)sin x . Tính f ''() .
Giải:
f '(x) 3(x 1)'sin x 3(x 1) sin x ' 3sin x 3(x 1)cosx
f ''(x) 3cosx 3(x 1)'cosx+3(x 1) cosx ' 3cosx 3cosx 3(x 1)sinx
f ''() 3cos 3cos 3( 1)sin 6
1
Ví dụ 2: Tính đạo hàm cấp n của hàm số: y .
x
Ta có: f '(x)
f ''(x)
x2
1.2
x3
1.2.3
f '''(x)
x4
….
(1)n n!
f (n) (x)
n
1
Suy ra:
x
Thật vậy:
Giải:
1
x n 1
(1)n .n!
xn1
'
1
1 (1).1!
- Khi n = 1: Ta có: 2 2 .
x
x
x
Vậy: Mệnh đề đúng khi n = 1.
k
1
- Khi n = k > 1, tức là
x
1
Ta có:
x
k 1
'
(1)k .k!
x k 1
k 1
1
. Ta cần chứng minh: n = k + 1, tức là
x
(1)k 1. k 1!
x k 2
'
'
k 1
1 k (1)k .k!
1 (1) .(k 1)!
k
(
1)
.k!
.
k 1
x x k 1
x k 2
x
Vậy: Mệnh đề đúng khi n = k + 1.
Bài tập tương tự:
Bài tập 1: Cho hàm số f(x) 3(x 1)cosx .
GV: Nguyễn Thành Hưng
Page 5
TRƯỜNG THPT NGUYỄN HỒNG ĐẠO
2
b) Tính f ''(), f '' ,f ''(1)
a) Tính f '(x),f ''(x)
Bài tập 2: Tính đạo hàm của hàm số theo cấp được chỉ ra:
x3
, y''
x4
a) y cosx, y'''
b) y 5x4 2x3 5x2 4x 7, y''
c) y
d) y 2x x2 , y''
e) y xsin x, y''
f) y x tan x, y''
g) y (x2 1)3 ,y''
h) y x6 4x3 4, y(4)
i) y
1
, y(5)
1 x
Bài tập 3: Cho n là số nguyên dương. Chứng minh rằng:
(n)
1
a)
1 x
(1)n n!
b) (sin x)(n) sin x
n 1
(1 x)
n.
2
c) (cosx)(n) cos x
n.
2
Bài tập 4: Tính đạo hàm cấp n của các hàm số sau:
1
x2
1 x
d) y
1 x
b) y
a) y
1
2
x 3x 2
e) y sin2 x
c) y
x
2
x 1
f) y sin4 x cos4 x
Vấn đề 2: Ứng dụng của đạo hàm:
Dạng 1: Tính giới hạn của hàm số:
Phương pháp:
sin u(x)
1 (với lim u(x) 0 ).
x x 0
xx0 u(x)
- Ta sử dụng công thức tính giới hạn lượng giác sau: lim
0
P(x)
P '(x)
lim
(lưu ý chỉ sử dụng khi giới hạn có dạng )
x x 0 Q(x) x x 0 Q '(x)
0
- Ta sử dụng công thức: lim
Ví dụ 1:
Cách 1: lim
x 1
Cách 2: lim
x 1
x 1 x 4 x 3 x 2 x 1 5
lim
3
x 3 1 x 1
x 1 x 2 x 1
x5 1
x5 1
3
x 1
lim
x 1
5x 4
3x
2
5
3
Ví dụ 2:
5sin5x
5sin5x
lim
sin5x
5
5
lim 5x x0 5x
Cách 1: lim
x0 sin 4x x0 4sin 4x
4 lim 4sin 4x 4
x0
4x
4x
sin 5x
5cos5x 5cos(5.0) 5
lim
Cách 2: lim
x 0 sin 4x x 0 4cos4x
4 cos(4.0) 4
Bài tập tương tự:
Bài tập 1: Tìm các giới hạn sau:
GV: Nguyễn Thành Hưng
Page 6
TRƯỜNG THPT NGUYỄN HỒNG ĐẠO
a) lim
x3 x2 x 1
x 1
d) lim
x 3
x 2 3x 2
x 3 5x 2 3x 9
x 4 8x 2 9
(1 x )(1 2 x )(1 3 x ) 1
x 0
x
g) lim
x4 1
b) lim
x3 2 x2 1
x 5x 5 4 x 6
x 1
e) lim
(1 x )2
x 1
x5 1
c) lim
x 1
xm 1
f) lim
xn 1
x 1
x x 2 ... x n n
x 1
x 1
h) lim
x3 1
x 4 16
i) lim
x 2
x3 2 x2
Bài tập 2: Tìm các giới hạn sau:
a) lim
x 2
d) lim
x 2
g) lim
4x 1 3
x2 4
x 2 2
x 7 3
1 x 1
x 0 3 1
x 1
Bài tập 4: Tìm các giới hạn sau:
a) lim
x 2
d) lim
x 2
4x 1 3
x2 4
x2 2
x 7 3
1 x 1
1
x 9 x 16 7
lim
x 0
x
Bài tập 5: Tìm các giới hạn sau:
g) lim
x 0 3 1 x
a) lim
x 0
d) lim
1 x 3 1 x
x
1 4x 3 1 6x
x2
1 4x . 1 6x 1
g) lim
x 0
x
Bài tập 6: Tìm các giới hạn sau:
1 x 3 1 x
a) lim
x 0
x
x 0
d) lim
x 0
1 4x 3 1 6x
x2
GV: Nguyễn Thành Hưng
3
b) lim
x 1 3
x 1
4x 4 2
.
2 x 2 3x 1
e) lim
x 1
x 1
x 3 2x
h) lim
2
x 3x
x 3
3
x 1
.
3
4x 4 2
b) lim
x 1
2 x 2 3x 1
x 1
e) lim
x 1
h)
x 3 2x
lim
x (3)
3
b) lim
8x 11 x 7
x 2 3x 2
x 2
e) lim
x 2 3x
3
8x 11 x 7
2 x 2 5x 2
1 2 x .3 1 4 x 1
h) lim
x 0
x
x 2
b) lim
3
x 2 3x 2
x 2
e) lim
x 2
8x 11 x 7
3
8 x 11 x 7
2 x 2 5x 2
1 x2 1
x
c) lim
x 0
x2 1 1
f) lim
x 0
x 2 16 4
x 9 x 16 7
x
i) lim
x 0
c) lim
x 0
f) lim
x 0
1 x2 1
x
x2 1 1
x 2 16 4
i)
2 1 x 3 8 x
x 0
x
c) lim
3
5 x3 x2 7
f) lim
x 1
i) lim
x 0
3
x2 1
x 1 1 x
x
2 1 x 3 8 x
c) lim
x 0
x
f) lim
x 1
3
5 x3 x2 7
x2 1
Page 7
TRƯỜNG THPT NGUYỄN HỒNG ĐẠO
1 4x . 1 6x 1
x 0
x
Bài tập 7: Tính các giới hạn sau:
g) lim
a) lim
sin3x
h) lim
x 0
b) lim
x0 sin 2x
1 cosx
x 0
1 sin x cosx
x0 1 sin x cosx
e) lim
x
2
tan 2x
x0 sin 5x
f) lim
1 2 x .3 1 4 x 1
x
c) lim
1 sin x
x
2
x
2
2
x
2
g) lim x tan x
2
i) lim
x 0
d) lim
x
4
3
x 1 1 x
x
cosx sin x
cos2x
sin x
6
h) lim
3
x
cos x
6
2
Dạng 2: Viết phương trình tiếp tuyến:
Phương pháp:
1.Phương trình tiếp tuyến tai điểm M(x0, y0) (C) laø: y y 0 f '(x 0 )(x x 0 )
(*)
2.Viết phương trình tiếp tuyến với (C), biết tiếp tuyến có hệ số góc k:
- Bước 1: Gọi x0 là hoành độ tiếp điểm. Ta có: f (x 0 ) k (Theo ý nghĩa hình học của đạo hàm)
- Bước 2: Giải phương trình tìm x0, rồi tìm y 0 f(x 0 ).
- Bước 3: Viết phương trình tiếp tuyến tại một điểm theo công thức (*).
- Bước 4: Kết luận
3.Viết phương trình tiếp tuyến (d) với (C), biết (d) đi qua một điểm A(x1, y1) cho trước:
- Bước 1: Gọi (x0 , y0) là tiếp điểm (với y0 = f(x0)).
- Bước 2: Phương trình tiếp tuyến (d): y y 0 f '(x 0 )(x x 0 )
(d) qua A (x1 , y1 ) y1 y 0 f '(x 0 ) (x1 x 0 ) (1)
- Bước 3: Giải phương trình (1) với ẩn là x0, rồi tìm y 0 f(x 0 ) và f '(x 0 ).
- Bước 4: Từ đó viết phương trình tiếp tuyến tại điểm theo công thức (*).
Chú ý: Cho (): y = ax + b. Khi đó:
- (d) () k d a
- (d) () k d
1
a
Ví dụ : Cho hàm số (C): y f(x) x2 2x Viết phương trình tiếp tuyến với (C):
a) Tại điểm có hoành độ x0 = 1.
b) Tại điểm có tung độ y 0 0
c) Tại điểm M(0;0).
d) Biết tiếp tuyến có hệ số góc k = 2.
Giải:
a) Tại điểm có hoành độ x0 = 1.
- x 0 1 y 0 1
- Phương trình tiếp tuyến tại điểm A 1; 1 : y 1 y'(1)(x 1) y 1
b) Tại điểm có tung độ y 0 0
x 0
x 2 2x 0
x 2
GV: Nguyễn Thành Hưng
Page 8
TRƯỜNG THPT NGUYỄN HỒNG ĐẠO
- Phương trình tiếp tuyến tại điểm A 0;0 : y 0 y'(0)(x 0) y 2x
- Phương trình tiếp tuyến tại điểm A 2;0 : y 0 y'(2)(x 2) y 2x 4
c) Tại điểm M(0;0).
- Phương trình tiếp tuyến tại điểm A 0;0 : y 0 y'(0)(x 0) y 2x
d) Biết tiếp tuyến có hệ số góc k = 2.
- Gọi x0 là hoành độ tiếp điểm. Ta có: f (x 0 ) 2 2x 0 2 2 x 0 2 A(2;0)
- Phương trình tiếp tuyến tại điểm A 2;0 : y 0 y'(2)(x 2) y 2x 4
- Vậy: Pttt: y 2x 4
Bài tập tương tự:
Bài tập 1: Cho hàm số (C): y f(x) x2 2x 3. Viết phương trình tiếp tuyến với (C):
a) Tại điểm có hoành độ x0 = 1.
b) Tại điểm có tung độ y 0 3
c) Tại điểm M(0;3).
d) Biết tiếp tuyến có hệ số góc k = 2.
e) Song song với đường thẳng 4x – 2y + 5 = 0.
f) Vuông góc với đường thẳng x + 4y = 0.
g) Vuông góc với đường phân giác thứ nhất của góc hợp thành bởi các trục tọa độ.
h) Tiếp tuyến đi qua điểm A(2;1)
Bài tập 2: Cho hàm số (C): y x3 3x2 . Viết phương trình tiếp tuyến với (C):
a) Tại điểm có hoành độ x 0 0 .
b) Tại điểm có tung độ y 0 0 .
c) Tại giao điểm của (C) với trục hoành.
d) Tại giao điểm của (C) với trục tung.
e) Tại điểm I(1, –2).
f) Biết tiếp tuyến có hệ số góc k = -3.
g) Song song với đường thẳng 9x – y + 5 = 0.
h) Vuông góc với đường thẳng x - 3y = 0.
l) Đi qua điểm A(0;0)
m) Chứng minh rằng các tiếp tuyến khác của đồ thị (C) không đi qua I.
Bài tập 3: Cho hàm số y f(x)
3x 1
(C). Viết phương trình tiếp tuyến với (C):
1 x
a) Tại điểm có hoành độ x 0 2 .
b) Tại điểm có tung độ y 0 2 .
c) Tại giao điểm của (C) với trục hoành.
d) Tại giao điểm của (C) với trục tung.
e) Tại điểm A(2; –7).
GV: Nguyễn Thành Hưng
Page 9
TRƯỜNG THPT NGUYỄN HỒNG ĐẠO
1
2
f) Biết tiếp tuyến có hệ số góc k .
1
2
g) Song song với đường thẳng d: y x 100 .
h) Vuông góc với đường thẳng : 2x + 2y – 5 = 0.
Bài tập 4: Cho hàm số y f(x)
2 x x2
(C).
x 1
a) Viết phương trình tiếp tuyến của (C) tại điểm M(2; 4).
b) Viết phương trình tiếp tuyến của (C) biết tiếp tuyến có hệ số góc k = 1.
Bài tập 5: Cho hàm số (C): y 1 x x2 . Tìm phương trình tiếp tuyến với (C):
1
2
a) Tại điểm có hoành độ x0 = .
b) Song song với đường thẳng d: x + 2y = 0.
Vấn đề 3: Các bài toán khác
Dạng 1: Giải phương trình:
Phương pháp:
- Công thức tính đạo hàm.
- Giải phương trình đại số, phương trình lượng giác.
Bài tập tương tự:
Bài tập 1: Giải phương trình f '(x) 0 với:
a) f(x) 3cosx 4sin x 5x
b) f(x) cosx 3 s ón 2x 1
c) f(x) sin2 x 2cosx
d) f(x) sin x
cos4x cos6x
4
6
3 x
f) f(x) sin3x 3 cos3x 3(cosx 3sinx)
2
Bài tập 2: Giải phương trình f '(x) g(x) với:
e) f(x) 1 sin( x) 2 cos
4
a) f(x) sin 3x
3
b) f(x) sin 2x
g(x) sin6x
g(x) 4cos2x 5sin 4x
2 x
f(x) 4x cos 2
d)
g(x) 8cos x 3 2xsin x
2
x
f(x) 2x 2 cos2
c)
2
g(x) x x 2 sin x
Dạng 2: Giải bất phương trinh:
Phương pháp:
- Công thức tính đạo hàm.
- Giải bất phương trình đại số.
Bài tập tương tự:
Bài tập 1: Giải bất phương trình f '(x) g'(x) với:
a) f(x) x3 x 2, g(x) 3x 2 x 2
b) f(x) 2x3 x2 3, g(x) x3
GV: Nguyễn Thành Hưng
x2
3
2
Page 10
TRƯỜNG THPT NGUYỄN HỒNG ĐẠO
2
x
c) f(x) , g(x) x x3
Dạng 3: Bài toán chứa tham số:
Phương pháp:
- Công thức tính đạo hàm.
- Giải bất phương trình đại số.
Bài tập tương tự:
Bài tập 1: Xác định m để bất phương trình luôn có nghiệm với mọi x R:
a) f '(x) 0 vôùi f(x)
mx3
3x 2 mx 5
3
b) f '(x) 0 vôùi f(x)
mx3 mx 2
(m 1)x 15
3
2
GV: Nguyễn Thành Hưng
Page 11