Lý thuyết
Đạo hàm, dấu tam thức bậc hai (Toán 11, 10).
1. Hàm số đồng biến, hàm số nghịch biến
Cho hàm số xác định trên khoảng . Với mọi và : nếu thì đồng biến trên ; nếu thì nghịch biến trên . Tính đồng biến và tính nghịch biến được gọi chung là tính đơn điệu.
Khi đi từ trái sang phải trên một khoảng, đồ thị đi lên biểu thị tính đồng biến; đồ thị đi xuống biểu thị tính nghịch biến. Kết luận phải nêu rõ từng khoảng thuộc tập xác định.
2. Dấu đạo hàm và tính đơn điệu
Giả sử có đạo hàm trên khoảng . Điều kiện tại mọi bảo đảm đồng biến; điều kiện tại mọi bảo đảm nghịch biến.
Kết luận vẫn giữ nguyên nếu đạo hàm bằng tại một số hữu hạn điểm, còn tại các điểm khác trong đạo hàm có cùng dấu dương hoặc cùng dấu âm. Nếu với mọi thì là hàm hằng trên .
Không suy ra tính đồng biến nghiêm ngặt chỉ từ nếu chưa kiểm tra khả năng hàm hằng trên một khoảng con. Những điểm không thuộc tập xác định phải tách miền xét; không gộp các khoảng qua điểm gián đoạn.
3. Xét tính đơn điệu bằng bảng biến thiên
Trước hết xác định miền của hàm số. Tính đạo hàm và liệt kê các điểm trong miền mà đạo hàm bằng không hoặc không tồn tại. Sắp xếp các điểm phân chia, xét dấu đạo hàm trên từng khoảng, rồi ghi chiều biến thiên và các giá trị hoặc giới hạn cần thiết vào bảng.
Trong bảng biến thiên, dấu của đi với mũi tên tăng của ; dấu đi với mũi tên giảm. Từ bảng, đọc các khoảng đồng biến, nghịch biến riêng biệt. Điểm ngoài tập xác định không được ghi như một giá trị của hàm số.
4. Điểm cực đại, điểm cực tiểu và giá trị cực trị
Giả sử là điểm trong một khoảng thuộc tập xác định. Nếu có một lân cận của sao cho với mọi trong lân cận đó, hàm số đạt cực đại tại . Nếu thay bằng , hàm số đạt cực tiểu tại .
là điểm cực trị của hàm số; là giá trị cực trị; là điểm cực trị của đồ thị. Cực trị chỉ so sánh các giá trị ở gần , nên không đồng nghĩa với giá trị lớn nhất hoặc nhỏ nhất trên toàn miền xét.
5. Nhận biết cực trị bằng sự đổi dấu của đạo hàm
Giả sử liên tục tại và có đạo hàm ở các điểm lân cận (đạo hàm tại chính có thể không tồn tại). Khi đi qua , nếu đổi từ dương sang âm thì đạt cực đại; nếu đổi từ âm sang dương thì đạt cực tiểu.
Theo các giả thiết trên, nếu đạo hàm giữ dấu dương ở cả hai phía hoặc giữ dấu âm ở cả hai phía thì không phải điểm cực trị. Điểm không thuộc tập xác định không thể là điểm cực trị của hàm số.
6. Quy trình tìm cực trị và các điều kiện cần nhớ
Xác định miền; tính ; tìm các điểm trong miền mà hoặc không tồn tại; xét dấu đạo hàm hai phía mỗi điểm; xác định loại cực trị và tính . Khi trình bày, ghi rõ điểm cực trị và giá trị tương ứng.
Nếu có đạo hàm tại điểm cực trị thì . Chiều ngược lại không luôn đúng: nghiệm của mới là điểm cần xét. Hàm số vẫn có thể có cực trị ở một điểm mà đạo hàm không tồn tại; khi đó phải kiểm tra định nghĩa hoặc điều kiện đổi dấu phù hợp.
7. Quy tắc cực trị bằng đạo hàm cấp hai
Với có đạo hàm cấp hai liên tục trong một lân cận của và : cho cực đại, cho cực tiểu. Nếu , quy tắc này chưa kết luận được; quay lại xét dấu hoặc dùng định nghĩa.
8. Đọc đồ thị đạo hàm và xét hàm hợp
Đồ thị ở trên cho ; ở dưới cho . Giao với cho nghiệm . Xét dấu hai phía giao điểm để xác định cực trị; tiếp xúc mà không đổi dấu không tạo cực trị.
Với , . Xét miền xác định, tìm nghiệm từng nhân tử và lập bảng dấu tích. Nếu , so sánh hai đồ thị và để xác định dấu .
9. Tính đơn điệu và cực trị khi có tham số
Hàm bậc ba (): đặt . Đồng biến trên khi , ; nghịch biến khi , . Có hai điểm cực trị khi .
Hàm (, ): . Trên khoảng không chứa , dấu quyết định chiều biến thiên. Hàm không có cực trị.
Hàm trùng phương () có ba điểm cực trị nếu , một điểm cực trị nếu . Khi , các điểm trên đồ thị là và . Tam giác vuông cân tại khi ; đều khi .
Khi cô lập được tham số: với mọi tương đương ; tương đương . Nếu các cận được đạt, có thể dùng và . Luôn kiểm tra miền xác định và trường hợp hệ số cao nhất bằng .
Nội dung lý thuyết được diễn giải theo Booktoan · Bài 1: Tính đơn điệu & cực trị.