Khảo sát và vẽ đồ thị hàm số
🖨 In phiếu tự học Vì sao nên in?
Bạn Lan muốn vẽ đồ thị bằng tay. Lan chấm năm điểm:
rồi nối lại. Nhưng biết đâu giữa hai điểm chấm, đồ thị còn có một chỗ "nhô" lên mà Lan không thấy? Và phương trình có bao nhiêu nghiệm?
Sơ đồ khảo sát hàm số
Khám phá: đạo hàm cho biết hình dạng
Đạo hàm chỉ bằng tại và . Vậy đồ thị chỉ có thể "quay đầu" tại hai điểm đó: đi lên trên , đi xuống trên , đi lên trên . Giữa các điểm Lan chấm không còn chỗ nhô nào khác.
Như vậy chỉ cần vài điểm và bảng biến thiên là ta vẽ được đồ thị đúng hình dạng. Đó là ý tưởng của sơ đồ khảo sát.
Hàm số bậc ba
Điểm là trung điểm của hai điểm cực trị, và đồ thị đối xứng qua điểm này. Mọi đồ thị bậc ba đều có một tâm đối xứng: đó là điểm có hoành độ là nghiệm của (ở đây ).
Không phải hàm bậc ba nào cũng có cực trị. Khi không đổi dấu, đồ thị đi một chiều.
Hàm số phân thức
Với phân thức, bước "giới hạn và tiệm cận" quan trọng hơn: các tiệm cận được vẽ trước bằng nét đứt, rồi ta vẽ các nhánh sát chúng.
Với , ta chia đa thức trước: vừa thấy tiệm cận xiên, vừa tính đạo hàm dễ hơn.
Đọc đồ thị và ứng dụng
Khi đã có đồ thị, ta đọc được nhiều thông tin mà không cần tính lại, chẳng hạn số nghiệm của phương trình (với là một số cho trước): đó là số giao điểm của đồ thị với đường thẳng nằm ngang .
Cuối cùng, ta nhắc lại cách viết tiếp tuyến đã học ở lớp 11: tiếp tuyến tại có phương trình .
Thuật ngữ
Tóm tắt
- Sơ đồ: tập xác định → , giới hạn, tiệm cận, bảng biến thiên → giao điểm với các trục, điểm đặc biệt → vẽ.
- Hàm bậc ba: có hai cực trị hoặc không có cực trị; tâm đối xứng là điểm có .
- : luôn đồng biến hoặc luôn nghịch biến trên từng khoảng; hai tiệm cận cắt nhau tại tâm đối xứng.
- : chia đa thức để có tiệm cận xiên và đạo hàm gọn.
- Số nghiệm của bằng số giao điểm của đồ thị với đường thẳng . Tiếp tuyến tại : .
Luyện tập
Mỗi bài có phần kiến thức và gợi ý các bước. Hãy tự làm trước, rồi mới bấm xem lời giải.
Khảo sát và vẽ đồ thị hàm số .
Kiến thức: sơ đồ khảo sát; hàm số lẻ có đồ thị đối xứng qua gốc toạ độ.
Gợi ý các bước:
- Tính , tìm cực trị và lập bảng biến thiên.
- Tìm giao điểm với trục hoành: .
Xem lời giải
; đồng biến trên và , nghịch biến trên . Cực đại , cực tiểu . Đồ thị cắt trục hoành tại , , và đối xứng qua (cũng là điểm có ).
Đáp số. Cực đại , cực tiểu ; đồ thị qua , , , tâm đối xứng .
Khảo sát và vẽ đồ thị hàm số .
Kiến thức: có , tiệm cận đứng , tiệm cận ngang .
Gợi ý các bước:
- Tính và xét dấu.
- Tìm hai tiệm cận và giao điểm với các trục.
Xem lời giải
, : đồng biến trên từng khoảng và . Tiệm cận đứng , tiệm cận ngang . Giao với các trục: và .
Đáp số. Đồng biến trên từng khoảng xác định; tiệm cận , ; tâm đối xứng ; đồ thị qua và .
Khảo sát hàm số : tìm cực trị và các tiệm cận.
Kiến thức: chia đa thức để viết .
Gợi ý các bước:
- Tính và quy đồng.
- Lập bảng biến thiên với các mốc , , .
Xem lời giải
hoặc . dương trên và , âm trên và . , . Tiệm cận đứng , tiệm cận xiên .
Đáp số. Cực đại , cực tiểu ; tiệm cận đứng , tiệm cận xiên .
Dựa vào đồ thị (bài 1), cho biết mỗi phương trình sau có bao nhiêu nghiệm: a) ; b) .
Kiến thức: số nghiệm của bằng số giao điểm của đồ thị với đường thẳng .
Gợi ý các bước:
- So sánh với giá trị cực đại và cực tiểu .
- Đếm giao điểm.
Xem lời giải
a) , nên đường thẳng cắt cả ba "đoạn" của đồ thị: nghiệm. b) , nên đường thẳng chỉ cắt nhánh bên trái (nơi đi từ lên ): nghiệm.
Đáp số. a) nghiệm; b) nghiệm.
Cho hàm số . Mỗi khẳng định sau đúng hay sai?
a) Đồ thị cắt trục tung tại điểm .
b) Điểm cực đại của đồ thị là .
c) Phương trình có đúng hai nghiệm.
d) Tâm đối xứng của đồ thị là điểm .
Kiến thức: bảng biến thiên của hàm bậc ba; tâm đối xứng có hoành độ là nghiệm của .
Gợi ý các bước:
- Tính , tìm cực trị.
- So sánh với giá trị cực đại và cực tiểu để đếm nghiệm.
- Giải .
Xem lời giải
; (cực đại), (cực tiểu).
a) Đúng: .
b) Đúng: đổi dấu tại và .
c) Sai: nên đường thẳng cắt đồ thị tại điểm (các nghiệm là và ).
d) Đúng: , .
Đáp số. a) Đúng; b) Đúng; c) Sai; d) Đúng.
Tiếp tuyến của đồ thị tại điểm có hoành độ cắt trục tung tại điểm có tung độ bằng bao nhiêu?
Kiến thức: tiếp tuyến tại : (đạo hàm, lớp 11).
Gợi ý các bước:
- Tính và .
- Viết tiếp tuyến rồi cho .
Xem lời giải
, nên . Tiếp tuyến: . Với : .
Đáp số. .
Số lượng vi khuẩn trong một mẫu nuôi cấy sau giờ là (nghìn con), . Khảo sát hàm số trên và cho biết: lúc đầu có bao nhiêu vi khuẩn, số vi khuẩn tăng hay giảm, và về lâu dài nó tiến tới đâu?
Kiến thức: dấu của cho biết tăng hay giảm; tiệm cận ngang cho biết giá trị về lâu dài.
Gợi ý các bước:
- Tính và .
- Tính .
Xem lời giải
. , nên đồng biến. : tiệm cận ngang .
Đáp số. Lúc đầu nghìn con; số vi khuẩn luôn tăng và tiến gần nghìn con nhưng không vượt quá.
Đồ thị hàm số có tiệm cận đứng , tiệm cận ngang và đi qua điểm . Tìm , , .
Kiến thức: có tiệm cận đứng và tiệm cận ngang .
Gợi ý các bước:
- Từ hai tiệm cận suy ra và .
- Thay điểm để tìm .
Xem lời giải
Tiệm cận đứng nên ; tiệm cận ngang . Thay : , nên . Hàm số là (có ).
Đáp số. , , .
Tìm toạ độ giao điểm của đồ thị và đường thẳng .
Kiến thức: hoành độ giao điểm là nghiệm của phương trình với ; giải phương trình bậc hai (lớp 10).
Gợi ý các bước:
- Nhân hai vế với và đưa về phương trình bậc hai.
- Kiểm tra điều kiện , rồi tính tung độ.
Xem lời giải
hoặc (đều khác ). Tung độ: và .
Đáp số. và .
Viết phương trình các tiếp tuyến của đồ thị song song với đường thẳng .
Kiến thức: hai đường thẳng song song có cùng hệ số góc; hệ số góc của tiếp tuyến tại là .
Gợi ý các bước:
- Giải .
- Với mỗi nghiệm, tính và viết tiếp tuyến; kiểm tra tiếp tuyến không trùng .
Xem lời giải
hoặc . Tại : , tiếp tuyến . Tại : , tiếp tuyến . Cả hai đều khác .
Đáp số. và .
Kiểm tra mini
Chấm như đề thi tốt nghiệp THPT: Phần I mỗi câu 0,25 điểm; Phần II mỗi câu tối đa 1 điểm (đúng 1, 2, 3, 4 ý được 0,1; 0,25; 0,5; 1 điểm); Phần III mỗi câu 0,5 điểm.
Phần I. Trắc nghiệm nhiều phương án lựa chọn
và . Phương án B là giao điểm với trục tung, phương án A là điểm cực tiểu của đồ thị.
có tiệm cận đứng và tiệm cận ngang ; với A là và . Phương án C nhầm dấu của , phương án D đổi vai trò hai hệ số.
: đường thẳng cắt nhánh bên trái một lần và chỉ chạm đồ thị tại điểm cực tiểu , nên có nghiệm. Phương án C đếm như khi nằm giữa hai giá trị cực trị.
, nên . Phương án B là tung độ , phương án C tính nhầm .
Phần II. Trắc nghiệm đúng sai
| a) Hàm số đạt cực tiểu tại . | ||
| b) Đồ thị hàm số có tâm đối xứng là . | ||
| c) Phương trình có ba nghiệm phân biệt. | ||
| d) Tiếp tuyến của đồ thị tại điểm có phương trình . |
a) Đúng: đổi dấu từ sang tại . b) Đúng: , . c) Sai: là giá trị cực đại, chỉ có nghiệm , . d) Đúng: nên .
Phần III. Trắc nghiệm trả lời ngắn
nên , . Diện tích là .
, nên . Tiếp tuyến bằng khi , làm tròn được .
Xem đáp án và giải thích
- Phần I, câu 1: C. và . Phương án B là giao điểm với trục tung, phương án A là điểm cực tiểu của đồ thị.
- Phần I, câu 2: A. có tiệm cận đứng và tiệm cận ngang ; với A là và . Phương án C nhầm dấu của , phương án D đổi vai trò hai hệ số.
- Phần I, câu 3: B. : đường thẳng cắt nhánh bên trái một lần và chỉ chạm đồ thị tại điểm cực tiểu , nên có nghiệm. Phương án C đếm như khi nằm giữa hai giá trị cực trị.
- Phần I, câu 4: D. , nên . Phương án B là tung độ , phương án C tính nhầm .
- Phần II, câu 1: a) Đúng; b) Đúng; c) Sai; d) Đúng. a) Đúng: đổi dấu từ sang tại . b) Đúng: , . c) Sai: là giá trị cực đại, chỉ có nghiệm , . d) Đúng: nên .
- Phần III, câu 1: 4. nên , . Diện tích là .
- Phần III, câu 2: 6,3. , nên . Tiếp tuyến bằng khi , làm tròn được .