Tìm hiểu lý thuyết và 3 dạng toán phổ biến về hàm số đồng biến nghịch biến: Tìm khoảng đồng biến nghịch biến, điều kiện tham số m thỏa mãn. Bài viết giúp đi thẳng vào vấn đề khi nào thì hàm đồng biến và khi nào thì hàm nghịch biến? Mang đến những mẹo làm bài tập cực nhanh ứng dụng trong trắc nghiệm.
Khái niệm hàm đồng biến, hàm nghịch biến
Tính đồng biến [hay còn gọi là tính tăng], tính nghịch biến [hay còn gọi là tính giảm] là các tính chất của một hàm số. Nếu hàm số tăng hoặc giảm trong một đoạn thì gọi chung là đơn điệu trong đoạn đó. Trong trường hợp tăng nghiêm ngặt [đang tăng – ngày càng tăng] hoặc giảm nghiêm ngặt [đang giảm – ngày càng giảm] thì gọi chung là đơn điệu nghiêm ngặt. [1]Trần Văn Hạo và đồng nghiệp, Giải tích 12, Trang 4 – Phần Tính đơn điệu của hàm số
Để xác định hàm số đồng biến nghịch biến khi nào ta thường tìm đạo hàm của hàm số đó. Nếu đạo hàm dương trong khoảng nào thì hàm số đồng biến trong khoảng đó, trường hợp ngược lại hàm số âm trong khoảng nào thì nghịch biến trong khoảng đó. [2]Trần Văn Hạo và đồng nghiệp, Giải tích 12, Trang 5 – Phần Tính đơn điệu và dấu của đạo hàm
Định nghĩa hàm số đồng biến nghịch biến
Giả sử K là một khoảng, một đoạn hoặc một nữa khoảng và y = f[x] là một hàm số xác định trên K.
Hàm số y = f[x] được gọi là đồng biến [tăng] trên K nếu: ∀ x1, x2 ∊ K, nếu x1 < x2 thì f[x1] < f [x2]. [3]Phan Đức Chinh, Toán lớp 9 – Tập 1, Trang 44, 2011[4]Trần Văn Hạo, Đại số 10 – Tập 1, Trang 36, 2010
Hàm số y = f[x] được gọi là nghịch biến [giảm] trên K nếu: ∀ x1, x2 ∊ K, nếu x1 < x2 thì f[x1] > f [x2]. [3]Phan Đức Chinh, Toán lớp 9 – Tập 1, Trang 44, 2011[4]Trần Văn Hạo, Đại số 10 – Tập 1, Trang 36, 2010
Điều kiện để hàm số đồng biến nghịch biến
Định lí 1: Điều kiện đủ để hàm số đồng biến nghịch biến
Giả sử hàm số f có đạo hàm trên khoảng K. Khi đó:
- Nếu f’[x] > 0, ∀ x ∊ K thì hàm số f đồng biến trên K. [5]Trần Văn Hạo và đồng nghiệp, Giải tích 12, Trang 6 – Định lí thừa nhận
- Nếu f’[x] < 0, ∀ x ∊ K thì hàm số f nghịch biến trên K. [5]Trần Văn Hạo và đồng nghiệp, Giải tích 12, Trang 6 – Định lí thừa nhận
- Nếu f’[x] = 0, ∀ x ∊ K thì hàm số f không đổi trên K.
Chú ý: Khoảng K trong định lí trên ta có thể thay thế bởi đoạn hoặc một nửa khoảng. Khi đó phải có thêm giả thuyết “Hàm số liên tục trên đoạn hoặc nửa khoảng đó”. Chẳng hạn:
Nếu hàm số f liên tục trên đoạn [a;b] và f’[x] > 0, ∀ x ∊ [a;b] thì hàm số f đồng biến trên đoạn [a;b]. Ta thường biểu diễn qua bảng biến thiên như sau:
Định lí 2: Điều kiện cần để hàm số đồng biến nghịch biến
Giả sử hàm số f có đạo hàm trên khoảng K. Khi đó:
- Nếu hàm số đồng biến trên khoảng K thì f’[x] ≥ 0, ∀ x ∊ K
- Nếu hàm số nghịch biến trên khoảng K thì f’[x] ≤ 0, ∀ x ∊ K
Định lí 3. [Mở rộng của định lí 1]
Giả sử hàm số f có đạo hàm trên khoảng K. Khi đó:
- Nếu f’[x] ≥ 0, ∀ x ∊ K và f’[x] = 0 chỉ tại hữu hạn điểm thuộc K thì hàm số f đồng biến trên K.
- Nếu f’[x] ≤ 0, ∀ x ∊ K và f’[x] = 0 chỉ tại hữu hạn điểm thuộc K thì hàm số f nghịch biến trên K.
Tính chất hàm số đồng biến nghịch biến
Giả sử K là một khoảng, một đoạn hoặc một nữa khoảng và y = f[x] là một hàm số xác định trên K. Hàm số đồng biến hoặc nghịch biến trên K gọi chung là đơn điệu trên K. Từ đó ta sẽ có những tính chất như sau:
Tính chất 1
Nếu hàm số f[x] và g[x] cùng đồng biến [nghịch biến] trên D thì hàm số f[x] + g[x] cũng đồng biến [nghịch biến] trên D. Tính chất này có thể không đúng đối với hiệu f[x] – g[x]
Tính chất 2
Nếu hàm số f[x] và g[x] là các hàm số dương và cùng đồng biến [nghịch biến] trên D thì hàm số f[x]․g[x] cũng đồng biến [nghịch biến] trên D. Tính chất này có thể không đúng khi các hàm số f[x] và g[x] không là các hàm số dương trên D.
Tính chất 3
Cho hàm số u = u[x] xác định với x ∊ [a;b] và u[x] ∊ [c;d]. Hàm số f [u[x]] cũng xác định với x ∊ [a;b]. Ta có nhận xét sau:
- Giả sử hàm số u = u[x] đồng biến với x ∊ [a;b]. Khi đó, hàm số f [u[x]] đồng biến với x ∊ [a;b] ⇔ f[u] đồng biến với u[x] ∊ [c;d]
- Giả sử hàm số u = u[x] nghịch biến với x ∊ [a;b]. Khi đó, hàm số f [u[x]] nghịch biến với x ∊ [a;b] ⇔ f[u] nghịch biến với u[x] ∊ [c;d]
Phương pháp giải
Cho hàm số y = f[x]
+] f’[x] > 0 ở đâu thì hàm số đồng biến ở đấy.
+] f’[x] < 0 ở đâu thì hàm số nghịch biến ở đấy.
Quy tắc:
+] Tính f’[x], giải phương trình f’[x] = 0 tìm nghiệm.
+] Lập bảng xét dấu f’[x]
+] Dựa vào bảng xét dấu và kết luận.
Bài tập vận dụng
Ví dụ 1. Cho hàm số f[x] đồng biến trên tập số thực ℝ, mệnh đề nào sau đây là đúng?
A. Với mọi x1 > x2 ∊ ℝ ⇒ f [x1] < f [x2]
B. Với mọi x1, x2 ∊ ℝ ⇒ f [x1] > f [x2]
C. Với mọi x1, x2 ∊ ℝ ⇒ f [x1] < f [x2]
D. Với mọi x1 < x2 ∊ ℝ ⇒ f [x1] < f [x2]
Hướng dẫn giải
Chọn đáp án D
Ta có: f[x] đồng biến trên tập số thực ℝ.
⇒ x1 < x2 ∊ ℝ ⇒ f [x1] < f [x2]
Ví dụ 2. Cho hàm số f[x] = -2x3 + 3x2 – 3x và 0 ≤ a < b. Khẳng định nào sau đây sai?
A. Hàm số nghịch biến trên ℝ
B. f [a] > f [b]
C. f [b] < 0
D. f [a] < f [b]
Hướng dẫn giải
Chọn đáp án D
Ta có: f’[x] = -6x2 + 6x – 3 < 0, ∀ x ∊ ℝ
⇒ Hàm số nghịch biến trên ℝ.
0 ≤ a < b ⇒ f [0] ≥ f [a] > f [b]
Phương pháp giải
+] Để hàm số đồng biến trên khoảng [a;b] thì f’[x] ≥ 0, ∀ x ∊ [a;b].
+] Để hàm số nghịch biến trên khoảng [a;b] thì f’[x] ≤ 0, ∀ x ∊ [a;b].
*] Riêng hàm số:
+] Để hàm số đồng biến trên TXĐ thì y’ > 0, ∀ x ∊ D.
+] Để hàm số nghịch biến trên TXĐ thì y’ < 0, ∀ x ∊ D.
+] Để hàm số đồng biến trên khoảng [a;b] thì
+] Để hàm số nghịch biến trên khoảng [a;b] thì
*] Tìm m để hàm số bậc 3 y = ax3 + bx2 + cx + d đơn điệu trên ℝ
+] Tính y = 3ax2 + 2bx + c là tam thức bậc 2 có biệt thức ∆.
+] Để hàm số đồng biến trên ℝ
+] Để hàm số nghịch biến trên ℝ
Chú ý
Cho hàm số y = ax3 + bx2 + cx + d
+] Khi a > 0 để hàm số nghịch biến trên một đoạn có độ dài bằng k ⇔ y’ = 0 có 2 nghiệm phân biệt x1, x2 sao cho |x1 – x2| = k.
+] Khi a < 0 để hàm số đồng biến trên một đoạn có độ dài bằng k ⇔ y’ = 0 có 2 nghiệm phân biệt x1, x2 sao cho |x1 – x2| = k.
Bài tập vận dụng
Ví dụ 1. Hàm số y = x3 – 3x2 + [m – 2] x + 1 luôn đồng biến khi:
A. m ≥ 5
B. m ≤ 5
C.
D.
Hướng dẫn giải
Chọn đáp án A
Ta có: y’ = 3x2 – 6x + m – 2
Hàm số đồng biến trên ℝ khi và chỉ khi y’ = 3x2 – 6x + m – 2 ≥ 0, ∀ x ∊ ℝ
⇔ ∆’ ≤ 0 ⇔ 15 – 3m ≤ 0 ⇔ m ≥ 5
Ví dụ 2. Hàm số y = ⅓x3 – mx2 – [3m + 2] x + 1 đồng biến trên ℝ khi m bằng
A.
B.
C. -2 ≤ m ≤ -1
D. -2 < m < -1
Hướng dẫn giải
Chọn đáp án C
Ta có: y’ = x2 – 2mx – 3m + 2
Hàm số đồng biến trên ℝ khi và chỉ khi y’ = x2 – 2mx – 3m + 2 ≥ 0, ∀ x ∊ ℝ
⇔ ∆’ ≤ 0 ⇔ m2 + 3m + 2 ≤ 0 ⇔ -2 ≤ m ≤ -1
Phương pháp giải
Bước 1: Tìm tập xác định
Bước 2: Tính đạo hàm f’[x] = 0. Tìm các điểm xi [i= 1, 2,… n] mà tại đó đạo hàm bằng 0 hoặc không xác định.
Bước 3: Sắp xếp các điểm xi theo thứ tự tăng dần và lập bảng biến thiên.
Bước 4: Nêu kết luận về các khoảng đồng biến, nghịch biến của hàm số.
Bài tập vận dụng
Ví dụ 1. Xét tính đơn điệu của mỗi hàm số sau: y = x4 – 2x2 + 1
Hàm số xác định với mọi x ∊ ℝ
y’ = 4x3 – 4x = 4x [x2 – 1]
Cho y’ = 0 ⇒ x = 0 hoặc x = -1 hoặc x = 1
Bảng biến thiên:
Dựa vào bảng biến thiên suy ra:
- Hàm số đồng biến trên các khoảng [-1;0] và [1; +∞].
- Hàm số nghịch biến trên các khoảng [-∞; -1] và [0;1]
Ví dụ 2. Xét tính đơn điệu của mỗi hàm số sau: y = -x4 + x2 – 2
Hàm số xác định với mọi x ∊ ℝ
y’ = -4x3 + 2x = 2x [-2x2 + 1]
Cho y’ = 0 ⇒ x = 0 hoặc hoặc
Bảng biến thiên
Dựa vào bảng biến thiên suy ra:
Hàm số đồng biến trên các khoảng và
Hàm số nghịch biến trên các khoảng và
Ví dụ 3. Xét tính đơn điệu của mỗi hàm số sau: y = ¼x4 + 2x2 – 1
Hàm số xác định với mọi x ∊ ℝ
y’ = x3 + 4x = x [x2 + 4]
Cho y’ = 0 ⇒ x = 0 [do x2 + 4 = 0 vô nghiệm]
Bảng biến thiên
Dựa vào bảng biến thiên suy ra:
- Hàm số đồng biến trên khoảng [0; +∞]
- Hàm số nghịch biến trên khoảng [-∞; 0]
Tài liệu tham khảo
1. Thông tin tài liệu
| Thông tin | |
| Tên tài liệu | Các dạng toán về hàm số đồng biến, hàm số nghịch biến |
| Số trang | 59 |
| Tác giả | Thầy Nguyễn Bảo Vương |
2. Mục lục tài liệu
- Dạng 1. Tìm khoảng đơn điệu của hàm số thông qua bảng biến thiên, đồ thị
- Dạng 2. Tìm khoảng đơn điệu của hàm số cho trước
- Dạng 3. Tìm m để hàm số đơn điệu trên các khoảng xác định của nó
- Dạng 4. Tìm m để hàm số nhất biến đơn điệu trên khoảng cho trước
- Dạng 5. Tìm m để hàm số bậc 3 đơn điệu trên khoảng cho trước
- Dạng 6. Tìm m để hàm số khác đơn điệu trên khoảng cho trước
- Dạng 7. Tìm khoảng đơn điệu của hàm số f[u] khi biết đồ thị hàm số f'[x]
- Dạng 8: Tìm khoảng đơn điệu của hàm số f[u]+g[x] khi biết đồ thị, bảng biến thiên của hàm số f’[x]
3. Xem tài liệu
Bài học trên đã trình bày chi tiết về tính đồng biến, nghịch biến của hàm số và hàng loạt các dạng bài liên quan. Đây là một trong những dạng toán nhỏ phổ biến trong các kì thi toán học. Mong rằng qua bài viết trên bạn đọc đã hiểu khi nào thì hàm số đồng biến và khi nào thì hàm số nghịch biến cùng các dạng toán cơ bản.
Hàm số y = f[x] được gọi là đồng biến [tăng] trên K nếu: ∀ x1, x2 ∊ K, nếu x1 < x2 thì f[x1] < f [x2]. [3]Phan Đức Chinh, Toán lớp 9 – Tập 1, Trang 44[4]Trần Văn Hạo, Đại số 10 – Tập 1, Trang 36
Hàm số y = f[x] được gọi là nghịch biến [giảm] trên K nếu: ∀ x1, x2 ∊ K, nếu x1 < x2 thì f[x1] > f [x2]. [3]Phan Đức Chinh, Toán lớp 9 – Tập 1, Trang 44[4]Trần Văn Hạo, Đại số 10 – Tập 1, Trang 36
Để xác định hàm số đồng biến nghịch biến khi nào ta thường tìm đạo hàm của hàm số đó. Nếu đạo hàm dương trong khoảng nào thì hàm số đồng biến trong khoảng đó, trường hợp ngược lại hàm số âm trong khoảng nào thì nghịch biến trong khoảng đó. Do đó việc hàm số vô nghiệm hay có nghiệm không ảnh hưởng đến việc có đơn điệu hay không. Do đó không xác định được hàm số vô nghiệm đồng biến hay nghịch biến.
Xét hàm số bậc 2: f[x] = ax2 + bx + c [a ≠ 0] có đạo hàm f’[x] = 2ax + b. f’[x] = 0 ⇔ x = -b/2a. Xét dấu f’[x] từ đó ta kết luận. Hàm số bậc 2 đồng biến khi x > -b/2a và nghịch biến khi x < -b/2a.
VerbaLearn chỉ sử dụng các nguồn tham khảo chất lượng cao, bao gồm các nghiên cứu được đánh giá cùng chuyên mục để hỗ trợ các dữ liệu trong bài viết. Từ đó luôn giữ cho nội dung trên website chính xác và đáng tin cậy nhất. Mang thêm nguồn thông tin hữu ích đến bạn đọc thông qua các nguồn được nghiên cứu.