Cực trị hàm số được đánh giá là một trong những chuyên đề quan trọng và thường xuyên xuất hiện trong đề thi tốt nghiệp THPT môn Toán trong hầu hết các năm vừa qua.
Trong cấu trúc đề thi Toán tốt nghiệp THPT, chuyên đề này có có tới 4 câu hỏi và có độ khó trải dài cấp độ nhận biết, vận dụng và vận dụng cao. Để hiểu rõ hơn về cấu trúc đề, các bạn có thể tham khảo bài viết: Cấu trúc đề thi môn toán tốt nghiệp THPT
Chính vì vậy, việc ôn tập kiến thức phần cực trị hàm số là rất quan trọng và cần thực sự lưu ý trong quá trình ôn thi. Luyenthidgnl.com.vn xin chia sẻ cho các bạn hệ thống kiến thức về cực trị hàm số và các dạng bài thường gặp để các bạn có cái nhìn tổng quan và bao quát nhất về chuyên đề này.
Mục lục
Khái niệm cực trị của hàm số
Giả sử ta có hàm số f xác định trên tập D với điều kiện (D ⊂ ℝ) và xo∈ D
a) xo gọi là điểm cực đại của hàm số f trong trường hợp tồn tại một khoảng (a; b) chứa điểm xo thỏa mãn điều kiện
Khi đó ta có f(xo) là giá trị cực đại của hàm số f trên tập D
b) xo gọi là một điểm cực tiểu của hàm số f trong trường hợp tồn tại một khoảng (a; b) có chứa chứa điểm xo thỏa mãn điều kiện:
Khi đó ta có f(xo) được gọi là giá trị cực tiểu của hàm số f trên tập D
Giá trị của điểm cực tiểu và điểm cực đại ta có khái niệm chung là cực trị
Điểm xo là một điểm cực trị của hàm số f thì ta có hàm số f sẽ đạt cực trị tại điểm xo .
Như vậy: Điểm cực trị phải là một điểm thuộc tập hợp D (D ⊂ ℝ)
Nhấn mạnh: xo ∈ (a; b) ⊂ D nghĩa là xo là một điểm trong của D
Chú ý
- Giá trị cực đại (cực tiểu) f(xo) nói chung chưa chắc là Giá trị lớn nhất (Giá trị nhỏ nhất) của f trên tập hợp D nên ta không thể khẳng định cực đại và cực tiểu là GTLN và GTNN của hàm số
- Hàm số có thể có nhiều điểm đạt cực đại hoặc cực tiểu trên tâp hợp D. Và cũng có trường hợp hàm số không có điểm cực trị trên tập xác định D.
- xo là điểm cực trị của hàm số f thì tại điểm (xo ; f(xo)) ta gọi là điểm cực trị của đồ thị hàm số f(x).
Những điều kiện cần để hàm số đạt cực trị
Định lý 1: Giả sử hàm số f có điểm cực trị xo. Khi đó , nếu f(x) có đạo hàm tại điểm xo thì f ‘(xo) = 0 (đạo hàm của hàm số f tại điểm xo bằng 0)
Chú ý:
- Đạo hàm f ‘ có thể bằng 0 tại điểm xo nhưng hàm số f lại không đạt cực trị tại điểm xo.
- Hàm số có điểm cực trị nhưng không có đạo hàm tại điểm đó
- Hàm số chỉ có thể có cực trị tại những điểm mà đạo hàm của hàm số bằng 0 tại điểm đó , hoặc có trường hợp hàm số không có đạo hàm tại đó.
- Hàm số đạt cực trị tại xo và nếu đồ thị hàm số có tiếp tuyến tại điểm (xo ; f(xo)) thì tiếp tuyến tại điểm đó song song với trục hoành (Oy)
Ví dụ : Hàm số y = |x| và hàm số y = x3
Điểm kiện đủ để hàm số có cực trị
Định lý 2: Giả sử hàm số f liên tục trên khoảng (a; b) có chứa điểm xo và hàm số có đạo hàm trên các khoảng (a; xo) và (xo; b). Khi đó ta có:
Định lý 3: Giả sử hàm số f có đạo hàm cấp một trên khoảng (a; b) chứa điểm xo ; f ‘(xo) = 0 và f có đạo hàm tại điểm xo cấp hai khác 0
a) Nếu đạo hàm cấp 2 của f= f ”(xo) < 0 thì hàm số f đạt cực đại tại điểm xo
b) Nếu đạo hàm cấp 2 của f= f ”(xo) < 0 thì hàm số f đạt cực tiểu tại điểm xo
Lưu ý:
Ta không cần phải xét hàm số f có đạo hàm hay không tại điểm x = xo nhưng ta phải xét điều kiện hàm số liên tục tại điểm xo
Các dạng bài tập tìm cực trị của hàm số
Dạng 1: Xác định các điểm cực trị của hàm số
Quy tắc 1: Sử dụng định lý 2 mình đã đề cập ở trên
- Bước 1: Xác định f ‘(x)
- Bước 2: Xác định các điểm i (i = 1, 2, 3,…) mà tại đó đạo hàm bằng 0 hoặc xét trường hợp hàm số liên tục nhưng không có đạo hàm
- Bước 3: Xác định dấu của f ‘(x). Nếu f ‘(x) đổi dấu tại điểm xo thì hàm số có cực trị tại điểm xo
Quy tắc 2: Sử dụng định lý 3
- Bước 1: Xác định f ‘(x)
- Bước 2: Tìm các nghiệm xi (i = 1, 2, 3,…) của phương trình f ‘(x) = 0
- Bước 3: Với mỗi giá trị xi ta tính f ”(xi)
– Nếu f ”(xi) < 0 thì đạt cực đại tại điểm xi
– Nếu f ”(xi) > 0 thì đạt cực tiểu tại điểm xi
Dạng 2: Xác định điều kiện để hàm số đạt cực trị
Phương pháp: Ta kết hợp định lý 2 và 3
Lưu ý
* Hàm số f (xác định trên tập xác định D) có cực trị ⇔ ∃ xo ∈ D thỏa mãn đồng thời 2 điều kiện sau:
- Đạo hàm của hàm số tại điểm xo phải triệt tiêu hoặc không có đạo hàm tại điểm xo
- f ‘(x) phải thỏa mãn điều kiện đổi dấu khi qua điểm xo hoặc f ”(xo) ≠ 0
* Nếu f ‘(x) là một tam thức bậc hai hoặc triệt tiêu cũng như cùng dấu với một tam thức bậc hai thì hàm có cực trị ⇔ phương trình f ‘(x) có hai nghiệm phân biệt thuộc tập xác định D.
Dạng 3: Tìm điều kiện của hàm số đề các điểm cực trị thỏa mãn các điều kiện đã cho
Phương pháp:
- Bước 1: Tìm điều kiện để hàm số có cực trị
- Bước 2: Biểu diễn điều kiện của hàm số thông qua các tọa độ của điểm cực trị từ đó ta tìm được điều kiện của các tham số.
Chú ý:
- Trong trường hợp ta gặp biểu thức đối xứng của hoành độ các điểm cực trị và hoành độ các điểm cực trị là nghiệm của một tam thức bậc hai thì ta áp dụng định lí Vi-ét trong dạng bài này.
- Trong quá trình tính giá trị cực trị của hàm số qua các điểm cực trị ta có thể sử dụng các kết quả sau:
Dạng 4 : Ứng dụng của cực trị khi làm các bài tập đại số
Ngoài ra, các bạn có thể thực hành thêm các dạng bài về cực trị trong các tài liệu tham khảo hoặc trong các đề thi tốt nghiệp THPT môn Toán các năm.
Trên đây là kiến thức và một số dạng bài tập thường gặp trong chuyên đề về kiến thức cực trị hàm số hy vọng rằng bài viết sẽ giúp các bạn có thể nắm chắc về chuyên đề này cũng như có định hướng và phản xạ khi gặp những dạng bài liên quan tới cực trị hàm số. Chúc các bạn có kết quả tốt trong kỳ thi tốt nghiệp THPT sắp tới.
Một số bài viết các bạn có thể tham khảo:
Phương trình đường thẳng – Lý thuyết và các công thức
Phương trình tọa độ trong không gian – Lý thuyết và các dạng bài tập
