Tính đạo hàm cấp hai của hàm phân thức tại một điểm
Problem:
Cho hàm số \(f(x) = \dfrac{x + 1}{x - 1}\). Tính \(f''(0)\).
Problem Analysis
Problem Summary
Cho hàm phân thức \(f(x) = \dfrac{x+1}{x-1}\), cần tính đạo hàm cấp hai tại \(x = 0\).
Required Knowledge
Quy tắc đạo hàm thương \(\left(\dfrac{u}{v}\right)' = \dfrac{u'v - uv'}{v^2}\). Áp dụng hai lần liên tiếp để tìm \(f'(x)\) rồi \(f''(x)\). Đạo hàm lũy thừa \((x^n)' = nx^{n-1}\) và đạo hàm hàm hợp.
Solution Method
Một cách. Tính \(f'(x)\) bằng quy tắc đạo hàm thương, rút gọn kết quả. Sau đó tiếp tục lấy đạo hàm của \(f'(x)\) theo cùng quy tắc để được \(f''(x)\). Thay \(x = 0\) vào \(f''(x)\) để ra kết quả.
Real-world Application
Trong vật lý, gia tốc là đạo hàm cấp hai của vị trí theo thời gian. Nếu vị trí của một vật chuyển động được mô tả bởi một hàm phân thức, em tính gia tốc tại thời điểm cụ thể bằng đúng cách này.
Hints (0/3)
Hint 1:
Tính \(f'(x)\) trước bằng công thức đạo hàm thương: tử là \((x+1)'(x-1) - (x+1)(x-1)'\), mẫu là \((x-1)^2\). Rút gọn tử xem còn lại gì.
Hint 2:
Sau khi rút gọn, em sẽ được \(f'(x) = \dfrac{-2}{(x-1)^2}\). Viết lại thành \(-2(x-1)^{-2}\) rồi dùng quy tắc đạo hàm hàm hợp, hoặc tiếp tục dùng quy tắc thương một lần nữa để tìm \(f''(x)\).
Hint 3:
Kết quả \(f''(x) = \dfrac{4}{(x-1)^3}\). Thay \(x = 0\) vào: mẫu là \((0-1)^3 = -1\), từ đó tính được \(f''(0)\).