Tính đạo hàm của hàm số căn bậc hai bằng định nghĩa
Problem:
Dùng định nghĩa, tính đạo hàm của hàm số \(y = \sqrt{x}\) tại điểm \(x > 0\).
Problem Analysis
Problem Summary
Cho hàm số \(y = \sqrt{x}\) với \(x > 0\). Cần tính đạo hàm tại điểm \(x_0\) bất kì bằng định nghĩa giới hạn.
Required Knowledge
Định nghĩa đạo hàm tại điểm \(x_0\): \(f'(x_0) = \lim\limits_{x \to x_0} \dfrac{f(x) - f(x_0)}{x - x_0}\). Hằng đẳng thức \(x - x_0 = (\sqrt{x} - \sqrt{x_0})(\sqrt{x} + \sqrt{x_0})\) để rút gọn tử và mẫu. Quy tắc tính giới hạn cơ bản.
Solution Method
Chỉ có một cách. Thay \(f(x) = \sqrt{x}\) vào công thức định nghĩa, sau đó nhân liên hợp ở mẫu để rút gọn biểu thức \(\sqrt{x} - \sqrt{x_0}\), rồi tính giới hạn khi \(x \to x_0\).
Real-world Application
Nếu diện tích một mảnh đất hình vuông tăng dần theo thời gian, đạo hàm của hàm căn bậc hai cho biết cạnh hình vuông thay đổi nhanh hay chậm tại mỗi thời điểm — diện tích càng lớn thì tốc độ tăng của cạnh càng nhỏ, điều này có ý nghĩa gì với người thiết kế?
Hints (0/3)
Hint 1:
Viết thương tử số theo định nghĩa: \(\dfrac{\sqrt{x} - \sqrt{x_0}}{x - x_0}\). Lúc này tử và mẫu đều tiến về 0 khi \(x \to x_0\), nên em cần rút gọn trước khi lấy giới hạn.
Hint 2:
Dùng hằng đẳng thức \(x - x_0 = (\sqrt{x} - \sqrt{x_0})(\sqrt{x} + \sqrt{x_0})\) để phân tích mẫu. Khi đó phân số rút gọn được nhân tử \(\sqrt{x} - \sqrt{x_0}\).
Hint 3:
Sau khi rút gọn, biểu thức còn lại là \(\dfrac{1}{\sqrt{x} + \sqrt{x_0}}\). Cho \(x \to x_0\) để tính giới hạn, rồi kết luận công thức đạo hàm tổng quát.
Detailed solution
Lấy \(x_0 > 0\) bất kì. Theo định nghĩa đạo hàm:
\[f'(x_0) = \lim_{x \to x_0} \frac{f(x) - f(x_0)}{x - x_0} = \lim_{x \to x_0} \frac{\sqrt{x} - \sqrt{x_0}}{x - x_0}\]
Phân tích mẫu bằng hằng đẳng thức \(x - x_0 = (\sqrt{x} - \sqrt{x_0})(\sqrt{x} + \sqrt{x_0})\):
\[f'(x_0) = \lim_{x \to x_0} \frac{\sqrt{x} - \sqrt{x_0}}{(\sqrt{x} - \sqrt{x_0})(\sqrt{x} + \sqrt{x_0})} = \lim_{x \to x_0} \frac{1}{\sqrt{x} + \sqrt{x_0}}\]
Cho \(x \to x_0\):
\[f'(x_0) = \frac{1}{\sqrt{x_0} + \sqrt{x_0}} = \frac{1}{2\sqrt{x_0}}\]
Vì \(x_0 > 0\) là tùy ý, hàm số \(y = \sqrt{x}\) có đạo hàm tại mọi \(x > 0\) và:
\[y' = \frac{1}{2\sqrt{x}}\]
Exercises in this lesson— Bài 32. Các quy tắc tính đạo hàm