Các quy tắc tính đạo hàm: tổng, hiệu, tích, thương
Đề bài:
Trình bày các quy tắc tính đạo hàm của tổng, hiệu, tích và thương của hai hàm số. Áp dụng vào ví dụ cụ thể.
Phân tích bài toán
Tóm tắt đề bài
Lý thuyết về bốn quy tắc tính đạo hàm cơ bản — tổng, hiệu, tích, thương — dùng để tính đạo hàm của các hàm số phức tạp hơn mà không cần quay lại định nghĩa giới hạn.
Kiến thức cần dùng
Định nghĩa đạo hàm tại một điểm. Bốn quy tắc chính:
- \((u \pm v)' = u' \pm v'\)
- \((u \cdot v)' = u'v + uv'\)
- \(\left(\dfrac{u}{v}\right)' = \dfrac{u'v - uv'}{v^2}\) với \(v \neq 0\)
- Trường hợp đặc biệt: \((cu)' = cu'\) với \(c\) là hằng số.
Các đạo hàm cơ bản đã học: \((x^n)' = nx^{n-1}\), \((\sin x)' = \cos x\), \((\cos x)' = -\sin x\), v.v.
Phương pháp giải
Có một hướng tiếp cận chính — nhận dạng cấu trúc hàm số (tổng, tích, hay thương), sau đó áp dụng đúng quy tắc tương ứng. Với hàm phức tạp, có thể kết hợp nhiều quy tắc liên tiếp.
Ứng dụng thực tế
Nếu quãng đường một xe máy đi được theo thời gian là \(s(t) = 3t^2 + 2t\) (km), thì vận tốc tức thời \(v(t) = s'(t)\) tính được ngay nhờ quy tắc đạo hàm tổng — em tính được vận tốc tại bất kỳ thời điểm nào mà không cần đo trực tiếp.
Gợi ý (0/3)
Gợi ý 1:
Nhớ quy tắc tổng/hiệu: đạo hàm của tổng bằng tổng các đạo hàm — tức là lấy đạo hàm từng số hạng rồi cộng lại: \((u \pm v)' = u' \pm v'\).
Gợi ý 2:
Quy tắc tích khác với tổng — KHÔNG phải nhân hai đạo hàm lại với nhau. Công thức đúng là \((uv)' = u'v + uv'\). Mỗi lần chỉ lấy đạo hàm một hàm, hàm kia giữ nguyên, rồi cộng hai kết quả lại.
Gợi ý 3:
Với thương \(\dfrac{u}{v}\), nhớ mẫu số bình phương ở dưới và dấu trừ ở giữa: \(\left(\dfrac{u}{v}\right)' = \dfrac{u'v - uv'}{v^2}\). Chú ý thứ tự: \(u'v\) viết trước, \(uv'\) viết sau — đổi thứ tự sẽ sai dấu.
Lời giải chi tiết
Giả sử \(u = u(x)\) và \(v = v(x)\) là hai hàm số có đạo hàm trên cùng một tập xác định.
Quy tắc 1 — Đạo hàm của tổng và hiệu:
\[(u \pm v)' = u' \pm v'\]
Đạo hàm của tổng (hoặc hiệu) bằng tổng (hoặc hiệu) các đạo hàm.
Ví dụ: Tính đạo hàm của \(f(x) = x^3 + \sin x\).
\[f'(x) = (x^3)' + (\sin x)' = 3x^2 + \cos x\]
Quy tắc 2 — Đạo hàm của tích:
\[(u \cdot v)' = u'v + uv'\]
Lấy đạo hàm hàm thứ nhất nhân hàm thứ hai, cộng hàm thứ nhất nhân đạo hàm hàm thứ hai.
Ví dụ: Tính đạo hàm của \(f(x) = x^2 \cos x\).
\[f'(x) = (x^2)' \cos x + x^2 (\cos x)' = 2x \cos x + x^2 (-\sin x) = 2x \cos x - x^2 \sin x\]
Quy tắc 3 — Đạo hàm của thương (\(v \neq 0\)):
\[\left(\dfrac{u}{v}\right)' = \dfrac{u'v - uv'}{v^2}\]
Ví dụ: Tính đạo hàm của \(f(x) = \dfrac{\sin x}{x}\) với \(x \neq 0\).
\[f'(x) = \dfrac{(\sin x)' \cdot x - \sin x \cdot (x)'}{x^2} = \dfrac{x\cos x - \sin x}{x^2}\]
Trường hợp đặc biệt — Đạo hàm của hằng số nhân hàm số:
\[(cu)' = cu'\]
Ví dụ: \((5x^3)' = 5 \cdot (x^3)' = 5 \cdot 3x^2 = 15x^2\)
Lưu ý: Đạo hàm của hằng số bằng 0, tức \((c)' = 0\).
Các bài tập cùng bài học— Bài 32. Các quy tắc tính đạo hàm