Dùng định nghĩa, tìm đạo hàm của các hàm số sau:
a) \(y = kx^2 + c\) (với \(k, c\) là các hằng số);
b) \(y = x^3\).
Phân tích bài toán
Tóm tắt đề bài
Cho hai hàm số \(y = kx^2 + c\) và \(y = x^3\). Tìm đạo hàm của mỗi hàm số bằng cách dùng định nghĩa giới hạn.
Kiến thức cần dùng
Định nghĩa đạo hàm tại điểm \(x_0\): \(f'(x_0) = \lim\limits_{x \to x_0} \dfrac{f(x) - f(x_0)}{x - x_0}\). Cần biết cách phân tích hiệu hai lũy thừa: \(x^2 - x_0^2 = (x - x_0)(x + x_0)\) và \(x^3 - x_0^3 = (x - x_0)(x^2 + xx_0 + x_0^2)\). Quy tắc tính giới hạn của hàm đa thức.
Phương pháp giải
Chỉ có một cách — áp dụng trực tiếp định nghĩa đạo hàm. Lập tỉ số \(\dfrac{f(x) - f(x_0)}{x - x_0}\), rút gọn nhân tử \((x - x_0)\) ở tử và mẫu, sau đó tính giới hạn khi \(x \to x_0\). Kết quả thu được là \(f'(x_0)\), thay \(x_0\) bằng \(x\) để viết công thức đạo hàm tổng quát.
Ứng dụng thực tế
Một chiếc xe máy di chuyển theo quy luật \(s = 2t^2 + 5\) (mét, giây). Vận tốc tức thời tại thời điểm \(t\) chính là đạo hàm \(s'(t)\) — em tính được vận tốc đó bằng đúng phương pháp này không?
Gợi ý (0/3)
Gợi ý 1:
Với mỗi câu, viết tỉ số \(\dfrac{f(x) - f(x_0)}{x - x_0}\) rồi thay biểu thức cụ thể của \(f(x)\) vào. Lúc này tử số sẽ xuất hiện hiệu hai lũy thừa cùng bậc.
Gợi ý 2:
Phân tích tử số: câu a dùng \(x^2 - x_0^2 = (x-x_0)(x+x_0)\), câu b dùng \(x^3 - x_0^3 = (x-x_0)(x^2+xx_0+x_0^2)\). Sau khi rút gọn \((x - x_0)\) ở tử và mẫu, biểu thức còn lại không còn dạng \(\dfrac{0}{0}\) nữa.
Gợi ý 3:
Tính giới hạn của biểu thức sau khi rút gọn bằng cách cho \(x \to x_0\) trực tiếp (thay \(x = x_0\) vào). Cuối cùng thay \(x_0\) bằng \(x\) để viết đạo hàm dưới dạng hàm số.
Lời giải chi tiết
a) Với \(x_0\) bất kì, tính đạo hàm theo định nghĩa:
\[f'(x_0) = \lim_{x \to x_0} \frac{f(x) - f(x_0)}{x - x_0} = \lim_{x \to x_0} \frac{kx^2 + c - (kx_0^2 + c)}{x - x_0}\]
\[= \lim_{x \to x_0} \frac{k(x^2 - x_0^2)}{x - x_0} = \lim_{x \to x_0} \frac{k(x - x_0)(x + x_0)}{x - x_0}\]
\[= \lim_{x \to x_0} k(x + x_0) = k(x_0 + x_0) = 2kx_0\]
Vậy hàm số \(y = kx^2 + c\) có đạo hàm \(y' = 2kx\).
b) Với \(x_0\) bất kì, tính đạo hàm theo định nghĩa:
\[f'(x_0) = \lim_{x \to x_0} \frac{f(x) - f(x_0)}{x - x_0} = \lim_{x \to x_0} \frac{x^3 - x_0^3}{x - x_0}\]
\[= \lim_{x \to x_0} \frac{(x - x_0)(x^2 + xx_0 + x_0^2)}{x - x_0}\]
\[= \lim_{x \to x_0} (x^2 + xx_0 + x_0^2) = x_0^2 + x_0 \cdot x_0 + x_0^2 = 3x_0^2\]
Vậy hàm số \(y = x^3\) có đạo hàm \(y' = 3x^2\).
Các bài tập cùng bài học— Bài 31. Định nghĩa và ý nghĩa của đạo hàm