Tính đạo hàm của hàm số \(y = 2{\tan ^2}x + 3\cot \left( {\frac{\pi }{3} - 2x} \right)\).
Phân tích bài toán
Tóm tắt đề bài
Tính đạo hàm của hàm số gồm hai số hạng: \(2\tan^2 x\) và \(3\cot\left(\frac{\pi}{3} - 2x\right)\).
Kiến thức cần dùng
Quy tắc lấy đạo hàm tổng, đạo hàm hàm hợp (quy tắc dây chuyền). Công thức: \((\tan x)' = \dfrac{1}{\cos^2 x}\); \((\cot u)' = -\dfrac{u'}{\sin^2 u}\); \((u^2)' = 2u \cdot u'\).
Phương pháp giải
Một cách giải. Tách đạo hàm từng số hạng, áp dụng quy tắc dây chuyền cho từng phần. Với \(2\tan^2 x\): đặt \(u = \tan x\), dùng \((u^2)' = 2u \cdot u'\). Với \(3\cot\left(\frac{\pi}{3} - 2x\right)\): đặt \(u = \frac{\pi}{3} - 2x\), tính \(u'\) rồi dùng công thức đạo hàm cot.
Ứng dụng thực tế
Trong kỹ thuật âm thanh, góc pha của sóng thường được biểu diễn qua hàm lượng giác. Việc tính đạo hàm giúp xác định tốc độ thay đổi pha theo thời gian — em thử nghĩ xem đạo hàm của \(\cot(\pi/3 - 2t)\) theo \(t\) cho biết điều gì về sóng đó?
Gợi ý (0/3)
Gợi ý 1:
Với số hạng \(2\tan^2 x\), đây là hàm hợp dạng \(2u^2\) với \(u = \tan x\). Áp dụng \((u^2)' = 2u \cdot u'\) rồi thay \(u' = \dfrac{1}{\cos^2 x}\).
Gợi ý 2:
Với số hạng \(3\cot\left(\frac{\pi}{3} - 2x\right)\), xác định hàm trong là \(u = \frac{\pi}{3} - 2x\), tính \(u' = -2\). Sau đó dùng công thức \((\cot u)' = -\dfrac{u'}{\sin^2 u}\).
Gợi ý 3:
Ghép kết quả hai số hạng lại: \(y' = 4\tan x \cdot \dfrac{1}{\cos^2 x} + 3 \cdot \dfrac{-(-2)}{\sin^2\left(\frac{\pi}{3} - 2x\right)}\). Lưu ý dấu âm nhân với \(-2\) cho ra dương.
Lời giải chi tiết
Lấy đạo hàm từng số hạng:
\(y' = 2\left({\tan^2 x}\right)' + 3\left[\cot\left(\frac{\pi}{3} - 2x\right)\right]'\)
Với \(2\tan^2 x\): dùng quy tắc dây chuyền \((u^2)' = 2u \cdot u'\) với \(u = \tan x\):
\(2(\tan^2 x)' = 2 \cdot 2\tan x \cdot (\tan x)' = 4\tan x \cdot \dfrac{1}{\cos^2 x}\)
Với \(3\cot\left(\frac{\pi}{3} - 2x\right)\): đặt \(u = \dfrac{\pi}{3} - 2x\), suy ra \(u' = -2\). Dùng công thức \((\cot u)' = -\dfrac{u'}{\sin^2 u}\):
\(3\left[\cot\left(\frac{\pi}{3} - 2x\right)\right]' = 3 \cdot \dfrac{-(-2)}{\sin^2\left(\frac{\pi}{3} - 2x\right)} = \dfrac{6}{\sin^2\left(\frac{\pi}{3} - 2x\right)}\)
Vậy:
\(y' = \dfrac{4\tan x}{\cos^2 x} + \dfrac{6}{\sin^2\left(\dfrac{\pi}{3} - 2x\right)}\)
Các bài tập cùng bài học— Bài 32. Các quy tắc tính đạo hàm