Chào mừng bạn đến với chuyên mục Lý thuyết Đạo hàm - SGK Toán 11 của giaibaitoan.com. Đạo hàm là một trong những khái niệm quan trọng nhất trong chương trình Toán học, đặc biệt là ở bậc THPT. Việc nắm vững lý thuyết đạo hàm không chỉ giúp bạn giải quyết các bài toán trong sách giáo khoa mà còn là nền tảng cho các kiến thức nâng cao hơn trong tương lai.
Chúng tôi cung cấp các bài giảng chi tiết, dễ hiểu, cùng với các bài tập vận dụng đa dạng, giúp bạn tiếp thu kiến thức một cách hiệu quả nhất.
A. Lý thuyết 1. Đạo hàm của hàm số tại một điểm
A. Lý thuyết
1. Đạo hàm của hàm số tại một điểm
Cho hàm số y = f(x) xác định trên khoảng (a;b) và \({x_0} \in (a;b)\). Giới hạn hữu hạn (nếu có) \(\mathop {\lim }\limits_{x \to {x_0}} \frac{{f(x) - f({x_0})}}{{x - {x_0}}}\) được gọi là đạo hàm của hàm số y = f(x) tại điểm \({x_0}\), kí hiệu \(f'({x_0})\) hoặc \(y'({x_0})\), nghĩa là \(f'({x_0}) = \mathop {\lim }\limits_{x \to {x_0}} \frac{{f(x) - f({x_0})}}{{x - {x_0}}}\). |
Nhận xét:
- Nếu một chất điểm chuyển động thẳng với phương trình s = s(t) thì vận tốc tức thời của nó tại thời điểm \({t_0}\) bằng đạo hàm của hàm số s = s(t) tại \({t_0}\), tức là:
\(v({t_0}) = s'({t_0})\).
- Nếu nhiệt độ của một vật thay đổi theo thời gian bởi hàm số y = f(x) thì tốc độ thay đổi nhiệt độ của vật đó tại thời điểm \({t_0}\) bằng đạo hàm của hàm số y = f(x) tại \({t_0}\).
2. Ý nghĩa hình học của đạo hàm và bài toán tiếp tuyến
a) Tiếp tuyến của đường cong
Trên mặt phẳng tọa độ Oxy, cho đường cong (C). Vị trí giới hạn (nếu có) của cát tuyến PQ khi điểm Q dần tiến về điểm P được gọi là tiếp tuyến với (C) tại P. Điểm P còn được gọi là tiếp điểm.
b) Ý nghĩa hình học của đạo hàm
Đạo hàm của hàm số y = f(x) tại điểm \({x_0}\) bằng hệ số góc của tiếp tuyến với đồ thị hàm số đó tại điểm \(M({x_0};f({x_0}))\).
c) Phương trình tiếp tuyến của đường cong
Cho hàm số y = f(x) có đồ thị (C). Nếu hàm số có đạo hàm tại điểm \({x_0}\) thì tiếp tuyến của (C) tại điểm \(M({x_0};f({x_0}))\) có phương trình là \(y = f'({x_0})(x - {x_0}) + f({x_0})\). |
3. Đạo hàm của hàm số trên một khoảng
| Hàm số f(x) được gọi là có đạo hàm trên khoảng (a;b) nếu nó có đạo hàm tại mọi điểm trên (a;b), kí hiệu y’ = f’(x). |
B. Bài tập
Bài 1: Tính đọa hàm của hàm số \(f(x) = {x^3}\) tại điểm \({x_0} = 1\).
Giải:
Ta có \(f'(1) = \mathop {\lim }\limits_{x \to 1} \frac{{f(x) - f(1)}}{{x - 1}} = \mathop {\lim }\limits_{x \to 1} \frac{{{x^3} - {1^3}}}{{x - 1}} = \mathop {\lim }\limits_{x \to 1} \frac{{(x - 1)({x^2} + x + 1)}}{{x - 1}} = \mathop {\lim }\limits_{x \to 1} ({x^2} + x + 1) = 3\).
Bài 2: Tìm hệ số góc của tiếp tuyến với đồ thị hàm số \(f(x) = 2{x^2}\) tại điểm có hoành độ \({x_0} = 1\). Viết phương trình tiếp tuyến đó.
Giải:
Ta có \(f'(1) = \mathop {\lim }\limits_{x \to 1} \frac{{f(x) - f(1)}}{{x - 1}} = \mathop {\lim }\limits_{x \to 1} \frac{{2{x^2} - 2}}{{x - 1}} = \mathop {\lim }\limits_{x \to 1} \frac{{2(x + 1)(x - 1)}}{{x - 1}} = \mathop {\lim }\limits_{x \to 1} 2(x + 1) = 4\).
Suy ra f’(1) = 4. Do đó hệ số góc của tiếp tuyến bằng 4.
Tiếp tuyến với đồ thị hàm số \(f(x) = 2{x^2}\) tại điểm có hoành độ \({x_0} = 1\) là:
\(f(x) = f'(1)(x - 1) + f(1)\) hay \(y = 4(x - 1) + 2\) hay \(y = 4x - 2\).
Bài 4: Tìm đạo hàm của hàm số \(y = {x^2} + x\) trên \(\mathbb{R}\).
Giải:
Với mọi \({x_0} \in \mathbb{R}\), ta có:
\(f'({x_0}) = \mathop {\lim }\limits_{x \to {x_0}} \frac{{f(x) - f({x_0})}}{{x - {x_0}}} = \mathop {\lim }\limits_{x \to {x_0}} \frac{{{x^2} + x - {x_0}^2 + {x_0}}}{{x - {x_0}}}\)
\( = \mathop {\lim }\limits_{x \to {x_0}} \frac{{(x - {x_0})(x + {x_0}) + (x - {x_0})}}{{x - {x_0}}}\mathop {\lim }\limits_{x \to {x_0}} \frac{{x + {x_0} + 1}}{{x - {x_0}}} = 2{x_0} + 1\).
Đạo hàm của một hàm số tại một điểm là tốc độ thay đổi tức thời của hàm số đó tại điểm đó. Nó thể hiện độ dốc của tiếp tuyến với đồ thị hàm số tại điểm đó. Trong chương trình Toán 11, SGK tập trung vào việc giới thiệu các khái niệm cơ bản về đạo hàm, các quy tắc tính đạo hàm và ứng dụng của đạo hàm trong việc giải quyết các bài toán thực tế.
Trước khi đi sâu vào lý thuyết đạo hàm, chúng ta cần nắm vững khái niệm về giới hạn. Giới hạn của một hàm số f(x) khi x tiến tới a là giá trị mà f(x) tiến tới khi x càng gần a.
Đạo hàm của hàm số f(x) tại điểm x0 được ký hiệu là f'(x0) và được định nghĩa như sau:
f'(x0) = limh→0 [f(x0 + h) - f(x0)] / h
Nếu giới hạn này tồn tại, ta nói hàm số f(x) có đạo hàm tại x0.
Để tính đạo hàm một cách nhanh chóng và hiệu quả, chúng ta cần nắm vững các quy tắc tính đạo hàm sau:
Đạo hàm có rất nhiều ứng dụng trong toán học và các lĩnh vực khác, bao gồm:
Để củng cố kiến thức về lý thuyết đạo hàm, bạn có thể thực hành giải các bài tập sau:
Để học tốt lý thuyết đạo hàm, bạn nên:
| Hàm số f(x) | Đạo hàm f'(x) |
|---|---|
| C (hằng số) | 0 |
| xn | nxn-1 |
| sin x | cos x |
| cos x | -sin x |
| ex | ex |
| ln x | 1/x |
Hy vọng với những kiến thức và bài tập trên, bạn sẽ nắm vững lý thuyết đạo hàm và tự tin giải quyết các bài toán trong SGK Toán 11. Chúc bạn học tập tốt!
