Bài 4. KHẢO SÁT VÀ VẼ ĐỒ THỊ HÀM SỐ

1. Khảo sát hàm số \(y=ax^3+bx^2+cx+d\)


Image


Đồ thị hàm số bậc \(3\) luôn nhận điểm \(I\) làm tâm đối xứng, trong đó \(x_{_I}=-\displaystyle\frac{b}{3a}\).


2. Khảo sát hàm số \(y=\displaystyle\frac{ax+b}{cx+d}\)


Image


Chú ý: Đồ thị luôn nhận giao điểm của hai tiệm cận làm tâm đối xứng.


3. Khảo sát hàm số \(y=\displaystyle\frac{ax^2+bx+c}{mx+n}\)


Image


Chú ý: Đồ thị luôn nhận giao điểm của hai tiệm cận làm tâm đối xứng.

Bài tập

Câu 1:

Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị hàm số \(y=2x^3-3x^2+1\).

Tập xác định: \(\mathscr{D}=\mathbb{R}\).

Đạo hàm: \(y'=6x^2-6x\).

\(y'=0\Leftrightarrow 6x^2-6x=0\Leftrightarrow x=0\) hoặc \(x=1.\)

Giới hạn: \(\lim\limits_{x\to-\infty}y=-\infty\), \(\lim\limits_{x\to+\infty}y=+\infty\).

Bảng biến thiên:

Image

+) Hàm số đồng biến trên các khoảng \((-\infty;0)\)\((1;+\infty)\), nghịch biến trên khoảng \((0;1)\).\\

+) Hàm số đạt cực đại tại \(x=0\), \(y_{_\text{CĐ}}=1\); đạt cực tiểu tại \(x=1\), \(y_{_\text{CT}}=0\).\\

Bảng giá trị:

Image

Đồ thị:

Image

}

Câu 2:

Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số \(y=-x^3+3x^2-1\).

Tập xác định: \(\mathscr{D}=\mathbb{R}\).

Đạo hàm: \(y'=-3x^2+6x\).

\(y'=0\Leftrightarrow -3x^2+6x=0\Leftrightarrow x=0\) hoặc \(x=2.\)

Giới hạn: \(\lim\limits_{x\to-\infty}y=+\infty\), \(\lim\limits_{x\to+\infty}y=-\infty\).

Bảng biến thiên:

Image

+) Hàm số nghịch biến trên các khoảng \((-\infty;0)\)\((2;+\infty)\), đồng biến trên khoảng \((0;2)\).

+) Hàm số đạt cực tiểu tại \(x=0\), \(y_{_\text{CT}}=-1\); đạt cực đại tại \(x=2\), \(y_{_\text{CĐ}}=3\).

Bảng giá trị:

Image

Đồ thị:

Image

}

Câu 3:

Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số \(y=(x-2)^3+4\).

Tập xác định: \(\mathscr{D}=\mathbb{R}\).

Đạo hàm: \(y'=3(x-2)^2\).

\[y'=0\Leftrightarrow 3(x-2)^2=0\Leftrightarrow x=2\quad (\text{nghiệm kép}).\]

Giới hạn: \(\lim\limits_{x\to-\infty}y=-\infty\), \(\lim\limits_{x\to+\infty}y=+\infty\).

Bảng biến thiên:

Image

\(\Rightarrow\) Hàm số đồng biến trên toàn \(\mathbb{R}\) và không có cực trị.

Bảng giá trị:

Image

Đồ thị:

Image

}

Câu 4:

Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số \(y=-x^3+3x^2-3x+2\).

Tập xác định: \(\mathscr{D}=\mathbb{R}\).

Đạo hàm: \(y'=-3x^2+6x-3\).

\[y'=0\Leftrightarrow -3x^2+6x-3=0\Leftrightarrow x=1\quad (\text{nghiệm kép}).\]

Giới hạn: \(\lim\limits_{x\to-\infty}y=+\infty\), \(\lim\limits_{x\to+\infty}y=-\infty\).

Bảng biến thiên:

Image

\(\Rightarrow\) Hàm số nghịch biến trên toàn \(\mathbb{R}\) và không có cực trị.

Bảng giá trị:

Image

Đồ thị:

Image

}

Câu 5:

Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số \(y=\displaystyle\frac{1}{3}x^3+x^2+2x+1\).

Tập xác định: \(\mathscr{D}=\mathbb{R}\).

Đạo hàm: \(y'=x^2+2x+2=(x+1)^2+1>0\) với mọi \(x\in\mathbb{R}\).

Giới hạn: \(\lim\limits_{x\to-\infty}y=-\infty\), \(\lim\limits_{x\to+\infty}y=+\infty\).

Bảng biến thiên:

Image

\(\Rightarrow\) Hàm số đồng biến trên toàn \(\mathbb{R}\) và không có cực trị.\\

Bảng giá trị:

Image

Đồ thị

Image

}

Câu 6:

Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số \(y=-x^3-3x\).

Tập xác định: \(\mathscr{D}=\mathbb{R}\).

Đạo hàm: \(y'=-3x^2-3<0\) với mọi \(x\in\mathbb{R}\).

Giới hạn: \(\lim\limits_{x\to-\infty}y=+\infty\), \(\lim\limits_{x\to+\infty}y=-\infty\).

Bảng biến thiên:

Image

\(\Rightarrow\) Hàm số nghịch biến trên toàn \(\mathbb{R}\) và không có cực trị.

Bảng giá trị:

Image

Đồ thị:

Image

}

Câu 7:

Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số \(y=f(x)=x^3-3 x^2+4\).

Tập xác định: \(\mathscr{D}=\mathbb{R}\).

Đạo hàm \(y'=3 x^2-6 x\);

\(y'=0 \Leftrightarrow 3x^2-6x=0\Leftrightarrow x=0\) hoặc \(x=2\).

Giới hạn

\(\lim\limits_{x \rightarrow+\infty} f(x)=+\infty\); \(\lim\limits_{x \rightarrow-\infty} f(x)=-\infty\).

Bảng biến thiên

Image

+) Hàm số đồng biến trên các khoảng \((-\infty ; 0)\)\((2 ;+\infty)\), nghịch biến trên khoảng \((0 ; 2)\).

+) Hàm số đạt cực đại tại \(x=0\), \(f_{\text{CĐ}}=f(0)=4\); Hàm số đạt cực tiểu tại \(x=2\), \(f_{\mathrm{CT}}=f(2)=0\).

Giao với các trục tọa độ:

+) Đồ thị hàm số giao với trục \(Oy\) tại điểm \((0;4)\).

+) Ta có

\begin{eqnarray*}x^3-3 x^2+4=0 &\Leftrightarrow& (x-2)^2(x+1)=0\\ &\Leftrightarrow& x=-1 \text { hoặc } x=2.\end{eqnarray*}

\(\Rightarrow\) Do đó đồ thị hàm số giao với trục \(O x\) tại hai điểm là \((-1 ; 0)\)\((2 ; 0)\).

Đồ thị hàm số đi qua điểm \((3;4)\) và có tâm đối xứng là điểm \(I(1;2)\).

Image

}

Câu 8:

Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số \(y=f(x)=-x^3-3 x^2-4 x-2\).

Tập xác định: \(\mathscr{D}=\mathbb{R}\).

Đạo hàm: \(y'=-3 x^2-6 x-4\); Phương trình \(y' = 0\) vô nghiệm.

Giới hạn: \(\lim\limits_{x \rightarrow+\infty} f(x)=-\infty\); \(\lim\limits_{x \rightarrow-\infty} f(x)=+\infty\).

Bảng biến thiên

Image

\(\Rightarrow\) Hàm số nghịch biến trên \(\mathbb{R}\). Hàm số không có cực trị.

Đồ thị hàm số giao với trục \(Oy\) tại điếm \((0 ;-2)\).

Đồ thị hàm số giao với trục \(O x\) tại điểm \((-1 ; 0)\).

Đồ thị hàm số đi qua điểm \((-2;2)\) và có tâm đối xứng là điểm \(I(-1;0)\).

Image

}

Câu 9:

Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số \(y=-x^3+3x^2-4\).

Tập xác định của hàm số \(\mathscr{D}=\mathbb{R}\).

Đạo hàm \(y'=-3x^2+6x\). Suy ra \(y'=0\) khi \(x=0\) hoặc \(x=2\).

Giới hạn: \(\lim\limits_{x \to -\infty}y=+\infty\); \(\lim\limits_{x \to +\infty}y=-\infty\).

Bảng biến thiên

Image

+) Hàm số đồng biến trên khoảng \((0;2)\), nghịch biến trên các khoảng \((-\infty;0)\)\((2;+\infty)\).

+) Hàm số đạt cực tiểu tại \(x=0\), giá trị cực tiểu \(y_{CT}=-4\). Hàm số đạt cực đại tại \(x=2\), giá trị cực đại \(y_{\text{CĐ}}=0\).

Giao điểm của đồ thị với trục tung là điểm \((0;-4)\).

Giao điểm của đồ thị hàm số với trục hoành là các điểm \((-1;0)\)\((2;0)\).

Đồ thị của hàm số có tâm đối xứng là điểm \((1;-2)\).

Image

}

Câu 10:

Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số \(y=\displaystyle\frac{x-1}{x+1}\).

Tập xác định: \(\mathscr{D}=\mathbb{R}\setminus\{-1\}\).

Đạo hàm: \(y'=\displaystyle\frac{2}{(x+1)^2}>0\) với mọi \(x\in\mathscr{D}\). Suy ra hàm số đồng biến trên từng khoảng \((-\infty;-1)\)\((-1;+\infty)\).

Giới hạn: \(\lim\limits_{x\to\pm\infty}y=1\), \(\lim\limits_{x\to(-1)^-}y=+\infty\), \(\lim\limits_{x\to(-1)^+}y=-\infty\).

\(\Rightarrow\) đồ thị hàm số có tiệm cận ngang \(y=1\) và tiệm cận đứng \(x=-1\).

Bảng biến thiên:

Image

Bảng giá trị:

Image

Đồ thị:

Image

}

Câu 11:

Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số \(y=\displaystyle\frac{-2x}{x+1}\).

Tập xác định: \(\mathscr{D}=\mathbb{R}\setminus\{-1\}\).

Đạo hàm: \(y'=\displaystyle\frac{-2}{(x+1)^2}<0\) với mọi \(x\in\mathscr{D}\). Suy ra hàm số nghịch biến trên từng khoảng \((-\infty;-1)\)\((-1;+\infty)\).

Giới hạn: \(\lim\limits_{x\to\pm\infty}y=-2\), \(\lim\limits_{x\to(-1)^-}y=-\infty\), \(\lim\limits_{x\to(-1)^+}y=+\infty\).

\(\Rightarrow\) đồ thị hàm số có tiệm cận ngang \(y=-2\) và tiệm cận đứng \(x=-1\).

Bảng biến thiên:

Image

Bảng giá trị:

Image

Đồ thị:

Image

}

Câu 12:

Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số \(y=\displaystyle\frac{x-2}{x+1}\).

Tập xác định: \(\mathbb{R} \backslash\{-1\}\).

Đạo hàm: \(y'=\displaystyle\frac{3}{(x+1)^2}>0\) với mọi \(x \neq-1\). Suy ra hàm số đồng biến trên mỗi khoảng \((-\infty;-1)\)\((-1;+\infty)\).

Giới hạn:

\(\displaystyle\lim\limits_{x\to-1^{+}} y=+\infty\), suy ra đường thẳng \(x=-1\) là tiệm cận đứng của đồ thị hàm số.

\(\displaystyle\lim\limits_{x \to+\infty} y=1\), \(\displaystyle\lim\limits_{x \to-\infty} y=1\). Suy ra đường thẳng \(y=1\) là tiệm cận ngang của đồ thị hàm số.

Bảng biến thiên.

Image

Giao điểm của đồ thị với trục tung: \((0;-2)\).

Giao điểm của đồ thị với trục hoành: \((2;0)\).

Đồ thị hàm số đi qua các điểm \((0;-2)\), \((2;0)\), \((-2;4)\)\((-4;2)\).

Image

}

Câu 13:

Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số \(y=\displaystyle\frac{2 x+1}{x-1}\).

Tập xác định \(\mathbb{R}\setminus\{1\}\).

Đạo hàm: \(y'=\displaystyle\frac{-3}{(x-1)^{2}}<0\) với mọi \(x \neq 1\). Suy ra hàm số nghịch biến trên mỗi khoảng \((-\infty ; 1)\)\((1 ;+\infty)\).

Giới hạn:

\(\displaystyle\lim\limits_{x \to 1^{+}} y=+\infty\). Suy ra đường thẳng \(x=1\) là tiệm cận đứng của đồ thị hàm số.

\(\displaystyle\lim _{x \rightarrow+\infty} y=2, \displaystyle\lim _{x \rightarrow-\infty} y=2\). Suy ra đường thẳng \(y=2\) là tiệm cận ngang của đồ thị hàm số.

Bảng biến thiên.

Image

Giao điểm của đồ thị với trục tung: \((0 ;-1)\).

Giao điểm của đồ thị với trục hoành: \(\left(-\displaystyle\frac{1}{2} ; 0\right)\).

Đồ thị hàm số đi qua các điểm \((0;-1)\), \(\left(-\displaystyle\frac{1}{2};0\right)\), \((-2;1)\), \((2;5)\), \(\left(\displaystyle\frac{5}{2};4\right)\)\((4;3)\).

Image

}

Câu 14:

Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số \(y=f(x)=\displaystyle\frac{-x + 1}{x - 2}\).

Tập xác định: \(\mathscr{D}=\mathbb{R}\setminus\{2\}\).

Đạo hàm \(y'=\displaystyle\frac{1}{(x - 2)^2}> 0,\ \forall x \in \mathscr{D}\), suy ra hàm số đồng biến trên các khoảng \((-\infty ; 2)\)\((2 ;+\infty)\).

Giới hạn, tiệm cận

\(\lim\limits_{x \rightarrow 2^+} f(x)=-\infty\), suy ra đường thẳng \(x = 2\) là đường tiệm cận đứng.

\(\lim\limits_{x \rightarrow+\infty} f(x)=-1\), \(\lim\limits_{x \rightarrow-\infty} f(x)=-1\). Suy ra đường thẳng \(y = -1\) là đường tiệm cận ngang.

Bảng biến thiên

Image

Đồ thị hàm số giao với trục \(Oy\) tại điểm \((0 ; -\displaystyle\frac{1}{2})\) và giao với trục \(Ox\) tại điểm \((1 ; 0)\).

Đồ thị hàm số đi qua điểm \((3 ;-2)\), nhận giao điểm \(I(2 ;-1)\) của hai đường tiệm cận của đồ thị làm tâm đối xứng và nhận hai đường phân giác của các góc tạo bởi hai đường tiệm cận đó làm trục đối xứng.

Image

}

Câu 15:

Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số \(y=\displaystyle\frac{2x+1}{x+1}\).

Tập xác định của hàm số: \(\mathbb{R} \setminus\{-1\}\).

Đạo hàm: \(y'=\displaystyle\frac{1}{(x+1)^{2}}>0\) với mọi \(x \neq -1\). Suy ra hàm số đồng biến trên từng khoảng \((-\infty;-1)\)\((-1;+\infty)\) và không có cực trị.

Giới hạn và tiệm cận:

\(\lim\limits_{x \to(-1)^{+}} y=\lim _{x \rightarrow (-1)^{+}} \displaystyle\frac{2x+1}{x+1}=-\infty\);

\(\lim\limits_{x \to+\infty} y=\lim _{x \rightarrow+\infty} \displaystyle\frac{2x+1}{x+1}=2\); \(\lim\limits_{x \rightarrow-\infty} y=\lim _{x \rightarrow-\infty} \displaystyle\frac{2x+1}{x+1}=2\).

Do đó, đồ thị của hàm số có tiệm cận đứng là đường thẳng \(x=-1\), tiệm cận ngang là đường thẳng \(y=2\).

Bảng biến thiên:

Image

Giao điểm của đồ thị hàm số với trục tung là điểm \(\left(0 ;1\right)\).

Giao điểm của đồ thị hàm số với trục hoành là điểm \(\left(0;-\displaystyle\frac{1}{2}\right)\).

Đồ thị hàm số nhận giao điểm \(I(-1;2)\) của hai đường tiệm cận làm tâm đối xứng và nhận hai đường phân giác của các góc tạo bởi hai đường tiệm cận này làm trục đối xứng.

Image

}

Câu 16:

Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số \(y=\displaystyle\frac{x^2-3x+6}{x-1}\).

Tập xác định: \(\mathscr{D}=\mathbb{R}\setminus\{1\}\).

Đạo hàm: \(y'=\displaystyle\frac{(2x-3)(x-1)-(x^2-3x+6)}{(x-1)^2}=\displaystyle\frac{x^2-2x-3}{(x-1)^2}\).

\[y'=0\Leftrightarrow x^2-2x-3=0\Leftrightarrow x=-1\) hoặc \(x=3.\]

Giới hạn: Ta viết hàm số dưới dạng \(y=x-2+\displaystyle\frac{4}{x-1}\).

\(\lim\limits_{x\to-\infty}y=-\infty\), \(\lim\limits_{x\to+\infty}y=+\infty\).

\(\lim\limits_{x\to1^-}y=-\infty\), \(\lim\limits_{x\to1^+}y=+\infty\). Suy ra đồ thị hàm số có tiệm cận đứng \(x=1\).

\(\lim\limits_{x\to\pm\infty}\left[y-(x-2)\right]=\lim\limits_{x\to\pm\infty}\displaystyle\frac{4}{x-1}=0\). Suy ra đồ thị có tiệm cận xiên \(y=x-2\).

Bảng biến thiên:

Image

+) Hàm số đồng biến trên các khoảng \((-1;1)\), \((3;+\infty)\) và nghịch biến trên các khoảng \((-\infty;-1)\), \((1;3)\).

+) Hàm số đạt cực đại tại \(x=-1\), \(y_{_\text{CĐ}}=-5\); đạt cực tiểu tại \(x=3\), \(y_{_\text{CT}}=3\).

Bảng giá trị:

Image

Đồ thị:

Image

}

Câu 17:

Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số \(y=\displaystyle\frac{-x^2+2x-4}{x-2}\).

Tập xác định: \(\mathscr{D}=\mathbb{R}\setminus\{2\}\).

Đạo hàm: \(y'=\displaystyle\frac{(-2x+2)(x-2)-(-x^2+2x-4)}{(x-2)^2}=\displaystyle\frac{-x^2+4x}{(x-2)^2}\).

\(y'=0\Leftrightarrow -x^2+4x=0\Leftrightarrow x=0\); \(x=4.\)

Giới hạn: Ta viết hàm số dưới dạng \(y=-x-\displaystyle\frac{4}{x-2}\).

\(\lim\limits_{x\to-\infty}y=+\infty\), \(\lim\limits_{x\to+\infty}y=-\infty\).

\(\lim\limits_{x\to2^-}y=+\infty\), \(\lim\limits_{x\to2^+}y=-\infty\). Suy ra đồ thị hàm số có tiệm cận đứng \(x=2\).

\(\lim\limits_{x\to\pm\infty}\left[y-(-x)\right]=\lim\limits_{x\to\pm\infty}\displaystyle\frac{-4}{x-2}=0\). Suy ra đồ thị có tiệm cận xiên \(y=-x\).

Bảng biến thiên:

Image

+) Hàm số đồng biến trên các khoảng \((0;2)\), \((4;+\infty)\) và nghịch biến trên các khoảng \((-\infty;0)\), \((2;4)\).

+) Hàm số đạt cực tiểu tại \(x=0\), \(y_{_\text{CT}}=2\); đạt cực đại tại \(x=4\), \(y_{_\text{CĐ}}=-6\).

Bảng giá trị:

Image

Đồ thị:

Image

}

Câu 18:

Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số \(y=\displaystyle\frac{2x^2+3x-5}{x+2}\).

Tập xác định: \(\mathscr{D}=\mathbb{R}\setminus\{-2\}\).

Đạo hàm: \(y'=\displaystyle\frac{(4x+3)(x+2)-(2x^2+3x-5)}{(x+2)^2}=\displaystyle\frac{2x^2+8x+11}{(x+2)^2}\).

\[y'=0\Leftrightarrow 2x^2+8x+11=0\quad \text{vô nghiệm}.\]

Giới hạn: Ta viết hàm số dưới dạng \(y=2x-1-\displaystyle\frac{3}{x+2}\).

\(\lim\limits_{x\to-\infty}y=-\infty\), \(\lim\limits_{x\to+\infty}y=+\infty\).

\(\lim\limits_{x\to(-2)^-}y=+\infty\), \(\lim\limits_{x\to(-2)^+}y=-\infty\). Suy ra đồ thị hàm số có tiệm cận đứng \(x=-2\).

\(\lim\limits_{x\to\pm\infty}\left[y-(x-1)\right]=\lim\limits_{x\to\pm\infty}\displaystyle\frac{-3}{x+2}=0\). Suy ra đồ thị có tiệm cận xiên \(y=2x-1\).

Bảng biến thiên:

Image

+) Hàm số đồng biến trên các khoảng \((-\infty;-2)\), \((-2;+\infty)\).

+) Hàm số không có cực trị.

Bảng giá trị:

Image

Đồ thị:

Image

}

Câu 19:

Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số \(y=\displaystyle\frac{x^2-2x-3}{-x+2}\).

Tập xác định: \(\mathscr{D}=\mathbb{R}\setminus\{2\}\).

Đạo hàm: \(y'=\displaystyle\frac{(2x-2)(-x+2)+(x^2-2x-3)}{(-x+2)^2}=\displaystyle\frac{-x^2+2x-7}{(-x+2)^2}\).

\[y'=0\Leftrightarrow -x^2+2x-7=0 \Leftrightarrow \ \text{vô nghiệm}.\]

Giới hạn: Ta viết hàm số dưới dạng \(y=-x-\displaystyle\frac{3}{-x+2}\).

\(\lim\limits_{x\to-\infty}y=+\infty\), \(\lim\limits_{x\to+\infty}y=-\infty\).

\(\lim\limits_{x\to 2^-}y=+\infty\), \(\lim\limits_{x\to 2^+}y=-\infty\). Suy ra đồ thị hàm số có tiệm cận đứng \(x=2\).

\(\lim\limits_{x\to\pm\infty}\left[y-(-x)\right]=\lim\limits_{x\to\pm\infty}\displaystyle\frac{3}{-x+2}=0\). Suy ra đồ thị có tiệm cận xiên \(y=-x\).

Bảng biến thiên:

Image

+) Hàm số nghịch biến trên các khoảng \((-\infty;2)\), \((2;+\infty)\).

+) Hàm số không có cực trị.

Bảng giá trị:

Image

Đồ thị:

Image

}

Câu 20:

Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số \(\displaystyle\frac{x^2+2x+4}{x}\).

Tập xác định \(\mathscr{D}=\mathbb{R}\setminus \left\{0\right\}\).

Đạo hàm: \(y'=\displaystyle\frac{x^2-4}{x^2}\). Suy ra \(y'=0 \Leftrightarrow \displaystyle\frac{x^2-4}{x^2}=0\Leftrightarrow x=\pm 2\).

Giới hạn: ta viết hàm số dưới dạng \(y=x+2+\displaystyle\frac{4}{x}\).

\(\lim\limits_{x\to -\infty} y=-\infty\), \(\lim\limits_{x\to +\infty} y=+\infty\).

\(\lim\limits_{x\to 0^{+}} y=+\infty\). Suy ra đường thẳng \(x=0\) là tiệm cận đứng.

\(\lim\limits_{x\to -\infty}[y-(x+2)]=0\), \(\lim\limits_{x\to + \infty} [y-(x+2)]=0\). Suy ra đường thẳng \(y=x+2\) là tiệm cận xiên của đồ thị hàm số.

Bảng biến thiên

Image

+) Hàm số đồng biến trên mỗi khoảng \(\left(-\infty;-2\right)\)\(\left(2;+\infty\right)\), nghịch biến trên mỗi khoảng \(\left(-2;0\right)\)\(\left(0;2\right)\).

+) Hàm số đạt cực đại tại \(x=-2\), \(y_{\text{CĐ}}=-2\), hàm số đạt cực tiểu tại \(x=2\), \(y_{\text{CT}}=6\).

Bảng giá trị

Image

Đồ thị

Image

}

Câu 21:

Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số \(y=\displaystyle\frac{x^2+4x+3}{x+2}\).

Tập xác định \(\mathscr{D}=\mathbb{R}\setminus \left\{-2\right\}\).

Đạo hàm: \(y'=\displaystyle\frac{x^2+4x+5}{(x+2)^2}\). Suy ra \(y'=0\Leftrightarrow x^2+4x+5=0\), phương trình vô nghiệm.

Giới hạn: ta viết hàm số dưới dạng \(y=x+2-\displaystyle\frac{1}{x+2}\).

\(\lim\limits_{x\to -\infty} y=-\infty\), \(\lim\limits_{x\to +\infty} y=+\infty\).

\(\lim\limits_{x\to -2^{+}} y=-\infty\). Suy ra đường thẳng \(x=-2\) là tiệm cận đứng của đồ thị hàm số.

\(\lim\limits_{x\to -\infty}[y-(x+2)]=0\), \(\lim\limits_{x\to + \infty} [y-(x+2)]=0\). Suy ra đường thẳng \(y=x+2\) là tiệm cận xiên của đồ thị hàm số.

Bảng biến thiên

Image

+) Hàm số đồng biến trên mỗi khoảng \(\left(-\infty;-2\right)\)\(\left(-2;+\infty\right)\).

+) Hàm số không có cực trị.

Bảng giá trị

Image

Đồ thị

Image

}

Câu 22:

Khảo sát và vẽ đồ thị của hàm số \( y = \displaystyle\frac{{{x^2} + 2x - 2}}{{x - 1}} \) .

Tập xác định: \(D = \mathbb{R} \setminus \left\{ 1 \right\}\)

Đạo hàm: \(y'=\displaystyle\frac{x^2-2x}{(x - 1)^2}\). Suy ra \(y'=0 \Leftrightarrow x = 0\) hoặc \(x=2\).

Giới hạn: hàm số được viết lại \(y=x+3+\displaystyle\frac{1}{x-1}\).

\(\displaystyle\lim\limits_{x\to-\infty}y =-\infty\), \(\displaystyle\lim\limits_{x\to+\infty}y =+\infty\).

\(\displaystyle\lim\limits_{x\to1^+}y =+\infty\), suy ra \(x=1\) là đường tiệm cận đứng.

\(\displaystyle\lim\limits_{x\to-\infty}[y-(x+3)]=\displaystyle\lim\limits_{x\to-\infty}\displaystyle\frac{1}{x-1}=0\), \(\displaystyle\lim\limits_{x\to+\infty}[y-(x+3)]=\displaystyle\lim\limits_{x\to+\infty}\displaystyle\frac{1}{x-1}=0\). Suy ra \(y=x+3\) là đường tiệm cận xiên.

Bảng biến thiên:

Image

+) Hàm số đồng biến trên các khoảng \(\left(- \infty;0\right)\)\(\left( 2;+\infty\right)\), nghịch biến trên các khoảng \(\left(0;1\right)\)\(\left(1;2\right)\).

+) Hàm số đạt cực tiểu tại \(x = 2\), \({y_{CT}} = 6\), hàm số đạt cực đại tại \(x = 0\)\({y_{CĐ}} = 2\).

Đồ thị hàm số giao với trục \(Ox\) tại điểm \((-1+\sqrt{3}; 0)\) và điểm \((-1-\sqrt{3};0)\); giao với trục \(Oy\) tại điểm \((0;2)\).

Image

}

Câu 23:

Khảo sát và vẽ đồ thị của hàm số \(y=\displaystyle\frac{-x^2-3x+4}{x+2}\).

Tập xác định: \(D=\mathbb{R} \setminus\{-2\}\).

Đạo hàm: \(y'=\displaystyle\frac{-x^2-4x-10}{(x+2)^2}\). Ta có \(y'=0\Leftrightarrow -x^2-4x-10=0\), phương trình vô nghiệm.

Giới hạn: hàm số được viết lại \(y=-x-1+\displaystyle\frac{6}{x+2}\).

\(\lim\limits_{x \to-\infty} y=\lim\limits_{x \to-\infty} \displaystyle\frac{-x^2-3 x+4}{x+2}=+\infty\), \(\lim\limits_{x \to+\infty} y=\lim\limits_{x \to+\infty} \displaystyle\frac{-x^2-3 x+4}{x+2}=-\infty\).

\(\lim\limits_{x \to-2^{+}}y=+\infty\), suy ra đường thẳng \(x=-2\) là tiệm cận đứng.

\(\displaystyle\lim\limits_{x\to\pm \infty}[y-(-x-1)]=\displaystyle\lim\limits_{x\to\pm\infty}\displaystyle\frac{6}{x+2}=0\), suy ra \(y=-x-1\) là tiệm cận xiên.

Bảng biến thiên

Image

+) Hàm số nghịch biến trên mỗi khoảng \((-\infty;-2)\)\((-2;+\infty)\).

+) Hàm số không có cực trị

Đồ thị hàm số giao với trục \(Ox\) tại điểm \((-4; 0)\) và điểm \((1; 0)\).

Đồ thị hàm số giao với trục \(Oy\) tại điểm \((0; 2)\).

Đồ thị của hàm số được biểu diễn trên Hình 6.

Image

}

Câu 24:

Cho hàm số bậc ba \(y=f(x)\) có đồ thị như bên. Viết công thức của hàm số.

Image

Gọi \(f(x)=ax^3+bx^2+cx+d\), với \(a<0\).

Ta có \(f'(x)=3ax^2+2bx+c\).

Từ hình vẽ ta thấy

\(\begin{cases}f(1)=1\\ f(3)=5\\ f'(1)=0\\ f'(3)=0\end{cases}\) \(\Leftrightarrow \begin{cases} a+b+c+d=1\\ 27a+9b+3c+d=5\\ 3a+2b+c=0\\ 27a+6b+c=0\end{cases}\) \(\Leftrightarrow \begin{cases} a=-1\\ b=6\\ c=-9\\ d=5.\end{cases}\)

Vậy \(y=f(x)=-x^3+6x^2-9x+5\).

}

Câu 25:

Cho hàm số bậc ba \(y=f(x)\) có đồ thị như bên. Viết công thức của hàm số.

Image

Gọi \(f(x)=ax^3+bx^2+cx+d\), với \(a>0\).

Ta có \(f'(x)=3ax^2+2bx+c\).

Từ hình vẽ ta thấy

\(\begin{cases}f(-1)=3\\ f(1)=-1\\ f'(-1)=0\\ f'(1)=0\end{cases}\) \(\Leftrightarrow \begin{cases} -a+b-c+d=3\\ a+b+c+d=-1\\ 3a-2b+c=0\\ 3a+2b+c=0\end{cases}\) \(\Leftrightarrow \begin{cases} a=1\\ b=0\\ c=-3\\ d=1.\end{cases}\)

Vậy \(y=f(x)=x^3-3x+1\).

}

Câu 26:

Cho hàm số bậc ba \(y=f(x)\) có đồ thị như bên. Viết công thức của hàm số.

Image

Gọi \(f(x)=ax^3+bx^2+cx+d\), với \(a<0\).

Ta có \(f'(x)=3ax^2+2bx+c\).

Từ hình vẽ ta thấy

\(\begin{cases}f(0)=-4\\ f(2)=0\\ f'(0)=0\\ f'(2)=0\end{cases}\) \(\Leftrightarrow \begin{cases} d=-4\\ 8a+4b+2c+d=0\\ c=0\\ 12a+4b+c=0\end{cases}\) \(\Leftrightarrow \begin{cases} a=-1\\ b=3\\ c=0\\ d=-4.\end{cases}\)

Vậy \(y=f(x)=-x^3+3x^2-4\).

}

Câu 27:

Cho hàm số bậc ba \(y=f(x)\) có đồ thị như bên. Viết công thức của hàm số.

Image

Gọi \(f(x)=ax^3+bx^2+cx+d\), với \(a>0\).

Ta có \(f'(x)=3ax^2+2bx+c\).

Từ hình vẽ ta thấy

\(\begin{cases}f(0)=2\\ f(2)=-2\\ f'(0)=0\\ f'(2)=0\end{cases}\) \(\Leftrightarrow \begin{cases} d=2\\ 8a+4b+2c+d=-2\\ c=0\\ 12a+4b+c=0\end{cases}\) \(\Leftrightarrow \begin{cases} a=1\\ b=-3\\ c=0\\ d=2.\end{cases}\)

Vậy \(y=f(x)=x^3-3x^2+2\).

}

Câu 28:

Để thiết kế mô hình của một đoạn đường cao tốc nối hai sườn đồi với sự khác biệt về độ cao ở vị trí hai sườn đồi giao nhau là \(50\) feet (xem hình minh họa), người ta có thể làm như sau:

+) Chọn hệ trục tọa độ \(Oxy\) với gốc \(O\) là vị trí hai sườn đồi giao nhau, phương nằm ngang là trục \(Ox\), đơn vị trên mỗi trục tọa độ là feet (\(1\) feet \(=0{,}3048\) m).

+) Chọn hai vị trí \(A\), \(B\) lần lượt trên hai sườn đồi. Bằng cách đo đạc tại thực địa, ta xác định được tọa độ của hai điểm \(A\), \(B\) và góc dốc \(\alpha\) (đơn vị: độ) tại điểm \(B\) của sườn đồi. Giả sử ta có \(A(-1000;60)\), \(B(1000;90)\)\(\tan\alpha=0{,}04\) (xem hình minh họa).

+) Trong hệ trục tọa độ \(Oxy\), quan sát đường cong (vẽ bằng nét đứt) mô phỏng đoạn đường cao tốc nối hai sườn đồi, đường cong đó gợi nên hình ảnh đồ thị của hàm số bậc ba. Vì thế ta có thể chọn hàm số bậc ba \(y=f(x)=ax^3+bx^2+cx+d\) (\(a\neq 0\)) sao cho trong hệ trục tọa độ \(Oxy\), đồ thị của hàm số đó trên đoạn \([-1000;1000]\) mô phỏng đoạn đường cao tốc cần thiết kế. Ta chọn theo nguyên tắc: Hệ số góc của tiếp tuyến tại \(B\) của đồ thị hàm số đó bằng \(0{,}04\).

Image

Hãy xác định hàm số bậc ba đó.

Gọi hàm số bậc ba là \(y=f(x)=ax^3+bx^2+cx+d\) (\(a\neq 0\)).

Do đồ thị đi qua điểm \(C(0;50)\) nên \(d=50\), suy ra \(y=f(x)=ax^3+bx^2+cx+50\).

Do đồ thị đi qua các điểm \(A(-1000;60)\)\(B(1000;90)\) nên ta có

\begin{align*}&\begin{cases}-1000000000a+1000000b-1000c=10\\ 1000000000a+1000000b+1000c=40\end{cases}\\ \Leftrightarrow\ &\begin{cases}-100000000a+100000b-100c=1\\ 100000000a+100000b+100c=4\end{cases}\\ \Leftrightarrow\ &\begin{cases}b=\displaystyle\frac{1}{40000}\\ 100000000a+100c=1{,}5.\end{cases}\end{align*}

Ta có \(f'(x)=3ax^2+2bx+c=3ax^2+\displaystyle\frac{1}{20000}x+c.\)

Do hệ số góc của tiếp tuyến tại \(B\) của đồ thị hàm số đó bằng \(0{,}04\) nên

\[f'(1000)=3000000a+\displaystyle\frac{1}{20}+c=0{,}04\Leftrightarrow 3000000a+c=-0{,}01.\]

Ta có hệ phương trình sau:

\[\begin{cases}100000000a+100c=1{,}5\\ 3000000a+c=-0{,}01\end{cases}\Leftrightarrow\begin{cases}a=-\displaystyle\frac{1}{80000000}\\ c=\displaystyle\frac{11}{400}.\end{cases}\]

Vậy hàm số bậc ba cần tìm là: \(f(x)=-\displaystyle\frac{1}{80000000}x^3+\displaystyle\frac{1}{40000}x^2+\displaystyle\frac{11}{400}x+50.\)

}

Câu 29:

Một hộ làm nghề dệt vải lụa tơ tằm sản xuất mỗi ngày được \(x\) mét vải lụa \((1\leq x \leq 18)\). Tổng chi phí sản xuất \(x\) mét vải lụa, tính bằng nghìn đồng, cho bởi hàm chi phí: \(C(x)=x^3-3 x^2-20 x+500.\) Giả sử hộ làm nghề dệt này bán hết sản phẩm mỗi ngày với giá \(220\) nghìn đồng/mét. Gọi \(B(x)\) là số tiền bán được và \(L(x)\) là lợi nhuận thu được khi bán \(x\) mét vải lụa.

a) Hãy viết biểu thức tính \(B(x)\)\(L(x)\) theo \(x\).

b) Khảo sát và vẽ đồ thị của hàm số \(L(x)\) trên \([1; 18]\).

c) Hộ làm nghề dệt này cần sản xuất và bán ra mỗi ngày bao nhiêu mét vải lụa để thu được lợi nhuận tối đa? Tính lợi nhuận tối đa đó.

a) Khi bán \(x\) mét vải lụa:

+) Số tiền thu được là \(B(x)=220x\) (nghìn đồng).

+) Lợi nhuận thu được là \(L(x)=B(x)-C(x)=-x^3+3x^2+240x-500\) (nghìn đồng).

b) Hàm số \(L(x)\) xác định trên \([1; 18]\).

Đạo hàm \(L'(x)=-3x^2+6x+240; L'(x)=0\Leftrightarrow x=10\) hoặc \(x=-8\) (loại).

Bảng biến thiên:

Image

+) Hàm số đồng biến trên khoảng \((1; 10)\) và nghịch biến trên khoảng \((10; 18)\).

+) Hàm số đạt cực đại tại \(x=10\)\(L_{\text{CĐ}}=L(10)=1200\).

Đồ thị hàm số có điểm cực đại \((10; 1200)\) và đi qua các điểm \((1;-258)\), \((18;-1040)\).

Image

c) Quan sát đồ thị hàm số, ta nhận thấy khi \(x=10\) thì hàm số đạt giá trị lớn nhất là \(1\,200\). Như vậy, hộ làm nghề dệt cần sản xuất và bán ra mỗi ngày \(10\) mét vải lụa để thu được lợi nhuận tối đa. Lợi nhuận tối đa này là \(1\,200\) nghìn đồng.

}

Câu 30:

Trong một nhà hàng, mỗi tuần để chế biến \(x\) phần ăn (\(x\) lấy giá trị trong khoảng từ \(30\) đến \(120\)) thì chi phí trung bình (đơn vị: nghìn đồng) của một phần ăn được cho bởi công thức

\(\overline{C}(x)=2x-230+\displaystyle\frac{7\,200}{x}.\)

a) Khảo sát và vẽ đồ thị hàm số \(\overline{C}(x)\) trên \([30; 120]\).

b) Từ kết quả trên, tìm số phần ăn sao cho chi phí trung bình của một phần ăn là thấp nhất.

a) Khảo sát và vẽ đồ thị hàm số \(y=\overline{C}(x)=2x-230+\displaystyle\frac{7\,200}{x}\) trên \([30; 120]\).

Tập xác định \(\mathscr{D}=\mathbb{R}\setminus \{0\}\).

Đạo hàm \(y'=2-\displaystyle\frac{7\,200}{x^2}=\displaystyle\frac{2x^2-7\,200}{x^2}\); \(y'=0 \Leftrightarrow x=-60\) (loại) \(x=60\) (nhận).

Giới hạn:

\(\lim\limits_{x\to -\infty} y=-\infty\); \(\lim\limits_{x\to +\infty} y=+\infty\).

\(\lim\limits_{x\to 0^{+}} \left(2x-230+\displaystyle\frac{7\,200}{x}\right)=+\infty\), \(\Rightarrow\) Đường thẳng \(x=0\) là tiệm cận đứng.

\(\lim\limits_{x\to \pm\infty} \left[y-(2x-230)\right]=\lim\limits_{x\to \pm\infty} \displaystyle\frac{7\,200}{x}=0\), \(\Rightarrow\) Đường thẳng \(y=2x-230\) là tiệm cận xiên.

Bảng biến thiên

Image

+) Hàm số nghịch biến trên khoảng \((30;60)\), đồng biến trên khoảng \((60;120)\).

+) Hàm số đạt cực tiểu tại \(x=60\), \(y_{\text{CT}}=10\).

Trên khoảng, \(y'>0\) nên hàm số đó.

Đồ thị

Image

b) Từ kết quả trên, để chi phí trung bình của một phần ăn là thấp nhất thì số phần ăn \(x=60\).

}

Câu 31:

Dân số của một thị trấn sau \(t\) năm kể từ năm \(1970\) được ước tính bởi công thức \(f(t)=\displaystyle\frac{26t+10}{t+5}\) (\(f(t)\) được tính bằng nghìn người)

a) Tính dân số của thị trấn vào năm \(2022\) (kết quả làm tròn đến hàng phần nghìn).

b) Xem \(y=f(t)\) là một hàm số xác định trên nửa khoảng \([0;+\infty)\). Khảo sát và vẽ đồ thị hàm số \(y=f(t)\).

c) Đạo hàm của hàm số \(y=f(t)\) biểu thị tốc độ tăng dân số của thị trấn (tính bằng nghìn người/năm).

+) Tính tốc độ tăng dân số vào năm \(2022\) của thị trấn đó.

+) Vào năm nào thì tốc độ tăng dân số là \(0{,}192\) nghìn người/năm?

a) Ta có: \(f(52)=\displaystyle\frac{26 \cdot 52+10}{52+5}=\displaystyle\frac{1\ 362}{57}\approx 23{,}895\) (nghìn người).

Vậy dân số của thị trấn vào năm \(2022\) khoảng \(23\ 895\) người.

b) Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị.

Đạo hàm: \(f^\prime(t)=\displaystyle\frac{120}{(t+5)^2}>0\) với mọi \(t\geq 0\).

Giới hạn: \(\lim\limits_{t \to +\infty}f(t)=26\). Do đó, đường thẳng \(y=26\) là tiệm cận ngang của đồ thị hàm số.

Bảng biến thiên

Image

Hàm số đồng biến trên nủa khoảng \([2:+\infty)\) và không có cực trị.

Giao điểm của đồ thị với trục tung: \((0;2)\).

Đồ thị hàm số đi qua điểm \((1;6)\).

Image

c) Tốc độ tăng dân số.

+) Tốc độ tăng dân số vào năm \(2022\) của thị trấn là:

\[f^\prime (52)=\displaystyle\frac{120}{(52+5)^2}=\displaystyle\frac{40}{1\ 083}.\]

+) Ta có

\[f^\prime(t)=0{,}192\Leftrightarrow \displaystyle\frac{120}{(t+2)^2}=0{,}192\Leftrightarrow (t+5)^2=625\Leftrightarrow t=20\ (\text{do}\ t\geq 0).\]

Vậy vào năm \(1990\), thì tốc độ tăng dân số là là \(0{,}192\) nghìn người/năm.

}

Câu 32:

Một tàu đổ bộ tiếp cận Mặt Trăng theo cách tiếp cận thẳng đứng và đốt cháy các tên lửa hãm ở độ cao \(250\) km so với bề mặt của Mặt Trăng.

Trong khoảng \(50\) giây đầu tiên kể từ khi đốt cháy các tên lửa hãm, độ cao \(h\) của con tàu so với bề mặt của Mặt Trăng được tính (gần đúng) bởi hàm \(h(t)=-0{,}01t^3+1{,}1t^2-30t+250\), trong đó \(t\) là thời gian tính bằng giây và \(h\) là độ cao tính bằng kilômét.

a) Vẽ đồ thị của hàm số \(y=h(t)\) với \(0\leq t\leq 50\) (đơn vị trên trục hoành là \(10\) giây, đơn vị trên trục tung là \(10\) km).

b) Gọi \(v(t)\) là vận tốc tức thời của con tàu ở thời điểm \(t\) (giây) kể từ khi đốt cháy các tên lửa hãm với \((0\leq t\leq 50\)). Xác định hàm số \(v(t)\).

c) Vận tốc tức thời của con tàu lúc bắt đầu hãm phanh là bao nhiêu? Tại thời điểm \(t=25\) (giây) là bao nhiêu?

d) Tại thời điểm \(t=25\) (giây), vận tốc tức thời của con tàu vẫn giảm hay đang tăng trở lại?

e) Tìm thời điểm \(t\) (\(0\leq t\leq 50\)) sao cho con tàu đạt khoảng cách nhỏ nhất so với bề mặt của Mặt Trăng. Khoảng cách nhỏ nhất này là bao nhiêu?

a) Vẽ đồ thị của hàm số \(h(t)=-0{,}01t^3+1{,}1t^2-30t+250\).

Miền khảo sát: \([0;50]\).

Đạo hàm: \(h'(t)=-0{,}03t^2+2{,}2t-30\).

\(h'(t)=0\Leftrightarrow -0{,}03t^2+2{,}2t-30=0\Leftrightarrow t\approx 18\) hoặc \(t\approx 55.\)

Bảng biến thiên:

Image

+) Hàm số nghịch biến trên các khoảng \((0;18)\) và đồng biến trên khoảng \((18;50)\).

+) Hàm số đạt cực tiểu tại \(t=18\), \(y_{_\text{CT}}=h(18)=8{,}08\).

Bảng giá trị:

Image

Đồ thị:

Image

b) Xác định \(v(t)\).

Ta có \(v(t)=h'(t)=-0{,}03t^2+2{,}2t-30\).

c) Tính vận tốc tức thời lúc bắt đầu hãm phanh và lúc \(t=25\) (giây).

Vận tốc tức thời lúc bắt đầu hãm phanh là: \(v(0)=-30\) (km/s).

Vận tốc tức thời lúc \(t=25\) (giây) là: \(v(25)=6{,}25\) (km/s).

c) Tại thời điểm \(t=25\) (giây), vận tốc tức thời của con tàu vẫn giảm hay tăng trở lại?

Ta có phương trình gia tốc: \(a(t)=v'(t)=-0{,}06t+2{,}2t\).

\(a(25)=53{,}5>0\) nên tại thời điểm \(t=25\) (giây), vận tốc tức thời của con tàu đang tăng trở lại.

d) Tìm thời điểm mà khoảng cách giữa con tàu và Mặt Trăng nhỏ nhất.

Dựa vào đồ thị ta thấy tại thời điểm \(t=18\) (giây) thì khoảng cách giữa con tàu và Mặt Trăng nhỏ nhất, khoảng cách này bằng \(8{,}08\) km.

}