Toán 10 Bài 3: Giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của hàm số
Giá trị lớn nhất nhỏ nhất của hàm số Toán 12
- A. Lý thuyết Giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của hàm số
- 1. Các khái niệm về giá trị lớn nhất, nhỏ nhất của hàm số
- 2. Quy tắc tìm giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của hàm số trên một đoạn
- 3. Cách tìm GTLN, GTNN của hàm số trên tập xác định
- 4. Tìm GTLN, GTNN của hàm số trên khoảng
- 5. Quy tắc tìm giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của hàm số trên một tập D bất kì
- 6. Quy tắc tìm điều kiện của tham số để hàm số có GTLN, GTNN thỏa mãn điều kiện cho trước
- 7. Một số phương pháp tìm giá trị lớn nhất nhỏ nhất khác
- B. Giải SGK Toán 12 Bài 3
- C. Giải SBT Toán 12 Bài 3
- D. Bài tập trắc nghiệm Giá trị lớn nhất, nhỏ nhất của hàm số
Để giúp các bạn học sinh lớp 12 học tập tốt hơn môn Toán, VnDoc xin mời các bạn tham khảo tài liệu Toán 10 Bài 3: Giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của hàm số. Bộ tài liệu hướng dẫn chi tiết cách tìm giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của hàm số, tìm tham số để thỏa mãn điều kiện cho trước ... được xây dựng dựa trên kiến thức trọng tâm chương trình Toán 12 và đề thi THPT Quốc gia. Hi vọng tài liệu này sẽ giúp các bạn ôn thi THPT Quốc gia môn Toán trắc nghiệm hiệu quả.
- Tìm giá trị lớn nhất nhỏ nhất của hàm số lượng giác
- 300 câu hỏi trắc nghiệm môn Toán lớp 12 (Có đáp án)
- Bài tập trắc nghiệm cực trị của hàm số và điểm uốn (Có đáp án)
- Bài tập trắc nghiệm tính đơn điệu của hàm số
- Câu hỏi trắc nghiệm môn Toán lớp 12: Cực trị của hàm số
Bản quyền thuộc về VnDoc.
Nghiêm cấm mọi hình thức sao chép nhằm mục đích thương mại.
A. Lý thuyết Giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của hàm số
1. Các khái niệm về giá trị lớn nhất, nhỏ nhất của hàm số
Định lý: Cho hàm số
\(y=f\left( x \right)\) xác định trên tập D.
a. Số M được gọi là giá trị lớn nhất của hàm số
\(y=f\left( x \right)\) trên tập D nếu
\(f\left( x \right)\le M\) với mọi x thuộc D và tồn tại
\({{x}_{0}}\in D\) sao cho
\(f\left( {{x}_{0}} \right)\le M\). Kí hiệu:
\(M=\underset{x\in D}{\mathop{\max }}\,f\left( x \right)\)
b. Số m được gọi là giá trị nhỏ nhất của hàm số
\(y=f\left( x \right)\) trên tập D nếu
\(f\left( x \right)\ge m\) với mọi x thuộc D và tồn tại
\({{x}_{0}}\in D\) sao cho
\(f\left( {{x}_{0}} \right)\ge m\). Kí hiệu:
\(m=\underset{x\in D}{\mathop{\min }}\,f\left( x \right)\)
Hay nói cách khác:
\(M=\underset{x\in D}{\mathop{\max }}\,f\left( x \right)\Leftrightarrow \left\{ \begin{matrix}
f\left( x \right)\le M,\forall x\in D \\
\exists {{x}_{0}}\in D,f\left( {{x}_{0}} \right)=M \\
\end{matrix} \right.\)
\(m=\underset{x\in D}{\mathop{\min }}\,f\left( x \right)\Leftrightarrow \left\{ \begin{matrix}
f\left( x \right)\ge m,\forall x\in D \\
\exists {{x}_{0}}\in D,f\left( {{x}_{0}} \right)=m \\
\end{matrix} \right.\)
2. Quy tắc tìm giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của hàm số trên một đoạn
\(\left[ a,b \right]\)
Bước 1: Tìm tập xác định (nếu đề bài không cho sẵn)
Bước 2: Tính
\(f'\left( x \right)\) và giải phương trình
\(f'\left( x \right)=0\Rightarrow {{x}_{1}},{{x}_{2}},{{x}_{3}},.....\)
Bước 3: Tính
\(f\left( {{x}_{1}} \right),f\left( {{x}_{2}} \right),f\left( {{x}_{3}} \right),....\) và
\(f\left( a \right),f\left( b \right)\)
Bước 4: So sánh và kết luận.
Chú ý:
- Hàm số
\(y = f(x)\) đồng biến trên
\(\lbrack a;b\rbrack\) thì
\(\left\{ \begin{matrix}
\max_{\lbrack a;b\rbrack}f(x) = f(b) \\
\min_{\lbrack a;b\rbrack}f(x) = f(a) \\
\end{matrix} \right.\) - Hàm số
\(y = f(x)\) nghịch biến trên
\(\lbrack a;b\rbrack\) thì
\(\left\{ \begin{matrix}
\max_{\lbrack a;b\rbrack}f(x) = f(a) \\
\min_{\lbrack a;b\rbrack}f(x) = f(b) \\
\end{matrix} \right.\)
3. Cách tìm GTLN, GTNN của hàm số trên tập xác định
Để tìm giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của hàm số
\(y = f(x)\) trên tập xác định ta làm như sau:
Bước 1. Tìm tập xác định
\(D\)
Bước 2. Tìm
\(f'(x)\)
Bước 3. Tại các điểm
\(x_{i}\) mà tại đó
\(f'\left( x_{i} \right) =
0\) hoặc các điểm
\(x_{i}\) mà tại đó
\(f'\left( x_{i} \right)\) không xác định nhưng hàm số vẫn xác định tại điểm đó.
Bước 4. Lập bảng biến thiên (Hoặc một biểu đồ có cơ chế giống bảng biến thiên).
Bước 5. Kết luận.
4. Tìm GTLN, GTNN của hàm số trên khoảng
Để tìm giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của hàm số
\(y = f(x)\) trên đoạn
\((a;b)\) ta làm như sau.
Bước 1. Tìm đạo hàm
\(f'(x)\)
Bước 2. Xác định tất cả các nghiệm
\(x_{1};x_{2};...;x_{n}\) trên
\((a;b)\) mà tại đó
\(f'(x) = 0\) và tất cả các điểm
\(\alpha_{i} \in (a;b)\) làm cho
\(f'(x)\) không xác định.
Bước 3. Tính
\(A = \lim_{x \rightarrow
a^{+}}f(x);B = \lim_{x \rightarrow b^{-}}f(x);f\left( x_{i}
\right);f\left( \alpha_{i} \right)\) .
Bước 4. So sánh các giá trị tính được và kết luận
\(M = \max_{(a;b)}f(x);m =
\min_{(a;b)}f(x)\). Nếu giá trị lớn nhất (nhỏ nhất) là
\(A\) hoặc
\(B\) thì kết luận không có giá trị lớn nhất (nhỏ nhất)
Chú ý:
Hàm số liên tục trên một khoảng có thể không có giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất trên khoảng đó.
Ví dụ 1: Gọi M, m lần lượt là GTLN, GTNN của hàm số
\(y={{x}^{3}}-3{{x}^{2}}+1\) trên đoạn
\(\left[ 1,2 \right]\). Khi đó tổng
\(M+m\) có giá trị bằng bao nhiêu?
|
A. 2
|
B. -4
|
C. 0 | D. -2 |
Hướng dẫn giải
Tập xác định
\(D=\mathbb{R}\)
\(y={{x}^{3}}-3{{x}^{2}}+1\Rightarrow y'=3{{x}^{2}}-6x\)
\(y'=0\Rightarrow 3{{x}^{2}}-6x=0\Leftrightarrow \left[ \begin{matrix}
x=0 \\
x=2 \\
\end{matrix} \right.\)
\(f\left( 0 \right)=1,f\left( 1 \right)=-1,f\left( 2 \right)=-3\)
Dễ thấy
\(M=\underset{\left[ 1,2 \right]}{\mathop{\max }}\,f\left( x \right)=f\left( 0 \right)=1\)
\(m=\underset{\left[ 1,2 \right]}{\mathop{\min }}\,f\left( x \right)=f\left( 2 \right)=-3\)
\(\Rightarrow M+m=-2\). Vậy chọn đáp án D
Ví dụ 2: Tìm GTLN, GTNN của hàm số lượng giác
\(y=f\left( x \right)=\sin x+\cos x+\sin x.\cos x\) trên đoạn
\(\left[ 0,\pi \right]\)
\(A. \underset{\left[ 0,\pi \right]}{\mathop{\max f\left( x \right)}}\,=\sqrt{2},\underset{\left[ 0,\pi \right]}{\mathop{\min f\left( x \right)}}\,=-1\)
\(B. \underset{\left[ 0,\pi \right]}{\mathop{\max f\left( x \right)}}\,=3,\underset{\left[ 0,\pi \right]}{\mathop{\min f\left( x \right)}}\,=-3\)
\(C. \underset{\left[ 0,\pi \right]}{\mathop{\max f\left( x \right)}}\,=\sqrt{2}+\frac{1}{2},\underset{\left[ 0,\pi \right]}{\mathop{\min f\left( x \right)}}\,=-1\)
\(D. \underset{\left[ 0,\pi \right]}{\mathop{\max f\left( x \right)}}\,=\sqrt{2},\underset{\left[ 0,\pi \right]}{\mathop{\min f\left( x \right)}}\,=-\sqrt{2}\)
Hướng dẫn giải
Đặt
\(t=\sin x+\cos x=\sqrt{2}\sin \left( x+\frac{\pi }{4} \right)\)
Vì
\(x\in \left[ 0,\pi \right]\Rightarrow t\in \left[ -1,\sqrt{2} \right]\)
Ta có:
\({{t}^{2}}={{\left( \sin x+\cos x \right)}^{2}}={{\sin }^{2}}x+co{{x}^{2}}x+2\sin x.\cos x=1+2\sin x.\cos x\)
\(\Rightarrow \sin x.\cos x=\frac{{{t}^{2}}-1}{2}\)
\(f\left( x \right)=g\left( t \right)=t+\frac{{{t}^{2}}-1}{2}=\frac{{{t}^{2}}}{2}+t-\frac{1}{2}\)
\(g'\left( t \right)=t+1,g'\left( t \right)=0\Leftrightarrow t=-1\)
\(g\left( -1 \right)=-1,g\left( \sqrt{2} \right)=\sqrt{2}+\frac{1}{2}\)
\(\underset{\left[ 0,\pi \right]}{\mathop{\Rightarrow \max f\left( x \right)}}\,=\sqrt{2}+\frac{1}{2},\underset{\left[ 0,\pi \right]}{\mathop{\min f\left( x \right)}}\,=-1\)
Chọn đáp án C
5. Quy tắc tìm giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của hàm số trên một tập D bất kì
Bước 1: Tìm tập xác định (Nếu đề bài không cho sẵn tìm trên miền nào)
Bước 2: Tính
\(f'\left( x \right)\) và giải phương trình
\(f'\left( x \right)=0\Rightarrow {{x}_{1}},{{x}_{2}},{{x}_{3}},.....\)
Bước 3: Lập bảng biến thiên
Bước 4: Dựa vào bảng biến thiên để kết luận.
6. Quy tắc tìm điều kiện của tham số để hàm số có GTLN, GTNN thỏa mãn điều kiện cho trước
Cho hàm số
\(y=f\left( x \right)\) xác định và liên tục trên một đoạn
\(\left[ a,b \right]\)
Bước 1: Tính
\(f'\left( x \right)\) và giải phương trình
\(f'\left( x \right)=0\Rightarrow {{x}_{1}},{{x}_{2}},{{x}_{3}},.....\)
Bước 2: Tính
\(f\left( {{x}_{1}} \right),f\left( {{x}_{2}} \right),f\left( {{x}_{3}} \right),....\) và
\(f\left( a \right),f\left( b \right)\)
Bước 3: Biện luận theo tham số để tìm GTLN, GTNN của hàm số trên đoạn
\(\left[ a,b \right]\)
Bước 4: Thay điều kiện bài cho để tìm m
Ví dụ: Tìm giá trị lớn nhất nhỏ nhất của hàm số
\(f\left( x \right)=\frac{2{{x}^{2}}+7x+23}{{{x}^{2}}+2x+10}\)
Hướng dẫn giải
Dễ thấy
\({{x}^{2}}+2x+10>0\forall x\) nên hàm số xác định trên toàn trục số.
Gọi m là một giá trị tùy ý của hàm số, khi đó phương trình
\(\begin{align}
& \frac{2{{x}^{2}}+7x+23}{{{x}^{2}}+2x+10}=m \\
& \Leftrightarrow 2{{x}^{2}}+7x+23=m\left( {{x}^{2}}+2x+10 \right) \\
& \Leftrightarrow \left( m-2 \right){{x}^{2}}+\left( 2m-7 \right)x+10m-23=0 \\
\end{align}\)
Ta xét hai trường hợp sau:
TH1: Nếu
\(m=2\) phương trình trở thành
\(-3x-3=0\Leftrightarrow x=-1\Rightarrow\) vậy phương trình có nghiệm khi
\(m=2\)
TH2: Nếu
\(m\ne 2\) khi đó phương trình bậc 2 có nghiệm khi và chỉ khi:
\(\begin{align}
& \Delta ={{\left( 2m-7 \right)}^{2}}-4\left( m-2 \right)\left( 10m-23 \right)\ge 0 \\
& \Leftrightarrow -36m+144m-135\ge 0 \\
& \Rightarrow \frac{3}{2}\le m\le \frac{5}{2}\ne 2 \\
& \Rightarrow \max f\left( x \right)=\frac{5}{2},\min f\left( x \right)=\frac{3}{2} \\
\end{align}\).
7. Một số phương pháp tìm giá trị lớn nhất nhỏ nhất khác
Cho hàm số
\(y = f(x)\)
1. Phương pháp tìm miền giá trị
Xem
\(y = f(x)\) là phương trình đối với ẩn số
\(x\) và
\(y\) là tham số.
Tìm điều kiện của y để phương trình
\(y =
f(x)\) có nghiệm.
Từ điều kiện trên, biến đổi đưa đến dạng
\(m \leq y \leq M\) . Xét dấu “=” xảy ra và kết luận.
Cụ thế: Với phương trình bậc 2 ta thực hiện như sau:
Sử dụng miền giá trị hoặc điều kiện tồn tại nghiệm của phương trình trong chứng minh bất đẳng thức hoặc tìm giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất, chúng ta thường sử dụng các kết quả sau đây:
(1) Phương trình
\(ax^{2} + bx + c = 0;(a
\neq 0)\) có nghiệm khi và chỉ khi
\(\Delta \geq 0\).
(2) Điều kiện để tồn tại hai số u, v sao cho
\(\left\{ \begin{matrix}
u + v = S \\
uv = P
\end{matrix} \right.\) là
\(S^{2} -
4P \geq 0\).
(3) Điều kiện để tồn tại hai số không âm u, v sao cho
\(S^{2} - 4P \geq 0\) là
\(\left\{ \begin{matrix}
S \geq 0 \\
P \geq 0 \\
S^{2} - 4P \geq 0
\end{matrix} \right.\).
Chú ý: Để tìm giá trị lớn nhất hoặc giá trị nhỏ nhất của hàm số
\(y = f(x)\) theo cách này, chúng ta có thể tiến hành như sau:
- Bước 1: Gọi
\(y_{0}\) là một giá trị bất kỳ thuộc miền giá trị của hàm số. Khi đó phương trình
\(f(x) = y_{0}\) có nghiệm.
- Bước 2: Biến đổi đưa phương trình
\(f(x)
= y_{0}\) về dạng
\(ax^{2} + bx + c =
0;(a \neq 0)\). Sau đó tìm điều kiện để phương trình này có nghiệm (điều kiện này dẫn đến giải bất phương trình ẩn
\(y_{0}\)).
- Bước 3: Từ kết quả của bước 2, chúng ta kết luận về giá trị lớn nhất hoặc giá trị nhỏ nhất của hàm số
\(y =
f(x)\).
2. Phương pháp đạo hàm
Khảo sát sự biến thiên của hàm số
\(y =
f(x)\)
Dựa vào bảng biến thiên để kết luận.
3. Phương pháp dùng bất đẳng thức
Bất đẳng thức AM – GM
Cho hai số thực không âm
\(a + b \geq 2\sqrt{ab}\)
\(\Leftrightarrow 4ab \leq (a + b)^{2}
\Leftrightarrow (a + b)^{2} \geq 0\)
Bất đẳng thức Cauchy - Schwarz
\(\frac{1}{x} + \frac{1}{y} \geq
\frac{4}{x + y}\)
Bất đẳng thức Bunhiacopxki
Cho các số thực a, b, c, d
\((ax + by)^{2} \leq \left( a^{2} + b^{2}
\right)\left( x^{2} + y^{2} \right)\)
Dấu “=” xảy ra khi
\(\frac{a}{x} =
\frac{b}{y}\)
Một số bổ đề cơ bản
\(xy \leq \frac{(x + y)^{2}}{4} \leq
\frac{x^{2} + y^{2}}{4}\) và
\(x^{2} +
xy + y^{2} \geq \frac{3}{4}(x + y)^{2}\)
\(x^{3} + y^{3} \geq \frac{(x + y)\left(
x^{2} + y^{2} \right)}{2} \geq \frac{(x + y)^{3}}{4} \geq xy(x +
y)\)
Bất đẳng thức giá trị tuyệt đối
\(|A| + |B| \geq |A + B|\)
Bất đẳng thức Schur
Công thức Bất đẳng thức Schur
\(a(a - b)(a - c) + b(b - c)(b - a) + c(c -
a)(c - b) \geq 0\)
Dạng tổng quát
Cho hai dãy số thực
\(\left(
a_{1},a_{2},...,a_{n} \right)\) và
\(\left( b_{1},b_{2},...,b_{n} \right)\) thì ta luôn có:
\(\sqrt{{a_{1}}^{2} + {b_{1}}^{2}} +
\sqrt{{a_{2}}^{2} + {b_{2}}^{2}} + \ldots + \sqrt{{a_{n}}^{2} +
{b_{n}}^{2}} \geq \sqrt{\left( a_{1} + a_{2} + ... + {a_{n}}^{2} \right)
+ \left( b_{1} + b_{2} + ... + {b_{n}}^{2} \right)}\)
Đẳng thức xảy ra khi:
\(\frac{a_{1}}{b_{1}}
= \frac{a_{2}}{b_{2}} = ... = \frac{a_{n}}{b_{n}}\)
Quy ước: Nếu
\(b_{1} = 0\) thì
\(a_{1} = 0\), tương tự áp dụng với
\(b_{2},b_{3},...,b_{n}\).
2. Dạng cụ thể
Dạng 1: Cho
\(a,b,c,d \in R,\) ta có:
\(\sqrt{a^{2} + b^{2}} + \sqrt{c^{2} +
d^{2}} \geq \sqrt{(a + c)^{2} + (b + d)^{2}}\). Đẳng thức xảy ra khi:
\(\frac{a}{b} = \frac{c}{d}\).
Dạng 2: Cho
\(a,b,c,d,e,f \in R,\) ta có:
\(\sqrt{a^{2} + b^{2}} + \sqrt{c^{2} +
d^{2}} + \sqrt{e^{2} + f^{2}}\)
\(\geq
\sqrt{(a + c + e)^{2} + (b + d + f)^{2}}\). Đẳng thức xảy ra khi:
\(\frac{a}{b} = \frac{c}{d} =
\frac{e}{f}.\)
Chú ý: Bất đẳng thức Minkovsky cũng là một hệ quả của bất đẳng thức Cauchy-Schwarz.
B. Giải SGK Toán 12 Bài 3
Trong Sách giáo khoa Toán lớp 12, các bạn học sinh chắc hẳn sẽ gặp những bài toán khó, phải tìm cách giải quyết. Hiểu được điều này, VnDoc đã tổng hợp và gửi tới các bạn học sinh lời giải và đáp án chi tiết cho các bài tập trong Sách giáo khoa Toán lớp 12. Mời các bạn học sinh tham khảo:
C. Giải SBT Toán 12 Bài 3
Sách bài tập Toán 12 tổng hợp các bài Toán từ cơ bản tới nâng cao, đi kèm với đó là đáp án. Tuy nhiên, nhiều đáp án không được giải chi tiết khiến cho các bạn học sinh gặp nhiều khó khăn khi tiếp xúc với dạng bài mới. VnDoc đã tổng hợp và gửi tới các bạn học sinh lời giải và đáp án chi tiết cho từng dạng bài tập trong Sách bài tập để các bạn có thể nắm vững, hiểu rõ hơn về dạng bài tập này. Mời các bạn học sinh tham khảo:
D. Bài tập trắc nghiệm Giá trị lớn nhất, nhỏ nhất của hàm số
Để ôn tập lại kiến thức cũng như rèn luyện nâng cao hơn về bài tập của bài Hàm số này, VnDoc xin gửi tới các bạn học sinh Tài liệu Tìm GTLN, GTNN của hàm số do VnDoc biên soạn. Qua đó sẽ giúp các bạn học sinh hiểu sâu hơn và nắm rõ hơn lý thuyết cũng như bài tập của bài học này. Mời các bạn học sinh tham khảo:
------------------------------------
Trên đây VnDoc.com đã giới thiệu tới bạn đọc tài liệu: Toán 10 Bài 3: Giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của hàm số. Để có kết quả cao hơn trong học tập, VnDoc xin giới thiệu tới các bạn học sinh tài liệu Giải bài tập Toán lớp 12, Thi THPT Quốc gia môn Toán, Thi THPT Quốc gia môn Văn, Thi THPT Quốc gia môn Lịch sử mà VnDoc tổng hợp và đăng tải.