Ngân hàng bài tập về Hàm khả vi | Đại học Bách khoa Hà Nội

Ngân hàng bài tập về Hàm khả vi của Đại học Bách khoa Hà Nội. Tài liệu được biên soạn dưới dạng file PDF gồm 18 trang giúp bạn củng cố kiến thức, ôn tập và đạt kết quả cao trong kỳ thi sắp tới. Mời bạn đọc đón xem!

Thông tin:
18 trang 7 tháng trước

Bình luận

Vui lòng đăng nhập hoặc đăng ký để gửi bình luận.

Ngân hàng bài tập về Hàm khả vi | Đại học Bách khoa Hà Nội

Ngân hàng bài tập về Hàm khả vi của Đại học Bách khoa Hà Nội. Tài liệu được biên soạn dưới dạng file PDF gồm 18 trang giúp bạn củng cố kiến thức, ôn tập và đạt kết quả cao trong kỳ thi sắp tới. Mời bạn đọc đón xem!

150 75 lượt tải Tải xuống
Trn Vũ Trung
KSTN ðKTð – K55
1
Hàm khả vi
ðịnh nghĩa
ðạo hàm ca hàm s
( )
f x
ti ñim
x
và ký hiu là
(
)
f x
là gii hn:
( )
(
)
(
)
0
lim
x
f x x f x
f x
+
=
nếu gii hn ñó tn ti.
Nếu
(
)
f x
tn ti, thì ta nói hàm
(
)
y f x
= kh vi ti
x
.
Bài toán 1.
Tìm tt c các hàm
:f
th
a mãn
( ) ( ) ( )
2
1 2 1 2
f x f x x x
,
1 2
,
x x
.
Li gii.
Thay
1
x x x
= +
2
x x
=
vào bi
u th
c
ñ
ã cho
ñượ
c:
( ) ( ) ( )
2
f x x f x x
+
.
Suy ra
(
)
(
)
f x x f x
x
x
+
, do
ñ
ó
(
)
(
)
0
lim 0
x
f x x f x
+
=
.
Theo
ñị
nh ngh
ĩ
a,
( )
f x
kh
vi t
i m
i
ñ
i
m
x
, và
( ) 0
f x
=
. V
y
( )
f x
là hàm h
ng.
Bài toán 2.
Cho hàm s
1
sin 0
( )
0 0
x x
f x
x
x
α
=
=
v
i
α
là h
ng s
d
ươ
ng. Tìm các giá tr
c
a
α
ñể
f
kh
vi trên
.
(KSTN 2005)
Li gii.
D
th
y
f
liên t
c t
i m
i
ñ
i
m
0
x
.
Xét tính liên t
c t
i
ñ
i
m
0
x
=
:
1
0 sin
x x
x
α α
, mà
0
lim 0
x
x
α
=
0
α
>
, suy ra
0 0
1
lim ( ) lim sin 0 (0)
x x
f x x f
x
α
= = =
.
Do ñó,
f
liên tc trên
.
Vi mi
α
,
f
kh vi ti mi ñim
0
x
. Cn tìm
α
ñể
f
kh vi ti
0
x
=
, tc gii
hn
1
0 0
( ) (0) 1
(0) lim lim sin
x x
f x f
f x
x x
α
= =
t
n t
i.
bai 21
Trn Vũ Trung
KSTN ðKTð – K55
2
Gii hn trên tn ti vi mi
1
α
>
:
1
0
1
lim sin 0
x
x
x
α
=
.
Ta ch
ng minh nó không t
n t
i v
i
1
α
.
Th
t v
y, gi
s
1 1
0
1
lim sin lim sin
x t
x t t M
x
α α
→∞
= =
,
t
c là v
i m
i
0
ε
>
,
0
t
:
0
t t
>
1
sint t M
α
ε
<
.
Cho
t k
π
=
vi s nguyên
k
ñủ ln, ta ñược
M
ε
<
,
0
ε
>
, suy ra
0
M
=
.
Khi ñó,
0
ε
>
,
0
t
:
0
t t
>
1
sin
t t
α
ε
<
.
Chn
1
2
ε
=
,
2
t k
π
π
= +
vi s nguyên
k
ñủ ln, do
1 0
α
nên
1
1
2
k
α
π
π ε
+ >
,
khi
ñ
ó
1
sint t
α
ε
>
, mâu thu
n.
V
y
1
α
>
.
ðạo hàm và s biến thiên ca hàm s
Dng bài chng minh hàm tăng gim bng cách tính ñạo hàm
Bài toán 3.
Kh
o sát s
bi
ế
n thiên c
a hàm s
( )
f x
ñượ
c xác
ñị
nh nh
ư
sau:
1
khi 0
( )
1
0 khi 0
x
x
x x
f x
e
x
+
=
+
=
.
(KSTN 1999)
L
i gi
i.
0
lim ( ) 0 (0)
x
f x f
= = , suy ra
f
liên t
c t
i
0
x
=
.
V
i
0
x
,
1 1 1 1
2
2 2
1 1
1 1
1 1
'( ) 1 1
1 1
x x x x
x x
e xe e e
x x
f x
e e
+ + + +
= + = +
+ +
.
ðặ
t
1
t
x
=
,
( ) 1
t t
g t e te
= + +
.
(
)
'( ) 2 0 2
t
g t e t t
= + = =
, qua
ñ
i
m
2
t
=
,
'( )
g t
ñổ
i d
u t
âm sang d
ươ
ng,
do
ñ
ó
2
( ) ( 2) 1 0
g t g e
= >
, suy ra
'( ) 0
f x
>
v
i m
i
0
x
.
V
y
( )
f x
ñồ
ng bi
ế
n trên
.
Trn Vũ Trung
KSTN ðKTð – K55
3
Bài toán 4.
Cho hàm s
( )
f x
liên tc và nghch biến trên ñon
[
]
0;
b
và cho
(
)
0;
a b
.
Ch
ng minh r
ng:
0 0
( ) ( )
a b
b f x dx a f x dx
.
(Olympic SV 1995)
(KSTN 2005)
Li gii.
Xét hàm
0
( )
( )
x
f t dt
F x
=
, ta cn chng minh
( ) ( )
F a F b
v
i
a b
,
t
c
F
là hàm gi
m.
ðạ
o hàm
F
:
0
2
( ) ( )
'( )
x
xf x f t dt
F x
=
.
Do
( )
f x
nghch biến nên
0 0
0 0 0
0 0
( ) ( ) ( )
x x
f t dt f x dt x f x
=
,
(
)
0
0;
x b
.
Do ñó
'( ) 0
F x
,
0
x
>
, suy ra ñpcm.
ðạo hàm ca hàm hng
Hàm hằng khả vi mọi cấp bằng 0
.
Trong nhiu bài tp cho gi thiết
( ) 0
f x
=
vi mi
D
x
, vic ñạo hàm nhiu ln c
2 vế có th giúp gii quyết vn ñề.
Bài toán 5.
Cho trước các s thc
1 2
, , ,
n
λ λ λ
khác nhau tng ñôi mt. Chng minh rng:
1 1 2 2
0
n n
k x k x k x
λ λ λ
+ + =
vi mi
x
khi và ch khi
1 2
0
n
k k k
= = = =
.
(KSTN 2009)
Li gii.
Chng minh quy np.
Trường hp
1
n
=
hin nhiên ñúng.
Gi s bài toán ñúng ñến
1
n
, nghĩa là nếu
1
1
0
n
i i
i
a x b
=
=
,
x
thì t
t c
0
i
a
=
.
Ta ch
ng minh n
ế
u
1 1 2 2
( ) 0
n n
f x k x k x k x
λ λ λ
= + + =
v
i m
i
x
thì
1 2
0
n
k k k
= = = =
.
Trn Vũ Trung
KSTN ðKTð – K55
4
Tht vy, không mt tính tng quát, gi s
1 2 1n n
a b
λ λ λ λ
< < < = < =
.
Khi ñó,
(
)
(
)
1 2 1 1 2 2
( ) 0
n n n
f x k k k x k k k
λ λ λ
= + + + + + + =
v
i m
i
x b
>
,
f
là hàm
h
ng trên
(
)
;b
+∞
nên
( ) 0
f x
=
v
i m
i
x b
>
, hay:
1 2 1
0
n n
k k k k
+ + + + =
. (1)
M
t khác
(
)
(
)
1 2 1 1 1 2 2 1 1
( ) 0
n n n n n n
f x k k k k x k k k k
λ λ λ λ
= + + + + + + =
v
i m
i
(
)
,
x a b
,
f
là hàm h
ng trên
(
)
,
a b
nên
( ) 0
f x
=
v
i m
i
(
)
,
x a b
, hay:
1 2 1
0
n n
k k k k
+ + + =
. (2)
T
(1) (2) suy ra
0
n
k
=
, suy ra
1 1 2 2 1 1
( ) 0
n n
f x k x k x k x
λ λ λ
= + + =
v
i
m
i
x
, theo gi
thi
ế
t quy n
p thì
1 2 1
0
n
k k k
= = = =
.
V
y
1 2
0
n
k k k
= = = =
n
ế
u
1 1 2 2
0
n n
k x k x k x
λ λ λ
+ + =
x
.
Chi
u ng
ượ
c l
i hi
n nhiên
ñ
úng, bài toán
ñượ
c ch
ng minh.
Bài toán 6.
Cho tr
ướ
c các s
th
c
1 2
, , ,
n
k k k
khác nhau t
ng
ñ
ôi m
t. Ch
ng minh r
ng:
1 2
1 2
0
n
k xk x k x
n
a e a e a e
+ + + =
vi mi
x
khi và ch khi
1 2
0
n
a a a
= = = =
.
(KSTN 2000)
Li gii.
Chng minh quy np.
Trường hp
1
n
=
hin nhiên ñúng.
Gi s bài toán ñúng ñến
1
n
, nghĩa là nếu
1
1
0
i
n
k x
i
i
a e
=
=
,
x
thì tt c
0
i
a
=
.
Ta chng minh nếu
1 2
1 2
0
n
k xk x k x
n
a e a e a e
+ + + =
vi mi
x
thì
1 2
0
n
a a a
= = = =
.
Xét hàm
1 2
1 2
( )
n
k x
k x k x
n
f x a e a e a e
= + + +
.
Nếu
( ) 0
f x
=
,
x
, thì
1 2
1 1 2 2
0 ( )
n
k x
k x k x
n n
f x a k e a k e a k e
= = + + +
,
x
.
Suy ra
( )
1
1
0 ( ) ( )
i
n
k x
n i i n
i
f x k f x a k k e
=
= =
x
.
T gi thiết quy np ta có
(
)
0
i i n
a k k
=
, do ñó
0
i
a
=
(vì
i n
k k
) vi mi
1, 1
i n
=
.
Suy ra
0
n
k x
n
a e
=
x
0
n
a
=
.
Vy
1 2
0
n
a a a
= = = =
.
Bài toán 7.
Cho trước các s thc
1 2
, , ,
n
k k k
khác nhau tng ñôi mt.
Chng minh rng
(
)
(
)
(
)
1 1 2 2
cos cos cos 0
n n
a k x a k x a k x
+ + + =
vi mi
x
khi
ch khi
1 2
0
n
a a a
= = = =
.
Trn Vũ Trung
KSTN ðKTð – K55
5
(KSTN 2007)
Li gii.
Chng minh quy np.
Trường hp
1
n
=
hin nhiên ñúng.
Gi s bài toán ñúng ñến
1
n
, nghĩa là nếu
( )
1
1
cos 0
n
i i
i
a k x
=
=
,
x
thì tt c
0
i
a
=
.
Ta chng minh nếu
(
)
(
)
(
)
1 1 2 2
cos cos cos
n n
a k x a k x a k x
+ + +
v
i m
i
x
thì
1 2
0
n
a a a
= = = =
.
Xét hàm
(
)
(
)
(
)
1 1 2 2
( ) cos cos cos
n n
f x a k x a k x a k x
= + + +
.
N
ế
u
( ) 0
f x
=
,
x
, thì
(
)
(
)
(
)
2 2 2
1 1 1 2 2 2
0 ( ) cos cos cos
n n n
f x a k k x a k k x a k k x
= =
,
x
.
Suy ra
( )
( )
1
2 2 2
1
0 ( ) ( ) cos
n
n i n i i
i
f x k f x a k k k x
=
= + =
,
x
.
T
gi
thi
ế
t quy n
p ta có
(
)
2 2
0
i n i
a k k
=
, do ñó
0
i
a
=
(vì
i n
k k
) vi mi
1, 1
i n
=
.
Suy ra
(
)
cos 0
n n
a k x
=
x
0
n
a
=
.
Vy
1 2
0
n
a a a
= = = =
.
ðạo hàm ca hàm hp
Nếu hàm
( )
f x
kh vi ti ñim
0
x x
=
hàm
( )
x
ϕ
kh vi ti ñim
0
( )
x f x
= , thàm
hp
(
)
( ) ( )
g x f x
ϕ
=
kh vi ti ñim
0
x x
=
, và
(
)
0 0
'( ) ' ( ) '( )
g x f x f x
ϕ
=
.
Trong nhiu bài tp, ta thy s xut hin ca mt hàm dng
(
)
'( ) ' ( )
f x f x
ϕ
, khi ñó ta tìm
nguyên hàm
( )
x
ϕ
, ri xét hàm
(
)
( ) ( )
g x f x
ϕ
= .
Bài toán 8.
Cho hàm s
[
]
: ,f a b
vi
4
b a
, kh vi trên
( , )
a b
.
Ch
ng minh r
ng t
n t
i
0
( , )
x a b
sao cho
( ) ( )
2
0 0
' 1 ( )
f x f x
< +
.
(Olympic SVBK 2011)
Nh
n xét.
ñ
ây có s
xu
t hi
n c
a hàm
( )
2
'( )
1 ( )
f x
f x
+
, nghĩa là
2
1
'( )
1
x
x
ϕ
=
+
, nên
( ) arctan
x x
ϕ
=
.
Trn Vũ Trung
KSTN ðKTð – K55
6
Li gii.
Phn chng. Gi s
( ) ( )
2
' 1 ( ) 0
f x f x
+ >
, vi mi
(
)
,
x a b
.
Khi
ñ
ó,
(
)
( )
2
'
1
1 ( )
f x
f x
+
, v
i m
i
(
)
,
x a b
.
Xét hàm
( ) arctan ( )
g x f x x
=
,
(
)
,
x a b
.
Ta có
( )
2
'( )
'( ) 1 0
1 ( )
f x
g x
f x
=
+
,
(
)
,
x a b
.
Suy ra
( ) ( ) arctan ( ) arctan ( )
g a g b f a a f b b
arctan ( ) arctan ( ) 4
f b f a b a
,
nh
ư
ng
arctan ( )
2
arctan ( ) arctan ( ) 4
arctan ( )
2
f b
f b f a
f a
π
π
π
<
, mâu thun.
Vy tn ti
0
( , )
x a b
sao cho
( ) ( )
2
0 0
' 1 ( )
f x f x< +
.
Bài toán 9.
Tìm tt c các hàm :f
+
kh vi hai ln trên
+
sao cho vi mi
x
+
:
i.
'( ) 0
f x
>
ii.
(
)
'( ) ( )
f f x f x
=
{
}
(
)
0
x x
+
= >
Li gii.
Thay
'( )
x f x
=
vào (ii) ta có
(
)
(
)
(
)
' '( ) '( ) ( )
f f f x f f x f x
= = .
Do
f
là hàm tăng trên
+
(theo (i)), nên suy ra
(
)
' '( )
f f x x
=
. (1)
ðạo hàm 2 vế ca (ii) ta ñược
(
)
' '( ) "( ) '( )
f f x f x f x
= . (2)
T (1) và (2) suy ra
"( ) '( )
xf x f x
=
"( ) 1
0
'( )
f x
f x x
+ =
Ly nguyên hàm 2 vế ñược
ln '( ) ln
f x x C
+ =
(
C
là hng s)
'( ) '( ) ( ) ln
C
a
xf x e a f x f x a x b
= = = = +
(
,
a b
là các hng s,
0
a
>
).
Thay vào (ii):
1
ln ln ln
2
a
a b a x b b a a
+ = =
.
Vy
1
( ) ln ln ln
2
x
f x a x a a a
a
= =
, vi mi
x
+
,
a
là hng s dương.
Trn Vũ Trung
KSTN ðKTð – K55
7
Dng bài liên quan ñến hàm
( ) '( ) ( ). ( )
g x f x P x f x
= +
Phương pháp chung:
Xây dng hàm
( )
( ) ( )
P x dx
F x e f x
=
.
Khi ñó,
( )
( ) ( )
'( ) '( ) ( ) ( ) ( )
P x dx P x dx
F x e f x P x f x e g x
= + = , ri tùy vào ñiu kin v
( )
g x
ñể xác ñịnh s biến thiên ca
( )
F x
.
Bài toán 10.
Cho
( )
f x
m
t hàm s
xác
ñị
nh liên t
c t
i m
i
ñ
i
m
0
x
, l
y giá tr
không âm,
th
a mãn
ñ
i
u ki
n:
0
( ) ( ) 0
x
f x k f t dt x
, trong ñó
k
là hng s dương.
Chng minh rng:
( ) 0
f x
,
0
x
.
(KSTN 2000)
Nhn xét.
( )
P x k
=
Li gii.
ðặt
0
( ) ( )
x
g x f t dt
=
, t gi thiết ta có
'( ) ( ) 0
g x kg x
,
0
x
.
Xét hàm
( ) ( )
kx
F x e g x
=
(
)
0
x
.
Ta có
(0) 0 ( )
F F x
=
(do
( ) 0
f x
),
0
x
.
(
)
'( ) '( ) ( ) 0
kx
F x e g x kg x
=
, nên
( )
F x
là hàm không t
ă
ng trên
(
)
0;
+∞
.
Do
ñ
ó,
( ) 0
F x
0
x
. V
y
( ) 0
f x
,
0
x
.
Bài toán 11.
Tìm t
t c
các hàm s
( )
f x
xác
ñị
nh trên
ñ
o
n [0;1], kh
vi trên kho
ng (0;1) th
a
mãn các
ñ
i
u ki
n:
i.
(0) (1) 1
f f
= =
ii.
2003 ( ) 2004 ( ) 2004
f x f x
+
v
i m
i
(
)
0;1
x .
(Olympic SV 2003)
L
i gi
i.
Xét hàm
(
)
( ) ( ) 1
kx
F x e f x
=
, v
i
2004
2003
k =
.
Khi ñó,
(0) (1) 0
F F
= =
,
(
)
( ) ( ) ( ) 0
kx
F x e f x kf x k
= +
vi mi
(
)
0;1
x .
T ñó suy ra
( ) 0
F x
(
)
0;1
x . Vy
( ) 1
f x
(
)
0;1
x .
Trn Vũ Trung
KSTN ðKTð – K55
8
Cc tr hàm s
ðịnh nghĩa
Cho hàm s
( )
y f x
=
xác ñịnh và liên tc trên khong
(
)
,
a b
(có th
a
−∞
;
b
+∞
)
ñ
i
m
(
)
0
,
x a b
.
-
N
ế
u t
n t
i s
0
ε
>
sao cho
0
( ) ( )
f x f x
<
v
i m
i
x
thu
c lân c
n
(
)
0 0
,
x x
ε ε
+
thì ta nói hàm s
( )
f x
ñạ
t
cc ñại
t
i
0
x
.
-
N
ế
u t
n t
i s
0
ε
>
sao cho
0
( ) ( )
f x f x
>
v
i m
i
x
thu
c lân c
n
(
)
0 0
,x x
ε ε
+
thì ta nói hàm s
( )
f x
ñạ
t
cc tiu
t
i
0
x
.
Nguyên lý cc tr Fermat
N
ế
u hàm
( )
y f x
=
:
i.
liên t
c trong
[ , ]
a b
,
ii.
ñạ
t c
c tr
(c
c
ñạ
i ho
c c
c ti
u) t
i
ñ
i
m
0
x
,
0
a x b
< <
,
iii.
t
n t
i
ñạ
o hàm t
i
0
x x
=
,
thì
0
'( ) 0
f x
=
.
Cách xác ñịnh cc tr
ðể
xác
ñị
nh c
c tr
, ta ph
i gi
i ph
ươ
ng trình
' 0
y
=
.
Nghi
m
0
x
c
a ph
ươ
ng trình
' 0
y
=
có th
là c
c
ñạ
i ho
c c
c ti
u c
a
ñồ
th
.
ðể
xác
ñị
nh rõ, chúng ta d
a vào chi
u
ñổ
i d
u c
a
'
y
ho
c d
u c
a
''
y
.
Bài toán 12.
Tìm
ñ
a th
c
( )
P x
b
c nh
t
ñạ
t c
c
ñạ
i t
i
1
x
=
v
i
(1) 6
P
=
ñạ
t c
c ti
u t
i
3
x
=
v
i
(3) 2
P
=
.
(KSTN 2003)
L
i gi
i
.
( )
P x
ñạ
t c
c tr
t
i 2
ñ
i
m
1
x
=
2
x
=
nên có b
c
3
, và
(
)
(
)
( ) 1 3 ( )
P x x x Q x
= .
N
ế
u
( )
Q x
ñ
a th
c h
ng,
( )
Q x a
=
thì
3
2
( ) 2 3
3
x
P x a x x c
= + +
.
4
(1) 6 6
3
a
P c
= + =
,
(3) 2 2 3
P c a
=
=
=
, ta ñược
3 2
( ) 6 9 2
P x x x x
= + +
.
Trn Vũ Trung
KSTN ðKTð – K55
9
Kim tra thy ña thc
( )
P x
th
a mãn bài toán và có b
c nh
nh
t.
Bài toán 13.
Cho hàm s
( )
y f x
=
ñạ
o hàm c
p hai
"( ) 0
f x
trên toàn b
a
c
ñị
nh.
Tìm giá tr
l
n nh
t c
a hàm s
(
)
( ) ( ) '( )
g x f x a x f x
= + trên
.
(KSTN 2002)
Li gii
.
(
)
'( ) '( ) "( ) '( ) "( ) "( )
g x f x af x f x xf x f x a x
= + =
.
Do
"( ) 0
f x
nên
'( ) 0
g x
v
i
x a
>
'( ) 0
g x
v
i
x a
<
.
Suy ra
( ) ( ) ( )
g x g a f a
=
v
i m
i
x
.
V
y
max ( ) ( )
x
g x f a
=
.
Bài toán 14.
Chng minh rng nếu hàm
( )
f x
liên tc trên
[ , ]
a b
, kh vi ti mi ñim trong
(
)
,
a b
,
( ) ( )
f a f b
=
, thì tn ti
0
( , )
x a b
sao cho
0
'( ) 0
f x
=
.
(ðịnh lý Rolle)
Li gii.
Do tính liên tc nên hàm
( )
f x
có GTLN và GTNN trên
[ , ]
a b
.
ðặt
[ , ]
max ( )
a b
M f x
=
,
[ , ]
min ( )
a b
m f x
=
.
Nếu
m M
=
thì
f
là hàm hng,
( ) 0
f x
trên
[ , ]
a b
.
Nếu
m M
thì t ñiu kin
( ) ( )
f a f b
=
suy ra có ít nht 1 trong các giá tr
m
hoc
M
không ñạt ñược các ñầu mút ca
[ , ]
a b
,
f
ñạt cc tr ti 1 ñim
0
( , )
x a b
.
Khi ñó,
0
'( ) 0
f x
=
.
Bài toán 15.
Cho hàm
( )
f x
ñạo hàm liên tc trên
(
)
0;
+∞
(0) 1
f
=
, ( )
x
f x e
vi mi
0
x
.
Chng minh rng tn ti
0
0
x
>
sao cho
0
0
'( )
x
f x e
= .
Li gii.
0 lim ( ) lim 0
x
x x
f x e
+∞ +∞
=
lim ( ) 0
x
f x
+∞
=
Xét hàm
( ) ( )
x
g x f x e
=
.
Ta có
(0) 0
g
=
,
( ) 0
g x
0
x
,
lim ( ) lim ( ) 0
x x
g x f x
+∞ +∞
= =
.
Khi ñó, tn ti
(
)
0
0;x
+∞
mà ti ñó
( )
g x
ñạt GTNN, cũng là ñim cc tiu.
Suy ra
0
'( ) 0
g x
=
, nghĩa là
0
0
'( ) 0
x
f x e
+ =
hay
0
0
'( )
x
f x e
=
.
Trn Vũ Trung
KSTN ðKTð – K55
10
Bài toán 16.
Hàm s
( )
f x
kh
vi t
i
0
x
ñượ
c g
i là l
i (lõm) t
i
ñ
i
m này n
ế
u t
n t
i lân c
n c
a
ñ
i
m
0
x
0
( )
U x
sao cho
(
)
0
x U x
ta có:
(
)
(
)
(
)
(
)
0 0 0
f x f x f x x x
+
(t
ươ
ng
ng
(
)
(
)
(
)
(
)
0 0 0
f x f x f x x x
+
).
Ch
ng minh r
ng hàm s
b
t kh
vi trên
ñ
o
n
[ , ]
a b
s
l
i (lõm) t
i ít nh
t m
t
ñ
i
m
(
)
0
,
x a b
.
(KSTN 2010)
L
i gi
i.
D
th
y r
ng tính ch
t l
i (lõm) c
a hàm s
t
i 1
ñ
i
m s
không thay
ñổ
i khi ta thêm vào
m
t hàm tuy
ế
n tính b
t kì. Ngh
ĩ
a là v
i m
i
,p q
thàm
( )
f x
l
i (lõm) t
i
ñ
i
m
0
x
khi và ch
khi hàm
( )
f x px q
+ +
l
i (lõm) t
i
ñ
i
m
0
x
.
Gi
s
( )
f x
kh
vi trên
ñ
o
n
[ , ]
a b
.
Xét hàm
( )
( ) ( )
( ) ( )
f a f b
g x f x x a
b a
= +
.
Ta
( ) ( )
g a g b
=
. Khi ñó, nếu
( )
g x
hàm hng thì hin nhiên ñim li (lõm), nếu
( )
g x
không phi hàm hng thì ít nht mt ñim cc tr trong
(
)
,
a b
. D
th
y
ñ
i
m
c
c ti
u s
ñ
i
m l
i, còn
ñ
i
m c
c
ñạ
i là
ñ
i
m lõm c
a
( )
g x
.
Theo nh
n xét ban
ñầ
u, ta suy ra t
i
ñ
i
m
( )
g x
ñạ
t c
c tr
thì t
i
ñ
ó,
( )
f x
l
i ho
c
lõm, suy ra
ñ
pcm.
Các ñịnh lý v giá tr trung gian ca hàm kh vi
ðịnh lý Rolle
N
ế
u hàm
( )
y f x
=
:
i.
liên t
c trong
[ , ]
a b
,
ii.
kh
vi t
i m
i
ñ
i
m trong
(
)
,
a b
iii.
( ) ( )
f a f b
=
,
thì t
n t
i
0
( , )
x a b
sao cho
0
'( ) 0
f x
=
.
Trong nhi
u bài t
p ch
ng minh ph
ươ
ng trình
( ) 0
f x
=
nghi
m thu
c
(
)
,
a b
, ta thi
ế
t
l
p m
t ngun hàm
( )
g x
c
a
( )
f x
, r
i ch
ng minh
( ) ( )
g a g b
=
, t
ñ
ó suy ra
ñ
pcm t
ñị
nh lý Rolle.
Trn Vũ Trung
KSTN ðKTð – K55
11
Bài toán 17.
Cho
n
cp s thc
,
k k
a b
(
)
1,2, ,
k n
=
. Ch
ng minh r
ng ph
ươ
ng trình:
( )
1
sin cos 0
n
k k
k
x a kx b kx
=
+ + =
có nghim trong khong
(
)
,
π π
.
(OLSV 1994)
(KSTN 1999)
Li gii.
Xét hàm
2
1
cos sin
( )
2
n
k k
k
a kx b kx
x
f x
k k
=
= + +
.
Khi
ñ
ó,
( )
1
'( ) sin cos 0
n
k k
k
f x x a kx b kx
=
= + + =
.
Hàm
1
cos sin
n
k k
k
a kx b kx
k k
=
+
tu
n hoàn chu k
2
π
, nên
( ) ( )
f f
π π
=
.
Áp d
ng
ñị
nh lý Rolle, t
n t
i
(
)
0
,
x
π π
sao cho
0
'( ) 0
f x
=
, suy ra
ñ
pcm.
Bài toán 18.
Cho các s
th
c
0 1 2002
, , ,
a a a
th
a mãn:
0
2002
1 2
0
0
0
2 3 2003
a
a
a a
a
+ + + + =
Chng minh rng phương trình
2 2002
0 1 2 2002
0
a a x a x a x
+ + + + =
có nghim thuc
(0;1)
.
(KSTN 2002)
Li gii.
Xét hàm
2 3 2003
0 1 2 2002
( )
2 3 2003
x x x
f x a x a a a= + + + +
.
2 2002
0 1 2 2002
'( )
f x a a x a x a x
= + + + +
.
Ta có
(0) (1) 0
f f
= =
, áp dng ñịnh lý Rolle, tn ti
0
(0;1)
x sao cho
0
'( ) 0
f x
=
,
suy ra ñpcm.
Bài toán 19.
Cho s nguyên dương
n
và các s thc
, ,
a b c
th
a mãn
0
2 1
a b c
n n n
+ + =
+ +
(*).
Chng minh rng phương trình
2
0
ax bx c
+ + =
có nghim trong
(
)
0;1
.
Trn Vũ Trung
KSTN ðKTð – K55
12
Hướng dn. Xét hàm
2 1
( )
2 1
n n n
ax bx cx
f x
n n n
+ +
= + +
+ +
.
Bài toán 20.
Cho các hàm
f
g
liên tc trên
[
]
,
a b
, kh
vi trên
(
)
,
a b
( ) 0
g x
(
)
,
x a b
.
Ch
ng minh r
ng t
n t
i
(
)
,
c a b
sao cho:
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
f c f c f a
g c g b g c
=
.
Nh
n xét.
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0
( ) ( ) ( )
f x f x f a
f x g b g x f a f x g x f x g x
g x g b g x
= + =
.
Li gii.
Xét hàm
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
h x f x g b g x f a f x g x
= +
.
Khi ñó,
( ) ( ) ( ) ( ) ( )'(
( ) ( ) ( )
)
f x g b g x f a f x g x x x
h x f g
+
=
.
Ta có
( ) ( ) ( ) ( )
h a f a g b h b
= =
, nên tn ti
(
)
,
c a b
sao cho
'( ) 0
h c
=
.
Khi ñó,
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
f c f c f a
g c g b g c
=
.
Bài toán 21.
Chng minh rng nếu hàm
( )
f x
liên tc trong
[ , ]
a b
, kh vi ti mi ñim trong
(
)
,
a b
,
thì tn ti
(
)
0
,
x a b
sao cho
(
)
0
( ) ( ) '( )
f b f a f x b a
=
.
(ðịnh lý Lagrange)
Nhn xét.
(
)
(
)
(
)
( ) ( ) '( ) ( )( ) ( ) ( ) ' 0
f b f a f x b a f x b a f b f a x
= =
.
Li gii.
Xét hàm
(
)
( ) ( )( ) ( ) ( )
g x f x b a f b f a x
=
Ta có
(
)
(
)
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
g a f a b a a f a f b bf a af b
= + =
(
)
(
)
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
g b f b b a b f a f b bf a af b
= + =
( ) ( )
g a g b
=
, suy ra ñpcm theo ñịnh lý Rolle.
Trn Vũ Trung
KSTN ðKTð – K55
13
Bài toán 22.
Cho hàm s
( )
f x
liên tc kh vi trên
+
không phi hàm hng. Cho các s thc
,
a b
tha mãn
0
a b
< <
. Chng minh rng tn ti
(
)
,
c a b
sao cho:
( ) ( )
'( ) ( )
af b bf a
cf c f c
b a
=
.
(Olympic SV 1994)
Nhn xét.
2
'( ) ( ) ( )
'( ) ( ) 0 0
xf x f x k f x k
xf x f x k
x x
+
= = =
L
i gi
i.
ðặ
t
( ) ( )af b bf a
k
b a
=
là h
ng s
.
Xét hàm
( )
( )
f x k
g x
+
=
.
Ta có
( ) ( )af b bf a
k
b a
=
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
f a k f b k
a f b k b f a k g a g b
a b
+ +
+ = +
=
=
T
ñ
ó d
n
ñế
n
ñ
pcm theo
ñị
nh lý Rolle.
Bài toán 23.
Cho hàm s
( )
f x
liên t
c trên
[
]
0;1
kh
vi trong
(
)
0;1
, th
a mãn
(0) (1) 0
f f
= =
.
Ch
ng minh r
ng
(
)
0;1
c
sao cho
'( ) ( )
f c f c
=
.
(Olympic SV 2000)
Nh
n xét. Bài này liên quan
ñế
n hàm
'( ) ( ) ( )
f x P x f x
+
,
ñ
ây
( ) 1
P x
=
.
L
i gi
i.
Xét hàm
( ) ( )
x
F x e f x
=
.
(
)
'( ) '( ) ( )
x
F x e f x f x
= .
Ta có
(0) (1) 0
F F
= =
, nên theo
ñị
nh lý Rolle, t
n t
i
(
)
0;1
c sao cho
'( ) 0
F c
=
.
Khi
ñ
ó
'( ) ( ) 0
f c f c
=
, hay
'( ) ( )
f c f c
=
.
Bài t
ng quát:
Bài toán 24.
Ch
ng minh r
ng n
ế
u các hàm
,
f g
liên t
c trên
[
]
;
a b
kh
vi trong
(
)
;
, th
a mãn
( ) ( ) 0
f a f b
= =
. Ch
ng minh r
ng
(
)
;
c a b
sao cho
'( ) '( ) ( ) 0
f c g c f c
+ =
.
H
ướ
ng d
n. Xét hàm
( )
( ) ( )
g x
F x f x e
=
.
Trn Vũ Trung
KSTN ðKTð – K55
14
*** H qu ñịnh lý Rolle ***
Cho
( )
f x
là hàm kh vi trên
.
Dng 1. Nếu phương trình
( ) 0
f x
=
n
nghim thc phân bit, thì phương trình
( ) 0
f x
=
có ít nh
t
1
n
nghi
m th
c phân bi
t.
D
ng 2. N
ế
u ph
ươ
ng trình
( ) 0
f x
=
n
nghi
m th
c phân bi
t, thì ph
ươ
ng trình
( ) 0
f x
=
có không quá
1
n
+
nghi
m th
c phân bi
t.
Bài toán 25.
Cho hàm
f
kh
vi. Ch
ng minh r
ng n
ế
u ph
ươ
ng trình
( ) 0
f x
=
n
nghi
m phân bi
t
thì ph
ươ
ng trình
( ) ( ) 0
f x f x
α
+ =
có ít nh
t
1
n
nghi
m phân bi
t,
\{0}
α
.
Li gii
.
Xét hàm
( ) ( )
x
a
g x e f x
=
,
( )
g x
kh vi trên
, phương trình
( ) 0
g x
=
n
nghim phân
bit, nên phương trình
( )
( ) 0 ( ) ( ) 0 ( ) ( ) 0
x
e
g x f x f x f x f x
α
α α
α
= + = + =
ít
nht
1
n
nghim thc (ñpcm).
Bài toán 26.
Gii phương trình
(
)
3
3 1 log 1 2
x
x x
= + + + (1)
L
i gi
i.
ð
KX
ð
:
1
2
x
>
.
(1)
(
)
3
3 1 2 log 1 2
x
x x x
+ = + + + .
Xét
3
( ) log
f t t t
= + là hàm ñồng biến trên
(
)
0;
+∞
.
(
)
(
)
3 1 2 3 1 2 3 2 1 0
x x x
f f x x x
= + = + =
.
Xét hàm
( ) 3 2 1
x
g x x
=
,
1
2
x
>
.
Ta có
( ) 3 ln3 2
x
g x
=
,
( )
2
( ) 3 ln3 0
x
g x
= >
,
1
2
x
>
.
Phương trình
( ) 0
g x
=
không nghim thc nên phương trình
( ) 0
g x
=
không quá
2 nghim, mà
(0) (1) 0
g g
= =
.
Vy (1) có 2 nghim thc là
0
x
=
1
x
=
.
Bài toán 27.
Chng minh ña thc
7 6 5 4 3 2
( ) 1
7 6 5 4 3 2
x x x x x x
p x x
= + + +
ñúng 1 nghim thc.
Trn Vũ Trung
KSTN ðKTð – K55
15
Li gii.
( )
p x
ña thc bc l nên có ít nht 1 nghim thc.
Gi s
( )
p x
có s nghim thc
2
. Theo ñịnh lý Rolle, ña thc
6 5 4 3 2
'( ) 1
p x x x x x x x
= + + +
có ít nht 1 nghim, gi ñó là
0
x
.
Khi ñó,
(
)
7
0 0 0
1 1 '( ) 0
x x p x
+ = + =
0
1
x
=
, nh
ư
ng
'( 1) 7 0
p
=
, mâu thu
n.
V
y
ñ
a th
c
( )
p x
ñ
úng 1 nghi
m th
c.
Bài toán 28.
Cho
( )
P x
ñ
a th
c b
c
n
v
i h
s
th
c. Ch
ng minh r
ng ph
ươ
ng trình
2 ( )
x
P x
=
không quá
1
n
+
nghi
m th
c.
(Olympic SV 2009)
L
i gi
i.
( )
k
P
ñạ
o hàm c
p
k
c
a
P
.
Xét hàm
( ) ( ) 2
x
f x P x
=
.
( ) ( ) 2 ln2
x
f x P x
=
,
… … …
( )
( ) ( )
( ) ( ) 2 ln 2
n
n n x
f x P x= .
Do
( )
P x
ña thc bc
n
nên
( 1)
( ) 0
n
P x
+
=
.
Phương trình
( )
1
( 1)
( ) 0 2 ln2 0 2 0
n
n x x
f x
+
+
= = =
không nghim thc, vy áp
dng ñịnh lý Rolle, phương trình
( ) 0
f x
=
có không quá
1
n
+
nghim thc.
ðịnh lý (s gia hu hn) Lagrange
Nếu hàm
( )
y f x
=
:
i. liên tc trong
[ , ]
a b
,
ii. kh vi ti mi ñim trong
(
)
,
a b
,
thì tn ti
(
)
0
,
x a b
sao cho
(
)
0
( ) ( ) '( )
f b f a f x b a
=
.
Bài toán 29.
Cho hàm
( )
f x
kh vi trên ñon
[
]
0;1
tha mãn
(0) 0
f
=
,
(1) 1
f
=
. Chng minh rng
vi mi
1
0
k
>
,
2
0
k
>
, tn ti
[
]
1 2
, 0;1
x x
sao cho
1 2
1 2
1 2
'( ) '( )
k k
k k
f x f x
+ = +
(*).
Trn Vũ Trung
KSTN ðKTð – K55
16
Li gii.
ðặt
1
1 2
k
k k
α
=
+
, khi ñó,
(
)
0;1
α
và (*) tr
thành
1 2
1
1
'( ) '( )
f x f x
α α
+ =
.
Áp d
ng
ñị
nh lý Lagrange,
(
)
1
0;
x
α
:
1
( ) (0) ( )
'( )
0
f f f
f x
α α
α α
= =
.
(
)
2
;1
x
α
:
2
(1) ( ) 1 ( )
'( )
1 1
f f f
f x
α α
α α
= =
.
Khi ñó,
( )
1 2
1
( ) 1 ( ) 1
'( ) '( )
f f
f x f x
α α
α α
+ = + =
, ñpcm.
Bài toán 30.
Cho hàm s
( )
f x
liên t
c kh
vi trên
ñ
o
n
[0;1]
th
a mãn
(0) 0, (1) 1
f f
= =
.
Ch
ng minh r
ng t
n t
i
(
)
, 0;1
a b
,
a b
sao cho
( ) ( ) 1
f a f b
=
.
(Olympic SV 1999)
(KSTN 2008)
Nh
n xét
.
C
n có
(
)
0;1
c
ñể
áp d
ng
ñị
nh lý Lagrange trên 2 kho
ng
(
)
0;
c
(
)
;1
c
.
(
)
0;
a c
:
( ) (0) ( )
( )
0
f c f f c
f a
c c
= =
(
)
;1
b c
:
(1) ( ) 1 ( )
( )
1 1
f f c f c
f b
c c
= =
.
( )
( )
( ) 1 ( )
( ) ( ) 1 1 ( ) 1 ( ) (1 )
( ) 1
1
f c c
f c f c
f a f b f c f c c c
f c c
c c
=
= = =
=
.
Nh
ư
ng có vô s
ñồ
th
hàm
ñ
i qua
A(0;0)
B(1;1)
mà không c
t
ñườ
ng th
ng
y x
=
t
i
ñ
i
m nào khác A,B (ví d
ñồ
th
hàm
2
y x
=
), vì v
y ph
ươ
ng án
( )
f c c
=
không kh
thi.
L
i gi
i
.
Xét hàm
( ) ( ) 1
g x f x x
= +
liên t
c trên
ñ
o
n
[0;1]
.
(0) 1 0
g
= <
,
(1) 1 0
g
= >
, suy ra t
n t
i
(
)
0;1
c
sao cho
( ) 0
g c
=
, hay
( ) 1
f c c
=
.
Áp d
ng
ñị
nh lý Lagrange,
(
)
0;
a c
:
( ) (0) ( )
( )
0
f c f f c
f a
c c
= =
(
)
;1
b c
:
(1) ( ) 1 ( )
( )
1 1
f f c f c
f b
c c
= =
.
Khi ñó,
( ) ( ) 1
f a f b
=
(ñpcm).
Trn Vũ Trung
KSTN ðKTð – K55
17
Bài toán 31.
Cho hàm s
( )
f x
kh vi trên ñon
[
]
,
a b
,
( )
2
a b
f a
=
,
( )
2
b a
f b
=
,
0
2
a b
f
+
.
Ch
ng minh r
ng t
n t
i các s
ñ
ôi m
t khác nhau
(
)
1 2 3
, , ,
c c c a b
sao cho:
(
)
(
)
(
)
1 2 3
1
f c f c f c
=
.
(OLSV 2003)
Nhn xét
.
(
)
1
,
c a b
ñể
( )
1
( ) ( )
1
f b f a
f c
b a
= =
.
C
n có
(
)
0
,
x a b
ñể
( )
0
0
2
0 0
( )
( ) ( )
2
a b
f x
f x f a
f c
x a x a
= =
( )
0
0
3
0 0
( )
( ) ( )
2
b a
f x
f b f x
f c
b x b x
= =
( ) ( ) ( ) ( )( ) ( )
2 2
2 2
2 3 0 0 0 0 0
1 ( ) ( )
2 2
a b a b
f c f c f x x a x b f x x
+
= = =
.
Nhưng lp lun ging như bài trên, phương án
0 0
( )
2
a b
f x x
+
=
không kh thi.
Vì vy,
0 0
( )
2
a b
f x x
+
=
.
Li gii.
Theo ñịnh lý Lagrange, tn ti
(
)
1
,
c a b
sao cho
( )
1
( ) ( )
1
f b f a
f c
b a
= =
.
Xét hàm
( ) ( )
2
a b
g x f x x
+
= +
.
Ta có
( )
2
( ) ( ) 0
g a g b a b
= <
nên
(
)
0
,
x a b
ñể
0
( ) 0
g x
=
, hay
0 0
( )
2
a b
f x x
+
=
.
Theo ñịnh lý Lagrange,
(
)
2 0
,
c a x
sao cho
( )
0 0
2
0 0
( ) ( )
f x f a b x
f c
x a x a
= =
(
)
3 0
,
c x b
sao cho
( )
0 0
3
0 0
( ) ( )
f b f x x a
f c
b x b x
= =
.
Khi ñó,
(
)
(
)
2 3
1
f c f c
=
.
D thy
2 3
c c
(do
2 0 3
c x c
< <
).
Nếu
1 2
c c
=
hoc
1 3
c c
=
thì
0 0 0
2
a b
b x x a x
+
= =
Trn Vũ Trung
KSTN ðKTð – K55
18
suy ra
0
( ) 0
2 2
a b a b
f g g x
+ +
= = =
, mâu thu
n v
i gi
thi
ế
t.
V
y
(
)
1 2 3
, , ,
c c c a b
ñ
ôi m
t khác nhau, và
(
)
(
)
(
)
1 2 3
1
f c f c f c
=
.
Bài toán 32.
Cho hàm s
( )
f x
kh
vi trên
ñ
o
n
[0;1]
,
(0) 0
f
=
,
1
0
( )d 1
f x x
=
.
Ch
ng minh r
ng t
n t
i
(
)
0;1
c sao cho
( ) 2
f c
.
Nhn xét
.
C
n có
(
)
0
0;1
x
ñể
0 0
0 0
( ) (0) ( )
( ) 2
0
f x f f x
f c
x x
= =
, ngh
ĩ
a là
0 0
( ) 2
f x x
.
Li gii
.
N
ế
u
( ) 2
f x x
<
v
i m
i
(
)
0
0;1
x
, thì
1 1
1
2
0
0 0
( )d 2 d 1
f x x x x x
< = =
, mâu thun gi thiết.
Suy ra tn ti
(
)
0
0;1
x sao cho
0 0
( ) 2
f x x
.
Theo ñịnh lý Lagrange, tn ti
(
)
0
0,
c x
sao cho
0 0
0 0
( ) (0) ( )
( ) 2
0
f x f f x
f c
x x
= =
.
ðịnh lý (s gia hu hn) Cauchy
Nếu các hàm
( )
f x
( )
g x
:
i. liên tc trong
[ , ]
a b
,
ii. kh vi ti mi ñim trong
(
)
,
a b
,
iii.
'( ) 0
g x
(
)
,
x a b
,
thì tn ti
(
)
0
,
x a b
sao cho
0
0
'( )
( ) ( )
( ) ( ) '( )
f x
f b f a
g b g a g x
=
.
S dng ñịnh lý Cauchy gii Bài toán 22:
Xét các hàm
( )
( )
f x
g x
x
=
,
1
( )h x
x
=
, ñều kh vi trên
(
)
,
a b
.
2
( ) ( )
( )
xf x f x
g x
=
,
2
1
( )h x
x
=
.
Áp dng ñịnh lý Cauchy, tn ti
(
)
,
c a b
sao cho:
( ) ( )
'( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( )
1 1
'( ) ( ) ( )
f b f a
g c g b g a af b bf a
b a
cf c f c
h c h b h a b a
a b
= = = =
(
ñ
pcm).
| 1/18

Preview text:

bai 21 Trần Vũ Trung KSTN ðKTð – K55 Hàm khả vi ðịnh nghĩa
ðạo hàm của hàm số f (x) tại ñiểm x và ký hiệu là f ′( x) là giới hạn: + ∆ − f ′( x) f ( x x) f ( x) = lim x ∆ →0 ∆x
nếu giới hạn ñó tồn tại.
Nếu f ′( x) tồn tại, thì ta nói hàm y = f ( x) khả vi tại x . Bài toán 1.
Tìm tất cả các hàm f : ℝ → ℝ thỏa mãn f ( x ) − f ( x ) ≤ ( x x )2 , x ∀ , x ∈ ℝ . 1 2 1 2 1 2 Lời giải.
Thay x = x + ∆x x = x vào biểu thức ñã cho ñược: ( + ∆ )− ( ) ≤ (∆ )2 f x x f x x . 1 2 f ( x + x ∆ ) − f (x)
f ( x + ∆x) − f ( x) Suy ra ≤ x ∆ , do ñó = . ∆ lim 0 xx→0 x
Theo ñịnh nghĩa, f (x) khả vi tại mọi ñiểm x ∈ ℝ , và f (
x) = 0. Vậy f (x) là hàm hằng. Bài toán 2.  α  1  x sin   x ≠ 0
Cho hàm số f (x) =   x   0 x = 0
với α là hằng số dương. Tìm các giá trị của α ñể f khả vi trên ℝ . (KSTN 2005) Lời giải.
Dễ thấy f liên tục tại mọi ñiểm x ≠ 0 . α  1 
Xét tính liên tục tại ñiểm x = 0 : 0 ≤ x sin   ≤ xα , mà lim xα = 0 α ∀ > 0 , suy ra  x x→0 α  1 
lim f (x) = lim x sin   = 0 = f (0) . x→0 x→0  x
Do ñó, f liên tục trên ℝ .
Với mọi α , f khả vi tại mọi ñiểm x ≠ 0 . Cần tìm α ñể f khả vi tại x = 0 , tức là giới
f (x) − f (0) α −  1  hạn 1 f ( ′ 0) = lim
= lim x sin   tồn tại. x→0 x→0 xx  1 Trần Vũ Trung KSTN ðKTð – K55 α −  1 
Giới hạn trên tồn tại với mọi α > 1 : 1 lim x sin   = 0 . x→0  x
Ta chứng minh nó không tồn tại với α ≤ 1. α −  1  Thật vậy, giả sử 1 1 lim x sin   = lim t α − sin t = M , x→0 tx →∞ 
tức là với mỗi ε > 0 , ∃t : t > t 1 t α − ⇒
sin t M < ε . 0 0
Cho t = kπ với số nguyên k ñủ lớn, ta ñược M < ε , ε
∀ > 0 , suy ra M = 0 . Khi ñó, ε
∀ > 0 , ∃t : t > t 1 t α − ⇒ sin t < ε . 0 0 1 α − 1 π  π  Chọn ε = , t =
+ kπ với số nguyên k ñủ lớn, do 1−α ≥ 0 nên  + kπ  ≥1 > ε , 2 2  2  khi ñó 1 t α
− sin t > ε , mâu thuẫn. Vậy α > 1 .
ðạo hàm và sự biến thiên của hàm số
Dạng bài chứng minh hàm tăng giảm bằng cách tính ñạo hàm Bài toán 3.
Khảo sát sự biến thiên của hàm số f (x) ñược xác ñịnh như sau:  x x + khi x ≠ 0  1 f (x) =  1 x + e .  0 khi x = 0 (KSTN 1999) Lời giải.
lim f (x) = 0 = f (0) , suy ra f liên tục tại x = 0 . x→0 1 1 1 1 1 1 1 x x + e + xe 1 x x + e + e 2
Với x ≠ 0 , '( ) = 1 x + =1 x f x + . 2 2 1 1     1 x + e  1 x + e      1 ðặt t = , ( ) = 1 t t g t + e + te . x '( ) t
g t = e (t + 2) = 0 ⇔ t = 2
− , qua ñiểm t = −2 , g '(t) ñổi dấu từ âm sang dương, do ñó 2 g(t) g( 2) 1 e− ≥ − = −
> 0 , suy ra f '(x) > 0 với mọi x ≠ 0 .
Vậy f (x) ñồng biến trên ℝ . 2 Trần Vũ Trung KSTN ðKTð – K55 Bài toán 4.
Cho hàm số f (x) liên tục và nghịch biến trên ñoạn [0;b] và cho a ∈(0;b) . Chứng minh rằng: a b
bf (x)dx af (x)dx . 0 0 (Olympic SV 1995) (KSTN 2005) Lời giải. x
f (t)dt Xét hàm 0 F (x) =
, ta cần chứng minh F (a) ≥ F (b) với a b , x x
xf (x) − ∫ f (t)dt
tức F là hàm giảm. ðạo hàm F : 0 F '(x) = . 2 x x x 0 0
Do f (x) nghịch biến nên ∫ f (t)dt ≥ ∫ f (x )dt = x f (x ) , x ∀ ∈ 0;b . 0 ( ) 0 0 0 0 0
Do ñó F '(x) ≤ 0 , x ∀ > 0 , suy ra ñpcm.
ðạo hàm của hàm hằng
Hàm hằng khả vi mọi cấp bằng 0.
Trong nhiều bài tập có cho giả thiết f (x) = 0 với mọi x ∈ D , việc ñạo hàm nhiều lần cả
2 vế có thể giúp giải quyết vấn ñề. Bài toán 5.
Cho trước các số thực λ , λ ,…, λ khác nhau từng ñôi một. Chứng minh rằng: 1 2 n
k x − λ + k x − λ +…k x − λ = 0 với mọi x ∈ ℝ khi và chỉ khi k = k = … = k = 0 . 1 1 2 2 n n 1 2 n (KSTN 2009) Lời giải. Chứng minh quy nạp.
Trường hợp n = 1 hiển nhiên ñúng. n 1 −
Giả sử bài toán ñúng ñến n −1, nghĩa là nếu ∑ a x b = 0 , x
∀ ∈ ℝ thì tất cả a = 0 . i i i i 1 =
Ta chứng minh nếu f (x) = k x − λ + k x − λ +…k x − λ = 0 với mọi x ∈ ℝ thì 1 1 2 2 n n
k = k = … = k = 0 . 1 2 n 3 Trần Vũ Trung KSTN ðKTð – K55
Thật vậy, không mất tính tổng quát, giả sử λ < λ < … < λ = a < = − λ b . 1 2 n 1 n
Khi ñó, f (x) = (k + k +…+ k x k λ + k λ +…+ k λ = 0 với mọi x > b , f là hàm 1 2 n ) ( 1 1 2 2 n n ) hằng trên ( ; b +∞) nên f (
x) = 0 với mọi x > b , hay:
k + k +… + k + k = 0 . (1) 1 2 n 1 − n
Mặt khác f (x) = (k + k +…+ kk x k + +…+ − = − λ k λ k − λ k − λ 0 với mọi 1 2 n 1 n ) ( 1 1 2 2 n 1 n 1 n n )
x ∈ (a,b) , f là hàm hằng trên (a,b) nên f (′x) = 0 với mọi x ∈(a,b) , hay:
k + k +… + kk = 0 . (2) 1 2 n 1 − n
Từ (1) và (2) suy ra k = 0 , suy ra f (x) = k x − λ + k x − λ +…k x − = − λ 0 với n 1 1 2 2 n 1 n 1 −
mọi x ∈ ℝ , theo giả thiết quy nạp thì k = k = … = k = 0. 1 2 n 1 −
Vậy k = k = … = k = 0 nếu k x − λ + k x − λ +…k x − λ = 0 x ∀ ∈ ℝ . 1 2 n 1 1 2 2 n n
Chiều ngược lại hiển nhiên ñúng, bài toán ñược chứng minh. Bài toán 6.
Cho trước các số thực k , k ,…, k khác nhau từng ñôi một. Chứng minh rằng: 1 2 n k x k x k x 1 2 n a e
+ a e +…+ a e = 0 với mọi x ∈ ℝ khi và chỉ khi a = a =… = a = 0 . 1 2 n 1 2 n (KSTN 2000) Lời giải. Chứng minh quy nạp.
Trường hợp n = 1 hiển nhiên ñúng. n 1 −
Giả sử bài toán ñúng ñến n −1, nghĩa là nếu k x ia e = 0 , x
∀ ∈ ℝ thì tất cả a = 0 . i i i 1 = Ta chứng minh nếu k x k x k x 1 2 n a e
+ a e +…+ a e = 0 với mọi x ∈ ℝ thì a = a =… = a = 0 . 1 2 n 1 2 n Xét hàm k x k x k x 1 2 f (x) n
= a e + a e +…+ a e . 1 2 n
Nếu f (x) = 0 , x ∀ ∈ ℝ , thì k x k x k x 1 2 0 = f ( ′ x) n
= a k e + a k e +…+ a k e , x ∀ ∈ ℝ . 1 1 2 2 n n n 1 − Suy ra 0 = f (
x) − k f (x) = ∑a k k e x ∀ ∈ ℝ . n i ( i n ) k x i i 1 =
Từ giả thiết quy nạp ta có a (k k ) = 0 , do ñó a = 0 (vì k k ) với mọi i = 1, n −1. i i n i i n Suy ra kn x a e = 0 x
∀ ∈ ℝ ⇒ a = 0 . n n
Vậy a = a = … = a = 0 . 1 2 n Bài toán 7.
Cho trước các số thực k , k ,…, k khác nhau từng ñôi một. 1 2 n
Chứng minh rằng a cos k x + a cos k x +… + a cos k x = 0 với mọi x ∈ ℝ khi và 1 ( 1 ) 2 ( 2 ) n ( n )
chỉ khi a = a = … = a = 0 . 1 2 n 4 Trần Vũ Trung KSTN ðKTð – K55 (KSTN 2007) Lời giải. Chứng minh quy nạp.
Trường hợp n = 1 hiển nhiên ñúng. n 1 −
Giả sử bài toán ñúng ñến n −1, nghĩa là nếu ∑ a cos k x = , x
∀ ∈ ℝ thì tất cả a = 0 . i ( i ) 0 i i 1 =
Ta chứng minh nếu a cos k x + a cos k x +… + a cos k x với mọi x ∈ ℝ thì 1 ( 1 ) 2 ( 2 ) n ( n )
a = a = … = a = 0 . 1 2 n
Xét hàm f (x) = a cos k x + a cos k x +… + a cos k x . 1 ( 1 ) 2 ( 2 ) n ( n )
Nếu f (x) = 0 , x ∀ ∈ ℝ , thì 2 0 = f ′ (
x) = −a k cos(k x) 2 − a k cos(k x) 2
−…− a k cos k x , x ∀ ∈ ℝ . 1 1 1 2 2 2 n n ( n ) n 1 − Suy ra 2 0 = f ′ (
x) + k f (x) = ∑a k k k x , x ∀ ∈ ℝ . n i ( 2 2 n i ) cos ( i ) i 1 =
Từ giả thiết quy nạp ta có a ( 2 2 k
k ) = 0, do ñó a = 0 (vì k k ) với mọi i =1,n −1. i n i i i n
Suy ra a cos (k x) = 0 x
∀ ∈ ℝ ⇒ a = 0 . n n n
Vậy a = a = … = a = 0 . 1 2 n
ðạo hàm của hàm hợp
Nếu hàm f (x) khả vi tại ñiểm x = x và hàm ϕ(x) khả vi tại ñiểm x = f (x ) , thì hàm 0 0
hợp g(x) = ϕ ( f (x)) khả vi tại ñiểm x = x , và 0
g '(x) = ϕ '( f (x ) f '(x ) . 0 ) 0
Trong nhiều bài tập, ta thấy sự xuất hiện của một hàm dạng f '(x)ϕ '( f (x)) , khi ñó ta tìm
nguyên hàm ϕ(x) , rồi xét hàm g(x) = ϕ ( f (x)) . Bài toán 8.
Cho hàm số f : [a,b] → ℝ với b a ≥ 4 , khả vi trên (a,b) .
Chứng minh rằng tồn tại x ∈ (a,b) sao cho f '( x < 1+ f (x ) . 0 ) ( 0 )2 0 (Olympic SVBK 2011) Nhận xét. f '(x) 1
Ở ñây có sự xuất hiện của hàm , nghĩa là ϕ '(x) =
, nên ϕ(x) = arctan x . 2 1+ ( f (x))2 1+ x 5 Trần Vũ Trung KSTN ðKTð – K55 Lời giải.
Phản chứng. Giả sử f ( x) ≥ + ( f x )2 ' 1 ( )
> 0 , với mọi x ∈(a,b). f '( x) Khi ñó,
≥ , với mọi x ∈(a,b). 1+ ( f (x)) 1 2
Xét hàm g(x) = arctan f (x) − x ,
x ∈ (a,b) . f '(x) Ta có g '(x) = − ≥ , x ∀ ∈(a,b) . 1+ ( f (x)) 1 0 2
Suy ra g(a) ≤ g(b) ⇒ arctan f (a) − a ≤ arctan f (b) − b
⇒ arctan f (b) − arctan f (a) ≥ b a ≥ 4 , nhưng π 
≥ arctan f (b)  2 
 ⇒ arctan f (b) − arctan f (a) ≤ π < 4 π , mâu thuẫn. arctan f (a)  ≥ − 2
Vậy tồn tại x ∈ (a,b) sao cho f '( x < 1+ f (x ) . 0 ) ( 0 )2 0 Bài toán 9.
Tìm tất cả các hàm f : +
ℝ → ℝ khả vi hai lần trên +
ℝ sao cho với mọi x + ∈ℝ : i. f '(x) > 0 ii.
f ( f '(x)) = − f (x) ( + ℝ
= {x∈ℝ x > } 0 ) Lời giải.
Thay x = f '(x) vào (ii) ta có f ( f '( f '(x))) = − f ( f '(x)) = f (x) .
Do f là hàm tăng trên + ℝ (theo (i)), nên suy ra
f '( f '(x)) = x . (1)
ðạo hàm 2 vế của (ii) ta ñược
f '( f '(x))⋅ f "(x) = − f '(x) . (2) f "(x) 1
Từ (1) và (2) suy ra xf "(x) = − f '(x) ⇒ + = 0 f '(x) x
Lấy nguyên hàm 2 vế ñược ln f '(x) + ln x = C ( C là hằng số) axf '(x) C = e = af '(x) =
f (x) = a ln x + b ( a,b là các hằng số, a > 0 ). x a 1 Thay vào (ii): a ln
+ b = −a ln x b b = − a ln a . x 2 1 x
Vậy f (x) = a ln x a ln a = a ln , với mọi x +
∈ ℝ , a là hằng số dương. 2 a 6 Trần Vũ Trung KSTN ðKTð – K55
Dạng bài liên quan ñến hàm g(x) = f '(x) + P(x). f (x) Phương pháp chung: P( x) dx
Xây dựng hàm F (x) = e f (x) . P ( x)dx P( x) dx ∫ ∫
Khi ñó, F '(x) = e
( f '(x)+ P(x) f (x)) = e
g(x) , rồi tùy vào ñiều kiện về g(x)
ñể xác ñịnh sự biến thiên của F (x) . Bài toán 10.
Cho f (x) là một hàm số xác ñịnh và liên tục tại mọi ñiểm x ≥ 0 , lấy giá trị không âm, x
thỏa mãn ñiều kiện: f (x) ≤ k f (t)dt x
∀ ≥ 0 , trong ñó k là hằng số dương. 0
Chứng minh rằng: f (x) ≡ 0 , x ∀ ≥ 0 . (KSTN 2000)
Nhận xét. P(x) = −k Lời giải. x
ðặt g(x) = ∫ f (t)dt , từ giả thiết ta có g '(x) − kg(x) ≤ 0 , x ∀ ≥ 0 . 0 Xét hàm ( ) −kx F x = e g(x) (x ≥ 0) .
Ta có F (0) = 0 ≤ F (x) (do f (x) ≥ 0 ), x ∀ ≥ 0 . Mà '( ) −kx F x = e
(g '(x) − kg(x)) ≤ 0 , nên F(x) là hàm không tăng trên (0;+∞) .
Do ñó, F (x) ≡ 0 x
∀ ≥ 0 . Vậy f (x) ≡ 0 , x ∀ ≥ 0 . Bài toán 11.
Tìm tất cả các hàm số f (x) xác ñịnh trên ñoạn [0;1], khả vi trên khoảng (0;1) và thỏa mãn các ñiều kiện: i.
f (0) = f (1) = 1 ii. 2003 f (
x) + 2004 f (x) ≥ 2004 với mọi x ∈(0; ) 1 . (Olympic SV 2003) Lời giải. 2004 Xét hàm ( ) kx
F x = e ( f (x) − ) 1 , với k = . 2003
Khi ñó, F (0) = F (1) = 0 , ( ′ ) kx
F x = e ( f (′x) + kf (x) − k ) ≥ 0 với mọi x ∈(0; ) 1 .
Từ ñó suy ra F (x) ≡ 0 x ∀ ∈(0; )
1 . Vậy f (x) ≡ 1 x ∀ ∈(0; ) 1 . 7 Trần Vũ Trung KSTN ðKTð – K55 Cực trị hàm số ðịnh nghĩa
Cho hàm số y = f (x) xác ñịnh và liên tục trên khoảng (a,b) (có thể a là −∞ ; b là +∞ )
và ñiểm x a, b . 0 ( )
- Nếu tồn tại số ε > 0 sao cho f (x) < f (x ) với mọi x thuộc lân cận ( x − ε , x + ε 0 0 ) 0
thì ta nói hàm số f (x) ñạt cực ñại tại x . 0
- Nếu tồn tại số ε > 0 sao cho f (x) > f (x ) với mọi x thuộc lân cận ( x − ε , x + ε 0 0 ) 0
thì ta nói hàm số f (x) ñạt cực tiểu tại x . 0
Nguyên lý cực trị Fermat
Nếu hàm y = f (x) :
i. liên tục trong [a, b] ,
ii. ñạt cực trị (cực ñại hoặc cực tiểu) tại ñiểm x , a < x < b , 0 0
iii. tồn tại ñạo hàm tại x = x , 0
thì f '(x ) = 0 . 0
Cách xác ñịnh cực trị

ðể xác ñịnh cực trị, ta phải giải phương trình y ' = 0 .
Nghiệm x của phương trình y ' = 0 có thể là cực ñại hoặc cực tiểu của ñồ thị. 0
ðể xác ñịnh rõ, chúng ta dựa vào chiều ñổi dấu của y ' hoặc dấu của y ' . Bài toán 12.
Tìm ña thức P(x) có bậc bé nhất ñạt cực ñại tại x = 1 với P(1) = 6 và ñạt cực tiểu tại
x = 3 với P(3) = 2 . (KSTN 2003) Lời giải.
P(x) ñạt cực trị tại 2 ñiểm x = 1 và x = 2 nên có bậc ≥ 3 , và P (
x) = (x − )
1 ( x − 3)Q(x) . 3  x
Nếu Q(x) là ña thức hằng, Q(x) = a thì 2
P(x) = a
− 2x + 3x + c .  3  4a P(1) = 6 ⇒ + c = 6 , 3
P(3) = 2 ⇒ c = 2 ⇒ a = 3 , ta ñược 3 2
P(x) = x − 6x + 9x + 2 . 8 Trần Vũ Trung KSTN ðKTð – K55
Kiểm tra thấy ña thức P(x) thỏa mãn bài toán và có bậc nhỏ nhất. Bài toán 13.
Cho hàm số y = f (x) có ñạo hàm cấp hai f "(x) ≥ 0 trên toàn bộ ℝ và a ∈ ℝ cố ñịnh.
Tìm giá trị lớn nhất của hàm số g(x) = f (x) + (a x) f '(x) trên ℝ . (KSTN 2002) Lời giải.
g '(x) = f '(x) + af "(x) − f '(x) − xf "(x) = f "(x) (a x) .
Do f "(x) ≥ 0 nên g '(x) ≤ 0 với x > a g '(x) ≥ 0 với x < a .
Suy ra g(x) ≤ g(a) = f (a) với mọi x ∈ ℝ .
Vậy max g(x) = f (a) . x∈ℝ Bài toán 14.
Chứng minh rằng nếu hàm f (x) liên tục trên [a, b] , khả vi tại mọi ñiểm trong (a,b) ,
f (a) = f (b) , thì tồn tại x ∈ (a, b) sao cho f '(x ) = 0 . 0 0 (ðịnh lý Rolle) Lời giải.
Do tính liên tục nên hàm f (x) có GTLN và GTNN trên [a, b] .
ðặt M = max f (x) , m = min f (x) . [a,b] [a,b]
Nếu m = M thì f là hàm hằng, f (
x) ≡ 0 trên [a,b].
Nếu m M thì từ ñiều kiện f (a) = f (b) suy ra có ít nhất 1 trong các giá trị m hoặc M
không ñạt ñược ở các ñầu mút của [a, b] , f ñạt cực trị tại 1 ñiểm x ∈ (a,b) . 0
Khi ñó, f '(x ) = 0 . 0 Bài toán 15.
Cho hàm f (x) có ñạo hàm liên tục trên (0;+∞) và f (0) = 1, ( ) x f x e− ≤ với mọi x ≥ 0 .
Chứng minh rằng tồn tại x > 0 sao cho 0 '( ) x f x e− = − . 0 0 Lời giải.
0 ≤ lim f (x) ≤ lim x
e− = 0 ⇒ lim f (x) = 0 x→+∞ x→+∞ x→+∞ Xét hàm ( ) ( ) x g x f x e− = − .
Ta có g(0) = 0 , g(x) ≤ 0 x
∀ ≥ 0 , lim g(x) = lim f (x) = 0 . x→+∞ x→+∞
Khi ñó, tồn tại x ∈ 0; +∞ mà tại ñó g(x) ñạt GTNN, cũng là ñiểm cực tiểu. 0 ( )
Suy ra g '(x ) = 0 , nghĩa là 0 '( ) x f x e− + = 0 hay 0 '( ) x f x e− = − . 0 0 0 9 Trần Vũ Trung KSTN ðKTð – K55 Bài toán 16.
Hàm số f (x) khả vi tại x ñược gọi là lồi (lõm) tại ñiểm này nếu tồn tại lân cận của ñiểm 0
x U (x ) sao cho ∀ x U ( x ta có: 0 ) 0 0
f ( x) ≥ f ( x + f x x x 0 ) ( 0)( 0 )
(tương ứng f ( x) ≤ f ( x + f x x x ). 0 ) ( 0)( 0 )
Chứng minh rằng hàm số bất kì khả vi trên ñoạn [a,b] sẽ lồi (lõm) tại ít nhất một ñiểm
x a,b . 0 ( ) (KSTN 2010) Lời giải.
Dễ thấy rằng tính chất lồi (lõm) của hàm số tại 1 ñiểm sẽ không thay ñổi khi ta thêm vào
nó một hàm tuyến tính bất kì. Nghĩa là với mọi p, q ∈ ℝ thì hàm f (x) lồi (lõm) tại ñiểm
x khi và chỉ khi hàm f (x) + px + q lồi (lõm) tại ñiểm x . 0 0
Giả sử f (x) khả vi trên ñoạn [a, b] .
f (a) − f (b)
Xét hàm g(x) = f (x) + (x a) . b a
Ta có g(a) = g(b) . Khi ñó, nếu g(x) là hàm hằng thì hiển nhiên có ñiểm lồi (lõm), nếu
g(x) không phải hàm hằng thì nó có ít nhất một ñiểm cực trị trong (a,b) . Dễ thấy ñiểm
cực tiểu sẽ là ñiểm lồi, còn ñiểm cực ñại là ñiểm lõm của g(x) .
Theo nhận xét ban ñầu, ta suy ra tại ñiểm mà g(x) ñạt cực trị thì tại ñó, f (x) lồi hoặc lõm, suy ra ñpcm.
Các ñịnh lý về giá trị trung gian của hàm khả vi
ðịnh lý Rolle
Nếu hàm y = f (x) : i.
liên tục trong [a, b] , ii.
khả vi tại mọi ñiểm trong (a,b) iii.
f (a) = f (b) ,
thì tồn tại x ∈ (a,b) sao cho f '(x ) = 0 . 0 0
Trong nhiều bài tập chứng minh phương trình f (x) = 0 có nghiệm thuộc (a,b), ta thiết
lập một nguyên hàm g(x) của f (x) , rồi chứng minh g(a) = g(b) , từ ñó suy ra ñpcm từ ñịnh lý Rolle. 10 Trần Vũ Trung KSTN ðKTð – K55 Bài toán 17.
Cho n cặp số thực a , b (k = 1, 2,…, n) . Chứng minh rằng phương trình: k k n
x + ∑(a sin kx + b cos kx = k k ) 0 k 1 =
có nghiệm trong khoảng ( π − ,π ) . (OLSV 1994) (KSTN 1999) Lời giải. 2 n x
a cos kx b sin kx  Xét hàm f (x) k k = + ∑− +  . 2 =  k kk 1 n
Khi ñó, f '(x) = x + ∑(a sin kx + b cos kx = . k k ) 0 k 1 =
n a cos kx b sin kx  Hàm k k ∑− +
 tuần hoàn chu kỳ 2π , nên f (π ) = f ( π − ) . =  k kk 1
Áp dụng ñịnh lý Rolle, tồn tại x ∈ π
− ,π sao cho f '(x ) = 0 , suy ra ñpcm. 0 ( ) 0 Bài toán 18.
Cho các số thực a , a ,…, a thỏa mãn: 0 1 2002 a ≠ 0 0   a a a 1 2 2002 a + + +…+ = 0 0  2 3 2003
Chứng minh rằng phương trình 2 2002
a + a x + a x +… + a x
= 0 có nghiệm thuộc (0;1) . 0 1 2 2002 (KSTN 2002) Lời giải. 2 3 2003 x x x
Xét hàm f (x) = a x + a + a +…+ a . 0 1 2 2002 2 3 2003 2 2002
f '(x) = a + a x + a x +… + a x . 0 1 2 2002
Ta có f (0) = f (1) = 0 , áp dụng ñịnh lý Rolle, tồn tại x ∈ (0;1) sao cho f '(x ) = 0 , 0 0 suy ra ñpcm. Bài toán 19. a b c
Cho số nguyên dương n và các số thực a,b, c thỏa mãn + + = 0 (*). n + 2 n +1 n
Chứng minh rằng phương trình 2
ax + bx + c = 0 có nghiệm trong (0; ) 1 . 11 Trần Vũ Trung KSTN ðKTð – K55 n+2 n 1 + n ax bx cx
Hướng dẫn. Xét hàm f (x) = + + . n + 2 n +1 n Bài toán 20.
Cho các hàm f g liên tục trên [a,b] , khả vi trên (a,b) và g (′x) ≠ 0 x ∀ ∈(a,b) .
Chứng minh rằng tồn tại c ∈ (a,b) sao cho: f ( ′ c)
f (c) − f (a) = . g ( ′ c)
g(b) − g(c) Nhận xét. f ( ′ x)
f (x) − f (a) =
f (′x)g(b) + g (′x) f (a) − f (′x)g(x) − f (x)g (′x) = 0. g ( ′ x)
g(b) − g(x) Lời giải.
Xét hàm h(x) = f (x)g(b) + g(x) f (a) − f (x)g(x) .
Khi ñó, h '(x) = f (
x)g(b) + g (′x) f (a) − f (′x)g(x) − f (x)g (′x) .
Ta có h(a) = f (a)g(b) = h(b) , nên tồn tại c ∈ (a,b) sao cho h '(c) = 0 . f ( ′ c)
f (c) − f (a) Khi ñó, = . g ( ′ c)
g(b) − g(c) Bài toán 21.
Chứng minh rằng nếu hàm f (x) liên tục trong [a, b] , khả vi tại mọi ñiểm trong (a,b) ,
thì tồn tại x a,b sao cho f (b) − f (a) = f '(x ) b a . 0 ( ) 0 ( ) (ðịnh lý Lagrange) Nhận xét.
f (b) − f (a) = f '(x) (b a) ⇔ ( f (x)(b a) − ( f (b) − f (a)) x)' = 0 . Lời giải.
Xét hàm g(x) = f (x)(b a) − ( f (b) − f (a)) x
Ta có g(a) = f (a) (b a) + a ( f (a) − f (b)) = bf (a) − af (b)
g(b) = f (b) (b a) + b ( f (a) − f (b)) = bf (a) − af (b)
g(a) = g(b) , suy ra ñpcm theo ñịnh lý Rolle. 12 Trần Vũ Trung KSTN ðKTð – K55 Bài toán 22.
Cho hàm số f (x) liên tục và khả vi trên +
ℝ và không phải hàm hằng. Cho các số thực
a, b thỏa mãn 0 < a < b . Chứng minh rằng tồn tại c ∈ (a,b) sao cho:
af (b) − bf (a)
cf '(c) − f (c) = . b a (Olympic SV 1994) Nhận xét. ′
xf '(x) − f (x) − k
f (x) + k
xf '(x) − f (x) = k ⇔ = 0 ⇔   = 0 2 xxLời giải.
af (b) − bf (a) ðặt = k là hằng số. b a f (x) + k Xét hàm g(x) = . x
af (b) − bf (a) Ta có = k b a ( + + ⇒
b + k ) = b( f a + k ) f (a) k f (b) k a f ( ) ( ) ⇒ =
g(a) = g(b) a b
Từ ñó dẫn ñến ñpcm theo ñịnh lý Rolle. Bài toán 23.
Cho hàm số f (x) liên tục trên [0; ] 1 và khả vi trong (0; )
1 , thỏa mãn f (0) = f (1) = 0 .
Chứng minh rằng ∃ c ∈ (0; )
1 sao cho f '(c) = f (c) . (Olympic SV 2000)
Nhận xét. Bài này liên quan ñến hàm f '(x) + P(x) f (x) , ở ñây P(x) = 1 − . Lời giải. Xét hàm ( ) −x
F x = e f (x) . '( ) −x
F x = e ( f '(x) − f (x)) .
Ta có F (0) = F (1) = 0 , nên theo ñịnh lý Rolle, tồn tại c ∈ (0; )
1 sao cho F '(c) = 0 .
Khi ñó f '(c) − f (c) = 0 , hay f '(c) = f (c) . Bài tổng quát: Bài toán 24.
Chứng minh rằng nếu các hàm f , g liên tục trên [a;b] và khả vi trong (a;b) , thỏa mãn
f (a) = f (b) = 0 . Chứng minh rằng ∃ c ∈(a;b) sao cho f '(c) + g '(c) f (c) = 0 .
Hướng dẫn. Xét hàm ( ) ( ) = ( ) g x F x f x e . 13 Trần Vũ Trung KSTN ðKTð – K55
*** Hệ quả ñịnh lý Rolle ***
Cho f (x) là hàm khả vi trên ℝ .
Dạng 1. Nếu phương trình f (x) = 0 có n nghiệm thực phân biệt, thì phương trình f (
x) = 0 có ít nhất n −1 nghiệm thực phân biệt.
Dạng 2. Nếu phương trình f (
x) = 0 có n nghiệm thực phân biệt, thì phương trình
f (x) = 0 có không quá n +1 nghiệm thực phân biệt. Bài toán 25.
Cho hàm f khả vi. Chứng minh rằng nếu phương trình f (x) = 0 có n nghiệm phân biệt
thì phương trình f (x) + α f (
x) = 0 có ít nhất n −1 nghiệm phân biệt, α ∀ ∈ℝ \{0}. Lời giải. x Xét hàm ( ) a
g x = e f (x) , g(x) khả vi trên ℝ , phương trình g(x) = 0 có n nghiệm phân x eα
biệt, nên phương trình g ( ′ x) = 0 ⇔
( f (x)+α f (′x)) = 0 ⇔ f (x)+α f (′x) = 0 α có ít
nhất n −1 nghiệm thực (ñpcm). Bài toán 26.
Giải phương trình 3x = 1+ x + log 1+ 2x (1) 3 ( ) Lời giải. 1 ðKXð: x > − . 2
(1) ⇔ 3x + x = 1+ 2x + log 1+ 2x . 3 ( )
Xét f (t) = t + log t là hàm ñồng biến trên (0;+∞) . 3
(3x) = (1+2 ) ⇒ 3x =1+2 ⇒ 3x f f x x − 2x −1 = 0. 1 Xét hàm ( ) = 3x g x − 2x −1, x > − . 2 Ta có ( ′ ) = 3x g x ln 3 − 2 , 1 x gx = ( )2 ( ) 3 ln 3 > 0, x ∀ > − . 2 Phương trình g′ (
x) = 0 không có nghiệm thực nên phương trình g(x) = 0 không có quá
2 nghiệm, mà g(0) = g(1) = 0 .
Vậy (1) có 2 nghiệm thực là x = 0 và x = 1 . Bài toán 27. 7 6 5 4 3 2 x x x x x x
Chứng minh ña thức p(x) = − + − + −
+ x −1 có ñúng 1 nghiệm thực. 7 6 5 4 3 2 14 Trần Vũ Trung KSTN ðKTð – K55 Lời giải.
p(x) là ña thức bậc lẻ nên có ít nhất 1 nghiệm thực.
Giả sử p(x) có số nghiệm thực ≥ 2 . Theo ñịnh lý Rolle, ña thức 6 5 4 3 2
p '(x) = x x + x x + x x +1
có ít nhất 1 nghiệm, gọi ñó là x . 0 Khi ñó, 7
x +1 = x +1 p '(x ) = 0 ⇒ x = 1 − , nhưng p '( 1
− ) = 7 ≠ 0 , mâu thuẫn. 0 ( 0 ) 0 0
Vậy ña thức p(x) có ñúng 1 nghiệm thực. Bài toán 28.
Cho P(x) là ña thức bậc n với hệ số thực. Chứng minh rằng phương trình 2x = P(x) có
không quá n +1 nghiệm thực. (Olympic SV 2009) Lời giải. ( k ) P
là ñạo hàm cấp k của P .
Xét hàm ( ) = ( ) − 2x f x P x . ( ′ ) = (′ ) − 2x f x P x ln 2 , … … … ( ) ( n) n n ( ) = ( ) − 2x f x P x (ln 2) .
Do P(x) là ña thức bậc n nên (n 1 + ) P (x) = 0 . n + + Phương trình n x = ⇔ − ( ) 1 ( 1) ( ) 0 2 ln 2 = 0 ⇔ 2x f x
= 0 không có nghiệm thực, vì vậy áp
dụng ñịnh lý Rolle, phương trình f (x) = 0 có không quá n +1 nghiệm thực.
ðịnh lý (số gia hữu hạn) Lagrange

Nếu hàm y = f (x) : i.
liên tục trong [a, b] , ii.
khả vi tại mọi ñiểm trong (a,b) ,
thì tồn tại x a,b sao cho f (b) − f (a) = f '(x ) b a . 0 ( ) 0 ( ) Bài toán 29.
Cho hàm f (x) khả vi trên ñoạn [0; ]
1 thỏa mãn f (0) = 0 , f (1) = 1. Chứng minh rằng k k
với mọi k > 0 , k > 0 , tồn tại x , x ∈ 0;1 sao cho 1 2 + = k + k (*). 1 2 [ ] 1 2 1 2 f '(x ) f '(x ) 1 2 15 Trần Vũ Trung KSTN ðKTð – K55 Lời giải. k α 1− α ðặt 1 = α , khi ñó, α ∈(0; ) 1 và (*) trở thành + =1. k + k f '(x ) f '(x ) 1 2 1 2
Áp dụng ñịnh lý Lagrange,
f (α ) − f (0) f (α ) x
∃ ∈ 0;α : f '(x ) = = . 1 ( ) 1 α − 0 α
f (1) − f (α ) 1− f (α ) x
∃ ∈ α;1 : f '(x ) = = . 2 ( ) 2 1−α 1−α α 1−α Khi ñó, +
= f (α) + (1− f (α)) =1, ñpcm. f '(x ) f '(x ) 1 2 Bài toán 30.
Cho hàm số f (x) liên tục và khả vi trên ñoạn [0;1] và thỏa mãn f (0) = 0, f (1) = 1.
Chứng minh rằng tồn tại a,b ∈ (0; )
1 , a b sao cho f (
a) f (′b) =1. (Olympic SV 1999) (KSTN 2008) Nhận xét. Cần có c ∈ (0; )
1 ñể áp dụng ñịnh lý Lagrange trên 2 khoảng (0;c) và (c; ) 1 .
f (c) − f (0) f (c) a
∃ ∈(0;c) : f (′a) = = c − 0 c
f (1) − f (c) 1− f (c) b ∃ ∈(c; ) 1 : f ( ′ b) = = . 1− c 1− c
f (c) 1− f (c)  f c = c f (
a) f (′b) =1 ⇔ ⋅
=1 ⇔ f (c)(1− f (c)) ( )
= c(1− c) ⇔  . c 1− c
f (c) = 1− c
Nhưng có vô số ñồ thị hàm ñi qua A(0; 0) và B(1;1) mà không cắt ñường thẳng y = x tại
ñiểm nào khác A,B (ví dụ ñồ thị hàm 2
y = x ), vì vậy phương án f (c) = c không khả thi. Lời giải.
Xét hàm g(x) = f (x) + x −1 liên tục trên ñoạn [0;1] . g(0) = 1
− < 0 , g(1) =1 > 0 , suy ra tồn tại c ∈(0; )
1 sao cho g(c) = 0 , hay f (c) = 1− c .
Áp dụng ñịnh lý Lagrange,
f (c) − f (0) f (c) a
∃ ∈(0;c) : f (′a) = = c − 0 c
f (1) − f (c) 1− f (c) b ∃ ∈(c; ) 1 : f ( ′ b) = = . 1− c 1− c Khi ñó, f (
a) f (′b) =1 (ñpcm). 16 Trần Vũ Trung KSTN ðKTð – K55 Bài toán 31. a b b aa + b
Cho hàm số f (x) khả vi trên ñoạn [a,b] , f (a) = , f (b) = , f   ≠ 0 . 2 2  2 
Chứng minh rằng tồn tại các số ñôi một khác nhau c , c , c a,b sao cho: 1 2 3 ( )
f ′(c f c f c = 1. 1 ) ( 2) ( 3) (OLSV 2003) Nhận xét.
f (b) − f (a)
c a, b ñể f ′(c = =1. 1 ) 1 ( ) b a a b f (x ) −
f (x ) − f (a)
Cần có x a, b ñể có f ′( 2 c = = 2 ) 0 0 0 ( ) x a x a 0 0
b a f (x )
f (b) − f (x ) và f ′(c ) 0 0 2 = = 3 b x b x 0 0 2 2 ′( ) ′( )  a b   a + b f c f c
=1 ⇔ ( f (x ))2 −
 = ( x a)( x b) ⇔ ( f (x ))2 =  x −  . 2 3 0 0 0 0 0  2   2  a + b
Nhưng lập luận giống như bài trên, phương án f (x ) = x − không khả thi. 0 0 2 a + b
Vì vậy, f (x ) = − x . 0 0 2 Lời giải.
f (b) − f (a)
Theo ñịnh lý Lagrange, tồn tại c a,b sao cho f ′(c = =1. 1 ) 1 ( ) b a a + b
Xét hàm g(x) = f (x) + x − . 2 a + b
Ta có g a g b = − (a b)2 ( ) ( )
< 0 nên ∃x a,b ñể g(x ) = 0 , hay f (x ) = − x . 0 ( ) 0 0 0 2 Theo ñịnh lý Lagrange,
f (x ) − f (a) b x c
∃ ∈ a, x sao cho f ′(c = = 2 ) 0 0 2 ( 0) x a x a 0 0
f (b) − f (x ) x a c
∃ ∈ x ,b sao cho f ′(c = = . 3 ) 0 0 3 ( 0 ) b x b x 0 0
Khi ñó, f ′(c f c = 1. 2 ) ( 3)
Dễ thấy c c (do c < x < c ). 2 3 2 0 3 a + b
Nếu c = c hoặc c = c thì b x = x a x = 1 2 1 3 0 0 0 2 17 Trần Vũ Trung KSTN ðKTð – K55  a + b   a + b  suy ra f   = g
 = g(x ) = 0 , mâu thuẫn với giả thiết. 0  2   2 
Vậy c , c , c a,b ñôi một khác nhau, và f ′(c f c f c = 1. 1 ) ( 2) ( 3) 1 2 3 ( ) Bài toán 32. 1
Cho hàm số f (x) khả vi trên ñoạn [0;1] , f (0) = 0 , ∫ f (x)dx =1. 0
Chứng minh rằng tồn tại c ∈ (0; ) 1 sao cho f ( ′ c) ≥ 2. Nhận xét.
f (x ) − f (0) f (x )
Cần có x ∈ 0;1 ñể 0 0 f ( ′ c) = =
≥ 2 , nghĩa là f (x ) ≥ 2x . 0 ( ) x − 0 x 0 0 0 0 Lời giải. 1 1 1
Nếu f (x) < 2x với mọi x ∈ 0;1 , thì 2
f (x)dx < ∫2 d x x = x
=1, mâu thuẫn giả thiết. 0 ( ) 0 0 0
Suy ra tồn tại x ∈ 0;1 sao cho f (x ) ≥ 2x . 0 ( ) 0 0
f (x ) − f (0) f (x )
Theo ñịnh lý Lagrange, tồn tại c ∈ (0, x sao cho 0 0 f ( ′ c) = = ≥ 2 . 0 ) x − 0 x 0 0
ðịnh lý (số gia hữu hạn) Cauchy
Nếu các hàm f (x) và g(x) : i.
liên tục trong [a, b] , ii.
khả vi tại mọi ñiểm trong (a,b) , iii.
g '(x) ≠ 0 x ∀ ∈(a,b) ,
f (b) − f (a) f '(x )
thì tồn tại x a,b sao cho 0 = . 0 ( )
g(b) − g(a) g '(x ) 0
Sử dụng ñịnh lý Cauchy giải Bài toán 22: f (x) 1
Xét các hàm g(x) =
, h(x) = − , ñều khả vi trên (a,b) . x x xf (
x) − f (x) 1 g ( ′ x) = , h ( ′ x) = . 2 x 2 x
Áp dụng ñịnh lý Cauchy, tồn tại c ∈(a,b) sao cho: f (b) f (a) − g '(c)
g(b) − g(a)
af (b) − bf (a) ( ′ ) − ( ) b a cf c f c = = = = (ñpcm). h '(c)
h(b) − h(a) 1 1 b aa b 18