Toán lớp 11
Chủ đề 31 · Học kỳ 2 ⭐ Hay ra thi tốt nghiệp

Định nghĩa và ý nghĩa của đạo hàm

Tính đạo hàm tại một điểm bằng giới hạn của tỉ số (f(x₀ + h) − f(x₀))/h; hiểu f′(x₀) là hệ số góc tiếp tuyến và vận tốc tức thời; viết phương trình tiếp tuyến; nhận ra hàm không có đạo hàm (như |x| tại 0).

Ứng với SGK Kết nối tri thức: Bài 31

⚡ Nhớ nhanh

  • 1Đạo hàm tại x₀ là giới hạn của tỉ số số gia: , nếu giới hạn đó tồn tại (là một số thực).
  • 2Ý nghĩa hình học: f′(x₀) là hệ số góc của tiếp tuyến của đồ thị tại điểm (x₀; f(x₀)). Cát tuyến qua hai điểm (x₀; f(x₀)) và (x₀ + h; f(x₀ + h)) có hệ số góc chính là tỉ số trên; cho h → 0 thì cát tuyến thành tiếp tuyến.
  • 3Phương trình tiếp tuyến: y = f′(x₀)(x − x₀) + f(x₀). Cần đủ ba số: x₀, y₀ = f(x₀) và k = f′(x₀).
  • 4Ý nghĩa vật lí: quãng đường s(t) thì v(t₀) = s′(t₀) là vận tốc tức thời tại t₀. Tỉ số s(t₀ + h) − s(t₀) chia h là vận tốc trung bình trong khoảng h.
  • 5Hàm có đạo hàm tại x₀ thì liên tục tại x₀, nhưng ngược lại không đúng: y = |x| liên tục tại 0 mà không có đạo hàm (góc nhọn).
  • 6Bài này tính đạo hàm bằng định nghĩa. Các quy tắc tính nhanh ở bài sau; lên lớp 12, dấu của f′ sẽ cho biết hàm đồng biến hay nghịch biến.

👀 Nhìn là hiểu

Kéo thanh h → 0 và bấm nút h > 0 / h < 0 để chọn phía: cát tuyến xoay thành tiếp tuyến, bảng hệ số góc với h = ±0,1; ±0,01; ±0,001 dồn về một số. Bấm |x| tại 0 để gặp cái bẫy: hai phía cho hai số khác nhau.

My = x²tiếp tuyến y = 2x − 1

━ ● cát tuyến MN, N(x₀ + h; f(x₀ + h))· ┅ tiếp tuyến

Phía

h = 0,126 · hệ số góc cát tuyến = 2,1259

|h|h < 0h > 0
0,11,92,1
0,011,992,01
0,0011,9992,001

f′(1) = 2

x², x₀ = 1

(f(1 + h) − f(1))/h = ((1 + h)² − 1)/h = (2h + h²)/h = 2 + h → 2 khi h → 0. Vậy f′(1) = 2: hệ số góc tiếp tuyến tại M(1; 1), tiếp tuyến y = 2(x − 1) + 1 = 2x − 1.

1 📐 Đạo hàm tại một điểm bằng định nghĩa

Cần nhớ

  • ✦Số gia: x đổi từ x₀ sang x₀ + h thì hàm đổi từ f(x₀) sang f(x₀ + h). Tốc độ thay đổi trung bình là (h ≠ 0).
  • ✦Đạo hàm là giới hạn của tốc độ đó khi h → 0: . Đây là giới hạn của bài 16, nên cần rút gọn hết dạng 00 rồi mới cho h → 0.
  • ✦f′(x₀) là một số (độ dốc tại điểm đó); f(x₀) là giá trị hàm (độ cao của điểm). Ví dụ: f(x) = x² có f(1) = 1 nhưng f′(1) = 2.
  • ✦Tính theo định nghĩa cho f(x) = x²: tỉ số bằng 2x₀ + h nên f′(x₀) = 2x₀ với mọi x₀. Tương tự f(x) = x³ cho 3x₀² + 3x₀h + h² nên f′(x₀) = 3x₀².

Dạng bài

Tính f′(x₀) bằng định nghĩa

  1. 1 Viết tỉ số với số cụ thể của x₀.
  2. 2 Khai triển tử, rút gọn cho h (được phép vì h ≠ 0) cho tới khi hết dạng 00.
  3. 3 Cho h → 0 trong biểu thức đã rút gọn, đọc kết quả.
  4. 4 Thử lại: tính tỉ số với h = 0,01 và h = −0,01 xem có gần kết quả không.

⚠️ Bẫy hay gặp: Thay h = 0 ngay vào ra 00, vô nghĩa. Phải rút gọn thành 2 + h trước, rồi mới cho h → 0.

📐
Làm mẫu

Tính đạo hàm của f(x) = x² tại x₀ = 1 bằng định nghĩa.

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

Dạng bài

Một hàm không phải đa thức: 1/x

  1. 1 Viết tỉ số, quy đồng tử số.
  2. 2 Rút gọn h ở tử và mẫu.
  3. 3 Cho h → 0 và thử lại bằng một giá trị h nhỏ.

⚠️ Bẫy hay gặp: Hàm giảm thì f′ âm. Bỏ sót dấu trừ khi quy đồng (1 − (1 + h) = −h, không phải h) là lỗi hay gặp.

🔬
Làm mẫu

Tính đạo hàm của f(x) = 1/x tại x₀ = 1 bằng định nghĩa.

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

Bốn hàm mẫu tại x₀ = 1 (khớp với hình)

f(x)Tỉ số sau khi rút gọnf′(1)
x²2 + h2
x³3 + 3h + h²3
1/x−11 + h−1
|x| tại x₀ = 0h > 0: 1 · h < 0: −1không tồn tại

2 📈 Ý nghĩa hình học: tiếp tuyến

Cần nhớ

  • ✦Cát tuyến qua M₀(x₀; f(x₀)) và M(x₀ + h; f(x₀ + h)) có hệ số góc .
  • ✦Cho h → 0 thì M tiến về M₀, cát tuyến xoay thành tiếp tuyến tại M₀. Hệ số góc tiếp tuyến là k = f′(x₀).
  • ✦Phương trình tiếp tuyến tại M₀: y = k(x − x₀) + y₀ với y₀ = f(x₀), k = f′(x₀).
  • ✦f′(x₀) > 0: tiếp tuyến dốc lên; f′(x₀) < 0: dốc xuống; f′(x₀) = 0: nằm ngang. Ví dụ: x² tại 1 có k = 2 > 0, 1/x tại 1 có k = −1 < 0.

Dạng bài

Viết phương trình tiếp tuyến tại điểm có hoành độ x₀

  1. 1 Tính y₀ = f(x₀).
  2. 2 Tính k = f′(x₀) bằng định nghĩa (tỉ số rồi cho h → 0).
  3. 3 Thay vào y = k(x − x₀) + y₀ và rút gọn.
  4. 4 Thử lại: thay x = x₀ vào tiếp tuyến phải ra y₀.

⚠️ Bẫy hay gặp: Lấy luôn x₀ = 1 làm tung độ, hoặc nhầm k = f(1) = 1. Ở đây f(1) = 1 còn f′(1) = 2: hai số khác nhau, và đáp án khác hẳn.

📈
Làm mẫu

Viết phương trình tiếp tuyến của đồ thị y = x² tại điểm có hoành độ x₀ = 1.

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

Dạng bài

Tiếp tuyến của đồ thị bậc ba x³ và tiếp tuyến cắt lại đồ thị

  1. 1 y₀ = f(x₀), k = f′(x₀) bằng định nghĩa.
  2. 2 Viết tiếp tuyến.
  3. 3 Cho hoành độ giao điểm: giải f(x) = tiếp tuyến. Nghiệm kép là tiếp điểm, nghiệm còn lại là giao điểm thứ hai.

⚠️ Bẫy hay gặp: Nghĩ tiếp tuyến chỉ chạm đồ thị đúng một điểm (như với đường tròn). Với x³, tiếp tuyến tại 1 cắt lại đồ thị tại x = −2. Tiếp tuyến chỉ nói độ dốc trùng nhau tại tiếp điểm.

〰️
Làm mẫu

Viết tiếp tuyến của y = x³ tại x₀ = 1. Tiếp tuyến đó còn cắt đồ thị ở điểm nào nữa?

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

3 ⚠️ Khi nào không có đạo hàm

Cần nhớ

  • ✦Đạo hàm là giới hạn, nên cần hai phía h > 0 và h < 0 cho cùng một số. Hai phía khác nhau (hoặc không hữu hạn) ⇒ không tồn tại.
  • ✦Ví dụ: f(x) = |x| tại 0: tỉ số = |h|/h bằng 1 khi h > 0 và −1 khi h < 0 ⇒ không có đạo hàm tại 0. Đồ thị có góc nhọn ở O nên không có tiếp tuyến duy nhất.
  • ✦Có đạo hàm ⇒ liên tục. Chiều ngược lại sai: |x| liên tục tại 0 nhưng không có đạo hàm. Hàm không liên tục tại x₀ thì chắc chắn không có đạo hàm tại x₀.

Dạng bài

Xét đạo hàm của hàm từng khúc (hoặc có |…|) tại điểm đổi công thức

  1. 1 Tính tỉ số cho h > 0 bằng công thức bên phải x₀, cho h < 0 bằng công thức bên trái.
  2. 2 Cho h → 0⁺ và h → 0⁻.
  3. 3 Hai giới hạn bằng nhau thì f′(x₀) bằng số đó; khác nhau thì không có đạo hàm.

⚠️ Bẫy hay gặp: Chỉ tính một phía rồi kết luận f′(0) = 0. Hàm đổi công thức tại x₀ bắt buộc xét cả hai phía.

🔀
Làm mẫu

Cho f(x) = x² nếu x ≥ 0 và f(x) = 2x nếu x < 0. Xét đạo hàm của f tại x₀ = 0.

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

4 🚗 Vận tốc tức thời, đạo hàm trên khoảng, số e

Cần nhớ

  • ✦Vận tốc trung bình trong [t₀; t₀ + h]: (quãng đường chia thời gian).
  • ✦Vận tốc tức thời tại t₀: . Đơn vị là đơn vị quãng đường trên đơn vị thời gian (m/s).
  • ✦Hàm có đạo hàm tại mọi điểm của khoảng (a; b) thì có đạo hàm trên khoảng (a; b); khi đó f′(x) là một hàm số mới. Tính theo định nghĩa: (x²)′ = 2x, (x³)′ = 3x², (1/x)′ = −1/x² (x ≠ 0).
  • ✦Số e ≈ 2,718. Hàm eˣ có đạo hàm tại 0 bằng 1, tức là tỉ số (eʰ − 1)/h dần về 1. Số e sẽ dùng khi học đạo hàm của hàm mũ ở bài sau.

Dạng bài

Tính vận tốc tức thời từ quãng đường

  1. 1 Tính s(t₀) và s(t₀ + h).
  2. 2 Lập tỉ số , rút gọn.
  3. 3 Cho h → 0, được v(t₀).
  4. 4 Thử lại: so với vận tốc trung bình trên khoảng thật ngắn (h = 0,01).

⚠️ Bẫy hay gặp: Ba số hay bị nhầm: s(2) = 20 là quãng đường (m); s22 = 10 là vận tốc trung bình từ lúc 0 đến 2; v(2) = 20 mới là vận tốc tức thời. Cùng "20" nhưng khác đơn vị và khác ý nghĩa.

🚗
Làm mẫu

Một vật chuyển động có s(t) = 5t² (mét, giây). Tính vận tốc tức thời tại t = 2 giây.

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

Trung bình và tức thời

Trung bìnhTức thời
Công thức(f(b) − f(a))/(b − a)giới hạn của tỉ số khi h → 0
Trên hìnhHệ số góc cát tuyếnHệ số góc tiếp tuyến
Ứng vớiCả một khoảngĐúng một điểm
Vật líVận tốc trung bìnhSố trên đồng hồ tốc độ

5 💡 Mẹo làm nhanh và lỗi hay sai

⚡ Mẹo làm nhanh trắc nghiệm

  • ✦Tử số của tỉ số luôn chia hết cho h (nếu f có đạo hàm): khai triển, các số hạng không chứa h triệt tiêu với f(x₀), phần còn lại chia h rồi cho h = 0.
  • ✦Viết tiếp tuyến chỉ cần ba số x₀, y₀, k: y = k(x − x₀) + y₀. Thử lại bằng cách thay x₀ phải ra y₀.
  • ✦Hệ số góc tiếp tuyến tại x₀ của y = x² là 2x₀, của y = x³ là 3x₀²: dùng để tìm x₀ khi đề cho trước hệ số góc.
  • ✦Hàm có góc nhọn, bước nhảy hoặc hai công thức đổi tại x₀: nghi ngờ không có đạo hàm và tính cả hai phía.

⚠️ Lỗi hay sai nhất

  • ✦Nhầm f′(x₀) với f(x₀): với x² tại 1, f(1) = 1 còn f′(1) = 2; nên tiếp tuyến là y = 2x − 1 chứ không phải y = x.
  • ✦Cho h = 0 trước khi rút gọn rồi nói "ra 00 nên không có đạo hàm". Phải rút gọn h trước.
  • ✦Tưởng hàm liên tục thì có đạo hàm. Phản ví dụ: |x| tại 0.
  • ✦Quên y₀ khi viết tiếp tuyến: x³ tại 1 ra y = 3x − 3 (sai) thay vì y = 3x − 2.
  • ✦Lẫn vận tốc trung bình với tức thời, hoặc lẫn vận tốc với quãng đường s(t₀).
  • ✦Hàm từng khúc chỉ xét một phía của x₀: phải xét cả h > 0 và h < 0.

🧮 Máy tính cầm tay (dùng để thử lại)

  • ✦Chế độ Bảng (TABLE): nhập tỉ số (f(x₀ + h) − f(x₀))/h, cho h chạy các giá trị ±0,1; ±0,01; ±0,001 xem giá trị có dồn về một số không. Hai phía dồn về hai số khác nhau là dấu hiệu không có đạo hàm.
  • ✦Phím d/dx (đạo hàm tại một điểm): nhập hàm và x₀ để thử lại f′(x₀). Bài tự luận vẫn phải trình bày bằng định nghĩa.
  • ✦Thử lại tiếp tuyến: tính giá trị của tiếp tuyến tại x₀ phải bằng f(x₀).

✏️ Luyện tập

Làm xong mỗi nhóm bấm Kiểm tra. Câu sai có lời giải ngắn và nút quay lại phần kiến thức.

📐

Tính đạo hàm bằng định nghĩa

  1. 1
    Nhận biết

    Đạo hàm của f tại x₀ (nếu tồn tại) được định nghĩa là

  2. 2
    Thông hiểu Với f(x) = x² tại x₀ = 3, tỉ số (f(3 + h) − f(3))/h = 6 + h (h ≠ 0). Vậy f′(3) = .
  3. 3
    Thông hiểu Cho f(x) = x² + x. Tính f′(1) bằng định nghĩa. Đáp số:
  4. 4
    Thông hiểu

    Cho f(x) = x³. Giá trị f′(2) bằng

  5. 5
    Vận dụng

    Cho f(x) = 1/x. Giá trị f′(2) bằng

  6. 6
    Vận dụng Cho f(x) = x² − 3x. Tính f′(1) bằng định nghĩa. Đáp số:
📈

Tiếp tuyến

  1. 1
    Nhận biết

    Hệ số góc của tiếp tuyến của đồ thị y = f(x) tại điểm có hoành độ x₀ là

  2. 2
    Thông hiểu

    Tiếp tuyến của đồ thị y = x² tại điểm có hoành độ x₀ = 2 có phương trình

  3. 3
    Thông hiểu

    Tiếp tuyến của đồ thị y = x³ tại điểm có hoành độ x₀ = 1 có phương trình

  4. 4
    Thông hiểu Tiếp tuyến của đồ thị y = 1/x tại điểm có hoành độ 1 cắt trục tung tại điểm có tung độ .
  5. 5
    Vận dụng Tiếp tuyến của đồ thị y = x² tại điểm có hoành độ −1 cắt trục tung tại điểm có tung độ .
  6. 6
    Vận dụng

    Tiếp tuyến của đồ thị y = x² tại điểm hoành độ x₀ có hệ số góc 10. Khi đó x₀ bằng

⚠️

Hàm không có đạo hàm

  1. 1
    Nhận biết

    Hàm số y = |x| tại x = 0

  2. 2
    Thông hiểu Với f(x) = |x| tại x₀ = 0, khi h < 0 thì tỉ số (f(h) − f(0))/h bằng .
  3. 3
    Thông hiểu

    Khẳng định nào đúng?

  4. 4
    Vận dụng

    Cho f(x) = x² nếu x ≥ 0 và f(x) = 2x nếu x < 0. Đạo hàm của f tại 0

🚗

Vận tốc tức thời

  1. 1
    Nhận biết

    Quãng đường s(t) thì vận tốc tức thời tại t₀ là

  2. 2
    Thông hiểu Một vật có s(t) = t² + 2t (mét, giây). Vận tốc tức thời tại t = 3 giây là m/s.
  3. 3
    Thông hiểu

    Một vật có s(t) = t² (mét, giây). Vận tốc trung bình trong khoảng từ t = 1 đến t = 3 là

  4. 4
    Vận dụng Một vật ném lên có s(t) = 20t − 5t² (mét, giây). Vận tốc tức thời tại t = 2 giây là m/s.
  5. 5
    Vận dụng Một vật có s(t) = t² + 2t. Vận tốc tức thời bằng 12 m/s tại t = giây.

🏆 Luyện theo dạng đề tốt nghiệp

Đề Toán có 3 phần: 12 câu 4 lựa chọn, 4 câu đúng/sai (mỗi câu 4 ý) và 6 câu trả lời ngắn (đáp số tối đa 4 ký tự, kể cả dấu − và dấu phẩy). Dưới đây là đủ 3 dạng, chỉ dùng kiến thức của chủ đề này.

🅰️

Phần I · Trắc nghiệm 4 lựa chọn

  1. 1
    Thông hiểu

    Cho hàm số f(x) = x² − 2x. Đạo hàm của f tại x₀ = 3 bằng

  2. 2
    Vận dụng

    Tiếp tuyến của đồ thị y = 1/x tại điểm có hoành độ 2 có phương trình

  3. 3
    Vận dụng

    Một vật chuyển động có s(t) = 2t² + t (mét, giây). Vận tốc tức thời tại t = 3 giây là

✅

Phần II · Đúng / sai

  1. 1
    Thông hiểu

    Cho hàm số f(x) = x³ và điểm M(1; 1) thuộc đồ thị.

    a)Với h ≠ 0, (f(1 + h) − f(1))/h = 3 + 3h + h².

    b)f′(1) = 3.

    c)Tiếp tuyến của đồ thị tại M có phương trình y = 3x − 3.

    d)Tiếp tuyến tại M không có điểm chung nào khác với đồ thị.

  2. 2
    Vận dụng

    Cho hàm số f(x) = |x − 1|.

    a)Hàm số liên tục tại x = 1.

    b)Với h > 0, (f(1 + h) − f(1))/h = 1.

    c)Với h < 0, (f(1 + h) − f(1))/h = 1.

    d)Hàm số có đạo hàm tại x = 1.

🔢

Phần III · Trả lời ngắn

  1. 1
    Thông hiểu Tiếp tuyến của đồ thị y = x² + x tại điểm có hoành độ 1 cắt trục tung tại điểm có tung độ bao nhiêu? Đáp số:
  2. 2
    Vận dụng Một vật có s(t) = 4t² − t (mét, giây). Vận tốc tức thời tại t = 2 giây là bao nhiêu m/s? Đáp số:
  3. 3
    Vận dụng Tiếp tuyến của đồ thị y = x² − 4x tại điểm hoành độ x₀ có hệ số góc bằng 2. Tìm x₀. Đáp số:

🎯 Chủ đề này vào đề tốt nghiệp ở đâu?

  • •Đây là nền của lớp 12 (khảo sát hàm số): dấu của f′ cho biết hàm đồng biến hay nghịch biến, f′ đổi dấu thì có cực trị, và tiếp tuyến dùng ở bài toán hệ số góc.
  • •Bài kiểm tra trên lớp hay có câu tính đạo hàm bằng định nghĩa (lập tỉ số, rút gọn, cho h → 0) và viết phương trình tiếp tuyến tại điểm cho trước.
  • •Hay có câu về vận tốc tức thời, và câu phân biệt vận tốc trung bình với tức thời; có thể có câu xét đạo hàm của hàm từng khúc tại điểm đổi công thức (nhớ xét cả hai phía).
Làm đề thi thử trọn bộ
Chủ đề tiếp theo
Các quy tắc tính đạo hàm