Hàm số lượng giác
Nắm tập xác định, tập giá trị, chu kì, tính chẵn lẻ và chiều biến thiên của sin, cos, tan, cot; tìm GTLN, GTNN và chu kì của y = A·sin($\omega$x + φ) + B.
Ứng với SGK Kết nối tri thức: Bài 3
⚡ Nhớ nhanh
- 1sin và cos xác định trên ℝ, tập giá trị [−1; 1], chu kì 2π. sin lẻ (đồ thị đối xứng qua gốc), cos chẵn (đối xứng qua trục tung).
- 2tan và cot có chu kì π (không phải 2π), tập giá trị là cả ℝ. tan loại các điểm x = π/2 + kπ, cot loại x = kπ.
- 3Mọi biểu thức sin u, cos u đều bị kẹp trong [−1; 1], dù u là x, 2x hay x + π/3. Đây là chìa khoá tìm GTLN, GTNN.
- 4y = A·sin(x + φ) + B có GTLN = B + |A|, GTNN = B − |A|, chu kì T = . A âm thì GTLN đạt khi sin = −1.
- 5Đồ thị lặp lại sau mỗi chu kì, nên chiều biến thiên chỉ cần xét trên một chu kì rồi tịnh tiến.
👀 Nhìn là hiểu
Bấm ± đổi A, $\omega$, φ, B của y = A·sin($\omega$x + φ) + B: dải GTLN – GTNN và chu kì T đổi theo. Bấm nút y = −2 sin x để gặp cái bẫy (A âm mà GTLN vẫn là 2), rồi bấm tan x xem các đường tiệm cận đứt tại π/2 + kπ.
GTLN = |A| + B = 2 · GTNN = −|A| + B = −4
Chu kì T = 2π/|ω| = π
B ≠ 0: không lẻ nữa (đồ thị bị nâng lên/hạ xuống, hết đối xứng qua O).
−1 ≤ sin 2x ≤ 1 ⇒ −3 ≤ 3sin 2x ≤ 3 ⇒ −4 ≤ y ≤ 2. GTLN 2 khi sin 2x = 1, GTNN −4 khi sin 2x = −1. Chu kì T = 2π/2 = π: đồ thị lặp lại sau mỗi đoạn dài π.
1 🌊 Hàm số sin và cos
Cần nhớ
- ✦y = sin x và y = cos x xác định với mọi x ∈ ℝ, tập giá trị là [−1; 1].
- ✦sin là hàm lẻ: sin(−x) = −sin x. Ví dụ: sin(−π/2) = −1 = −sin(π/2).
- ✦cos là hàm chẵn: cos(−x) = cos x. Ví dụ: cos(−π/3) = 0,5 = cos(π/3).
- ✦Cả hai tuần hoàn chu kì 2π: sin(x + 2π) = sin x, cos(x + 2π) = cos x.
- ✦cos x = sin(x + π/2): hai đồ thị giống hệt nhau, chỉ lệch π/2 theo phương ngang.
Dạng bài
Xét tính chẵn, lẻ của hàm số
- 1 Tìm tập xác định D, kiểm tra D đối xứng: x ∈ D thì −x ∈ D.
- 2 Tính f(−x), dùng sin(−x) = −sin x và cos(−x) = cos x để rút gọn.
- 3 f(−x) = f(x) ⇒ hàm chẵn; f(−x) = −f(x) ⇒ hàm lẻ; không được cả hai ⇒ không chẵn, không lẻ.
- 4 Thử lại bằng một giá trị cụ thể, ví dụ x và −x.
⚠️ Bẫy hay gặp: y = sin x + cos x không chẵn cũng không lẻ: f(0) = 1 ≠ 0 nên không lẻ; f(π/2) = 1 nhưng f(−π/2) = −1 nên không chẵn. Cộng một hàm chẵn với một hàm lẻ không cho ra loại nào cả.
Xét tính chẵn, lẻ của y = x·sin x.
Hướng dẫn giải
Bốn hàm lượng giác: so sánh
| Hàm | Tập xác định | Tập giá trị | Chu kì | Chẵn / lẻ |
|---|---|---|---|---|
| y = sin x | ℝ | [−1; 1] | 2π | Lẻ |
| y = cos x | ℝ | [−1; 1] | 2π | Chẵn |
| y = tan x | x ≠ π/2 + kπ | ℝ | π | Lẻ |
| y = cot x | x ≠ kπ | ℝ | π | Lẻ |
2 📐 Hàm tan, cot và tập xác định
Cần nhớ
- ✦tan x = sin x / cos x nên không xác định khi cos x = 0, tức x = π/2 + kπ (k ∈ ℤ).
- ✦cot x = cos x / sin x nên không xác định khi sin x = 0, tức x = kπ.
- ✦Tập giá trị của tan, cot là ℝ (không bị chặn), còn tập xác định thì thiếu điểm. Hai khái niệm khác nhau.
- ✦tan và cot đồng biến / nghịch biến trên từng khoảng của tập xác định, không nói trên cả ℝ \ {…}. Ví dụ: π/4 < 3π/4 mà tan(π/4) = 1 > tan(3π/4) = −1.
Dạng bài
Tìm tập xác định của hàm tan(ax)
- 1 Điều kiện: x ≠ π/2 + kπ.
- 2 Chia hai vế cho , chia cả phần kπ.
- 3 Viết D = ℝ \ {…}.
- 4 Thử lại: lấy một giá trị bị loại, kiểm tra tan không xác định; lấy k khác nữa.
⚠️ Bẫy hay gặp: Viết x ≠ π/4 + kπ là thiếu: x = 3π/4 vẫn làm tan 2x không xác định mà không bị loại. Phải chia cả kπ cho 2.
Tìm tập xác định của y = tan 2x.
Hướng dẫn giải
Dạng bài
Tập xác định khi mẫu chứa sin hoặc cos
- 1 Cho mẫu ≠ 0, đưa về sin u ≠ hằng số hoặc cos u ≠ hằng số.
- 2 Chỉ khi hằng số là 1 hoặc −1 mới dùng được nghiệm "một họ": sin = 1 ⇔ x = π/2 + k2π; sin = −1 ⇔ x = −π/2 + k2π; cos = 1 ⇔ x = k2π; cos = −1 ⇔ x = π + k2π.
- 3 Loại các giá trị đó khỏi ℝ, nhớ là k2π chứ không phải kπ.
⚠️ Bẫy hay gặp: Viết kπ thay vì k2π là loại nhầm cả x = −π/2 (sin = −1, mẫu = −2 vẫn xác định).
Tìm tập xác định của y = 1sin x − 1.
Hướng dẫn giải
3 ↕️ Giá trị lớn nhất, nhỏ nhất
Cần nhớ
- ✦−1 ≤ sin u ≤ 1 và −1 ≤ cos u ≤ 1 với mọi biểu thức u. Ví dụ: −1 ≤ sin 2x ≤ 1.
- ✦0 ≤ sin²x ≤ 1 và 0 ≤ cos²x ≤ 1 (bình phương không âm, lại bị kẹp bởi 1).
- ✦y = A·sin(x + φ) + B: GTLN = B + |A|, GTNN = B − |A|, tập giá trị [B − |A|; B + |A|].
- ✦Nhân với số âm thì bất đẳng thức đổi chiều.
Dạng bài
Tìm GTLN, GTNN của hàm dạng A·sin(…) + B
- 1 Viết −1 ≤ sin(x + φ) ≤ 1.
- 2 Nhân với A: A > 0 giữ chiều, A < 0 đảo chiều.
- 3 Cộng B vào cả ba vế.
- 4 Thử lại: chọn x làm sin = 1 và sin = −1, tính y xem có đạt hai đầu mút không.
⚠️ Bẫy hay gặp: y = −2sin x: A âm nên GTLN vẫn là 2 nhưng đạt khi sin x = −1; lấy sin x = 1 thì y = −2 là GTNN. Hệ số không làm đổi GTLN, GTNN: y = −2sin 2x cũng có GTLN 2, GTNN −2.
Tìm GTLN, GTNN của y = 3sin 2x − 1.
Hướng dẫn giải
Dạng bài
Hàm chứa sin²x hoặc cos²x
- 1 Dùng 0 ≤ sin²x ≤ 1 (hoặc cos²x).
- 2 Nhân hệ số (âm thì đảo chiều), rồi cộng hằng số.
- 3 Thử lại ở x làm sin²x = 0 và sin²x = 1.
⚠️ Bẫy hay gặp: Dùng −1 ≤ sin²x ≤ 1 là sai: sin²x không bao giờ âm. Với cận sai sẽ ra [1; 5], mà y = 5 không bao giờ đạt được.
Tìm tập giá trị của y = 3 − 2sin²x.
Hướng dẫn giải
Bốn tham số A, ω, φ, B làm gì với đồ thị?
| Tham số | Làm gì | GTLN, GTNN | Chu kì |
|---|---|---|---|
| A | Kéo cao hoặc thấp, A < 0 thì lật ngược | Đổi (B ± |A|) | Không đổi |
| Nén hoặc giãn theo phương ngang | Không đổi | T = | |
| φ | Dời sang trái (φ/ > 0) hoặc phải | Không đổi | Không đổi |
| B | Dời lên hoặc xuống | Đổi cả hai cùng B | Không đổi |
4 🔁 Chu kì và chiều biến thiên
Cần nhớ
- ✦y = sin(x + φ) hoặc cos(x + φ) có chu kì T = . Ví dụ: sin 2x có T = π.
- ✦y = tan(x + φ) hoặc cot(x + φ) có chu kì T = . Ví dụ: tan 3x có T = π/3.
- ✦sin đồng biến trên (−π/2 + k2π; π/2 + k2π), nghịch biến trên (π/2 + k2π; 3π/2 + k2π).
- ✦cos đồng biến trên (−π + k2π; k2π), nghịch biến trên (k2π; π + k2π).
- ✦tan đồng biến trên mỗi khoảng (−π/2 + kπ; π/2 + kπ); cot nghịch biến trên mỗi khoảng (kπ; π + kπ).
Dạng bài
Tìm chu kì của hàm sin(ax + φ)
- 1 Chu kì của sin u là 2π, nên cần x + φ tăng thêm đúng 2π.
- 2 ·T = 2π ⇒ T = ; φ không ảnh hưởng.
- 3 Thử lại: tính y(x + T) và so với y(x).
⚠️ Bẫy hay gặp: Cho rằng chu kì của sin 2x là 2π (không để ý hệ số 2) hoặc 4π (nhân thay vì chia). Thử: sin(2(x + 2π)) = sin(2x + 4π) đúng nhưng 2π chưa phải số nhỏ nhất; sin(2(x + π)) = sin 2x đã đúng, nên chu kì là π.
Tìm chu kì của y = sin(2x − π/3).
Hướng dẫn giải
Dạng bài
Đọc chiều biến thiên của sin(ax), cos(ax) trên một khoảng
- 1 Đặt u = x rồi đổi khoảng của x sang khoảng của u. Nếu < 0 thì hai đầu mút đảo chỗ.
- 2 Xem khoảng u nằm trong khoảng đồng biến hay nghịch biến của sin (cos).
- 3 < 0 thì u giảm khi x tăng, kết luận đổi chiều.
- 4 Thử lại bằng ba giá trị x tăng dần.
⚠️ Bẫy hay gặp: y = sin(−x) trên (−π/2; π/2): u = −x chạy trong (−π/2; π/2) nơi sin đồng biến, nhưng u giảm khi x tăng nên y nghịch biến. Thử: y(0) = 0, y(π/4) = −√22 < 0.
Xét chiều biến thiên của y = cos 2x trên khoảng (0; π/2).
Hướng dẫn giải
5 💡 Mẹo làm nhanh và lỗi hay sai
⚡ Mẹo làm nhanh trắc nghiệm
- ✦y = A·sin(x + φ) + B: đọc ngay GTLN = B + |A|, GTNN = B − |A|, T = . Không cần biến đổi.
- ✦ và φ không đổi GTLN, GTNN; B không đổi chu kì. Đề đưa dữ kiện thừa là để gây rối.
- ✦Chẵn lẻ: chỉ cos là chẵn. Tích chẵn × lẻ là lẻ, lẻ × lẻ là chẵn. Nghi ngờ thì thử f(0) và f(x), f(−x) tại một điểm.
- ✦TXĐ của tan(x + φ): đặt x + φ ≠ π/2 + kπ, nhớ chia cả kπ cho .
⚠️ Lỗi hay sai nhất
- ✦Cho tan có chu kì 2π. Phản ví dụ: tan(π/4 + π) = 1 = tan(π/4), chu kì là π.
- ✦Cho sin là hàm chẵn. Phản ví dụ: sin(−π/2) = −1 ≠ sin(π/2) = 1.
- ✦A âm mà vẫn lấy sin = 1 làm GTLN. Phản ví dụ: y = −2sin x, sin x = 1 cho y = −2 là GTNN.
- ✦Cho tan nhận mọi giá trị nên TXĐ là ℝ. Phản ví dụ: tan(π/2) không xác định.
- ✦Viết TXĐ của tan 2x là x ≠ π/4 + kπ. Phản ví dụ: x = 3π/4 có tan(3π/2) không xác định mà không bị loại.
- ✦Nói tan đồng biến trên ℝ \ {π/2 + kπ}. Phản ví dụ: π/4 < 3π/4 nhưng 1 > −1. Chỉ đúng trên từng khoảng.
🧮 Máy tính cầm tay (dùng để thử lại)
- ✦Chuyển máy sang chế độ rađian (Radian) trước khi tính, nếu để độ thì kết quả lệch hoàn toàn.
- ✦Chế độ Bảng (TABLE): nhập f(x), cho x chạy một vòng 2π với bước nhỏ để thấy GTLN, GTNN và chỗ đồ thị lặp lại.
- ✦Tính tan tại π/2 thì máy báo lỗi, đó chính là chỗ hàm không xác định. So f(x) với f(x + T) để kiểm tra chu kì.
✏️ Luyện tập
Làm xong mỗi nhóm bấm Kiểm tra. Câu sai có lời giải ngắn và nút quay lại phần kiến thức.
sin, cos: tập giá trị, chẵn lẻ, đơn điệu
- 1Nhận biết
Tập giá trị của hàm số y = cos x là
- 2Nhận biết
Hàm số nào sau đây là hàm số lẻ?
- 3Thông hiểu
Hàm số y = x·sin x là
- 4Thông hiểu
Hàm số y = sin x + cos x là
- 5Thông hiểu
Hàm số y = cos x đồng biến trên khoảng nào sau đây?
- 6Thông hiểu
Hàm số y = sin x nghịch biến trên khoảng nào sau đây?
tan, cot: chu kì và tập xác định
- 1Nhận biết
Chu kì của hàm số y = tan x là
- 2Nhận biết
Tập xác định của hàm số y = tan x là
- 3Vận dụng
Tập xác định của hàm số y = tan 3x là
- 4Thông hiểu
Tập xác định của hàm số y = 1cos x − 1 là
- 5Vận dụng
Tập xác định của hàm số y = tan x + cot x là
GTLN, GTNN và tập giá trị
- 1Thông hiểu Giá trị lớn nhất của hàm số y = 2sin x + 3 bằng .
- 2Thông hiểu
Giá trị nhỏ nhất của hàm số y = 2cos x − 3 là
- 3Thông hiểu Giá trị lớn nhất của hàm số y = −2sin x + 1 bằng .
- 4Thông hiểu Giá trị nhỏ nhất của hàm số y = 4sin 3x − 2 bằng .
- 5Vận dụng
Tập giá trị của hàm số y = 5 − 3cos 2x là
- 6Vận dụng Tổng giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của hàm số y = 3 − 2sin²x bằng .
- 7Vận dụng Có bao nhiêu số nguyên thuộc tập giá trị của hàm số y = 3sin x − 1? Đáp số:
Chu kì của hàm sin, cos, tan có hệ số trước x
- 1Thông hiểu
Chu kì của hàm số y = sin 2x là
- 2Thông hiểu
Chu kì của hàm số y = cos(x/3) là
- 3Thông hiểu
Hàm số nào sau đây tuần hoàn với chu kì π?
- 4Vận dụng Chu kì của hàm số y = tan(πx) bằng .
🏆 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
- 1Thông hiểu
Tập xác định của hàm số y = tan(x − π/4) là
- 2Thông hiểu
Tập giá trị của hàm số y = 2sin(x + π/3) − 1 là
- 3Vận dụng
Hàm số nào sau đây là hàm số chẵn trên ℝ?
Phần II · Đúng / sai
- 1Thông hiểu
Cho hàm số y = 2 − 3cos 2x.
a)Hàm số xác định trên ℝ.
b)Tập giá trị của hàm số là [−1; 5].
c)Hàm số tuần hoàn với chu kì 2π.
d)Giá trị nhỏ nhất của hàm số đạt khi cos 2x = −1.
- 2Vận dụng
Cho hàm số y = tan 2x.
a)Hàm số xác định tại x = π/6.
b)Giá trị của hàm số tại x = π/4 bằng 1.
c)Chu kì (nhỏ nhất) của hàm số là π.
d)Đồ thị hàm số đối xứng qua gốc toạ độ.
Phần III · Trả lời ngắn
- 1Thông hiểu Giá trị lớn nhất của hàm số y = 5 − 2sin(3x + 1) bằng bao nhiêu? Đáp số:
- 2Vận dụng Có bao nhiêu số nguyên thuộc tập giá trị của hàm số y = 2cos(x − 1) − 1? Đáp số:
- 3Vận dụng Tìm m > 0 để giá trị lớn nhất của hàm số y = m·sin 2x − 1 bằng 4. Đáp số: m =
🎯 Chủ đề này vào đề tốt nghiệp ở đâu?
- •Hàm số lượng giác là nền cho phương trình lượng giác (bài 4) và cho phần GTLN, GTNN, tính đơn điệu của hàm số ở lớp 12: biết đọc tập giá trị và chu kì giúp bạn nhẩm nhanh khi đạo hàm chưa dùng được.
- •Bài kiểm tra trên lớp thường hỏi: tập xác định của hàm có tan, cot hoặc mẫu chứa sin, cos; tìm GTLN, GTNN; xét chẵn lẻ; tìm chu kì của y = f(x + φ).
- •Câu đúng/sai hay có một hàm y = A·sin(x + φ) + B cụ thể. Ý dễ mất điểm là A âm làm đảo GTLN với GTNN, và chu kì quên chia cho .
Phương trình lượng giác cơ bản