1. Định lý:
Giả sử hàm y=f(x)y=f(x) có đạo hàm trên K.
Nếu f′(x)≥0(f′(x)≤0),∀x∈K và f′(x)=0 chỉ tại một số hữu hạn điểm của K thì hàm số đồng biến (nghịch biến) trên K.
2. Quy tắc tìm khoảng đơn điệu của hàm số
B1: Tìm tập xác định của hàm số.
B2: Tính đạo hàm f′(x) .Tìm các điểm xi(i=1,2,...,n) mà tại đó đạo hàm bằng 0 hoặc không xác định.
B3: Lập bảng biến thiên của hàm số.
B4: Nêu kết luận về các khoảng cách đồng biến, nghịch biến của hàm số.
3. Ví dụ:
a. Xét sự đồng biến, nghịch biến của hàm số y=13x3−12x2−2x+2
Giải
Hàm số xác định với mọi x∈R.
Ta có y′=x2−x−2 và y′=0⇔[x=−1x=2
Bảng biến thiên
Vậy hàm số đồng biến trên các khoảng (−∞;−1) và (2;+∞), nghịch biến trên khoảng (−1;2).
b. Tìm các khoảng đơn điệu của hàm số
y=2x4+1.
y=sinx trên khoảng (0;2π).
Giải.
Hàm số đã cho xác định trên R. Ta có y′=8x3.
Dựa vào bảng biến thiên ở trên ta có thể thấy hàm số đã cho nghịch biến trên khoảng (−∞;0), đồng biến trên khoảng (0;+∞).
Xét trên nửa khoảng [0;2π) ta có hàm số liên tục trên nửa khoảng đó và y′=cosx.
Vậy hàm số đồng biến trên mỗi khoảng (0;π2),(3π2;2π) , nghịch biến trên khoảng (π2;3π2).
Hãychọn đáp án đúng.
Nhìn hình dễ thấy đáp án hàm số nghịch biến trên (−∞;0) và (2;+∞) .
Dựa vào đồ thị nhận thấy hàm số nghịch biến trên khoảng (−1;1) .
Nhìn vào đồ thị đã cho, hàm số đã cho đồng biến trên các khoảng (−1;0) và (1;+∞).
Dựa vào đồ thị ta thấy trên khoảng (−1;1) đồ thị hàm số "đi lên" nên hàm số đồng biến.
y′=2(x+1)2>0;x≠−1
Hàm số đồng biến trên các khoảng. (−∞;−1);(−1;+∞)
Ta có: f′(x)>0∀x∈(0;2)⇒ Hàm số y=f(x) đồng biến trên khoảng (0;2) .
Dựa vào bảng biến thiên ta có: Hàm số nghịch biến trên khoảng: (−2;0) và (2;+∞) .
Dựa vào BBT suy ra Hàm số y=f(x) đồng biến trên khoảng (−1;1) .
Dựa vào đồ thị ta thấy trong khoảng (−1;0) thì đồ thị là một đường đi lên.
Nhìn vào bảng biến thiên, Hàm số nghịch biến trên khoảng (0;1) .
Dựa vào đồ thị ta thấy hàm số nghịch biến trên hai khoảng (−∞;−2) và (0;1) nên chọn đáp án C.
Hàm số xác định trên khoảng (−∞;0)∪(0;+∞) và có đạo hàm y′>0 với x∈(−2;0)∪(0;2) .
⇒ hàm số đồng biến trên khoảng (0;2) .
Dựa vào bảng biến thiên ta thấy trên khoảng (0;3) hàm số sẽ đồng biến trên khoảng (0;1) và (2;3) .
Trong khoảng (−1;0) đạo hàm y′<0 nên hàm số nghịch biến trên khoảng (−1;0) .
Dựa vào bảng biến thiên ta thấy hàm số đồng biến trên (−1;0) .
Cách 1. Ta thấy hàm số không liên tục trong các khoảng (−3;0), (−3;−1) và R nên chọn đáp án (−2;0)
Cách 2. TXĐ: D=R∖{−2}
y′=2(x+2)2>0,∀x∈D
Vậy chọn đáp án (−2;0)
Các đáp án chứa −2 là ta sẽ loại
Từ đồ thị ta thấy hàm số đồng biến trên các khoảng (−∞;−1) và (1;+∞) .
Quan sát bảng biến thiên, ta thấy hàm số đồng biến trên mỗi khoảng (−∞;2) và (2;+∞) .
Dựa vào bảng biến thiên ta thấy hàm số nghịch biến trên khoảng (−1; 1) .
Tập xác định D=R∖{2}
y′=−x2+4x(x−2)2,y′=0⇒[x=0x=4⇒ hàm số đồng biến trên (0;2) và (2;4)
Tập xác định D=R .
y′=−3x2+6x−3=−3(x−1)2≤0,∀x∈R
⇒ hàm số nghịch biến trên R .
* Hàm số y=2x3−2x2+x+2 , y′=6x2−4x+1>0,∀x∈R⇒ hàm số đồng biến trên R
* Hàm số y=−23x3−2x2+16x−31,y′=−2x2−4x+16
y′=0⇒[x=−4x=2⇒ hàm số đồng biến trên (−4;2)
* Hàm số y=−2x3+2x2−x−2,y′=−6x2+4x−1<0,∀x∈R⇒ hàm số nghịch biến trên R .
Hàm số y=2−x1+x . Tập xác định D=R∖{−1}
y′=−3(x+1)2<0,∀x∈D ⇒ hàm nghịch biến trên (−∞;−1) và (−1;+∞)
Dựa vào bảng biến thiên ta có hàm số y=f(x) đồng biến trên khoảng (−∞;−2) .
Hàm số nghịch biến trên khoảng (0;√2) .
Tập xác định: D=[−1;1]
y′=−x√1−x2,y′=0⇒x=0⇒ hàm số đồng biến trên đoạn [−1;0] , nghịch biến trên đoạn [0;1]
Dựa vào đồ thị ta thấy hàm số đồng biến trên các khoảng (1;+∞) và (−1;0) .
Từ bảng biến thiên ta có hàm số nghịch biến trên khoảng (−1;0) .
Nhìn vào đồ thị ta thấy hàm số y=f(x) đồng biến trên khoảng (0;2) .
Hàm số đã cho nghịch biến trên khoảng (0;3) .
Hàm số nghịch biến trên (−∞;3);(3;+∞) .
f′(x)=x2+1>0,∀x∈R⇒ Hàm số đồng biến trên R .
Dựa vào bảng biến thiên hàm số đồng biến trên các khoảng (−∞;2) và (2;+∞) .
Tập xác định D=R∖{1}
y′=2(1−x)2>0,∀x∈D ⇒ hàm số đồng biến trên mỗi khoảng (−∞;1) và (1;+∞).
Dựa vào đồ thị ta thấy hàm số đồng biến trên các khoảng (−∞;1) và (1;+∞) .
Dựa vào bảng biến thiên, ta thấy hàm số đã cho đồng biến trên các khoảng (−∞;−1),(−1;2) nên đồng biến trên khoảng (0;2).
Hàm số y=12x4+x3−x+5,y′=2x3+3x2−1
y′=0⇔(2x−1)(x+1)2=0⇒y′>0⇔x>12
⇒ hàm số đồng biến trên khoảng (12;+∞)
Do hàm số đồng biến trên khoảng (−∞;−1) nên hàm số cũng đồng biến trên khoảng (−∞;−2) .
Các đáp án còn lại sai vì đạo hàm đổi dấu trên những khoảng đó.
Dựa vào bảng biến thiên ta thấy hàm số y=f(x) đồng biến trên khoảng (0;1) .
Dựa vào bảng biến thiên ta có phát biểu " hàm số đã cho nghịch biến trên khoảng (0;3) ." là sai
Trên khoảng (3;6) đồ thị đi xuống nên hàm số nghịch biến.
Dựa vào BBT ta có hàm số y=f(x) nghịch biến trong khoảng (0;1) .
Dựa vào đồ thị ta có hàm số nghịch biến trên các khoảng (−1;1) và (2;3).
Dựa vào bảng biến thiên hàm số y=f(x) đồng biến trên khoảng (2;+∞) .
Hàm số y=f(x) nghịch biến trên khoảng (0;2) .
Từ đồ thị hàm số ta có, hàm số đồng biến trên các khoảng (−∞;−1) và (1;+∞) . Có khoảng (−2;−1) nằm trong (−∞;−1) . Vậy chọn (−2;−1).
f′(x)=−x−√xx+10<0,∀x∈(0;+∞)nên hàm số nghịch biến trên khoảng (0;+∞).
Dựa vào bảng biến thiên nhận thấy hàm số f(x) tăng trên khoảng (1;3) .
Từ bảng biến thiên ta thấy hàm số đã cho nghịch biến trên khoảng (3;+∞) .
Tập xác định: D=(−∞;3]
y′=6x−3x22√3x2−x3 y′=0⇒[x=0x=2⇒ hàm số nghịch biến trên các khoảng (−∞;0) và (2;3)
Từ bảng biến thiên ta có hàm số đồng biến trên khoảng (0;1) .
Ta có f′(x)<0⇔∀x∈(0;2)⇒f(x) nghịch biến trên khoảng (0;2) .
Hàm số đã cho đồng biến trên khoảng
Từ bảng biến thiên ta có hàm số đồng biến trên (1;3) .
Hàm số y=x−4x−2 có D=R∖{2} ; y′=2(x−2)2>0∀x∈D
Hàm số đồng biến trên (−∞;2) và (2;+∞)
Tập xác định D=R∖{2}
y′=x2−4x+3(x−2)2,y′=0⇒[x=1x=3⇒ hàm số nghịch biến trên (1;2) và (2;3)
Hàm số y=x+5x+2 và y=cotx không có tập xác định là R nên không thể .
Hàm số y=−x4−x2−1 là hàm trùng phương, không thể đơn điệu trên R
Vậy chọn hàm số y=x3+3x2+4x−2