🛠️ Công cụ

Bài 33: Đạo hàm cấp hai

Lý thuyết chi tiết và bài tập có lời giải Bài 33: Đạo hàm cấp hai — SGK Toán 11 Kết nối tri thức.

📖 Lý thuyết✍️ Dạng toán & bài tập🎯 Trắc nghiệm

I. Định nghĩa đạo hàm cấp hai

📌 Định nghĩa Đạo hàm cấp hai

Cho hàm số $y = f(x)$ có đạo hàm $f'(x)$. Đạo hàm của đạo hàm $f'(x)$ được gọi là đạo hàm cấp hai của hàm số $y = f(x)$, kí hiệu là $f''(x)$ hoặc $y''$.

$$f''(x) = (f'(x))'$$

Tổng quát, đạo hàm cấp $n$ ($n \in \mathbb{N}^*, n \ge 2$) là đạo hàm của đạo hàm cấp $n-1$:

$$f^{(n)}(x) = (f^{(n-1)}(x))'$$

II. Ý nghĩa vật lí của đạo hàm cấp hai

⚡ Gia tốc tức thời của chuyển động

Cho một chuyển động thẳng xác định bởi phương trình $s = s(t)$.

• Vận tốc tức thời tại thời điểm $t$ là $v(t) = s'(t)$.

Gia tốc tức thời $a(t)$ tại thời điểm $t$ là đạo hàm cấp hai của phương trình quãng đường $s(t)$ (hay đạo hàm cấp 1 của vận tốc $v(t)$):

$$a(t) = v'(t) = s''(t)$$

🔷 Dạng 1: Đạo hàm cấp hai đa thức & phân thức

📌 Quy trình 2 bước
  1. Tính đạo hàm cấp một $y' = f'(x)$.
  2. Lấy đạo hàm thêm một lần nữa $y'' = (y')'$.
🔍 Ví dụ 1

Tính đạo hàm cấp hai của hàm số $y = 2x^4 - 5x^3 + 3x^2 - 1$.

💡 Xem lời giải

• $y' = 8x^3 - 15x^2 + 6x$.

• $y'' = (8x^3 - 15x^2 + 6x)' = 24x^2 - 30x + 6$.

🔍 Ví dụ 2

Tính đạo hàm cấp hai của hàm số $y = \dfrac{1}{x}$.

💡 Xem lời giải

• $y' = -\dfrac{1}{x^2} = -x^{-2}$.

• $y'' = -(-2) x^{-3} = \dfrac{2}{x^3}$.

📝 Thực hành — Dạng 1

✏️ Bài tập 1.1

Tính đạo hàm cấp hai của $y = x^5 - 3x^2 + 7$.

💡 Xem lời giải

$y' = 5x^4 - 6x \Rightarrow y'' = 20x^3 - 6$.

✏️ Bài tập 1.2

Tính đạo hàm cấp hai của $y = \dfrac{2x + 1}{x - 1}$.

💡 Xem lời giải

$y' = \dfrac{-3}{(x-1)^2} = -3(x-1)^{-2} \Rightarrow y'' = 6(x-1)^{-3} = \dfrac{6}{(x-1)^3}$.


🔷 Dạng 2: Đạo hàm cấp hai hàm lượng giác

📌 Phương pháp giải

Áp dụng quy tắc đạo hàm lượng giác lần lượt cho $y'$ và $y''$. Chú ý dấu và các quy tắc biến đổi lượng giác.

🔍 Ví dụ 1

Tính đạo hàm cấp hai của $y = \sin(2x)$.

💡 Xem lời giải

• $y' = 2 \cos(2x)$.

• $y'' = 2 (-2\sin(2x)) = -4 \sin(2x)$.

🔍 Ví dụ 2

Tính đạo hàm cấp hai của $y = \cos^2 x$.

💡 Xem lời giải

• $y' = 2 \cos x (-\sin x) = -\sin(2x)$.

• $y'' = -2 \cos(2x)$.

📝 Thực hành — Dạng 2

✏️ Bài tập 2.1

Tính đạo hàm cấp hai của $y = \cos(3x)$.

💡 Xem lời giải

$y' = -3\sin(3x) \Rightarrow y'' = -9\cos(3x)$.

✏️ Bài tập 2.2

Tính đạo hàm cấp hai của $y = \sin x + \cos x$.

💡 Xem lời giải

$y' = \cos x - \sin x \Rightarrow y'' = -\sin x - \cos x = -y$.


🔷 Dạng 3: Tính gia tốc tức thời $a(t) = s''(t)$

📌 Phương pháp giải
  1. Tính vận tốc $v(t) = s'(t)$.
  2. Tính gia tốc $a(t) = v'(t) = s''(t)$.
  3. Thay $t_0$ vào $a(t)$ để tìm gia tốc tại thời điểm $t_0$.
🔍 Ví dụ 1

Một vật chuyển động theo phương trình $s(t) = t^3 - 6t^2 + 15t + 2$ (m). Tính gia tốc của vật tại thời điểm $t = 4$ s.

💡 Xem lời giải

• $v(t) = s'(t) = 3t^2 - 12t + 15$.

• $a(t) = s''(t) = 6t - 12$.

• Gia tốc tại $t = 4$ s: $a(4) = 6(4) - 12 = 12 \text{ m/s}^2$.

🔍 Ví dụ 2

Ở Ví dụ 1, gia tốc của vật bằng $0$ tại thời điểm nào?

💡 Xem lời giải

$a(t) = 6t - 12 = 0 \Leftrightarrow t = 2$ s.

📝 Thực hành — Dạng 3

✏️ Bài tập 3.1

Một vật dao động điều hòa $s(t) = 4 \cos(2\pi t + \pi/3)$. Tính gia tốc tại thời điểm $t = 0.5$ s.

💡 Xem lời giải

$a(t) = -16\pi^2 \cos(2\pi t + \pi/3) \Rightarrow a(0.5) = -16\pi^2 \cos(4\pi/3) = 8\pi^2$.

✏️ Bài tập 3.2

Cho $s(t) = 2t^3 - 9t^2 + 12t$. Tính gia tốc của vật khi vận tốc bằng 0.

💡 Xem lời giải

$v(t) = 6t^2 - 18t + 12 = 0 \Leftrightarrow t = 1$ hoặc $t = 2$. $a(t) = 12t - 18$. TH1 ($t=1$): $a = -6$. TH2 ($t=2$): $a = 6$.


🔷 Dạng 4: Chứng minh đẳng thức chứa $y''$

📌 Phương pháp giải
  1. Tính $y'$ và $y''$.
  2. Thay $y, y', y''$ vào vế trái của đẳng thức và biến đổi rút gọn về vế phải.
🔍 Ví dụ 1

Cho hàm số $y = \sin x$. Chứng minh rằng $y'' + y = 0$.

💡 Xem lời giải

• $y' = \cos x$.

• $y'' = -\sin x = -y$.

• Suy ra $y'' + y = -y + y = 0$ (đpcm).

🔍 Ví dụ 2

Cho hàm số $y = \sqrt{2x - x^2}$. Chứng minh rằng $y^3 y'' + 1 = 0$.

💡 Xem lời giải

• $y' = \dfrac{1-x}{\sqrt{2x-x^2}} = \dfrac{1-x}{y}$.

• $y'' = \dfrac{-y - (1-x)y'}{y^2} = \dfrac{-y - \dfrac{(1-x)^2}{y}}{y^2} = \dfrac{-y^2 - (1-2x+x^2)}{y^3} = \dfrac{-(2x-x^2) - 1 + 2x - x^2}{y^3} = -\dfrac{1}{y^3}$.

• Suy ra $y^3 y'' = -1 \Rightarrow y^3 y'' + 1 = 0$ (đpcm).

📝 Thực hành — Dạng 4

✏️ Bài tập 4.1

Cho $y = \cos x$. Chứng minh $y'' + y = 0$.

💡 Xem lời giải

$y' = -\sin x \Rightarrow y'' = -\cos x = -y \Rightarrow y'' + y = 0$.

✏️ Bài tập 4.2

Cho $y = x^3 - 3x$. Chứng minh $y'' - 6x = 0$.

💡 Xem lời giải

$y' = 3x^2 - 3 \Rightarrow y'' = 6x \Rightarrow y'' - 6x = 0$.


📝 Bài tập tự luận — Tổng hợp

📝 Bài tập tự luận tổng hợp Đạo hàm cấp hai (10 bài)

Bài 1. Định nghĩa đạo hàm cấp hai.

💡 Xem lời giải

$f''(x) = (f'(x))'$.

Bài 2. Nêu ý nghĩa vật lí của đạo hàm cấp hai.

💡 Xem lời giải

$a(t) = s''(t)$ (gia tốc tức thời).

Bài 3. Tính đạo hàm cấp hai của $y = 3x^3 - 2x^2 + 5x$.

💡 Xem lời giải

$y' = 9x^2 - 4x + 5 \Rightarrow y'' = 18x - 4$.

Bài 4. Tính đạo hàm cấp hai của $y = \sin(3x)$.

💡 Xem lời giải

$y' = 3\cos(3x) \Rightarrow y'' = -9\sin(3x)$.

Bài 5. Cho $s(t) = t^3 - 3t$. Tính gia tốc tại $t = 2$.

💡 Xem lời giải

$v(t) = 3t^2 - 3 \Rightarrow a(t) = 6t \Rightarrow a(2) = 12$.

Bài 6. Tính đạo hàm cấp hai của $y = (2x - 1)^4$.

💡 Xem lời giải

$y' = 8(2x-1)^3 \Rightarrow y'' = 48(2x-1)^2$.

Bài 7. Tính đạo hàm cấp ba $y'''$ của $y = x^4$.

💡 Xem lời giải

$y' = 4x^3, y'' = 12x^2 \Rightarrow y''' = 24x$.

Bài 8. Cho $y = \tan x$. Tính $y''$.

💡 Xem lời giải

$y' = 1 + \tan^2 x \Rightarrow y'' = 2\tan x (1 + \tan^2 x) = \dfrac{2\sin x}{\cos^3 x}$.

Bài 9. Giải phương trình $y'' = 0$ với $y = x^3 - 6x^2$.

💡 Xem lời giải

$y' = 3x^2 - 12x \Rightarrow y'' = 6x - 12 = 0 \Leftrightarrow x = 2$.

Bài 10. Nếu $y = \cos(2x)$ thì $y'' + 4y$ bằng bao nhiêu?

💡 Xem lời giải

$y'' = -4\cos(2x) = -4y \Rightarrow y'' + 4y = 0$.


🎯 Bài tập trắc nghiệm tự luyện

Làm các câu hỏi sau để củng cố toàn bộ kiến thức về Đạo hàm cấp hai. Hệ thống sẽ hiển thị kết quả và lời giải chi tiết ngay khi bạn trả lời.

Câu 1:🎲 Câu hỏi động
Đạo hàm cấp hai của hàm số $y = f(x)$ là:
Câu 2:🎲 Câu hỏi động
Ý nghĩa vật lý của đạo hàm cấp hai: Cho chuyển động có phương trình quãng đường $s = s(t)$. Gia tốc tức thời $a(t)$ tại thời điểm $t$ là:
Câu 3:🎲 Câu hỏi động
Tính đạo hàm cấp hai của hàm số $y = x^4 - 2x^2 + 1$.
Câu 4:🎲 Câu hỏi động
Tính $f''(1)$ với $f(x) = x^3 - 3x^2 + 5x - 2$.
Câu 5:🎲 Câu hỏi động
Tính đạo hàm cấp hai của hàm số $y = \sin x$.
Câu 6:🎲 Câu hỏi động
Một vật chuyển động có phương trình quãng đường $s(t) = t^3 - 3t^2 + 4t$ ($t$ tính bằng giây, $s$ tính bằng mét). Gia tốc của vật tại thời điểm $t = 2\text{ s}$ là:
Câu 7:🎲 Câu hỏi động
Ký hiệu nào sau đây biểu diễn đạo hàm cấp hai của $y = f(x)$?
Câu 8:🎲 Câu hỏi động
Tính đạo hàm cấp hai của hàm số $y = \frac{1}{x}$ ($x \ne 0$).
Câu 9:🎲 Câu hỏi động
Hàm số $y = \cos(2x)$ có đạo hàm cấp hai $y''$ bằng:
Câu 10:🎲 Câu hỏi động
Cho $f(x) = (2x + 1)^3$. Giá trị $f''(0)$ là:
🎯

Ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm Đạo hàm cấp hai

Hàng trăm câu hỏi ngẫu nhiên từ ngân hàng đề — kiểm tra và tự đánh giá năng lực ngay!

🚀 Làm bài trắc nghiệm →
Miễn phí · Mở trong tab mới