Bài 4: Khảo sát & vẽ đồ thị
Lý thuyết chi tiết và bài tập có lời giải Bài 4: Khảo sát & vẽ đồ thị — SGK Toán 12 Kết nối tri thức.
I. Sơ đồ tổng quát khảo sát & vẽ đồ thị hàm số
1. Tập xác định: Tìm tập xác định $D$ của hàm số.
2. Sự biến thiên:
- Tính đạo hàm $y'$. Giải phương trình $y' = 0$ hoặc tìm các điểm làm $y'$ không xác định.
- Xét dấu $y'$ để suy ra các khoảng đồng biến, nghịch biến và điểm cực trị.
- Tìm các giới hạn tại vô cực ($\lim_{x \to \pm\infty} y$) và giới hạn vô cực tại các điểm đứt gãy để xác định các tiệm cận (nếu có).
- Lập Bảng biến thiên (BBT) tổng hợp thể hiện đầy đủ các thông tin.
3. Đồ thị:
- Tìm giao điểm của đồ thị với các trục tọa độ $Ox, Oy$ và các điểm đặc biệt.
- Xác định tính đối xứng (tâm đối xứng là điểm uốn đối với hàm bậc ba; giao điểm 2 tiệm cận đối với hàm phân thức).
- Vẽ các đường tiệm cận (nếu có), biểu diễn các điểm đặc biệt và vẽ đồ thị nét liền sắc nét.
II. Khảo sát hàm số bậc ba $y = ax^3 + bx^2 + cx + d$ ($a \ne 0$)
1. Sơ đồ khảo sát & Dạng đồ thị hàm bậc ba
• TXĐ: $D = \mathbb{R}$.
• Đạo hàm: $y' = 3ax^2 + 2bx + c$. $\Delta' = b^2 - 3ac$.
- Nếu $\Delta' > 0 \Rightarrow y' = 0$ có 2 nghiệm phân biệt $x_1, x_2 \Rightarrow$ Hàm số có 2 điểm cực trị (1 CĐ, 1 CT).
- Nếu $\Delta' \le 0 \Rightarrow y' \ge 0$ (hoặc $y' \le 0$), $\forall x \Rightarrow$ Hàm số đơn điệu liên tục trên $\mathbb{R}$ và không có cực trị.
• Giới hạn: Với $a > 0 \Rightarrow \lim_{x \to +\infty} y = +\infty, \lim_{x \to -\infty} y = -\infty$. Đồ thị không có tiệm cận.
• Tâm đối xứng: Nghiệm của $y'' = 6ax + 2b = 0 \Leftrightarrow x_U = -\frac{b}{3a} \Rightarrow$ Điểm uốn $I\left(-\frac{b}{3a}; y\left(-\frac{b}{3a}\right)\right)$ là tâm đối xứng của đồ thị.
2. 3 Ví dụ mẫu minh họa có đồ thị JSXGraph
Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số $y = x^3 - 3x^2 + 2$.
Xem lời giải & Đồ thị
• TXĐ: $D = \mathbb{R}$.
• $y' = 3x^2 - 6x = 3x(x - 2) = 0 \Leftrightarrow x = 0$ hoặc $x = 2$.
- Cực đại tại $x = 0 \Rightarrow y_{CĐ} = 2$.
- Cực tiểu tại $x = 2 \Rightarrow y_{CT} = -2$.
• Hàm số đồng biến trên $(-\infty; 0)$ và $(2; +\infty)$; nghịch biến trên $(0; 2)$.
• Điểm uốn $I(1; 0)$ là tâm đối xứng.
📈 Đồ thị Ví dụ 1: y = x³ - 3x² + 2 có CĐ (0; 2), CT (2; -2) và tâm uốn I(1; 0).
Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số $y = -x^3 + 3x - 1$.
Xem lời giải & Đồ thị
• TXĐ: $D = \mathbb{R}$.
• $y' = -3x^2 + 3 = -3(x^2 - 1) = 0 \Leftrightarrow x = -1$ hoặc $x = 1$.
- Cực tiểu tại $x = -1 \Rightarrow y_{CT} = -3$.
- Cực đại tại $x = 1 \Rightarrow y_{CĐ} = 1$.
• Hàm số nghịch biến trên $(-\infty; -1)$ và $(1; +\infty)$; đồng biến trên $(-1; 1)$.
• Điểm uốn $I(0; -1)$ là tâm đối xứng.
📈 Đồ thị Ví dụ 2: y = -x³ + 3x - 1 có CT (-1; -3), CĐ (1; 1) và tâm uốn I(0; -1).
Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số $y = x^3 + 3x^2 + 3x + 1$.
Xem lời giải & Đồ thị
• Biến đổi: $y = (x + 1)^3$. TXĐ: $D = \mathbb{R}$.
• $y' = 3(x + 1)^2 \ge 0, \forall x \in \mathbb{R}$. Cho $y' = 0 \Leftrightarrow x = -1$ (nghiệm kép).
• Hàm số đồng biến liên tục trên toàn bộ $\mathbb{R}$ và không có cực trị.
• Điểm uốn $I(-1; 0)$ là tâm đối xứng (tại đây đồ thị có tiếp tuyến nằm ngang $y = 0$).
📈 Đồ thị Ví dụ 3: y = (x + 1)³ luôn đồng biến trên ℝ, điểm uốn I(-1; 0).
III. Khảo sát hàm số nhất biến $y = \frac{ax + b}{cx + d}$ ($c \ne 0, ad - bc \ne 0$)
1. Sơ đồ khảo sát & Dạng đồ thị Hyperbol
• TXĐ: $D = \mathbb{R} \setminus \left\{-\frac{d}{c}\right\}$.
• Đạo hàm: $y' = \frac{ad - bc}{(cx + d)^2}$.
- Nếu $ad - bc > 0 \Rightarrow y' > 0, \forall x \ne -\frac{d}{c} \Rightarrow$ Hàm số đồng biến trên từng khoảng $(-\infty; -d/c)$ và $(-d/c; +\infty)$.
- Nếu $ad - bc < 0 \Rightarrow y' < 0, \forall x \ne -\frac{d}{c} \Rightarrow$ Hàm số nghịch biến trên từng khoảng $(-\infty; -d/c)$ và $(-d/c; +\infty)$.
• Tiệm cận: Tiệm cận đứng $x = -\frac{d}{c}$; Tiệm cận ngang $y = \frac{a}{c}$.
• Tâm đối xứng: Giao điểm $I\left(-\frac{d}{c}; \frac{a}{c}\right)$ của 2 đường tiệm cận là tâm đối xứng của đồ thị Hyperbol.
2. 3 Ví dụ mẫu minh họa có đồ thị JSXGraph
Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số $y = \frac{2x - 1}{x + 1}$.
Xem lời giải & Đồ thị
• TXĐ: $D = \mathbb{R} \setminus \{-1\}$.
• $y' = \frac{2(1) - (-1)(1)}{(x+1)^2} = \frac{3}{(x+1)^2} > 0, \forall x \ne -1$. Hàm số đồng biến trên $(-\infty; -1)$ và $(-1; +\infty)$.
• TCĐ $x = -1$; TCN $y = 2$. Tâm đối xứng $I(-1; 2)$.
• Giao điểm với các trục: $Ox(0{,}5; 0)$, $Oy(0; -1)$.
📈 Đồ thị Ví dụ 4: y = (2x - 1)/(x + 1) đồng biến, TCĐ x = -1, TCN y = 2.
Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số $y = \frac{-x + 2}{x - 1}$.
Xem lời giải & Đồ thị
• TXĐ: $D = \mathbb{R} \setminus \{1\}$.
• $y' = \frac{(-1)(-1) - (2)(1)}{(x-1)^2} = \frac{-1}{(x-1)^2} < 0, \forall x \ne 1$. Hàm số nghịch biến trên $(-\infty; 1)$ và $(1; +\infty)$.
• TCĐ $x = 1$; TCN $y = -1$. Tâm đối xứng $I(1; -1)$.
• Giao điểm với các trục: $Ox(2; 0)$, $Oy(0; -2)$.
📈 Đồ thị Ví dụ 5: y = (-x + 2)/(x - 1) nghịch biến, TCĐ x = 1, TCN y = -1.
Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số $y = \frac{3x + 1}{1 - 2x}$.
Xem lời giải & Đồ thị
• Đổi lại đúng dạng: $y = \frac{3x + 1}{-2x + 1}$. TXĐ: $D = \mathbb{R} \setminus \{0{,}5\}$.
• $y' = \frac{3(1) - (1)(-2)}{(-2x+1)^2} = \frac{5}{(-2x+1)^2} > 0, \forall x \ne 0{,}5$. Hàm số đồng biến trên $(-\infty; 0{,}5)$ và $(0{,}5; +\infty)$.
• TCĐ $x = 0{,}5$; TCN $y = -1{,}5$. Tâm đối xứng $I(0{,}5; -1{,}5)$.
📈 Đồ thị Ví dụ 6: y = (3x + 1)/(1 - 2x) có TCĐ x = 0.5, TCN y = -1.5.
IV. Khảo sát hàm số $y = \frac{ax^2 + bx + c}{px + q}$ ($a \ne 0, p \ne 0$)
1. Sơ đồ khảo sát & Dạng đồ thị 2 nhánh có tiệm cận xiên
• TXĐ: $D = \mathbb{R} \setminus \left\{-\frac{q}{p}\right\}$.
• Dạng phân tích: $y = Ax + B + \frac{r}{px + q}$ (phép chia đa thức).
• Tiệm cận: Tiệm cận đứng $x = -\frac{q}{p}$; Tiệm cận xiên $y = Ax + B$.
• Tâm đối xứng: Giao điểm $I$ của tiệm cận đứng và tiệm cận xiên là tâm đối xứng của đồ thị.
2. 3 Ví dụ mẫu minh họa có đồ thị JSXGraph
Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số $y = \frac{x^2 - 2x + 2}{x - 1}$.
Xem lời giải & Đồ thị
• TXĐ: $D = \mathbb{R} \setminus \{1\}$. Chia tử cho mẫu: $y = x - 1 + \frac{1}{x - 1}$.
• $y' = 1 - \frac{1}{(x-1)^2} = \frac{x(x-2)}{(x-1)^2} = 0 \Leftrightarrow x = 0$ hoặc $x = 2$.
- Cực đại tại $x = 0 \Rightarrow y_{CĐ} = -2$.
- Cực tiểu tại $x = 2 \Rightarrow y_{CT} = 2$.
• TCĐ $x = 1$; TCX $y = x - 1$. Tâm đối xứng $I(1; 0)$.
📈 Đồ thị Ví dụ 7: y = (x² - 2x + 2)/(x - 1) có CĐ (0; -2), CT (2; 2), TCĐ x = 1, TCX y = x - 1.
Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số $y = \frac{-x^2 + 3x - 1}{x - 2}$.
Xem lời giải & Đồ thị
• TXĐ: $D = \mathbb{R} \setminus \{2\}$. Chia tử cho mẫu: $y = -x + 1 + \frac{1}{x - 2}$.
• $y' = -1 - \frac{1}{(x-2)^2} < 0, \forall x \ne 2 \Rightarrow$ Hàm số nghịch biến trên từng khoảng $(-\infty; 2)$ và $(2; +\infty)$. Không có cực trị.
• TCĐ $x = 2$; TCX $y = -x + 1$. Tâm đối xứng $I(2; -1)$.
📈 Đồ thị Ví dụ 8: y = (-x² + 3x - 1)/(x - 2) nghịch biến, TCĐ x = 2, TCX y = -x + 1.
Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số $y = \frac{x^2 + x + 1}{x + 1}$.
Xem lời giải & Đồ thị
• TXĐ: $D = \mathbb{R} \setminus \{-1\}$. Chia tử cho mẫu: $y = x + \frac{1}{x + 1}$.
• $y' = 1 - \frac{1}{(x+1)^2} = \frac{x(x+2)}{(x+1)^2} = 0 \Leftrightarrow x = 0$ hoặc $x = -2$.
- Cực đại tại $x = -2 \Rightarrow y_{CĐ} = -3$.
- Cực tiểu tại $x = 0 \Rightarrow y_{CT} = 1$.
• TCĐ $x = -1$; TCX $y = x$. Tâm đối xứng $I(-1; -1)$.
📈 Đồ thị Ví dụ 9: y = (x² + x + 1)/(x + 1) có CĐ (-2; -3), CT (0; 1), TCĐ x = -1, TCX y = x.
V. Bài toán sự tương giao f(x) = m & Đọc đồ thị
Số nghiệm của phương trình $f(x) = m$ chính là **số giao điểm** của đồ thị $y = f(x)$ và đường thẳng nằm ngang $y = m$ (song song hoặc trùng với trục $Ox$).
- Đường thẳng $y = m$ nằm trên đỉnh cực đại $\Rightarrow$ số giao điểm ít.
- Đường thẳng $y = m$ nằm giữa cực tiểu và cực đại $\Rightarrow$ phương trình có 3 nghiệm phân biệt.
🎯 VI. Bài tập trắc nghiệm tự luyện
Làm 10 câu hỏi trắc nghiệm tuyển chọn về Khảo sát & Đọc đồ thị dưới đây để kiểm tra năng lực. Hệ thống sẽ hiển thị kết quả và lời giải chi tiết ngay khi bạn chọn đáp án.
📝 VII. Bài tập tự luận rèn luyện tư duy (5 Bài lớn — 20 câu hỏi nhỏ)
Bài 1 (Khảo sát hàm bậc ba). Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của các hàm số sau:
a) $y = -x^3 + 3x - 1$
b) $y = x^3 - 3x^2 + 3x - 2$
Xem lời giải Bài 1
a) $y' = -3x^2 + 3 = 0 \Leftrightarrow x = \pm 1$. CT $(-1; -3)$, CĐ $(1; 1)$. Tâm đối xứng $I(0; -1)$.
b) $y' = 3(x-1)^2 \ge 0, \forall x \Rightarrow$ hàm số đồng biến trên $\mathbb{R}$, không có cực trị. Điểm uốn $I(1; -1)$.
Bài 2 (Khảo sát hàm nhất biến). Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của các hàm số sau:
a) $y = \frac{x + 2}{x - 1}$
b) $y = \frac{1 - 2x}{x + 2}$
Xem lời giải Bài 2
a) TXĐ $D = \mathbb{R} \setminus \{1\}$. $y' = \frac{-3}{(x-1)^2} < 0 \Rightarrow$ nghịch biến. TCĐ $x = 1$, TCN $y = 1$. Tâm $I(1; 1)$.
b) TXĐ $D = \mathbb{R} \setminus \{-2\}$. $y' = \frac{-5}{(x+2)^2} < 0 \Rightarrow$ nghịch biến. TCĐ $x = -2$, TCN $y = -2$. Tâm $I(-2; -2)$.
Bài 3 (Khảo sát hàm bậc 2 trên bậc 1). Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của các hàm số sau:
a) $y = \frac{x^2 - x + 1}{x - 1}$
b) $y = \frac{2x^2 + 3x - 2}{x + 2}$
Xem lời giải Bài 3
a) $y = x + \frac{1}{x-1}$. $y' = 1 - \frac{1}{(x-1)^2} = 0 \Leftrightarrow x = 0, x = 2$. CĐ $(0; -1)$, CT $(2; 3)$. TCĐ $x = 1$, TCX $y = x$.
b) $y = \frac{(x+2)(2x-1)}{x+2} = 2x - 1$ (với $x \ne -2$). Đồ thị là đường thẳng có lỗ thủng tại $x = -2$.
Bài 4 (Bài toán sự tương giao bằng đồ thị). Biện luận theo tham số $m$ số nghiệm của các phương trình sau:
a) $-x^3 + 3x - 1 = m$
b) $\frac{x^2 - x + 1}{x - 1} = m$
Xem lời giải Bài 4
a) Dựa vào đồ thị $y = -x^3 + 3x - 1$: 3 nghiệm khi $-3 < m < 1$; 2 nghiệm khi $m = -3$ hoặc $m = 1$; 1 nghiệm khi $m < -3$ hoặc $m > 1$.
b) Dựa vào đồ thị $y = x + \frac{1}{x-1}$: 2 nghiệm khi $m < -1$ hoặc $m > 3$; 1 nghiệm khi $m = -1$ hoặc $m = 3$; vô nghiệm khi $-1 < m < 3$.
Bài 5 (Xác định hệ số a, b, c, d từ đồ thị). Cho đồ thị hàm số bậc ba $y = ax^3 + bx^2 + cx + d$. Hãy xác định dấu của các hệ số $a, b, c, d$ biết đồ thị có nét cuối đi lên, cắt $Oy$ tại điểm phía trên $Ox$, có 2 điểm cực trị nằm về 2 phía của trục $Oy$.
Xem lời giải Bài 5
• Nét cuối đi lên $\Rightarrow a > 0$.
• Đồ thị cắt $Oy$ tại điểm có tung độ dương $\Rightarrow d = y(0) > 0$.
• Hai điểm cực trị nằm về 2 phía trục $Oy \Leftrightarrow$ phương trình $y' = 3ax^2 + 2bx + c = 0$ có 2 nghiệm trái dấu $\Leftrightarrow 3ac < 0 \Rightarrow c < 0$ (do $a > 0$).
• Kết luận: $a > 0, d > 0, c < 0$.
Ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm Khảo sát đồ thị
Hàng trăm câu hỏi ngẫu nhiên từ ngân hàng đề — kiểm tra và tự đánh giá năng lực ngay!
🚀 Làm bài trắc nghiệm →