Câu 1:
Để giải quyết câu hỏi này, chúng ta sẽ thực hiện các bước sau:
1. Tìm đạo hàm của hàm số:
\[
f(x) = 4 \sin x \cos x + 2x
\]
Ta biết rằng \(4 \sin x \cos x = 2 \sin 2x\), do đó:
\[
f(x) = 2 \sin 2x + 2x
\]
Đạo hàm của \(f(x)\):
\[
f'(x) = 2 \cdot 2 \cos 2x + 2 = 4 \cos 2x + 2
\]
2. Xác định các điểm cực trị:
Để tìm các điểm cực trị, ta giải phương trình \(f'(x) = 0\):
\[
4 \cos 2x + 2 = 0 \implies \cos 2x = -\frac{1}{2}
\]
Các nghiệm của phương trình \(\cos 2x = -\frac{1}{2}\) trong khoảng \([-π, π]\) là:
\[
2x = \pm \frac{2π}{3} + k \cdot 2π \quad (k \in \mathbb{Z})
\]
Do đó:
\[
x = \pm \frac{π}{3} + k \cdot π
\]
Trong khoảng \([-π, π]\), các giá trị của \(x\) là:
\[
x = -\frac{π}{3}, \frac{π}{3}, -\frac{2π}{3}, \frac{2π}{3}
\]
Vậy hàm số có 4 điểm cực trị trong khoảng \([-π, π]\).
3. Xác định khoảng đồng biến và nghịch biến:
Ta xét dấu của đạo hàm \(f'(x) = 4 \cos 2x + 2\):
- \(f'(x) > 0\) khi \(\cos 2x > -\frac{1}{2}\)
- \(f'(x) < 0\) khi \(\cos 2x < -\frac{1}{2}\)
Trên khoảng \([-π, π]\), ta có:
- \(f'(x) > 0\) trên các khoảng \((-π, -\frac{2π}{3})\), \((-\frac{π}{3}, \frac{π}{3})\), \((\frac{2π}{3}, π)\)
- \(f'(x) < 0\) trên các khoảng \((-\frac{2π}{3}, -\frac{π}{3})\), \((\frac{π}{3}, \frac{2π}{3})\)
Do đó, hàm số nghịch biến trên khoảng \((-\frac{2π}{3}, -\frac{π}{3})\) và \((\frac{π}{3}, \frac{2π}{3})\).
4. Tìm giá trị lớn nhất của \(f(x)\) trên đoạn \([0, \frac{π}{2}]\):
Ta tính giá trị của \(f(x)\) tại các điểm biên và các điểm cực trị trong đoạn \([0, \frac{π}{2}]\):
- \(f(0) = 2 \sin 0 + 2 \cdot 0 = 0\)
- \(f(\frac{π}{2}) = 2 \sin π + 2 \cdot \frac{π}{2} = π\)
- \(f(\frac{π}{3}) = 2 \sin \frac{2π}{3} + 2 \cdot \frac{π}{3} = 2 \cdot \frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{2π}{3} = \sqrt{3} + \frac{2π}{3}\)
So sánh các giá trị:
\[
0 < \sqrt{3} + \frac{2π}{3} < π
\]
Vậy giá trị lớn nhất của \(f(x)\) trên đoạn \([0, \frac{π}{2}]\) là \(\sqrt{3} + \frac{2π}{3}\).
Kết luận:
- Đạo hàm của hàm số là \(f'(x) = 4 \cos 2x + 2\).
- Hàm số có 4 điểm cực trị trong khoảng \([-π, π]\).
- Hàm số nghịch biến trên khoảng \((-\frac{2π}{3}, -\frac{π}{3})\) và \((\frac{π}{3}, \frac{2π}{3})\).
- Giá trị lớn nhất của \(f(x)\) trên đoạn \([0, \frac{π}{2}]\) là \(\sqrt{3} + \frac{2π}{3}\).