Ví dụ 1:
Bài toán: Xét tính đơn điệu của các hàm số:
\[ y = f(x) = x + \frac{1}{x}, \quad y = \log_3(x^2 - 2x). \]
Hàm số \( y = f(x) = x + \frac{1}{x} \)
1. Tìm tập xác định:
\[
x \neq 0 \implies D = (-\infty, 0) \cup (0, +\infty)
\]
2. Tính đạo hàm:
\[
f'(x) = 1 - \frac{1}{x^2}
\]
3. Xác định dấu của đạo hàm:
\[
f'(x) = 0 \implies 1 - \frac{1}{x^2} = 0 \implies x^2 = 1 \implies x = \pm 1
\]
Ta xét các khoảng \((-\infty, -1)\), \((-1, 0)\), \((0, 1)\), và \((1, +\infty)\).
- Trên khoảng \((-\infty, -1)\):
\[
f'(x) = 1 - \frac{1}{x^2} > 0 \quad (\text{vì } x^2 > 1)
\]
Hàm số đồng biến.
- Trên khoảng \((-1, 0)\):
\[
f'(x) = 1 - \frac{1}{x^2} < 0 \quad (\text{vì } x^2 < 1)
\]
Hàm số nghịch biến.
- Trên khoảng \((0, 1)\):
\[
f'(x) = 1 - \frac{1}{x^2} < 0 \quad (\text{vì } x^2 < 1)
\]
Hàm số nghịch biến.
- Trên khoảng \((1, +\infty)\):
\[
f'(x) = 1 - \frac{1}{x^2} > 0 \quad (\text{vì } x^2 > 1)
\]
Hàm số đồng biến.
Kết luận:
- Hàm số \( y = x + \frac{1}{x} \) đồng biến trên các khoảng \((-\infty, -1)\) và \((1, +\infty)\).
- Hàm số \( y = x + \frac{1}{x} \) nghịch biến trên các khoảng \((-1, 0)\) và \((0, 1)\).
Hàm số \( y = \log_3(x^2 - 2x) \)
1. Tìm tập xác định:
\[
x^2 - 2x > 0 \implies x(x - 2) > 0 \implies x \in (-\infty, 0) \cup (2, +\infty)
\]
2. Tính đạo hàm:
\[
y' = \frac{d}{dx} \left( \log_3(x^2 - 2x) \right) = \frac{1}{(x^2 - 2x) \ln 3} \cdot (2x - 2) = \frac{2(x - 1)}{(x^2 - 2x) \ln 3}
\]
3. Xác định dấu của đạo hàm:
\[
y' = 0 \implies 2(x - 1) = 0 \implies x = 1
\]
Ta xét các khoảng \((-\infty, 0)\), \((0, 2)\), và \((2, +\infty)\).
- Trên khoảng \((-\infty, 0)\):
\[
y' = \frac{2(x - 1)}{(x^2 - 2x) \ln 3} > 0 \quad (\text{vì } x - 1 < 0 \text{ và } x^2 - 2x > 0)
\]
Hàm số đồng biến.
- Trên khoảng \((0, 2)\):
\[
y' = \frac{2(x - 1)}{(x^2 - 2x) \ln 3} < 0 \quad (\text{vì } x - 1 < 0 \text{ và } x^2 - 2x < 0)
\]
Hàm số nghịch biến.
- Trên khoảng \((2, +\infty)\):
\[
y' = \frac{2(x - 1)}{(x^2 - 2x) \ln 3} > 0 \quad (\text{vì } x - 1 > 0 \text{ và } x^2 - 2x > 0)
\]
Hàm số đồng biến.
Kết luận:
- Hàm số \( y = \log_3(x^2 - 2x) \) đồng biến trên các khoảng \((-\infty, 0)\) và \((2, +\infty)\).
- Hàm số \( y = \log_3(x^2 - 2x) \) nghịch biến trên khoảng \((0, 2)\).