I. Định nghĩa
Cho hàm số \(y = f\left( x \right)\) xác định và liên tục trên khoảng \(\left( {a;b} \right)\) và điểm \({x_0} \in \left( {a;b} \right)\).
a) Hàm số \(f\left( x \right)\) đạt cực đại tại \({x_0} \Leftrightarrow \exists h > 0,f\left( x \right) < f\left( {{x_0}} \right),\forall x \in \left( {{x_0} - h;{x_0} + h} \right)\backslash \left\{ {{x_0}} \right\}\)
Khi đó $f(x_0)$ là giá trị cực đại của hàm số.
b) Hàm số \(f\left( x \right)\) đạt cực tiểu tại
\({x_0} \Leftrightarrow \exists h > 0,f\left( x \right) > f\left( {{x_0}} \right),\forall x \in \left( {{x_0} - h;{x_0} + h} \right)\backslash \left\{ {{x_0}} \right\}\) Khi đó $f(x_0)$ là giá trị cực tiểu của hàm số.
a) Cần phân biệt các các khái niệm:
- Điểm cực trị \({x_0}\) của hàm số.
- Giá trị cực trị của hàm số.
- Điểm cực trị \(\left( {{x_0};{y_0}} \right)\) của đồ thị hàm số.
b) Nếu \(y = f\left( x \right)\) có đạo hàm trên \(\left( {a;b} \right)\) và đạt cực trị tại \({x_0} \in \left( {a;b} \right)\) thì \(f'\left( {{x_0}} \right) = 0\).
II. Định lý 1
Giả sử hàm số \(y = f\left( x \right)\) liên tục trên khoảng \(K = \left( {{x_0} - h;{x_0} + h} \right)\) và có đạo hàm trên \(K\) hoặc \(K\backslash \left\{ {{x_0}} \right\}\left( {h > 0} \right)\).
a) Nếu \(\left\{ \begin{array}{l}f'\left( x \right) > 0,\forall x \in \left( {{x_0} - h} \right)\\f'\left( x \right) < 0,\forall x \in \left( {{x_0} + h} \right)\end{array} \right.\) thì \({x_0}\) là một điểm cực đại của hàm số.
b) Nếu \(\left\{ \begin{array}{l}f'\left( x \right) < 0,\forall x \in \left( {{x_0} - h} \right)\\f'\left( x \right) > 0,\forall x \in \left( {{x_0} + h} \right)\end{array} \right.\) thì \({x_0}\) là một điểm cực tiểu của hàm số.
Hàm số có thể đạt cực trị tại những điểm mà tại đó đạo hàm không xác định.
III. Định lý 2
Giả sử \(y = f\left( x \right)\) có đạo hàm cấp 2 trong \(\left( {{x_0} - h;{x_0} + h} \right)\left( {h > 0} \right)\).
a) Nếu \(\left\{ \begin{array}{l}f'\left( {{x_0}} \right) = 0\\f''\left( {{x_0}} \right) > 0\end{array} \right.\) thì \({x_0}\) là một điểm cực tiểu của hàm số.
b) Nếu \(\left\{ \begin{array}{l}f'\left( {{x_0}} \right) = 0\\f''\left( {{x_0}} \right) < 0\end{array} \right.\) thì \({x_0}\) là một điểm cực đại của hàm số.
IV. Tìm cực trị của hàm số
Phương pháp:
Có thể tìm cực trị của hàm số bởi một trong hai quy tắc sau:
Quy tắc 1: (suy ra từ định lý 1)
- Bước 1: Tìm tập xác định của hàm số.
- Bước 2: Tính \(f'\left( x \right)\), tìm các điểm tại đó \(f'\left( x \right) = 0\) hoặc không xác định.
- Bước 3: Lập bảng biến thiên và kết luận.
+ Tại các điểm mà đạo hàm đổi dấu từ âm sang dương thì đó là điểm cực tiểu của hàm số.
+ Tại các điểm mà đạo hàm đổi dấu từ dương sang âm thì đó là điểm cực đại của hàm số.
Quy tắc 2: (suy ra từ định lý 2)
- Bước 1: Tìm tập xác định của hàm số.
- Bước 2: Tính \(f'\left( x \right)\), giải phương trình \(f'\left( x \right) = 0\) và kí hiệu \({x_1},...,{x_n}\) là các nghiệm của nó.
- Bước 3: Tính \(f''\left( x \right)\) và \(f''\left( {{x_i}} \right)\).
- Bước 4: Dựa và dấu của \(f''\left( {{x_i}} \right)\) suy ra điểm cực đại, cực tiểu:
+ Tại các điểm \({x_i}\) mà \(f''\left( {{x_i}} \right) > 0\) thì đó là điểm cực tiểu của hàm số.
+ Tại các điểm \({x_i}\) mà \(f''\left( {{x_i}} \right) < 0\) thì đó là điểm cực đại của hàm số.
Đối với các bài toán tìm cực trị của hàm số lượng giác thì dùng quy tắc 2 sẽ thuận tiện hơn, tránh được việc xét dấu đạo hàm.
