Cho hàm số \(f\left( x \right)\) liên tục, không âm trên đoạn \(\left[ {0;\dfrac{\pi }{2}} \right]\), thỏa mãn \(f\left( 0 \right) = \sqrt 3 \) và \(f\left( x \right).f'\left( x \right) = \cos x.\sqrt {1 + {f^2}\left( x \right)} \), \(\forall x \in \left[ {0;\dfrac{\pi }{2}} \right]\). Tìm giá trị nhỏ nhất \(m\) và giá trị lớn nhất \(M\) của hàm số \(f\left( x \right)\) trên đoạn \(\left[ {\dfrac{\pi }{6};\dfrac{\pi }{2}} \right]\).
Trả lời bởi giáo viên
Từ giả thiết \(f\left( x \right).f'\left( x \right) = \cos x.\sqrt {1 + {f^2}\left( x \right)} \)
\( \Rightarrow \int {\dfrac{{f\left( x \right).f'\left( x \right)}}{{\sqrt {1 + {f^2}\left( x \right)} }}{\rm{d}}x} = \sin x + C\)
Đặt \(t = \sqrt {1 + {f^2}\left( x \right)} \Rightarrow {t^2} = 1 + {f^2}\left( x \right)\) \( \Rightarrow t dt = f\left( x \right)f'\left( x \right){\rm{d}}x\)
Thay vào ta được \(\int {dt} = \sin x + C \Rightarrow t = \sin x + C\)\( \Rightarrow \sqrt {1 + {f^2}\left( x \right)} = \sin x + C\)
Do \(f\left( 0 \right) = \sqrt 3 \)\( \Rightarrow C = 2\).
Vậy \(\sqrt {1 + {f^2}\left( x \right)} = \sin x + 2 \Rightarrow {f^2}\left( x \right) = {\sin ^2}x + 4\sin x + 3\)
\( \Rightarrow f\left( x \right) = \sqrt {{{\sin }^2}x + 4\sin x + 3} \), vì hàm số \(f\left( x \right)\) liên tục, không âm trên đoạn \(\left[ {0;\dfrac{\pi }{2}} \right]\).
Ta có \(\dfrac{\pi }{6} \le x \le \dfrac{\pi }{2} \Rightarrow \dfrac{1}{2} \le \sin x \le 1\), xét hàm số \(g\left( t \right) = {t^2} + 4t + 3\) có hoành độ đỉnh \(t = - 2\) loại.
Suy ra \(\mathop {\max }\limits_{\left[ {\dfrac{1}{2};1} \right]} g\left( t \right) = g\left( 1 \right) = 8\), \(\mathop {\min }\limits_{\left[ {\dfrac{1}{2};1} \right]} g\left( t \right) = g\left( {\dfrac{1}{2}} \right) = \dfrac{{21}}{4}\)
Suy ra \(\mathop {\max }\limits_{\left[ {\dfrac{\pi }{6};\dfrac{\pi }{2}} \right]} f\left( x \right) = f\left( {\dfrac{\pi }{2}} \right) = 2\sqrt 2 \), \(\mathop {\min }\limits_{\left[ {\dfrac{\pi }{6};\dfrac{\pi }{2}} \right]} f\left( x \right) = g\left( {\dfrac{\pi }{6}} \right) = \dfrac{{\sqrt {21} }}{2}\)
Hướng dẫn giải:
- Tìm hàm số \(y = f\left( x \right)\) bằng cách chia cả hai vế của đẳng thức \(f\left( x \right).f'\left( x \right) = \cos x.\sqrt {1 + {f^2}\left( x \right)} \) cho \(\sqrt {1 + {f^2}\left( x \right)} \)
- Tìm \(GTLN,GTNN\) của \(y = f\left( x \right)\) trên đoạn \(\left[ {\dfrac{\pi }{6};\dfrac{\pi }{2}} \right]\) và kết luận.