Giải mục 5 trang 92, 93, 94 SGK Toán 11 tập 2 - Kết nối tri thức

Hoạt động 8

a) Sử dụng phép đổi biến \(t = \frac{1}{x},\) tìm giới hạn \(\mathop {\lim }\limits_{x \to 0} {\left( {1 + x} \right)^{\frac{1}{x}}}.\)

b) Với \(y = {\left( {1 + x} \right)^{\frac{1}{x}}},\) tính ln y và tìm giới hạn của \(\mathop {\lim }\limits_{x \to 0} \ln y.\)

c) Đặt \(t = {e^x} - 1.\) Tính x theo t và tìm giới hạn \(\mathop {\lim }\limits_{x \to 0} \frac{{{e^x} - 1}}{x}.\)

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức \(e = \mathop {\lim }\limits_{x \to  + \infty } {\left( {1 + \frac{1}{x}} \right)^x}\)

Lời giải chi tiết:

a) Ta có \(t = \frac{1}{x},\) nên khi x tiến đến 0 thì t tiến đến dương vô cùng do đó

\(\mathop {\lim }\limits_{x \to 0} {\left( {1 + x} \right)^{\frac{1}{x}}} = \mathop {\lim }\limits_{t \to  + \infty } {\left( {1 + \frac{1}{t}} \right)^t} = e\)

b) \(\ln y = \ln {\left( {1 + x} \right)^{\frac{1}{x}}} = \frac{1}{x}\ln \left( {1 + x} \right)\)

\(\mathop {\lim }\limits_{x \to 0} \ln y = \mathop {\lim }\limits_{x \to 0} \frac{{\ln \left( {1 + x} \right)}}{x} = 1\)

c) \(t = {e^x} - 1 \Leftrightarrow {e^x} = t + 1 \Leftrightarrow x = \ln \left( {t + 1} \right)\)

\(\mathop {\lim }\limits_{x \to 0} \frac{{{e^x} - 1}}{x} = \mathop {\lim }\limits_{t \to 0} \frac{t}{{\ln \left( {t + 1} \right)}} = 1\)

Hoạt động 9

a) Sử dụng giới hạn \(\mathop {\lim }\limits_{h \to 0} \frac{{{e^h} - 1}}{h} = 1\) và đẳng thức \({e^{x + h}} - {e^x} = {e^x}\left( {{e^h} - 1} \right),\) tính đạo hàm của hàm số \(y = {e^x}\) tại x bằng định nghĩa.

b) Sử dụng đẳng thức \({a^x} = {e^{x\ln a}}\,\,\left( {0 < a \ne 1} \right),\) hãy tính đạo hàm của hàm số \(y = {a^x}.\)

Phương pháp giải:

- \(f'\left( {{x_0}} \right) = \mathop {\lim }\limits_{x \to {x_0}} \frac{{f\left( x \right) - f\left( {{x_0}} \right)}}{{x - {x_0}}}\) nếu tồn tại giới hạn hữu hạn \(\mathop {\lim }\limits_{x \to {x_0}} \frac{{f\left( x \right) - f\left( {{x_0}} \right)}}{{x - {x_0}}}\)

- \(\mathop {\lim }\limits_{h \to 0} \frac{{{e^h} - 1}}{h} = 1\)

Lời giải chi tiết:

a) Với x bất kì và \(h = x - {x_0}\), ta có:

\(\begin{array}{l}f'\left( {{x_0}} \right) = \mathop {\lim }\limits_{h \to 0} \frac{{f\left( {{x_0} + h} \right) - f\left( {{x_0}} \right)}}{h} = \mathop {\lim }\limits_{h \to 0} \frac{{{e^{{x_0} + h}} - {e^{{x_0}}}}}{h}\\ = \mathop {\lim }\limits_{h \to 0} \frac{{{e^{{x_o}}}\left( {{e^h} - 1} \right)}}{h} = \mathop {\lim }\limits_{h \to 0} {e^{{x_0}}}.\mathop {\lim }\limits_{h \to 0} \frac{{{e^h} - 1}}{h} = {e^{{x_0}}}\end{array}\)

Vậy hàm số \(y = {e^x}\)  có đạo hàm là hàm số \(y' = {e^x}\)

b) Ta có \({a^x} = {e^{x\ln a}}\,\)nên \(\left( {{a^x}} \right)' = \left( {{e^{x\ln a}}} \right)' = \left( {x\ln a} \right)'.{e^{x\ln a}} = {e^{x\ln a}}\ln a = {a^x}\ln a\)

Luyện tập 6

Tính đạo hàm của các hàm số sau:

a) \(y = {e^{{x^2} - x}};\)                                   

b) \(y = {3^{\sin x}}.\)

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức \(\left( {{e^u}} \right)' = {e^u}.u';\left( {{a^u}} \right)' = {a^u}.u'.\ln a\)

Lời giải chi tiết:

a) \(y' = {e^{{x^2} - x}}.\left( {{x^2} - x} \right)' = \left( {2x - 1} \right){e^{{x^2} - x}}\)                               

b) \(y' = {3^{\sin x}}.\left( {\sin x} \right)'.\ln 3 = {3^{\sin x}}.\cos x.\ln 3\)

Hoạt động 10

a) Sử dụng giới hạn \(\mathop {\lim }\limits_{t \to 0} \frac{{\ln \left( {1 + t} \right)}}{t} = 1\) và đẳng thức \(\ln \left( {x + h} \right) - \ln x = \ln \left( {\frac{{x + h}}{x}} \right) = \ln \left( {1 + \frac{h}{x}} \right),\) tính đạo hàm của hàm số \(y = \ln x\) tại điểm x > 0 bằng định nghĩa.

b) Sử dụng đẳng thức \({\log _a}x = \frac{{\ln x}}{{\ln a}}\,\,\left( {0 < a \ne 1} \right),\) hãy tính đạo hàm của hàm số \(y = {\log _a}x.\)

Phương pháp giải:

- \(f'\left( {{x_0}} \right) = \mathop {\lim }\limits_{x \to {x_0}} \frac{{f\left( x \right) - f\left( {{x_0}} \right)}}{{x - {x_0}}}\) nếu tồn tại giới hạn hữu hạn \(\mathop {\lim }\limits_{x \to {x_0}} \frac{{f\left( x \right) - f\left( {{x_0}} \right)}}{{x - {x_0}}}\)

- \(\mathop {\lim }\limits_{t \to 0} \frac{{\ln \left( {1 + t} \right)}}{t} = 1\)

Lời giải chi tiết:

a) Với x > 0 bất kì và \(h = x - {x_0}\) ta có

\(\begin{array}{l}f'\left( {{x_0}} \right) = \mathop {\lim }\limits_{h \to 0} \frac{{f\left( {{x_0} + h} \right) - f\left( {{x_0}} \right)}}{h} = \mathop {\lim }\limits_{h \to 0} \frac{{\ln \left( {{x_0} + h} \right) - \ln {x_0}}}{h}\\ = \mathop {\lim }\limits_{h \to 0} \frac{{\ln \left( {1 + \frac{h}{{{x_0}}}} \right)}}{{\frac{h}{{{x_0}}}.{x_0}}} = \mathop {\lim }\limits_{h \to 0} \frac{1}{{{x_0}}}.\mathop {\lim }\limits_{h \to 0} \frac{{\ln \left( {1 + \frac{h}{{{x_0}}}} \right)}}{{\frac{h}{{{x_0}}}}} = \frac{1}{{{x_0}}}\end{array}\)

Vậy hàm số \(y = \ln x\) có đạo hàm là hàm số \(y' = \frac{1}{x}\)

b) Ta có \({\log _a}x = \frac{{\ln x}}{{\ln a}}\) nên \(\left( {{{\log }_a}x} \right)' = \left( {\frac{{\ln x}}{{\ln a}}} \right)' = \frac{1}{{x\ln a}}\)

Luyện tập 7

Tính đạo hàm của hàm số \(y = {\log _2}\left( {2x - 1} \right).\)

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức \(\left( {{{\log }_a}u} \right)' = \frac{{u'}}{{u\ln a}}\)

Lời giải chi tiết:

Vì \(2x - 1 > 0 \Leftrightarrow x > \frac{1}{2}\) nên hàm số xác định trên \(\left( {\frac{1}{2}; + \infty } \right)\)

Ta có \(y' = \frac{{\left( {2x - 1} \right)'}}{{\left( {2x - 1} \right)\ln 2}} = \frac{2}{{\left( {2x - 1} \right)\ln 2}}\)

Vận dụng 2

Ta đã biết, độ pH của một dung dịch được xác định bởi \(pH =  - \log \left[ {{H^ + }} \right],\) ở đó \(\left[ {{H^ + }} \right]\) là nồng độ (mol/l) của hydrogen. Tính tốc độ thay đổi của pH với nồng độ \(\left[ {{H^ + }} \right]\).

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức \(\left( {{{\log }_a}x} \right)' = \frac{1}{{x\ln a}}\)

Lời giải chi tiết:

Ta có \(pH =  - \log \left[ {{H^ + }} \right]\) nên \(\left( {pH} \right)' = \left( { - \log \left[ {{H^ + }} \right]} \right)' = \frac{{ - 1}}{{\left[ {{H^ + }} \right]\ln 10}}\)

Vậy tốc độ thay đổi của pH với nồng độ \(\left[ {{H^ + }} \right]\) là \(\frac{{ - 1}}{{\left[ {{H^ + }} \right]\ln 10}}\)