Chương I. Hàm số lượng giác và phương trình lượng giác

Bài 3. Hàm số lượng giác và đồ thị

Sách bài tập Toán 11 — Kết nối tri thức, tập 1 · 9 bài tập, mỗi câu ít nhất 2 cách giải.

Bài 1 · 1.16★★Trang 17— Tìm tập xác định của hàm số lượng giác
Tìm tập xác định của các hàm số sau: a) ; b) ; c) ; d) .
π/32π/34π/3xyOπ/2π3π/22−2Nét đứt là tiệm cận đứng x = kπ/3, tại đó sin3x = 0 nên hàm số không xác định.
Kiến thức cần nhớ
  • Hàm số xác định khi , tức ; hàm số xác định khi , tức .
  • Căn bậc hai xác định khi ; phân thức xác định khi .
  • Công thức nhân đôi và hạ bậc: , và .
  • Điểm biểu diễn của cung trùng hoặc khi , trùng hoặc khi .
🧠 Phân tích tư duy
Bốn ý đều là hàm hợp của các hàm lượng giác nên dấu hiệu cần truy là những chỗ làm biểu thức mất nghĩa: mẫu bằng không hoặc biểu thức dưới căn âm. Hai ý cuối trông rối vì có cả bình phương lẫn căn, nhưng hạ bậc bằng công thức nhân đôi thì mỗi mẫu chỉ còn một hàm lượng giác của góc gấp đôi. Bẫy lớn nhất nằm ở ý d: nhiều bạn đi giải bất phương trình cho cả biểu thức dưới căn, trong khi tử bằng và mẫu đều không âm nên chỉ còn đúng một điều kiện là mẫu khác không.
1Cách 1. Dùng trực tiếp điều kiện xác định của cot, của căn và của phân thức

Định hướng. Mỗi ý chỉ cần chặn đúng chỗ làm biểu thức mất nghĩa: mẫu khác không và biểu thức dưới căn không âm.

a) xác định khi
với
b) xác định khi
đúng với mọi nên
c) xác định khi
với
d) xác định khi và
và nên thương không âm với mọi làm mẫu khác không
với

Vậy a) ; b) ; c) ; d) với .

2Cách 2. Hạ bậc để mỗi biểu thức chỉ còn một hàm lượng giác của góc gấp đôi

Định hướng. Ba đẳng thức , và biến bốn ý thành bốn điều kiện đọc được ngay.

a) nên cần , tức
b) với mọi
căn luôn có nghĩa nên
c)
với mọi làm
d)
tử không âm, mẫu nên chỉ cần mẫu khác không

Vậy bốn tập xác định vẫn như Cách 1, và hạ bậc còn cho thêm một chi tiết đáng giá: hàm số ở ý c thực chất là hàm hằng trên toàn bộ tập xác định của nó.

3Cách 3. Đọc trên đường tròn lượng giác: điểm biểu diễn phải tránh vị trí đặc biệt

Định hướng. Chuyển mỗi điều kiện thành một yêu cầu về vị trí của điểm biểu diễn cung tương ứng trên đường tròn lượng giác.

a) nên điểm biểu diễn cung không được trùng và
cho
b) biểu thức không có mẫu và luôn đúng nên không điểm nào bị loại
c) nên điểm biểu diễn cung không được trùng và
cho
d) nên điểm biểu diễn cung chỉ phải tránh duy nhất điểm
cho

Vậy ba cách cho cùng đáp số, và nhìn trên đường tròn thấy rất rõ vì sao ý c loại HAI điểm nên các điểm loại cách nhau , còn ý d chỉ loại MỘT điểm nên các điểm loại cách nhau .

⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 2 vì hạ bậc xong mỗi ý chỉ còn một hàm lượng giác duy nhất, điều kiện hiện ra sau một dòng và lại lộ luôn chi tiết ý c là hàm hằng .
Đáp số. a) ; b) ; c) ; d) với
Sai lầm thường gặp. Ý d hay bị viết thành điều kiện rồi loại luôn những làm tử bằng không, chẳng hạn loại . Thử lại tại : tử bằng , mẫu bằng nên thương bằng và căn vẫn có nghĩa, . Điều kiện đúng là thương kèm mẫu khác không.
🚀 Mở rộng. Đổi ý d thành thì tử là , mẫu chỉ bằng không khi , nên tập xác định là bỏ đi các điểm .
Bài 2 · 1.17★★★Trang 17— Tìm giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của hàm số lượng giác
Tìm giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của các hàm số sau: a) ; b) ; c) ; d) .
Kiến thức cần nhớ
  • Với mọi thì và , do đó .
  • Công thức hạ bậc dùng để gộp và về một hàm duy nhất.
  • Công thức gộp với thoả và .
  • Hàm hoặc có giá trị lớn nhất và nhỏ nhất .
🧠 Phân tích tư duy
Cả bốn ý đều quy về việc chặn đúng một đại lượng lượng giác giữa hai số, nên việc đầu tiên là nhận ra đại lượng nào thực sự biến thiên. Ý c có cả và nên buộc phải hạ bậc để chỉ còn một hàm, giữ nguyên hai hàm khác nhau là chặn sai ngay. Bẫy nằm ở ý b: tập xác định chỉ gồm những có nên chạy trong đoạn từ đến chứ không phải từ đến .
1Cách 1. Chặn trực tiếp từ miền giá trị của sin và cos

Định hướng. Tìm đoạn biến thiên của đại lượng lượng giác rồi nhân và cộng để suy ra đoạn biến thiên của .

a)
khi , tức ; khi , tức
b) hàm số xác định khi , lúc đó
khi , tức ; khi , tức
c)
nên
d)

Vậy a) giá trị nhỏ nhất và lớn nhất ; b) nhỏ nhất và lớn nhất ; c) nhỏ nhất và lớn nhất ; d) nhỏ nhất và lớn nhất .

Hình minh hoạ lời giải
Đồ thị y = 2 + 3|cosx| nằm trọn trong dải giữa hai đường nét đứt y = 2 và y = 5
2Cách 2. Đặt ẩn phụ rồi khảo sát hàm bậc nhất trên đoạn

Định hướng. Mỗi ý chỉ chứa một đại lượng lượng giác, đặt nó làm ẩn phụ thì bài toán thành tìm giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của một hàm bậc nhất trên một đoạn.

a) đặt với , khi đó đồng biến trên
và
b) đặt với , khi đó đồng biến trên
và
c) đặt với , khi đó đồng biến
và
d) đặt , từ và

Vậy bốn cặp giá trị lớn nhất và nhỏ nhất vẫn là , , và ; riêng ý d cách bình phương tránh hẳn việc phải nhớ công thức gộp.

3Cách 3. Đưa về một hàm lượng giác duy nhất rồi đọc trục dao động và biên độ

Định hướng. Viết mỗi hàm thành trục dao động cộng biên độ nhân một hàm lượng giác, khi đó hai giá trị cần tìm chính là hai mức biên của dải.

a) có trục , phần dao động không âm và lớn nhất bằng
đồ thị nằm trọn trong dải từ đến và chạm cả hai biên
b) có trục , phần dao động không âm và lớn nhất bằng
đồ thị nằm trong dải từ đến
c) có trục và biên độ
và
d) có trục và biên độ
và

Vậy cách nhìn theo trục dao động và biên độ cho ý c với ý d ra đáp số chỉ trong một dòng, vì mọi hàm dạng đều có giá trị lớn nhất và nhỏ nhất .

⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 3 cho ý c và ý d vì sau khi gộp về một hàm lượng giác thì đáp số đọc ngay ra từ trục dao động và biên độ; riêng ý b vẫn nên theo Cách 1 để không quên điều kiện .
Đáp số. a) , ; b) , ; c) , ; d) ,
Sai lầm thường gặp. Ý b rất hay bị làm thành rồi kết luận . Nhưng tại thì và không tồn tại, nên còn không thuộc tập xác định; giá trị nhỏ nhất thật sự là , đạt khi .
🚀 Mở rộng. Cùng phép hạ bậc, hàm luôn viết được thành nên giá trị lớn nhất và nhỏ nhất là ; thay , được đúng và .
Bài 3 · 1.18★★Trang 18— Xét tính chẵn lẻ của hàm số lượng giác
Xét tính chẵn lẻ của các hàm số sau: a) ; b) ; c) ; d) .
Kiến thức cần nhớ
  • Hàm số có tập xác định đối xứng qua gọi là chẵn nếu và gọi là lẻ nếu với mọi .
  • là hàm chẵn, còn , , và với lẻ đều là hàm lẻ.
  • Thương hoặc tích của một hàm chẵn với một hàm lẻ là hàm lẻ; tích của hai hàm cùng tính chẵn lẻ là hàm chẵn.
  • Hai đẳng thức cần dùng: và .
🔒 Đang kiểm tra quyền xem lời giải…
Bài 4 · 1.19★★★Trang 18— Xét tính tuần hoàn và tìm chu kì của hàm số lượng giác
Xét tính tuần hoàn của các hàm số sau: a) với ; b) với ; c) ; d) .
3√2−3√2xyO−π/2π/2π3π/22πT = πHai đỉnh liên tiếp cách nhau đúng π đơn vị nên chu kì của hàm số là T = π.
Kiến thức cần nhớ
  • Hàm số tuần hoàn với chu kì nếu với mọi thuộc tập xác định, và là số dương nhỏ nhất có tính chất đó.
  • và tuần hoàn với chu kì ; và tuần hoàn với chu kì .
  • Hàm có chu kì , còn có chu kì với .
  • Biến tổng thành tích: .
🔒 Đang kiểm tra quyền xem lời giải…
Bài 5 · 1.20★★Trang 18— Tìm điều kiện để một đẳng thức lượng giác đúng
Với giá trị nào của , mỗi đẳng thức sau đúng? a) ; b) ; c) ; d) .
xyO0 và 2ππ/2π3π/2MBốn điểm bị loại (dấu ×):tại 0 và π thì sinx = 0,tại π/2 và 3π/2 thì cosx = 0.Đẳng thức đúng khi điểm biểu diễn M không trùng bốn điểm đó, tức x khác kπ/2.
Kiến thức cần nhớ
  • Một đẳng thức chỉ đúng tại những làm cả hai vế cùng có nghĩa, nên bài này thực chất là bài tìm tập xác định của hai vế.
  • cần ; cần .
  • nên và là cùng một điều kiện, cho .
  • là chìa khoá để biến đổi cả bốn đẳng thức.
🔒 Đang kiểm tra quyền xem lời giải…
Bài 6 · 1.21★★★Trang 18— Dựng đồ thị hàm số lượng giác bằng phép biến hình đồ thị
Từ đồ thị hàm số , hãy vẽ các đồ thị hàm số sau: a) ; b) ; c) ; d) .
Kiến thức cần nhớ
  • Đồ thị là ảnh của đồ thị qua phép đối xứng trục .
  • Đồ thị giữ nguyên phần nằm trên và lấy đối xứng phần nằm dưới lên phía trên.
  • Đồ thị là ảnh của đồ thị qua phép dịch theo trục tung đơn vị; đồ thị là ảnh qua phép dịch theo trục hoành sang trái đơn vị khi .
  • Hai đẳng thức tiện dùng: và .
🔒 Đang kiểm tra quyền xem lời giải…
Bài 7 · 1.22★★Trang 18— Đọc nghiệm và dấu của hàm số lượng giác trên một đoạn
Từ đồ thị hàm số , hãy xác định các giá trị của trên đoạn sao cho: a) ; b) .
xyO−3π/2−π−π/2π/2π3π/22π5π/21−1
Kiến thức cần nhớ
  • khi và chỉ khi với .
  • khi và chỉ khi , tức khi điểm biểu diễn nằm ở nửa trên của đường tròn lượng giác.
  • Trên đồ thị, nghiệm của là hoành độ các giao điểm với trục hoành, còn ứng với các khoảng đồ thị nằm phía trên trục hoành.
  • Khi đề giới hạn trên một đoạn thì phải cắt tập nghiệm tổng quát theo đoạn đó và xét riêng hai đầu mút.
🔒 Đang kiểm tra quyền xem lời giải…
Bài 8 · 1.23★★Trang 18— Bài toán dao động điều hoà: chu kì, tần số và biên độ
Một con lắc lò xo dao động điều hoà quanh vị trí cân bằng theo phương trình ( tính bằng centimét, tính bằng giây). a) Tìm chu kì dao động của con lắc lò xo. b) Tìm tần số dao động của con lắc, tức là số lần dao động trong một giây. c) Tìm khoảng cách giữa điểm cao nhất và điểm thấp nhất của con lắc.
tyO0,250,50,7511,2525−25(giây)(cm)T = 0,5 giâyTrong 1 giây con lắc đi đúng 2 nhịp nên tần số f = 2; hai biên cách nhau 50 cm.
Kiến thức cần nhớ
  • Dao động điều hoà có biên độ , chu kì và tần số .
  • Chu kì là khoảng thời gian ngắn nhất để vật trở lại đúng trạng thái cũ, đo được bằng khoảng cách giữa hai đỉnh liên tiếp trên đồ thị.
  • Tần số là số dao động thực hiện trong một giây, không phải tần số góc .
  • Vì nên li độ thoả , khoảng cách hai vị trí biên bằng .
🔒 Đang kiểm tra quyền xem lời giải…
Bài 9 · 1.24★★★★Trang 19— Bài toán thực tế dùng hàm côtang và tiệm cận đứng
Hằng ngày, Mặt Trời chiếu sáng, bóng của một toà chung cư cao m in trên mặt đất, độ dài bóng của toà nhà này được tính bằng công thức , ở đó được tính bằng mét, còn là số giờ tính từ giờ sáng. a) Tính độ dài bóng của toà nhà tại các thời điểm giờ sáng, giờ trưa, giờ chiều và giờ phút chiều. b) Tại thời điểm nào thì độ dài bóng của toà nhà bằng chiều cao toà nhà? c) Bóng toà nhà sẽ như thế nào khi thời gian tiến dần đến giờ tối?
t = 0t = 12tSO236894080120(giờ)(m)69,3023,14040Nét đứt t = 0 và t = 12 là hai tiệm cận đứng: càng gần 6 giờ tối bóng càng dài ra vô hạn.Đường nằm ngang S = 40 cắt đồ thị tại t = 3 và t = 9, tức 9 giờ sáng và 3 giờ chiều.
Kiến thức cần nhớ
  • Biến đếm từ giờ sáng, nên một thời điểm giờ ứng với .
  • , , , và .
  • khi .
  • Hàm có tiệm cận đứng tại : khi thì tăng không giới hạn.
🔒 Đang kiểm tra quyền xem lời giải…

🎯 Học tiếp

📚 Cùng chương: Chương I. Hàm số lượng giác và phương trình lượng giác