Các dạng bài tập về giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của hàm số và cách giải

---

Các dạng bài tập về giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của hàm số và cách giải

Với Các dạng bài tập về giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của hàm số và cách giải Toán lớp 12 gồm đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa và bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh ôn tập, biết cách làm dạng bài tập về giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của hàm số từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Toán lớp 12.

A. LÝ THUYẾT.

1. Định nghĩa.

Giả sử hàm số f(x) xác định trên tập K (K ⊂ R) Khi đó:

a) Nếu tồn tại một điểm x₀ ∈ K sao cho f(x) ≤ f(x₀), ∀x ∈ K thì số M = f(x₀) được gọi là giá trị lớn nhất của hàm số f(x) trên K. Kí hiệu:

b) Nếu tồn tại một điểm x₀ ∈ K sao cho f(x) ≥ f(x₀), ∀x ∈ K thì số m = f(x₀) được gọi là giá trị nhỏ nhất của hàm số f(x) trên K. Kí hiệu:

2. Nhận xét.

- Như vậy để có được M (hoặc m) là giá trị lớn nhất (giá trị nhỏ nhất) của hàm số f(x) trên K ta phải chỉ ra được :

a) f(x) ≤ M (hoặc f(x) ≥ M) với mọi x ∈ K.

b) Tồn tại ít nhất một điểm x₀ ∈ K sao cho f(x₀) = M (hoặc f(x₀) = m).

- Chú ý khi nói đến giá trị lớn nhất hay giá trị nhỏ nhất của hàm số f(x) (mà không nói rõ “trên tập K’’) thì ta hiểu đó là giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất trên tập xác định của nó.

- Mỗi hàm số liên tục trên đoạn [a;b] thì đạt được giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất trên đoạn đó.

Hơn nữa:

a) Nếu hàm số f(x) đồng biến trên đoạn [a;b] thì

b) Nếu hàm số f(x) nghịch biến trên đoạn [a;b] thì

- Cho phương trình f(x) = m với y = f(x) là hàm số liên tục trên D thì phương trình có nghiệm khi

- Một hàm số có thể đồng thời đạt được giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất trên một tập K hoặc chỉ đạt được giá trị nhỏ nhất hoặc chỉ đạt được giá trị lớn nhất hoặc không tồn tại cả hai giá trị này. Chẳng hạn:

a) Xét hàm số bậc hai y = ax² + bx + c trên tập xác định K = R .

+ Khi a > 0 thì hàm số có đạt được giá trị nhỏ nhất tại đồng thời bằng giá trị cực tiểu của hàm số tại

+ Khi a < 0 thì hàm số có đạt được giá trị lớn nhất tại đồng thời bằng giá trị cực đại của hàm số tại

b) Xét trên tập K = R hàm số bậc ba y = ax³ + bx² + cx + d không tồn tại giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất.

c) Xét trên không tồn tại giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất.

d) Xét hàm số trùng phương y = ax⁴ + bx² + c trên tập xác định K = R .

+ Khi a > 0 thì hàm số đạt được giá trị nhỏ nhất đồng thời bằng giá trị cực tiểu của hàm số.

+ Khi a < 0 thì hàm số đạt được giá trị lớn nhất đồng thời bằng giá trị cực đại của hàm số.

B. CÁC DẠNG BÀI TẬP THƯỜNG GẶP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI.

Dạng 1. Tìm GTLN, GTNN của hàm số trên 1 đoạn.

1. Phương pháp giải.

Phương pháp: Cho hàm số y = f(x) xác định và liên tục trên [a,b] .

Bước 1. Tính đạo hàm f'(x) .

Bước 2. Tìm tất cả các nghiệm x_i ∈ [a,b] của phương trình f'(x) = 0 và tất cả các điểm α_i ∈ [a,b] làm cho f'(x) không xác định.

Bước 3. Tính f(a), f(b), f(x_i), f(α_i).

Bước 4. So sánh các giá trị tính được và kết luận

Lưu ý:

- Đối với bài toán tìm GTLN, GTNN trên khoảng, nửa đoạn làm tương tự.

- Trong trường hợp trên khoảng đó không tồn tại giá trị f’(x) = 0 hoặc không xác định thì kết luận không tìm được GTLN, GTNN trên khoảng đó.

- Đối với bài toán xét trên cả tập xác định, tham khảo phần A.5 Lý thuyết.

2. Ví dụ minh hoạ.

Ví dụ 1. Giá trị nhỏ nhất của hàm số f(x) = x⁴ - 10x² - 2 trên đoạn [0;9] bằng:

A. -2 . B. -11. C. -26 . D. -27 .

Lời giải

Ta có f'(x) = 4x³ - 20x

f(0) = -2; f(√5) = -27; f(9) = 5749 .

Vậy

Chọn D.

Ví dụ 2. Trên đoạn [-2;1], hàm số y = x³ - 3x² - 1 đạt giá trị lớn nhất tại điểm:

A. x = -2. B. x = 0 . C. x = -1 . D. x = 1 .

Lời giải

Đặt y = f(x) = x³ – 3x² – 1

Ta có Ta đang xét trên đoạn [-2;1] nên loại x = 2

Ta có f(-2) = -21; f(0) = -1; f(1) = -3. Do đó giá trị lớn nhất của hàm số trên đoạn [-2;1] là –1, tại x = 0.

Chọn B.

Ví dụ 3. Tìm giá trị lớn nhất M của hàm số

A. M = 0 B. M = - √2 C. M = √2 D.

Lời giải

TXĐ: D = [1;3] Đặt

Khi đó, bài toán trở thành ''Tìm giá trị lớn nhất của hàm số g(t) = -t² + t + 2 trên đoạn [√2;2]''.

Xét hàm số g(t) = -t² + t + 2 xác định và liên tục trên [√2;2]

Đạo hàm g'(t) = -2t + 1 < 0,∀t ∈ (√2;2) .

Suy ra hàm số g(t) nghịch biến trên đoạn [√2;2]

Do đó

Chọn C.

Ta có:

Từ phép đặt ẩn phụ

Đạo hàm

Ta có

Ví dụ 4. Tìm giá trị lớn nhất M của hàm số f(x) = |-x² - 4x + 5| trên đoạn [-6;6] .

A. M = 0 B. M = 9 C. M = 55 D. M = 110

Lời giải

Xét hàm số g(x) = -x² - 4x + 5 liên tục trên đoạn [-6;6].

Đạo hàm g'(x) = -2x - 4 → g'(x) = 0 ⇔ x = -2 ∈ [-6;6]

Lại có

Ta có

Chọn C.

Lưu ý: Hàm trị tuyệt đối không âm.

Ví dụ 5. Tìm giá trị nhỏ nhất m của hàm số

A. m = -24 B. m = -12 C. m = -9 D. m = 1

Lời giải

Đặt t = cosx (-1 ≤ t ≤ 1)

Khi đó, bài toán trở thành ''Tìm giá trị nhỏ nhất của hàm số trên đoạn [-1;1] ''.

Đạo hàm

Ta có

Chọn C.

Ví dụ 6. Giá trị lớn nhất của hàm số trên đoạn [0,1] bằng:

Lời giải

Đạo hàm

Suy ra hàm số f(x) đồng biến trên

Chọn C.

3. Bài tập tự luyện.

Câu 1. Giá trị nhỏ nhất của hàm số f(x) = x³ - 21x trên đoạn [2;19] bằng:

A. 36. B. -14√7 . C. 14√7 D. -34.

Câu 2. Giá trị nhỏ nhất của hàm số f(x) = x³ - 24x trên đoạn [2;19] bằng:

A. 32√2 . B. -40. C. -32√2 . D. -45.

Câu 3. Tìm giá trị lớn nhất M của hàm số y = x⁴ - 2x² + 3 trên đoạn [0;√3] :

A. 3. B. -6. C. 10. D. 6.

Câu 4. Tìm giá trị nhỏ nhất m của hàm số y = x⁴ - x² + 13 trên đoạn [0;4]:

Câu 5. Tìm giá trị nhỏ nhất m của trên đoạn .

Câu 6. Gọi lần lượt là giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của hàm số f(x) = 2x³ + 3x² - 1 trên đoạn . Tính P = M - N .

A. P = -5 . B. P = 1 . C. P = 4. D. P = 5.

Câu 7. Xét hàm số trên đoạn [-1,1]. Mệnh đề nào sau đây đúng?

A. Hàm số đồng biến trên đoạn [-1,1] .

B. Hàm số có cực trị trên khoảng (-1,1) .

C. Hàm số không có giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất trên đoạn [-1,1] .

D. Hàm số có giá trị nhỏ nhất bằng 1 khi x = 1, giá trị lớn nhất bằng √7 khi x = - 1.

Câu 8. Khi tìm giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của hàm số , một học sinh làm như sau:

(1). Tập xác định D = [-1,4] và

(2). Hàm số không có đạo hàm tại x = -1; x = 4 và ∀x ∈ (-1;4) : y' = 0 ⇔ .

(3). Kết luận: Giá trị lớn nhất của hàm số bằng khi và giá trị nhỏ nhất bằng 0 khi x = -1; x = 4.

Cách giải trên:

A. Sai ở bước (3). B. Sai từ bước (1).

C. Sai từ bước (2). D. Cả ba bước (1), (2), (3) đều đúng.

Câu 9. Khi tìm giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của hàm số , một học sinh làm như sau:

(1). Tập xác định: D = [-√2;√2] và

(2).

(3). Kết luận: Giá trị lớn nhất của hàm số bằng 2 khi x = 1 và giá trị nhỏ nhất bằng -√2 khi x = -√2.

Cách giải trên:

A. Sai từ bước (1). B. Sai từ bước (2).

C. Sai ở bước (3). D. Cả ba bước (1), (2), (3) đều đúng

Câu 10. Tìm giá trị nhỏ nhất của hàm số trên đoạn [2;4].

Câu 11. Giá trị lớn nhất của hàm số f(x) = |x² - 3x + 2| - x trên đoạn [-4;4] bằng:

A. 2. B. 17. C. 34. D. 68.

Câu 12. Trên nửa khoảng [0;+∞), hàm số f(x) = x³ + x - cosx - 4 :

A. Có giá trị lớn nhất là - 5, không có giá trị nhỏ nhất.

B. Không có giá trị lớn nhất, có giá trị nhỏ nhất là - 5.

C. Có giá trị lớn nhất là -5, giá trị nhỏ nhất là - 5.

D. Không có giá trị lớn nhất, không có giá trị nhỏ nhất.

Câu 13. Hàm số nào sau đây không có giá trị nhỏ nhất và giá trị lớn nhất trên [-2;2]

A. y = x³ + 2 . B. y = x⁴ + x² . C. D. y = -x + 1 .

Câu 14. Biết rằng hàm số f(x) = x³ - 3x² - 9x + 28 đạt giá trị nhỏ nhất trên đoạn [0;4] tại x₀. Tính P = x₀ + 2018

A. P = 3 B. P = 2019 C. P = 2021 D. P = 2018

Câu 15. Tìm giá trị nhỏ nhất của hàm số trên đoạn [2;4].

Câu 16. Tập giá trị của hàm số với x ∈ [2;4] là đoạn [a,b]. Tính P = b - a .

Câu 17. Cho hàm số . Tìm giá trị lớn nhất M và giá trị nhỏ nhất m của hàm số trên đoạn [0;1]

A. M = √2; m = 1 B. M = 2; m = 1

C. M = 1; m = -2 D. M = 2; m = √2

Câu 18. Cho hàm số y = f(x) và có bảng biến thiên trên [-5;7) như sau:

Mệnh đề nào sau đây là đúng?

A. và hàm số không đạt giá trị lớn nhất trên [-5;7) .

B.

C.

D.

Câu 19. Cho hàm số y = f(x) có đồ thị trên đoạn [-2;4] như hình vẽ. Tìm giá trị lớn nhất M của hàm số y = |f(x)| trên đoạn [-2;4]

A. M = 2 C. M = 3

B. M = |f(0)| D. M = 1

Câu 20. Cho hàm số y = f(x) xác định và liên tục trên R, có đồ thị như hình vẽ bên. Tìm giá trị nhỏ nhất m và giá trị lớn nhất M của hàm số y = f(x) trên đoạn [-2;2].

A. m = -5; M = 0 C. m = -1; M = 0

B. m = -5; M = -1 D. m = -2; M = 2

Câu 21. Tìm giá trị lớn nhất M của hàm số

Câu 22. Tìm giá trị lớn nhất M của hàm số f(x) = sin³x + cos2x + sinx + 3.

A. M = 0 B. M = 5 C. M = 4 D. M =

Câu 23. Cho hàm số y = f(x) xác định, liên tục trên R và có bảng biến thiên như sau:

Khẳng định nào sau đây là đúng ?

A. Hàm số có đúng một cực trị.

B. Hàm số có giá trị cực tiểu bằng 1.

C. Hàm số có giá trị lớn nhất bằng 0 và giá trị nhỏ nhất bằng -1.

D. Hàm số đạt cực đại tại x = 0 và đạt cực tiểu tại x = 1 .

Câu 24. Tìm giá trị thực của tham số a để hàm số f(x) = -x³ - 3x² + a có giá trị nhỏ nhất trên đoạn [-1;1] bằng 0

A. a = 2 B. a = 6. C. a = 0 D. a = 4.

Câu 25. Giá trị lớn nhất của hàm số trên [0;1] bằng:

Câu 26. Cho hàm số f(x) = x³ + (m² + 1)x + m² -2 với m là tham số thực. Tìm tất cả các giá trị của m để hàm số có giá trị nhỏ nhất trên đoạn [0;2] bằng 7

A. m = ±1 . B. m = ±√7. C. m = ±√2 . D. m = ±3.

Câu 27. Cho hàm số (với m là tham số thực) thỏa mãn . Mệnh đề nào dưới đây là đúng?

A. 3 < m ≤ 4 B. 1 ≤ m < 3 C. m > 4 D. m < -1

Câu 28. Cho hàm số (m là tham số thực) thoả mãn . Mệnh đề nào dưới đây đúng ?

A. m = 1. B. m = 5. C. m = 3. D. m = 2.

Câu 29. Tìm các giá trị của tham số m để giá trị nhỏ nhất của hàm số trên đoạn [0;1] bằng - 2?

Câu 30. Cho hàm số với m là tham số thực. Tìm tất cả các giá trị của m > 1 để hàm số có giá trị lớn nhất trên đoạn [0;4] nhỏ hơn 3

A. m ∈ (1;3) B. m ∈ (1;3√5 - 4) C. m ∈ (1;√5) D. m ∈ (1;3]

Đáp án

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
B	C	D	A	D	D	D	D	D	A	C	B	C	C	A
16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
D	B	A	C	B	A	D	D	D	C	D	C	B	D	C

Dạng 2. Ứng dụng GTLN, GTNN của hàm số vào bài toán thực tế.

1. Phương pháp giải:

Bước 1: Từ các điều kiện của bài toán xây dựng hàm số.

Bước 2: Tìm tập xác định của hàm số.

Bước 3: Tìm giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của hàm số vừa xây dựng trên tập xác định của nó phù hợp với yêu cầu bài toán.

Bước 4: Kết luận.

2. Ví dụ minh hoạ.

Ví dụ 1. Trong tất cả các hình chữ nhật có cùng diện tích thì hình chữ nhật có chu vi nhỏ nhất bằng bao nhiêu?

A. 2√S . B. 4√S. C. 2S . D. 4S.

Lời giải

Gọi a,b > 0 lần lượt là chiều dài và chiều rộng của hình chữ nhật cần tìm.

Diện tích của hình chữ nhật: S = ab.

Chu vi hình chữ nhật:

Khảo sát hàm trên (0;+∞) , ta được min f(a) = 4√S khi a = √S.

Chọn B.

Cách 2. Ta có P = 2(a+b) ≥ 2.2√ab = 4√ab = 4√S. Dấu ''='' xảy ra ⇔ a = b .

Ví dụ 2. Một mảnh vườn hình chữ nhật có diện tích 961cm², người ta muốn mở rộng thêm 4 phần đất sao cho tạo thành hình tròn ngoại tiếp mảnh vườn. Biết tâm hình tròn trùng với tâm của hình chữ nhật (xem hình minh họa). Tính diện tích nhỏ nhất S_min của 4 phần đất được mở rộng.

A. S_min = 961π - 961(m²) C. S_min = 1892π - 946(m²)

B. S_min = 1922π - 961(m²) D. S_min = 480,5π - 961(m²)

Lời giải

Gọi x(m), y(m) ( x > 0, y > 0) lần lượt là hai kích thước mảnh vườn hình chữ nhật; R(m) là bán kính hình tròn ngoại tiếp mảnh vườn

Theo đề bài, ta có xy = 961m² .

Diện tích 4 phần đất mở rộng: S = S_tron - S_ABCD = πR² - xy

Chọn D.

Nhận xét. Dấu '' = '' xảy ra khi ABCD là hình vuông. Nếu phát hiện đều này thì làm trắc nghiệm rất nhanh.

3. Bài tập vận dụng.

Câu 1. Trong tất cả các hình chữ nhật có cùng chu vi bằng 16cm thì hình chữ nhật có diện tích lớn nhất bằng:

A. 36cm². B. 20cm². C. 16cm². D. 30cm².

Câu 2. Cho một tấm nhôm hình vuông cạnh 12cm. Người ta cắt ở bốn góc của tấm nhôm đó bốn hình vuông bằng nhau, mỗi hình vuông có cạnh bằng x(cm), rồi gập tấm nhôm lại như hình vẽ dưới đây để được một cái hộp không nắp. Tìm x để hộp nhận được có thể tích lớn nhất.

A. x = 6 . B. x = 3. C. x = 2. D. x = 4.

Câu 3. Tính diện tích lớn nhất S_max của hình chữ nhật nội tiếp trong nửa đường tròn có bán kính 10cm, biết một cạnh của hình chữ nhật nằm dọc theo đường kính của đường tròn.

A. S_max = 80cm² B. S_max = 100cm²

C. S_max = 160cm² D. S_max = 200cm²

Câu 4. Một ngọn hải đăng đặt ở vị trí A cách bờ biển một khoảng AB = 5km. Trên bờ biển có một cái kho ở vị trí C cách B một khoảng là 7km. Người canh hải đăng có thể chèo đò từ A đến vị trí M trên bờ biển với vận tốc 4km/h rồi đi bộ đến C với vận tốc 6km/h. Vị trí của điểm M cách B một khoảng gần nhất với giá trị nào sau đây để người đó đến kho nhanh nhất?

A. 3,0km B. 7,0km

C. 4,5km D. 2,1km

Câu 5. Một sợi dây kim loại dài 60cm được cắt thành hai đoạn. Đoạn dây thứ nhất uốn thành hình vuông cạnh a, đoạn dây thứ hai uốn thành đường tròn bán kính r. Để tổng diện tích của hình vuông và hình tròn nhỏ nhất thì tỉ số bằng:

Câu 6. Một mảnh giấy hình chữ nhật có chiều dài 12cm và chiều rộng 6cm. Thực hiện thao tác gấp góc dưới bên phải sao cho đỉnh được gấp nằm trên cạnh chiều dài còn lại. Hỏi chiều dài L tối thiểu của nếp gấp là bao nhiêu?

Đáp án

1	2	3	4	5	6
C	C	B	C	B	B