I. Giới Thiệu Về Đạo Hàm Hàm Lượng Giác
Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
- 1. Hàm lượng giác là gì?
- 2. Tại sao cần học đạo hàm hàm lượng giác?
- 3. Nội dung bài viết
- II. Bảng Công Thức Đạo Hàm Lượng Giác Cơ Bản
- 1. Công thức đạo hàm 4 hàm lượng giác chính
- Giải thích chi tiết từng công thức:
- 2. Mẹo nhớ công thức
- 3. Sơ đồ tư duy
- III. Chứng Minh Công Thức Đạo Hàm
- 1. Chứng minh $(\sin x)' = \cos x$
- 2. Chứng minh $(\cos x)' = -\sin x$
- 3. Chứng minh $(\tan x)' = \frac{1}{\cos^2 x}$
- 4. Chứng minh $(\cot x)' = -\frac{1}{\sin^2 x}$
- IV. Đạo Hàm Hàm Lượng Giác Hợp
- 1. Công thức tổng quát
- 2. Các dạng thường gặp
- 3. Bảng tổng hợp đạo hàm các dạng đặc biệt
- V. Đạo Hàm Hàm Lượng Giác Ngược
- 1. Bảng công thức đạo hàm hàm lượng giác ngược
- 2. Đặc điểm các công thức
- 3. Đạo hàm hàm lượng giác ngược hợp
- 4. Mối liên hệ giữa các hàm lượng giác ngược
- VI. Các Dạng Bài Tập Thường Gặp
- Dạng 1: Tính đạo hàm trực tiếp
- Dạng 2: Đạo hàm tích, thương hàm lượng giác
- Dạng 3: Đạo hàm hàm hợp phức tạp
- Dạng 4: Tìm đạo hàm tại một điểm
- Dạng 5: Giải phương trình chứa đạo hàm
- Dạng 6: Ứng dụng đạo hàm
- VII. Mẹo Và Lưu Ý
- 1. Các sai lầm thường gặp
- 2. Mẹo tính nhanh
- 3. Lưu ý quan trọng
- 4. Phương pháp học hiệu quả
- VIII. Kết Luận
- Tổng kết
- Tầm quan trọng
- Lời khuyên cho người học
- Lời kết
1. Hàm lượng giác là gì?
Hàm lượng giác là những hàm số đặc biệt được xây dựng dựa trên mối quan hệ giữa các cạnh và góc trong tam giác vuông. Trong toán học, chúng ta thường gặp 6 hàm lượng giác cơ bản:
Các hàm lượng giác cơ bản:
- sin x (sine – sin): tỉ số giữa cạnh đối và cạnh huyền
- cos x (cosine – cosin): tỉ số giữa cạnh kề và cạnh huyền
- tan x (tangent – tang): tỉ số giữa cạnh đối và cạnh kề, hoặc $\tan x = \frac{\sin x}{\cos x}$
- cot x (cotangent – cotang): nghịch đảo của tan, $\cot x = \frac{\cos x}{\sin x}$
- sec x (secant): $\sec x = \frac{1}{\cos x}$
- csc x (cosecant): $\csc x = \frac{1}{\sin x}$
Mối liên hệ giữa các hàm lượng giác:
- $\sin^2 x + \cos^2 x = 1$ (công thức Pythagore lượng giác)
- $\tan x = \frac{\sin x}{\cos x}$
- $\cot x = \frac{1}{\tan x} = \frac{\cos x}{\sin x}$
- $1 + \tan^2 x = \frac{1}{\cos^2 x}$
- $1 + \cot^2 x = \frac{1}{\sin^2 x}$
Đồ thị của các hàm lượng giác đều có tính chất tuần hoàn, trong đó sin x và cos x có chu kỳ $2\pi$, còn tan x và cot x có chu kỳ $\pi$.
2. Tại sao cần học đạo hàm hàm lượng giác?
Đạo hàm hàm lượng giác không chỉ là một phần quan trọng trong chương trình Toán học mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn:
Ứng dụng trong vật lý:
- Dao động điều hòa: Chuyển động của con lắc, lò xo được mô tả bởi hàm sin hoặc cos. Vận tốc và gia tốc chính là đạo hàm bậc nhất và bậc hai của li độ
- Sóng: Sóng âm, sóng điện từ đều có dạng hàm lượng giác
- Quang học: Mô tả hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ ánh sáng
Ứng dụng trong kỹ thuật:
- Xử lý tín hiệu: Biến đổi Fourier sử dụng hàm sin và cos để phân tích tín hiệu
- Điện xoay chiều: Dòng điện và điện áp xoay chiều có dạng hàm sin
- Cơ khí: Tính toán chuyển động quay, dao động của máy móc
Ứng dụng trong toán học:
- Khảo sát hàm số: Tìm cực trị, điểm uốn của hàm lượng giác
- Tích phân: Đạo hàm và tích phân là hai phép toán ngược nhau
- Giải phương trình vi phân: Nhiều phương trình có nghiệm là hàm lượng giác
Trong kỳ thi THPT Quốc gia: Đạo hàm hàm lượng giác là một trong những chủ đề xuất hiện thường xuyên nhất, chiếm khoảng 15-20% số câu hỏi phần Giải tích. Nắm vững kiến thức này giúp bạn tự tin giải quyết nhiều dạng bài từ cơ bản đến nâng cao.
3. Nội dung bài viết
Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn:
- Công thức đạo hàm 4 hàm lượng giác cơ bản (sin, cos, tan, cot)
- Chứng minh chi tiết các công thức (dành cho ai muốn hiểu sâu)
- Đạo hàm hàm lượng giác hợp với nhiều dạng khác nhau
- Đạo hàm hàm lượng giác ngược (arcsin, arccos, arctan, arccot)
- 6 dạng bài tập thường gặp kèm lời giải mẫu chi tiết
- Mẹo nhớ công thức và các lưu ý quan trọng
II. Bảng Công Thức Đạo Hàm Lượng Giác Cơ Bản
1. Công thức đạo hàm 4 hàm lượng giác chính
Bảng tổng hợp:
| Hàm số | Đạo hàm | Điều kiện |
|---|---|---|
| $\sin x$ | $\cos x$ | $x \in \mathbb{R}$ |
| $\cos x$ | $-\sin x$ | $x \in \mathbb{R}$ |
| $\tan x$ | $\frac{1}{\cos^2 x} = \sec^2 x$ | $x \neq \frac{\pi}{2} + k\pi$ |
| $\cot x$ | $-\frac{1}{\sin^2 x} = -\csc^2 x$ | $x \neq k\pi$ |
Giải thích chi tiết từng công thức:
a) Đạo hàm sin x:
$$(\sin x)’ = \cos x$$
Đặc điểm:
- Dấu không đổi (dương → dương)
- sin biến thành cos
- Ví dụ: Tại $x = 0$: $\sin 0 = 0$, độ dốc là $\cos 0 = 1$ (dương)
Ý nghĩa hình học: Khi hàm sin x đang tăng (ví dụ từ 0 đến $\pi/2$), đạo hàm cos x dương, cho thấy hàm đang có xu hướng tăng. Khi sin x đạt cực đại tại $x = \pi/2$, thì $\cos(\pi/2) = 0$, tức là độ dốc bằng 0.
b) Đạo hàm cos x:
$$(\cos x)’ = -\sin x$$
Đặc điểm:
- Dấu đổi (dương → âm)
- cos biến thành sin, có thêm dấu trừ
- Ví dụ: Tại $x = 0$: $\cos 0 = 1$, độ dốc là $-\sin 0 = 0$
Ý nghĩa hình học: Hàm cos x giảm từ x = 0 (nơi có giá trị lớn nhất là 1), nên đạo hàm phải âm. Tại $x = 0$, $-\sin 0 = 0$ vì đây là điểm cực đại (độ dốc bằng 0).
c) Đạo hàm tan x:
$$(\tan x)’ = \frac{1}{\cos^2 x}$$
Đặc điểm:
- Mẫu là bình phương của cos (chính hàm số ở mẫu của tan)
- Luôn dương vì có bình phương
- Điều kiện: $\cos x \neq 0$ ⇒ $x \neq \frac{\pi}{2} + k\pi$
Giải thích: Hàm tan x luôn tăng trên mỗi khoảng xác định của nó, nên đạo hàm luôn dương. Khi x tiến đến $\pi/2$, cos x tiến đến 0, nên đạo hàm tiến đến vô cùng, phù hợp với việc tan x có tiệm cận đứng tại các điểm này.
d) Đạo hàm cot x:
$$(\cot x)’ = -\frac{1}{\sin^2 x}$$
Đặc điểm:
- Mẫu là bình phương của sin (chính hàm số ở mẫu của cot)
- Có dấu trừ (luôn âm)
- Điều kiện: $\sin x \neq 0$ ⇒ $x \neq k\pi$
Giải thích: Hàm cot x luôn giảm trên mỗi khoảng xác định, nên đạo hàm luôn âm. Tại các điểm $x = k\pi$, hàm cot x có tiệm cận đứng.
2. Mẹo nhớ công thức
🎯 Khẩu quyết 1: “Sin Cos không đổi, Cos Sin đổi dấu”
- $\sin x \to \cos x$ (không đổi dấu)
- $\cos x \to -\sin x$ (đổi dấu)
🎯 Khẩu quyết 2: “Tan Cot mẫu bình phương, Cot có âm Tan không âm”
- $\tan x \to \frac{1}{\cos^2 x}$ (dương)
- $\cot x \to -\frac{1}{\sin^2 x}$ (âm)
🎯 Quy luật chung:
- Hàm bắt đầu bằng “co-” (cos, cot) → đạo hàm có dấu trừ
- Hàm không có “co-” (sin, tan) → đạo hàm không có dấu trừ
🎯 Mẹo nhớ mẫu số:
- Đạo hàm của tan x có mẫu là $\cos^2 x$ (chính là mẫu trong định nghĩa $\tan x = \frac{\sin x}{\cos x}$)
- Đạo hàm của cot x có mẫu là $\sin^2 x$ (chính là mẫu trong định nghĩa $\cot x = \frac{\cos x}{\sin x}$)
3. Sơ đồ tư duy
sin -----(không đổi dấu)----> cos
↑ ↓
| (đổi dấu)
| ↓
tan <---(không đổi dấu)---- -sin
↓
1/cos²x (luôn dương)
cos -----(đổi dấu)----> -sin
↑ ↓
cot (chu trình)
↓
-1/sin²x (luôn âm)
III. Chứng Minh Công Thức Đạo Hàm
(Phần này có thể bỏ qua nếu học sinh chỉ cần biết công thức)
1. Chứng minh $(\sin x)’ = \cos x$
Sử dụng định nghĩa đạo hàm và công thức lượng giác:
$$(\sin x)’ = \lim_{h \to 0} \frac{\sin(x+h) – \sin x}{h}$$
Áp dụng công thức: $\sin(a+b) = \sin a \cos b + \cos a \sin b$
$$= \lim_{h \to 0} \frac{\sin x \cos h + \cos x \sin h – \sin x}{h}$$
$$= \lim_{h \to 0} \left[\sin x \cdot \frac{\cos h – 1}{h} + \cos x \cdot \frac{\sin h}{h}\right]$$
Sử dụng giới hạn đặc biệt:
- $\lim_{h \to 0} \frac{\sin h}{h} = 1$
- $\lim_{h \to 0} \frac{\cos h – 1}{h} = 0$
$$= \sin x \cdot 0 + \cos x \cdot 1 = \cos x$$
Vậy: $(\sin x)’ = \cos x$ ✓
2. Chứng minh $(\cos x)’ = -\sin x$
Tương tự, sử dụng định nghĩa và công thức:
$$(\cos x)’ = \lim_{h \to 0} \frac{\cos(x+h) – \cos x}{h}$$
Áp dụng công thức: $\cos(a+b) = \cos a \cos b – \sin a \sin b$
$$= \lim_{h \to 0} \frac{\cos x \cos h – \sin x \sin h – \cos x}{h}$$
$$= \lim_{h \to 0} \left[\cos x \cdot \frac{\cos h – 1}{h} – \sin x \cdot \frac{\sin h}{h}\right]$$
$$= \cos x \cdot 0 – \sin x \cdot 1 = -\sin x$$
Vậy: $(\cos x)’ = -\sin x$ ✓
3. Chứng minh $(\tan x)’ = \frac{1}{\cos^2 x}$
Sử dụng: $\tan x = \frac{\sin x}{\cos x}$
Áp dụng quy tắc đạo hàm thương:
$$(\tan x)’ = \left(\frac{\sin x}{\cos x}\right)’ = \frac{(\sin x)’ \cdot \cos x – \sin x \cdot (\cos x)’}{\cos^2 x}$$
$$= \frac{\cos x \cdot \cos x – \sin x \cdot (-\sin x)}{\cos^2 x}$$
$$= \frac{\cos^2 x + \sin^2 x}{\cos^2 x} = \frac{1}{\cos^2 x}$$
Vậy: $(\tan x)’ = \frac{1}{\cos^2 x}$ ✓
4. Chứng minh $(\cot x)’ = -\frac{1}{\sin^2 x}$
Tương tự với tan x, từ $\cot x = \frac{\cos x}{\sin x}$
Áp dụng quy tắc đạo hàm thương:
$$(\cot x)’ = \frac{(\cos x)’ \cdot \sin x – \cos x \cdot (\sin x)’}{\sin^2 x}$$
$$= \frac{-\sin x \cdot \sin x – \cos x \cdot \cos x}{\sin^2 x}$$
$$= \frac{-\sin^2 x – \cos^2 x}{\sin^2 x} = \frac{-1}{\sin^2 x}$$
Vậy: $(\cot x)’ = -\frac{1}{\sin^2 x}$ ✓
IV. Đạo Hàm Hàm Lượng Giác Hợp
1. Công thức tổng quát
Khi có hàm hợp $u(x)$, áp dụng quy tắc chuỗi:
| Hàm hợp | Đạo hàm |
|---|---|
| $\sin u$ | $u’ \cdot \cos u$ |
| $\cos u$ | $-u’ \cdot \sin u$ |
| $\tan u$ | $\frac{u’}{\cos^2 u}$ |
| $\cot u$ | $-\frac{u’}{\sin^2 u}$ |
Quy tắc nhớ: Đạo hàm hàm hợp = (đạo hàm ngoài) × (đạo hàm trong)
2. Các dạng thường gặp
Dạng 1: Hàm lượng giác của (ax + b)
Công thức:
- $(\sin(ax + b))’ = a \cos(ax + b)$
- $(\cos(ax + b))’ = -a \sin(ax + b)$
- $(\tan(ax + b))’ = \frac{a}{\cos^2(ax + b)}$
Ví dụ:
- $(\sin 3x)’ = 3\cos 3x$
- $(\cos 2x)’ = -2\sin 2x$
- $(\tan 5x)’ = \frac{5}{\cos^2 5x}$
- $(\sin(2x + \pi/3))’ = 2\cos(2x + \pi/3)$
Dạng 2: Hàm lượng giác của đa thức
Ví dụ 1: $\sin(x^2)$
- Đặt $u = x^2$, $u’ = 2x$
- $(\sin x^2)’ = 2x \cos(x^2)$
Ví dụ 2: $\cos(x^3 + 2x)$
- Đặt $u = x^3 + 2x$, $u’ = 3x^2 + 2$
- $[\cos(x^3 + 2x)]’ = -(3x^2 + 2)\sin(x^3 + 2x)$
Ví dụ 3: $\tan(\sqrt{x})$
- Đặt $u = \sqrt{x}$, $u’ = \frac{1}{2\sqrt{x}}$
- $[\tan(\sqrt{x})]’ = \frac{1}{2\sqrt{x} \cos^2(\sqrt{x})}$
Dạng 3: Lũy thừa của hàm lượng giác
Công thức:
- $(\sin^n x)’ = n \sin^{n-1} x \cdot \cos x$
- $(\cos^n x)’ = -n \cos^{n-1} x \cdot \sin x$
Ví dụ:
- $(\sin^2 x)’ = 2\sin x \cos x = \sin 2x$
- $(\cos^3 x)’ = -3\cos^2 x \sin x$
- $(\sin^4 x)’ = 4\sin^3 x \cos x$
- $(\tan^2 x)’ = 2\tan x \cdot \frac{1}{\cos^2 x} = \frac{2\tan x}{\cos^2 x}$
Dạng 4: Tích và thương của hàm lượng giác
Ví dụ 1: $(\sin x \cdot \cos x)’$
Áp dụng quy tắc tích: $(uv)’ = u’v + uv’$
$$= \cos x \cdot \cos x + \sin x \cdot (-\sin x)$$ $$= \cos^2 x – \sin^2 x = \cos 2x$$
Ví dụ 2: $\left(\frac{\sin x}{1 + \cos x}\right)’$
Áp dụng quy tắc thương:
$$= \frac{\cos x(1 + \cos x) – \sin x \cdot (-\sin x)}{(1 + \cos x)^2}$$ $$= \frac{\cos x + \cos^2 x + \sin^2 x}{(1 + \cos x)^2}$$ $$= \frac{\cos x + 1}{(1 + \cos x)^2} = \frac{1}{1 + \cos x}$$
Ví dụ 3: $(x^2 \sin x)’$
$$= 2x \sin x + x^2 \cos x$$
Dạng 5: Hàm lượng giác hợp phức tạp
Ví dụ 1: $\sin(\cos x)$
$$[\sin(\cos x)]’ = -\sin x \cdot \cos(\cos x)$$
Ví dụ 2: $\cos(\sin 2x)$
$$[\cos(\sin 2x)]’ = -2\cos 2x \cdot \sin(\sin 2x)$$
Ví dụ 3: $\tan(e^x)$
$$[\tan(e^x)]’ = \frac{e^x}{\cos^2(e^x)}$$
3. Bảng tổng hợp đạo hàm các dạng đặc biệt
| Hàm số | Đạo hàm |
|---|---|
| $\sin^2 x$ | $\sin 2x$ |
| $\cos^2 x$ | $-\sin 2x$ |
| $\tan^2 x$ | $\frac{2\tan x}{\cos^2 x}$ |
| $\sin x \cos x$ | $\cos 2x$ |
| $\frac{1}{\sin x}$ | $-\frac{\cos x}{\sin^2 x}$ |
| $\frac{1}{\cos x}$ | $\frac{\sin x}{\cos^2 x}$ |
V. Đạo Hàm Hàm Lượng Giác Ngược
1. Bảng công thức đạo hàm hàm lượng giác ngược
| Hàm số | Đạo hàm | Miền xác định | Điều kiện đạo hàm |
|---|---|---|---|
| $\arcsin x$ | $\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}$ | $[-1, 1]$ | $-1 < x < 1$ |
| $\arccos x$ | $-\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}$ | $[-1, 1]$ | $-1 < x < 1$ |
| $\arctan x$ | $\frac{1}{1+x^2}$ | $\mathbb{R}$ | $\mathbb{R}$ |
| $\text{arccot } x$ | $-\frac{1}{1+x^2}$ | $\mathbb{R}$ | $\mathbb{R}$ |
2. Đặc điểm các công thức
Nhóm arcsin và arccos:
- Cùng mẫu số: $\sqrt{1-x^2}$
- Khác dấu: arcsin (+), arccos (-)
- Cùng điều kiện: $-1 < x < 1$
Nhóm arctan và arccot:
- Cùng mẫu số: $1+x^2$
- Khác dấu: arctan (+), arccot (-)
- Không có điều kiện, xác định trên $\mathbb{R}$
Mẹo nhớ: Các hàm bắt đầu bằng “co-” (arccos, arccot) có dấu trừ
3. Đạo hàm hàm lượng giác ngược hợp
Công thức tổng quát:
| Hàm hợp | Đạo hàm |
|---|---|
| $\arcsin u$ | $\frac{u’}{\sqrt{1-u^2}}$ |
| $\arccos u$ | $-\frac{u’}{\sqrt{1-u^2}}$ |
| $\arctan u$ | $\frac{u’}{1+u^2}$ |
| $\text{arccot } u$ | $-\frac{u’}{1+u^2}$ |
Ví dụ:
a) $(\arcsin 2x)’$
- $u = 2x$, $u’ = 2$
- $(\arcsin 2x)’ = \frac{2}{\sqrt{1-4x^2}}$
b) $[\arctan(x^2)]’$
- $u = x^2$, $u’ = 2x$
- $[\arctan(x^2)]’ = \frac{2x}{1+x^4}$
c) $[\arccos(\sin x)]’$
- $u = \sin x$, $u’ = \cos x$
- $[\arccos(\sin x)]’ = -\frac{\cos x}{\sqrt{1-\sin^2 x}} = -\frac{\cos x}{|\cos x|}$
d) $\left[\arcsin\left(\frac{x}{2}\right)\right]’$
- $u = \frac{x}{2}$, $u’ = \frac{1}{2}$
- $= \frac{1/2}{\sqrt{1-x^2/4}} = \frac{1}{\sqrt{4-x^2}}$
4. Mối liên hệ giữa các hàm lượng giác ngược
Tính chất:
- $(\arcsin x)’ + (\arccos x)’ = 0$
- $(\arctan x)’ + (\text{arccot } x)’ = 0$
Ý nghĩa:
- $\arcsin x + \arccos x = \frac{\pi}{2}$ (hằng số)
- $\arctan x + \text{arccot } x = \frac{\pi}{2}$ (hằng số)
VI. Các Dạng Bài Tập Thường Gặp
Dạng 1: Tính đạo hàm trực tiếp
Bài tập mẫu 1: Tính đạo hàm của $y = \sin 3x + \cos 2x$
Lời giải:
$$y’ = (\sin 3x)’ + (\cos 2x)’$$ $$y’ = 3\cos 3x – 2\sin 2x$$
Bài tập mẫu 2: Tính đạo hàm của $y = \tan(x^2 + 1)$
Lời giải:
Đặt $u = x^2 + 1$, $u’ = 2x$
$$y’ = \frac{2x}{\cos^2(x^2 + 1)}$$
Dạng 2: Đạo hàm tích, thương hàm lượng giác
Bài tập mẫu 3: Tính đạo hàm của $y = x \sin x$
Lời giải:
Áp dụng $(uv)’ = u’v + uv’$
$$y’ = 1 \cdot \sin x + x \cdot \cos x = \sin x + x\cos x$$
Bài tập mẫu 4: Tính đạo hàm của $y = \frac{\sin x}{x}$
Lời giải:
$$y’ = \frac{x\cos x – \sin x \cdot 1}{x^2} = \frac{x\cos x – \sin x}{x^2}$$
Dạng 3: Đạo hàm hàm hợp phức tạp
Bài tập mẫu 5: Tính đạo hàm của $y = \sin^3(2x + 1)$
Lời giải:
$$y = [\sin(2x+1)]^3$$ $$y’ = 3[\sin(2x+1)]^2 \cdot [\sin(2x+1)]’$$ $$y’ = 3\sin^2(2x+1) \cdot 2\cos(2x+1)$$ $$y’ = 6\sin^2(2x+1)\cos(2x+1)$$
Bài tập mẫu 6: Tính đạo hàm của $y = e^{\sin x}$
Lời giải:
$$y’ = e^{\sin x} \cdot (\sin x)’ = e^{\sin x} \cdot \cos x$$
Dạng 4: Tìm đạo hàm tại một điểm
Bài tập mẫu 7: Cho $f(x) = \sin 2x$. Tính $f'(\pi/4)$
Lời giải:
$f'(x) = 2\cos 2x$ $f'(\pi/4) = 2\cos(2 \cdot \pi/4) = 2\cos(\pi/2) = 0$
Dạng 5: Giải phương trình chứa đạo hàm
Bài tập mẫu 8: Giải phương trình $f'(x) = 0$ với $f(x) = \sin x + \cos x$
Lời giải:
$f'(x) = \cos x – \sin x$ $\cos x – \sin x = 0$ $\cos x = \sin x$ $\tan x = 1$ $x = \frac{\pi}{4} + k\pi, \quad k \in \mathbb{Z}$
Dạng 6: Ứng dụng đạo hàm
Bài tập mẫu 9: Tìm cực trị của $f(x) = \sin x$ trên $[0, 2\pi]$
Lời giải:
$f'(x) = \cos x = 0$ $x = \frac{\pi}{2} \text{ hoặc } x = \frac{3\pi}{2}$
- $f(\pi/2) = 1$ (cực đại)
- $f(3\pi/2) = -1$ (cực tiểu)
VII. Mẹo Và Lưu Ý
1. Các sai lầm thường gặp
SAI:
- $(\sin 2x)’ = \cos 2x$ ← thiếu hệ số 2
- $(\cos^2 x)’ = -2\cos x$ ← thiếu $\sin x$
- $(\tan x)’ = \frac{1}{\sin^2 x}$ ← nhầm mẫu
ĐÚNG:
- $(\sin 2x)’ = 2\cos 2x$
- $(\cos^2 x)’ = -2\cos x \sin x = -\sin 2x$
- $(\tan x)’ = \frac{1}{\cos^2 x}$
2. Mẹo tính nhanh
Nhận dạng dạng hàm hợp:
- Luôn tìm “hàm trong” $u$ trước
- Tính $u’$
- Nhân với đạo hàm của hàm ngoài
Sử dụng công thức biến đổi:
- $\sin 2x = 2\sin x \cos x$
- $\cos 2x = \cos^2 x – \sin^2 x$
- $\sin^2 x + \cos^2 x = 1$
- $\tan x = \frac{\sin x}{\cos x}$
- $\cot x = \frac{\cos x}{\sin x}$
Kiểm tra nhanh:
- Đạo hàm sin, tan không có dấu trừ
- Đạo hàm cos, cot có dấu trừ
- Đạo hàm tan, cot luôn có mẫu số bình phương
3. Lưu ý quan trọng
Điều kiện xác định:
- $\tan x$: $\cos x \neq 0$ ⇒ $x \neq \frac{\pi}{2} + k\pi$
- $\cot x$: $\sin x \neq 0$ ⇒ $x \neq k\pi$
- $\arcsin x, \arccos x$: $-1 \leq x \leq 1$
- Đạo hàm của $\arcsin x, \arccos x$: $-1 < x < 1$ (bỏ hai đầu mút)
Đơn vị góc:
- Tất cả công thức đạo hàm lượng giác sử dụng radian, không phải độ
- Nếu đề bài cho độ, cần đổi sang radian: $180° = \pi$ rad
Chu kỳ:
- $\sin x, \cos x$: chu kỳ $2\pi$
- $\tan x, \cot x$: chu kỳ $\pi$
- Đạo hàm cũng có tính tuần hoàn tương tự
Dấu của đạo hàm:
- Đạo hàm dương → hàm số đồng biến
- Đạo hàm âm → hàm số nghịch biến
- Đạo hàm bằng 0 → có thể là cực trị hoặc điểm uốn
4. Phương pháp học hiệu quả
Bước 1: Học thuộc 4 công thức cơ bản
- $(\sin x)’ = \cos x$
- $(\cos x)’ = -\sin x$
- $(\tan x)’ = \frac{1}{\cos^2 x}$
- $(\cot x)’ = -\frac{1}{\sin^2 x}$
Bước 2: Nắm vững quy tắc hàm hợp
- Nhận biết hàm trong và hàm ngoài
- Áp dụng công thức: $(f(u))’ = f'(u) \cdot u’$
Bước 3: Luyện tập các dạng từ đơn giản đến phức tạp
- Bắt đầu với hàm lượng giác đơn giản
- Tiến đến hàm hợp, tích, thương
- Kết hợp với hàm mũ, logarit
Bước 4: Làm bài tập tổng hợp
- Kết hợp nhiều quy tắc đạo hàm
- Áp dụng vào bài toán thực tế
- Luyện đề thi THPT Quốc gia
Bước 5: Ôn tập thường xuyên
- Xem lại công thức mỗi ngày
- Làm bài tập đa dạng
- Tổng hợp sai lầm để tránh lặp lại
VIII. Kết Luận
Tổng kết
Bài viết đã hệ thống hóa đầy đủ:
4 công thức đạo hàm lượng giác cơ bản (sin, cos, tan, cot) với giải thích chi tiết
Cách chứng minh các công thức từ định nghĩa đạo hàm (dành cho người muốn hiểu sâu)
Đạo hàm hàm lượng giác hợp với 5 dạng phổ biến:
- Hàm lượng giác của $(ax + b)$
- Hàm lượng giác của đa thức
- Lũy thừa của hàm lượng giác
- Tích và thương của hàm lượng giác
- Hàm lượng giác hợp phức tạp
4 công thức đạo hàm hàm lượng giác ngược (arcsin, arccos, arctan, arccot)
6 dạng bài tập thường gặp với lời giải mẫu chi tiết:
- Tính đạo hàm trực tiếp
- Đạo hàm tích, thương
- Đạo hàm hàm hợp phức tạp
- Tìm đạo hàm tại một điểm
- Giải phương trình chứa đạo hàm
- Ứng dụng đạo hàm
Mẹo nhớ công thức và các lưu ý quan trọng giúp tránh sai sót
Tầm quan trọng
Đạo hàm hàm lượng giác là kiến thức:
Trọng tâm trong chương trình Toán 12 – Chiếm tỷ trọng lớn trong chương Đạo hàm
Xuất hiện nhiều trong đề thi THPT Quốc gia – Khoảng 15-20% câu hỏi phần Giải tích
Ứng dụng rộng trong thực tiễn:
- Vật lý: dao động, sóng, chuyển động tròn
- Kỹ thuật: xử lý tín hiệu, điện tử, cơ khí
- Khoa học: mô hình hóa các hiện tượng tuần hoàn
Nền tảng cho kiến thức cao hơn:
- Tích phân hàm lượng giác
- Phương trình vi phân
- Chuỗi Fourier
- Giải tích phức
Lời khuyên cho người học
Để học tốt đạo hàm hàm lượng giác:
- Học thuộc 4 công thức cơ bản – Đây là nền tảng cho mọi bài toán
- Nắm vững mẹo nhớ – “Sin Cos không đổi, Cos Sin đổi dấu”
- Hiểu rõ quy tắc hàm hợp – Đây là chìa khóa giải hầu hết các bài
- Luyện tập đều đặn – Mỗi ngày ít nhất 5-10 bài tập
- Chú ý điều kiện xác định – Tránh mất điểm oan trong bài thi
- Kết hợp với các quy tắc khác – Đạo hàm tích, thương, hàm hợp
- Kiểm tra kết quả – Sử dụng máy tính hoặc tính ngược lại
Những điều cần tránh:
- ❌ Học vẹt công thức mà không hiểu
- ❌ Quên nhân với đạo hàm của hàm trong
- ❌ Nhầm lẫn giữa $\sin^2 x$ và $\sin 2x$
- ❌ Bỏ qua điều kiện xác định
- ❌ Sử dụng độ thay vì radian
- ❌ Không kiểm tra lại kết quả
Lời kết
Đạo hàm hàm lượng giác tuy có nhiều công thức nhưng với phương pháp học đúng và luyện tập đều đặn, bạn hoàn toàn có thể nắm vững và áp dụng thành thạo. Hãy nhớ rằng thực hành là chìa khóa của sự thành công – học lý thuyết chỉ chiếm 20%, còn lại 80% là do luyện tập.
ThS. Nguyễn Văn An
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn Tổ Toán tại Edus
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Toán học, Thạc sĩ Lý luận & Phương pháp dạy học môn Toán, Chức danh nghề nghiệp giáo viên THPT – Hạng II, Tin học ứng dụng cơ bản, Ngoại ngữ B1, Chứng chỉ bồi dưỡng năng lực tổ trưởng chuyên môn
Kinh nghiệm: 12+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT chuyên Trần Đại Nghĩa
