Giải sách bài tập Toán lớp 10 Bài 16: Hàm số bậc hai 

Bài 6.11 trang 13 SBT Toán 10 Tập 2: Cho đồ thị của hai hàm số bậc hai như dưới đây.

Với mỗi đồ thị, hãy:

a) Tìm toạ độ đỉnh của đồ thị;

b) Tìm khoảng đồng biến và khoảng nghịch biến của hàm số:

c) Tìm giá trị lớn nhất hoặc giá trị nhỏ nhất của hàm số;

d) Tìm tập xác định và tập giá trị của hàm số.

Lời giải:

a)

Dựa vào hình vẽ ta thấy:

Hình 6.14: Tọa độ đỉnh là (3; 4)

Hình 6.15: Tọa độ đỉnh là (1; –4)

b)

Hình 6.14:

Đồ thị đi lên từ trái sang phải trong khoảng (– ∞; 3), do đó, hàm số đồng biến trên khoảng (– ∞; 3)

Đồ thị đi xuống từ trái sang phải trong khoảng (3; +∞), do đó, hàm số nghịch biến trên khoảng (3; +∞).

Hình 6.15:

Đồ thị đi lên từ trái sang phải trong khoảng (1; +∞), do đó, hàm số đồng biến trên khoảng (1; +∞)

Đồ thị đi xuống từ trái sang phải trong khoảng (–∞; 1), do đó, hàm số nghịch biến trên khoảng (–∞; 1).

c)

Hình 6.14: Hàm số không có giá trị nhỏ nhất, giá trị lớn nhất của hàm số là tung độ của đỉnh là: 4. Vậy hàm số có đồ thị như Hình 6.14 có giá trị lớn nhất là 4 tại x = 3.

Hình 6.15: Hàm số không có giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của hàm số là tung độ của đỉnh là: –4. Vậy hàm số có đồ thị như Hình 6.15 có giá trị nhỏ nhất là –4 tại x = 1.

d)

Hình 6.14:

Tập xác định: D = ℝ

Tập giá trị: T = (–∞; 4].

Hình 6.15:

Tập xác định: D = ℝ

Tập giá trị: T = [–4; +∞).

Bài 6.12 trang 14 SBT Toán 10 Tập 2: Với mỗi hàm số bậc hai cho dưới đây:

y = f(x) = –x² – x + 1; y = g(x) = x² – 8x + 8;

hãy thực hiện các yêu cầu sau:

a) Viết lại hàm số bậc hai dưới dạng y = a(x – h)² + k;

b) Tìm giá trị lớn nhất hoặc giá trị nhỏ nhất của hàm số;

c) Vẽ đồ thị của hàm số.

Lời giải:

a)

* Xét hàm số: y = f(x) = –x² – x + 1 = –(x² + x – 1)

$$\begin{gathered} =-\left(x^2+2.\frac{1}{2}.x+\frac{1}{4}-\frac{1}{4}-1\right) \\ =-\left(x^2+2.\frac{1}{2}.x+\frac{1}{4}-\frac{5}{4}\right) \\ =-{\left(x+\frac{1}{2}\right)}^2+\frac{5}{4} \end{gathered}$$

Với a = –1, h = $-\frac{1}{2}$, k = $\frac{5}{4}$.

* Xét hàm số: y = g(x) = x² – 8x + 8 = (x² – 2.4.x + 16) – 16 + 8 = (x – 4)² – 8

Với a = 1, h = 4, k = –8.

b)

- Xét hàm số: y = f(x) = –x² – x + 1 = $-{\left(x+\frac{1}{2}\right)}^2+\frac{5}{4}$

Ta có:

${\left(x+\frac{1}{2}\right)}^2\ge 0$ với mọi số thực x

$\iff -{\left(x+\frac{1}{2}\right)}^2\le 0$ với mọi số thực x

$\iff -{\left(x+\frac{1}{2}\right)}^2+\frac{5}{4}\le \frac{5}{4}$  với mọi số thực x

$\iff f\left(x\right)\le \frac{5}{4}$ với mọi số thực x

Dấu “=” xảy ra khi x = $\frac{-1}{2}$.

Vậy giá trị lớn nhất của hàm số y = f(x) là $\frac{5}{4}$ tại x = $\frac{-1}{2}$.

- Xét hàm số: y = g(x) = x² – 8x + 8 = (x – 4)² – 8

Ta có:

(x – 4)² ≥ 0 với mọi số thực x

⇔ (x – 4)² – 8 ≥ –8  với mọi số thực x

⇔ g(x) ≥ –8 

Dấu “=” xảy ra khi x = 4.

Vậy giá trị nhỏ nhất của hàm số y = g(x) là –8 tại x = 4.

c)

- Xét hàm số: y = f(x) = –x² – x + 1

Ta có a = –1 < 0 nên parabol quay bề lõm xuống dưới.

Đỉnh $I\left(-\frac{1}{2};\frac{5}{4}\right)$.

Trục đối xứng $x=-\frac{1}{2}$.

Giao điểm với Oy là (0; 1).

Điểm đối xứng với điểm (0; 1) qua trục đối xứng $x=-\frac{1}{2}$ là (–1; 1).

Vẽ đường cong đi qua các điểm trên ta được đồ thị hàm số y = f(x) như hình dưới.

- Xét hàm số: y = g(x) = x² – 8x + 8

Ta có a = 1 > 0 nên parabol quay bề lõm lên trên.

Đỉnh I(4; – 8).

Trục đối xứng x = 4.

Giao điểm với Oy là (0; 8).

Điểm đối xứng với điểm (0; 8) qua trục đối xứng x = 4 là (8; 8).

Vẽ đường cong đi qua các điểm trên ta được đồ thị hàm số y = g(x) như hình dưới.

Bài 6.13 trang 14 SBT Toán 10 Tập 2: Tìm tập xác định và tập giá trị của các hàm số bậc hai sau:

a) f(x) = –x² + 4x – 3;

b) f(x) = x² – 7x + 12.

Lời giải:

a)

Xét hàm số f(x) = –x² + 4x – 3 có tập xác định D = ℝ

Ta có:

f(x) = –x² + 4x – 3 = –(x² – 4x + 3) = –(x² – 2.2.x + 4 – 4 + 3) = –(x – 2)² + 1

Mà:

(x – 2)² ≥ 0

⇔ –(x – 2)² ≤ 0

⇔ –(x – 2)² + 1 ≤ 1

⇔ f(x) ≤ 1

Vậy tập giá trị của f(x) = –x² + 4x – 3 là: T = (–∞; 1].

b)

Xét hàm số f(x) = x² – 7x + 12 có tập xác định D = ℝ

Ta có:

f(x) = x² – 7x + 12

$$\begin{gathered} =x^2-2.\frac{7}{2}.x+\frac{49}{4}-\frac{49}{4}+12 \\ ={\left(x-\frac{7}{2}\right)}^2-\frac{1}{4} \end{gathered}$$

Mà:

${\left(x-\frac{7}{2}\right)}^2\ge 0$

$\iff {\left(x-\frac{7}{2}\right)}^2-\frac{1}{4}\ge -\frac{1}{4}$

$\iff \mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)\ge -\frac{1}{4}$

Vậy tập giá trị của hàm số f(x) = x² – 7x + 12 là: T = $\left[-\frac{1}{4};+\infty \right)$.

Bài 6.14 trang 14 SBT Toán 10 Tập 2: Tìm parabol y = ax2 + bx + 2, biết rằng parabol đó

a) đi qua hai điểm M(1; 5) và N(–2; 8);

b) đi qua điểm A(3; –4) và có trục đối xứng $x=-\frac{3}{2}$;

c) có đỉnh I(2; –2).

Lời giải:

a)

Do parabol y = ax² + bx + 2 đi qua M(1; 5) nên ta có:

a.1² + b.1 + 2 = 5 ⇔ a + b = 3 (1)

Do parabol y = ax² + bx + 2 đi qua N(–2; 8) nên ta có:

a.(–2)² + b.(–2) + 2 = 8 ⇔ 4a – 2b = 6 (2)

Từ (1) và (2) ta có:

$$\begin{gathered} \left\{\begin{array}{l}a+b=3\\ 4a-2b=6\end{array}\right. \\ \iff \left\{\begin{array}{l}a+b=3\\ 2a-b=3\end{array}\right.\iff \left\{\begin{array}{l}a=2\\ b=1\end{array}\right. \end{gathered}$$

Vậy parabol cần tìm là: y = 2x² + x + 2.

b)

Do parabol y = ax² + bx + 2 đi qua A(3; –4) nên ta có:

a.3² + b.3 + 2 = –4 ⇔ 9a + 3b = –6 (3)

Do parabol y = ax² + bx + 2 có trục đối xứng $x=-\frac{3}{2}$ nên ta có:

$\frac{-b}{2a}=-\frac{3}{2}$ ⇔ –2b = –6a ⇔ 6a – 2b = 0 (4)

Từ (3) và (4) ta có: 

$$\begin{gathered} \left\{\begin{array}{l}9a+3b=-6\\ 6a-2b=0\end{array}\right.\iff \left\{\begin{array}{l}3a+b=-2\\ 3a-b=0\end{array}\right. \\ \iff \left\{\begin{array}{l}a=-\frac{1}{3}\\ b=-1\end{array}\right. \end{gathered}$$

Vậy parabol cần tìm là: y = $-\frac{1}{3}{x}^2-x+2$.

c)

Do parabol y = ax² + bx + 2 có đỉnh I(2; –2) nên ta có:

$\frac{-b}{2a}=2$ ⇔ –b = 4a ⇔ 4a + b = 0 (5)

Và a.2² + b.2 + 2 = –2  ⇔ 4a + 2b = –4  (6)

Từ (5) và (6) ta có: $\left\{\begin{array}{l}4a+b=0\\ 4a+2b=-4\end{array}\right.\iff \left\{\begin{array}{l}a=1\\ b=-4\end{array}\right.$

Vậy parabol cần tìm là: y = x² – 4x + 2.

Bài 6.15 trang 14 SBT Toán 10 Tập 2: Tìm phương trình của parabol có đỉnh I(–1; 2) và đi qua điểm A(1; 6).

Lời giải:

Gọi phương trình của parabol là: y = ax² + bx + c (a ≠ 0).

+ Parabol có đỉnh I(–1; 2) nên ta có:

$\frac{-b}{2a}=-1$ ⇔ –b = –2a ⇔ 2a – b = 0 (1)

Và a.(–1)² + b.(–1) + c = 2  ⇔ a – b + c = 2 (2)

+ Parabol đi qua điểm A(1; 6) nên ta có:

a.1² + b.1 + c = 6  ⇔ a + b + c = 6 (3)

Lấy (3) trừ vế theo vế với (2) ta được: 2b = 4 ⇔ b = 2.

Thay b = 2 vào (1) ta có: 2a – 2 = 0 ⇔ a = 1 (t/m).

Thay a = 1 và b = 2 vào (2) ta có: 1 – 2 + c = 2 ⇔ c = 3.

Vậy phương trình của parabol cần tìm là: y = x² + 2x + 3.

Bài 6.16 trang 14 SBT Toán 10 Tập 2: Xác định dấu của các hệ số a, b, c và dấu của biệt thức ∆ = ${\mathrm{b}}^2$ – 4ac của hàm số bậc hai y = a$x^2$ + bx + c, biết đồ thị của nó có dạng như Hình 6.16.

Lời giải:

Từ đồ thị của hàm số ta thấy:

+ Đồ thị quay bề lõm quay lên trên nên a > 0.

+ Đồ thị cắt trục tung tại điểm có tung độ dương nên ta có: a.0² + b.0 + c > 0 ⇔ c > 0.

+ Hoành độ đỉnh $x=-\frac{b}{2a}$ có giá trị dương nên a và b trái dấu. Vì a > 0 nên b < 0.

+ Mặt khác, vì đồ thị hàm số cắt trục hoành Ox tại hai điểm phân biệt, tức là phương trình ax² + bx + c = 0 có hai nghiệm phân biệt nên ∆ = b² – 4ac > 0.

Vậy a > 0, b < 0, c > 0 và ∆ = b² – 4ac > 0.

Bài 6.17 trang 14 SBT Toán 10 Tập 2: Bác Hùng dùng 200 m hàng rào dây thép gai để rào miếng đất đủ rộng thành một mảnh vườn hình chữ nhật.

a) Tìm công thức tính diện tích S(x) của mảnh vườn hình chữ nhật rào được theo chiều rộng x (m) của mảnh vườn đó.

b) Tìm kích thước của mảnh vườn hình chữ nhật có diện tích lớn nhất có thể rào được.

Lời giải:

a)

Chiều dài dây thép 200 m chính là chu vi của mảnh vườn hình chữ nhật. Nửa chu vi của mảnh vườn là: 100 m

Gọi chiều rộng của mảnh vườn là x (m) thì chiều dài là: 100 – x (m)

Diện tích của mảnh vườn là: S(x) = (100 – x).x = –x² + 100x  (m²).

b)

Do công thức tính diện tích S(x) là một hàm số bậc hai có a = –1 < 0 nên đồ thị của hàm S(x) là một parabol có bề lõm hướng xuống dưới, do đó, giá trị lớn nhất của S(x) là tung độ đỉnh của parabol có phương trình: y = S(x) = –x² + 100x.

Hoành độ đỉnh của parabol là: $-\frac{b}{2a}=-\frac{100}{2.(-1)}=50$.

Tung độ đỉnh của parabol là: –50² + 100.50 = 2 500.

Vậy diện tích lớn nhất có thể của mảnh vườn là 2500 m²  khi chiều rộng là 50 m và chiều dài là: 100 – 50 = 50 (m), tức là khi mảnh vườn có dạng hình vuông có độ dài cạnh là 50 m.

Bài 6.18 trang 15 SBT Toán 10 Tập 2: Một quả bóng được ném lên trên theo phương thẳng đứng từ mặt đất với vận tốc ban đầu 14,7 m/s. Khi bỏ qua sức cản của không khí, độ cao của quả bóng so với mặt đất (tính bằng mét) có thể mô tả bởi phương trình

h(t) = –4,9t² + 14,7t.

a) Sau khi ném bao nhiêu giây thì quả bóng đạt độ cao lớn nhất?

b) Tìm độ cao lớn nhất của quả bóng.

c) Sau khi ném bao nhiêu giây thì quả bóng rơi chạm đất ?

Lời giải:

a)

Công thức tính độ cao của quả bóng so với mặt đất (tính bằng mét) có thể mô tả bởi phương trình h(t) = –4,9t² + 14,7t là một hàm số bậc hai có a = –4,9 < 0 nên có đồ thị là một parabol có bề lõm hướng xuống, do đó, quả bóng đạt độ cao lớn nhất là tung độ của đỉnh parabol tại thời gian ứng với hoành độ đỉnh của parabol là: $t_0=\frac{-b}{2a}=\frac{-14,7}{2.(-4,9)}=1,5$ (giây)

Vậy sau khi ném 1,5 giây thì quả bóng đạt độ cao lớn nhất.

b)

Dựa vào phần a ta có: h(1,5) = –4,9 . (1,5)² + 14,7 . 1,5 = 11,025.

Độ cao lớn nhất của quả bóng là 11,025 m.

c)

Quả bóng chạm đất tức là h(t) = 0

⇔ –4,9t² + 14,7t = 0

⇔ t = 0 (loại) hoặc t = 3 (thỏa mãn).

Vậy sau khi ném 3 giây thì quả bóng chạm đất.

Bài 6.19 trang 15 SBT Toán 10 Tập 2: Một hòn đá được ném lên trên theo phương thẳng đứng. Khi bỏ qua sức cản không khí, chuyển động của hòn đá tuân theo phương trình sau:

y = –4,9t² + mt + n

với m, n là các hằng số. Ở đây t = 0 là thời điểm hòn đá được ném lên, y(t) là độ cao của hòn đá tại thời điểm t (giây) sau khi ném và y = 0 ứng với bóng chạm đất.

a) Tìm phương trình chuyển động của hòn đá, biết rằng điểm ném cách mặt đất 1,5 m và thời gian để hòn đá đạt độ cao lớn nhất là 1,2 giây sau khi ném.

b) Tìm độ cao của hòn đá sau 2 giây kể từ khi bắt đầu ném.

c) Sau bao lâu kể từ khi ném, hòn đá rơi xuống mặt đất (Kết quả làm tròn đến chữ số thập phân thứ hai) ?

Lời giải:

a)

Theo giả thiết điểm ném ở độ cao 1,5 m so với mặt đất nên n = 1,5.

Công thức tính độ cao của quả bóng so với mặt đất (tính bằng mét) có thể mô tả bởi phương trình y = –4,9t² + mt + 1,5 là một hàm số bậc hai có a = –4,9 < 0 có đồ thị là một parabol có bề lõm hướng xuống, do đó, quả bóng đạt độ cao lớn nhất là tung độ của đỉnh parabol tại thời gian ứng với hoành độ đỉnh của parabol là:

$t_0=\frac{-b}{2a}=\frac{-m}{2.(-4,9)}=1,2$ (giây) ⇔ m = 11,76

Vậy phương trình chuyển động của hòn đá là: y = –4,9t² + 11,76t + 1,5.

b)

Khi t = 2 ta có y = –4,9. 2² + 11,76. 2 + 15 = 5,42.

Vậy sau 2 giây, hòn đá có độ cao là 5,42 m.

c)

Hòn đá rơi xuống mặt đất tức là y = 0. Xét phương trình

–4,9t² + 11,76t + 15 = 0 ⇔ t ≈ 2,52 hoặc t ≈ –0,12 (loại).

Vậy sau khoảng 2,52 giây kể từ khi ném thì hòn đá rơi xuống mặt đất.

Bài 6.20 trang 15 SBT Toán 10 Tập 2: Một rạp chiếu phim có sức chứa 1 000 người. Với giá vé là 40 000 đồng, trung bình sẽ có khoảng 300 người đến rạp xem phim mỗi ngày. Để tăng số lượng vé bán ra, rạp chiếu phim đã khảo sát thị trường và thấy rằng nếu giá vé cứ giảm 10 000 đồng thì sẽ có thêm 100 người đến rạp mỗi ngày.

a) Tìm công thức của hàm số R(x) mô tả doanh thu từ tiền bán vé mỗi ngày của rạp chiếu phim khi giá vé là x nghìn đồng.

b) Tìm mức giá vé để doanh thu từ tiền bán vé mỗi ngày của rạp là lớn nhất.

Lời giải:

a) Giá vé là x nghìn đồng.

Khi giá vé là x (nghìn đồng) thì số tiền giảm giá mỗi vé so với mức giá cũ là 40 – x (nghìn đồng). Do nếu giá vé cứ giảm 10 000 đồng thì sẽ có thêm 100 người đến rạp mỗi ngày nên số người tăng lên sau khi giảm giá vé là: $\frac{100\left(40-x\right)}{10}=10\left(40-x\right)$.

Ban đầu chưa giảm giá vé thì số người đến rạp mỗi ngày là 300 người. Số người đến rạp chiếu phim mỗi ngày sau khi giảm giá là:

300 + 10(40 – x) = 700 – 10x.

Công thức của hàm số R(x) mô tả doanh thu từ tiền bán vé mỗi ngày khi giá vé là x (nghìn đồng) là:

R(x) = x.(700 – 10x) = –10x² + 700x (nghìn đồng).

b) Công thức của hàm số R(x) mô tả doanh thu từ tiền bán vé mỗi ngày khi giá vé là x (nghìn đồng) là: R(x) = –10x² + 700x là một hàm số bậc hai có a = –10 < 0 nên có đồ thị là parabol có bề lõm hướng xuống, do đó giá trị lớn nhất của hàm số là tung độ của đỉnh parabol. Vậy mức giá vé để doanh thu từ tiền bán vé mỗi ngày của rạp là lớn nhất là hoành độ của đỉnh parabol là: $-\frac{b}{2a}=-\frac{700}{2.(-10)}=35$ (nghìn đồng).

Khi đó, R(35) = –10 . 35² + 700 . 35  = 12 250 (nghìn đồng).

Vậy khi giá bán mỗi vé là 35 000 đồng thì doanh thu từ tiền bán vé mỗi ngày của rạp là lớn nhất là 12 250 000 đồng.