Tích phân nâng cao bài tập phần 9

Bài tập: Cho hàm số \(y = f(x)\) có đạo hàm trên \([0, 1]\) thỏa mãn: \((f(x))^4 \cdot (f'(x))^2 \cdot (x+1) = 1 + (f(x))^3, \quad f'(x) > 0, \quad f(x) > 0, \, \forall x \in [0, 1].\) Biết \(f(0) = 2\). Khẳng định nào sau đây đúng?
A. \(2 < f(1) < \frac{5}{2} \quad\)  B. \(\frac{5}{2} < f(1) < 3 \quad\)  C. \(\frac{3}{2} < f(1) < 2 \quad\)  D. \(3 < f(1) < \frac{7}{2} \)

Đáp án:

\(\frac{(f'(x) (f(x))^2)^2}{1 + (f(x))^3} = \frac{1}{x+1}\)

\(\Rightarrow \frac{(3f'(x)f(x)^2)^2}{1 + (f(x))^3} = \frac{9}{x+1} \) (*)

Đặt \(h(x) = 1 + (f(x))^3 \Rightarrow  h'(x) = 3f'(x)(f(x))^2\)

(*) \(\Leftrightarrow \frac{(h'(x))^2}{h(x)} = \frac{9}{x+1} \Leftrightarrow  \frac{h'(x)}{\sqrt{h(x)}} =  \frac{3}{\sqrt{x+1}}\)

\(\Rightarrow \int \frac{h'(x)}{\sqrt{h(x)}} dx = \int \frac{3}{\sqrt{x+1}} dx \Rightarrow 2\sqrt{h(x)} = 6\sqrt{x+1} + C \quad \Rightarrow \quad h(x)= 9\sqrt{x+1} + C.\)

\(h(0) = 1 + (f(0))^3 = 9 \Rightarrow C = 0.\)

\(\Rightarrow h(x) = 9(x+1) \quad \Rightarrow \quad 1 + (f(x))^3 = 9x + 9.\)

\(\Rightarrow f(x) = \sqrt[3]{9x + 8}.\)

\(f(1) = \sqrt[3]{17} \approx 2.571 \quad \Rightarrow \boxed{\text{B}}.\)

page41


Bài tập: Cho hàm số \(y = f(x)\) có đạo hàm liên tục trên \([1, 2]\). Thỏa mãn: \(f(1) = 4 , f(x) = x f'(x) - 2x^3 - 3x^2.\) Tính \(f(2).\)
A. \(5 \quad \)  B. \(20 \quad \)  C. \(10 \quad \)  D. \(15 \quad \) 

Đáp án:

\(f(x) = x f'(x) - 2x^3 - 3x^2 \quad \) Chia hai vế cho \(x^2\)

\(\Rightarrow \frac{f'(x)}{x} = \frac{f(x)}{x^2} + 2x + 3 \Leftrightarrow \frac{x f'(x) - f(x)}{x^2} = 2x + 3\)

\(\Leftrightarrow \left(\frac{f(x)}{x}\right)' = 2x + 3  \Leftrightarrow \frac{f(x)}{x} = x^2 + 3x + C\)

\(f(1) = 4 \Rightarrow C = 0\)

\(\Rightarrow  f(x) = x^3 + 3x^2 \Rightarrow  f(2) = 20 \quad \Rightarrow \boxed{\text{B}}\)

Gợi ý: \( \left(\frac{f(x)}{x}\right)' = \frac{x f'(x) - f(x)}{x^2}\)

page42


​​​​​​​Bài tập: Cho hàm số \(y = f(x)\) có đạo hàm trên \(\mathbb{R}\) thỏa mãn: \(f'(x) = f(x) + x^2 e^x + 1, \, \forall x \in \mathbb{R} \, \text{và} \, f(0) = -1.\) Tính \(f(3).\)
A. \(6e^3 + 3 \quad \)  B. \(6e^2 + 2 \quad\)  C. \(3e^2 - 1 \quad\)  D. \(9e^3 - 1\)

Đáp án:

Gợi ý: \(\left(\frac{f(x)}{e^x}\right)' = \frac{f'(x)e^x - e^x f(x)}{(e^x)^2} = \frac{f'(x) - f(x)}{e^x}\)

\(f'(x) = f(x) + x^2 e^x + 1 \quad \Rightarrow \quad \frac{f'(x) - f(x)}{e^x} = x^2 + \frac{1}{e^x}\)

\(\Rightarrow \frac{f(x)}{e^x} = \frac{x^3}{3} - \frac{1}{e^x} + C\)

\(f(0) = -1 \Rightarrow C = 0\)

\(\Rightarrow f(x) = \frac{x^3}{3}e^x - 1 \Rightarrow f(3)  = 9e^3 - 1 \quad \Rightarrow \boxed{D}.\)

page43


​​​​​​​Bài tập: Cho hàm số \(y = f(x)\) có đạo hàm liên tục trong \((1, +\infty)\) thỏa mãn: \(f(x) + x\ln{x} f'(x) = x^2 + 1, \, \forall x > 1\) với \(f(e) = \frac{e^2}{2} + 1.\) Tính \(f(e^2).\)
A. \(\frac{e^4}{2} + 1 \quad\)  B. \(\frac{e^2}{2} + 1 \quad\)  C. \(\frac{e}{4} + 1 \quad\)  D. \(\frac{e^4}{4} + 1\)

Đáp án:

Gợi ý: \((\ln{x} f(x))' = \frac{1}{x} f(x) + \ln{x} f'(x)\)

\(f(x) + x\ln{x} f'(x) = x^2 + 1\)

\(\Rightarrow \frac{1}{x}f(x) + \ln{x}f'(x) = x + \frac{1}{x}\)

\(\Rightarrow \ln{x}f(x) = \frac{x^2}{2} + \ln{x} + C\)

\(f(e) = \frac{e^2}{2} + 1 \Rightarrow C = 0\)

\(\Rightarrow f(x) = \frac{x^2}{2\ln{x}} + 1  \Rightarrow f(e^2) = \frac{e^4}{4} + 1 \quad \Rightarrow \boxed{\text{D}}\)

page44


​​​​​​​Bài tập: ​​​​​​​Cho hàm số \(y = f(x)\) liên tục trên \(\mathbb{R} \setminus \{0;-1\}\) thỏa mãn: \(f(-1) = -2\ln{2}\) và \(x(x+1)f'(x) + f(x) = x^2 +x, \, \forall x \neq -1.\) Gọi \(f(2) = a + b\ln{3}, \, (a, b \in \mathbb{R}).\) Tính giá trị \(a^2 + b^2.\)
A. \(\frac{25}{4} \quad\)  B. \(\frac{9}{2} \quad\)  C. \(\frac{5}{2} \quad\)  D. \(\frac{13}{4}\)

Đáp án:

\(x(x+1)f'(x) + f(x) = x(x+1) \quad \text{Chia 2 vế cho } (x+1)^2\)

\(\Rightarrow \frac{x}{x+1}f'(x) + \frac{f(x)}{(x+1)^2} = \frac{x}{x+1}\) (Gợi ý: \( \left[\frac{x}{x+1}\right]' = (1 - \frac{1}{(x+1)})' =\frac{1}{(x+1)^2}\) )

Vì: \(\left[\frac{x}{x+1}f(x)\right]' = \frac{x}{x+1}f'(x) + \frac{f(x)}{(x+1)^2}\)

\(\Rightarrow \left[\frac{x}{x+1}f(x)\right]' = \frac{x}{x+1}.\)

\(\Rightarrow \frac{x}{x+1}f(x) = \int \frac{x}{x+1} dx = x - \ln{|x+1|} + C.\)

\(f(1) = -2\ln{2} \quad \Rightarrow -\ln{2}  = 1-\ln{2} +C\quad \Rightarrow C = -1.\)

\(\Rightarrow \frac{x}{x+1}f(x) =  - \ln{|x+1|} +x.\)

\(\Rightarrow \frac{2}{3} f(2) = -\ln{3} + 1 \quad \Rightarrow f(2) = \frac{3}{2} - \frac{3}{2}\ln{2}.\)

\(\Rightarrow a^2 + b^2 = \frac{9}{2} \quad \Rightarrow \boxed{\text{B}}.\)

Gợi ý: Vì \(\left[\frac{x}{x+1}f(x)\right]' = \frac{1}{(x+1)^2}f(x) + \frac{x}{x+1}f'(x).\)

page45