Sách giáo khoa Toán 12 Tập một

Giải Bài 1.24 trang 33 SGK Toán 12

Bài 4. Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số   Đã kiểm chéo

Đề bài

Một cốc chứa 30 ml dung dịch KOH (potassium hydroxide) với nồng độ 100 mg/ml. Một bình chứa dung dịch KOH khác với nồng độ 8 mg/ml được trộn vào cốc.
a) Tính nồng độ KOH trong cốc sau khi trộn $x$ (ml) từ bình chứa, kí hiệu là $C(x)$.
b) Coi $C(x)$ là hàm số xác định với $x \geq 0$. Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số này.
c) Giải thích tại sao nồng độ KOH trong cốc giảm theo $x$ nhưng luôn lớn hơn 8 mg/ml.

Lời giải

## a) Tính nồng độ $C(x)$

Ban đầu cốc chứa $30$ ml dung dịch nồng độ $100$ mg/ml, nên khối lượng KOH ban đầu là:
$$30 \cdot 100 = 3000 \text{ (mg)}.$$

Khi thêm $x$ ml dung dịch nồng độ $8$ mg/ml thì khối lượng KOH thêm vào là $8x$ (mg), và thể tích tăng thêm $x$ ml.

Sau khi trộn:
- Tổng khối lượng KOH: $3000 + 8x$ (mg).
- Tổng thể tích dung dịch: $30 + x$ (ml).

Vậy nồng độ KOH trong cốc là:
$$C(x) = \dfrac{8x + 3000}{x + 30} \quad (\text{mg/ml}).$$

## b) Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị

Xét hàm số $C(x) = \dfrac{8x + 3000}{x + 30}$ với $x \ge 0$.

1. Tập xác định (theo yêu cầu): $D = [0; +\infty)$.

2. Sự biến thiên:

Đạo hàm:
$$C'(x) = \dfrac{8(x+30) - (8x+3000)}{(x+30)^2} = \dfrac{8x + 240 - 8x - 3000}{(x+30)^2} = \dfrac{-2760}{(x+30)^2}.$$

Vì $(x+30)^2 > 0$ với mọi $x \ge 0$ nên $C'(x) < 0$ với mọi $x \ge 0$. Do đó hàm số nghịch biến trên $[0; +\infty)$.

Giới hạn và tiệm cận:
$$\lim_{x \to +\infty} C(x) = \lim_{x \to +\infty} \dfrac{8x + 3000}{x + 30} = 8,$$
nên đường thẳng $y = 8$ là tiệm cận ngang của đồ thị (khi $x \to +\infty$).

Tại $x = 0$: $C(0) = \dfrac{3000}{30} = 100$.

Bảng biến thiên:

| $x$ | $0$ | | $+\infty$ |
|:---:|:---:|:---:|:---:|
| $C'(x)$ | | $-$ | |
| $C(x)$ | $100$ | $\searrow$ | $8$ |

3. Đồ thị:

Đồ thị là một nhánh đường cong (hypebol) đi qua điểm $(0; 100)$, đi xuống liên tục và tiến dần đến đường tiệm cận ngang $y = 8$ nhưng luôn nằm phía trên đường này.

- Điểm đầu: $(0; 100)$.
- Vài điểm để vẽ: $C(30) = \dfrac{240+3000}{60} = 54$; $C(90) = \dfrac{720+3000}{120} = 31$; $C(270) = \dfrac{2160+3000}{300} = 17,2$.
- Tiệm cận ngang: $y = 8$.

```
C(mg/ml)
100 •
\
54 •\_
31 •\__
17,2 •\____
8 - - - - - - - - - - - - y = 8 (tiệm cận ngang)
└─────────────────────────► x (ml)
0 30 90 270
```

## c) Giải thích

Ta viết lại:
$$C(x) = \dfrac{8x + 3000}{x + 30} = \dfrac{8(x+30) + 2760}{x+30} = 8 + \dfrac{2760}{x + 30}.$$

Nồng độ giảm theo $x$: Khi $x$ tăng thì $x + 30$ tăng, nên $\dfrac{2760}{x+30}$ giảm, do đó $C(x) = 8 + \dfrac{2760}{x+30}$ giảm. (Điều này phù hợp với $C'(x) < 0$ đã tính ở câu b.) Về mặt thực tế: ta đang thêm dung dịch loãng hơn ($8$ mg/ml) vào dung dịch đặc ($100$ mg/ml) nên nồng độ chung giảm dần.

Nồng độ luôn lớn hơn $8$ mg/ml: Với mọi $x \ge 0$ ta có $\dfrac{2760}{x+30} > 0$, suy ra:
$$C(x) = 8 + \dfrac{2760}{x+30} > 8.$$

Vậy nồng độ KOH trong cốc luôn lớn hơn $8$ mg/ml. Đây chính là nồng độ của dung dịch thêm vào: dù thêm bao nhiêu dung dịch $8$ mg/ml, phần KOH "đậm đặc" ban đầu vẫn khiến nồng độ hỗn hợp cao hơn $8$ mg/ml, và chỉ tiến gần tới $8$ mg/ml khi $x$ rất lớn (đpcm).

Đáp số

$C(x) = \dfrac{8x + 3000}{x + 30}$ (mg/ml)Hàm nghịch biến trên $[0;+\infty)$; $C(0)=100$, tiệm cận ngang $y=8$; đồ thị là đường cong giảm từ $(0;100)$ về $y=8$đpcm

Lời giải do Thư viện nhà trường biên soạn, giải và kiểm chéo độc lập theo SGK 2026-2027.