知识讲解_《导数及其应用》全章复习与巩固(基础)(理)
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《导数及其应用》全章复习与巩固【学习目标】1. 导数概念通过具体情境,感受在现实实际和实际生活中存在着大量的变化率问题,体会平均变化率、瞬时变化率和导数的实际意义,理解导数的几何意义2. 导数运算(1)会用导数定义计算一些简单函数的导数;(2)会利用导数公式表求出给定函数的导数;(3)掌握求导的四则运算法则,掌握求复合函数的导数,并会利用导数的运算法则求出函数的导函数3. 体会研究函数的意义(1 )认识导数对于研究函数的变化规律的作用;(2)会用导数的符号来判断函数的单调性;(3)会利用导数研究函数的极值点和最值点.4•导数在实际问题中的应用(1)进一步体会函数是描述世界变化规律的基本数学模型;(2)联系实际生活和其他学科,进一步体会导数的意义;(3)从实际生活抽象出一些基本的用导数刻画的问题,并加以解决【知识网络】【要点梳理】要点一:导数的概念及几何意义导数的概念:函数y=f(x)在x0点的导数,通常用符号f ‘X。
)表示,定乂为:一山y 「 f (Xo +^X)—f (Xo )f(x0尸lim ——=lim ------- ----------- ----- ---瘵T0也X 2°氐X要点诠释:(1)丄[_^= _j—X L,它表示当自变量x从x°变X i,函数值从 f x°变到 f X1时,.X X—X°. X函数值关于X的平均变化率•当X趋于0时,如果平均变化率趋于一个固定的值,那么这个值就是函数y=f(x)在X°点的导数.(2)导数的本质就是函数的平均变化率在某点处的极限,即瞬时变化率•如瞬时速度即是位移在这一时刻的瞬间变化率.(3)对于不同的实际问题,平均变化率富于不同的实际意义.如位移运动中,位移S从时间1到t2的平均变化率即为t i到t2这段时间的平均速度.要点诠释:求曲线的切线方程时,抓住切点是解决问题的关键,有切点直接求,无切点则设切点,布列方程组.导数的物理意义:在物理学中,如果物体运动的规律是s=s t ,那么该物体在时刻t0的瞬时速度v就是s=s t在t=t0时的导数,即v=s' t。
导数及其应用基本知识点1,导数:当x ∆趋近于零时,x x f x x f ∆-∆+)()(00趋近于常数C 。
可用符号“→”记作:当0→∆x 时,x x f x x f ∆-∆+)()(00c →或记作c x x f x x f x =∆-∆+→∆)()(lim 000,符号“→”读作“趋近于”。
函数在0x 的瞬时变化率,通常称作)(x f 在0x x =处的导数,并记作)(0x f '。
即x x f x x f x f x ∆-∆+=→∆)()(l i m)(0000'2,导数的几何意义是曲线在某一点处的切线的斜率;导数的物理意义,通常是指物体运动在某一时刻的瞬时速度。
即若点),(00y x P 为曲线上一点,则过点),(00y x P 的切线的斜率x x f x x f x f k x ∆-∆+==→∆)()(l i m )(0000'切由于函数)(x f y =在0x x =处的导数,表示曲线在点))(,(00x f x P 处切线的斜率,因此,曲线)(x f y =在点))(,(00x f x P 处的切线方程可如下求得:(1)求出函数)(x f y =在点0x x =处的导数,即曲线)(x f y =在点))(,(00x f x P 处切线的斜率。
(2)在已知切点坐标和切线斜率的条件下,求得切线方程为:))((00'0x x x f y y -=-,如果曲线)(x f y =在点))(,(00x f x P 的切线平行于y 轴(此时导数不存在)时,由切线定义可知,切线方程为0x x =,故过点),(00y x P 的切线的方程为:))((00'0x x x f y y -=- 3,导数的四则运算法则:(1))()())()((x g x f x g x f '±'='± (2))()()()(])()([x g x f x g x f x g x f '+'='(3))()()()()()()(2x g x g x f x f x g x g x f '-'='⎥⎦⎤⎢⎣⎡4,几种常见函数的导数:(1))(0为常数C C =' (2))(1Q n nx x n n ∈='-)( (3)x x cos )(sin =' (4)x x sin )(cos -='(5)x x 1)(ln =' (6)e xx a a log 1)(log =' (7)x x e e =')( (8)a a a x x ln )(=' 5,函数的单调性:在某个区间),(b a 内,如果0)('>x f ,那么函数)(x f y =在这个区间内单调递增;如果0)('<x f ,那么函数)(x f y =在这个区间内单调递减。
《导数及其应用》知识点总结一、导数的定义与运算1.导数的定义:导数表示函数在其中一点上的变化率,定义为函数在该点处的极限值。
设函数y=f(x),则函数f(x)在点x=a处的导数记为f'(a),可以表示为以下三种形式:(1)f'(a) = lim(x→a) [f(a)-f(x)] / (a-x)(2)f'(a) = lim(h→0) [f(a+h)-f(a)] / h(3)f'(a) = dy / dx,_(x=a)2.导数的运算法则:(1)和差法则:(u±v)'=u'±v'(2)数乘法则:(ku)' = ku'(3)乘法法则:(uv)' = u'v+uv'(4)商法则:(u/v)' = (u'v-uv') / v²(5)复合函数求导法则:(f[g(x)])'=f'(g(x))*g'(x)二、导数的几何意义1.切线与法线:函数在其中一点处的导数就是函数在该点处的切线的斜率,切线方程为y-f(a)=f'(a)(x-a)。
函数在其中一点处的导数的倒数就是函数在该点处的法线的斜率,法线方程为y-f(a)=-(1/f'(a))(x-a)。
2.函数的单调性与极值:若函数在一段区间上的导数大于0,则函数在该区间上单调递增;若函数在一段区间上的导数小于0,则函数在该区间上单调递减。
函数在一个点处的导数为0,则该点为函数的驻点;函数在驻点上的导数为正,则该点为函数的极小值点;函数在驻点上的导数为负,则该点为函数的极大值点。
三、导数的应用1.函数的极值与最值:(1)求函数的极值点:将函数的导数等于0的解作为候选点,再通过计算二阶导数或进行导数的符号表来判断是否为极值点。
(2)求函数的最值:将函数的极值点和函数在定义域的两端计算的值进行比较,得出最大值或最小值。
第三章导数及其应用高考导航知识网络3.1 导数的概念与运算典例精析题型一 导数的概念【例1】 已知函数f (x )=2ln 3x +8x , 求0Δlim→x f (1-2Δx )-f (1)Δx 的值.【解析】由导数的定义知:0Δlim→x f (1-2Δx )-f (1)Δx =-20Δlim →x f (1-2Δx )-f (1)-2Δx =-2f ′(1)=-20.【点拨】导数的实质是求函数值相对于自变量的变化率,即求当Δx →0时, 平均变化率ΔyΔx 的极限.【变式训练1】某市在一次降雨过程中,降雨量y (mm)与时间t (min)的函数关系可以近似地表示为f (t )=t 2100,则在时刻t =10 min 的降雨强度为( ) A.15 mm/minB.14 mm/min C.12mm/minD.1 mm/min 【解析】选A. 题型二 求导函数【例2】 求下列函数的导数. (1)y =ln(x +1+x 2); (2)y =(x 2-2x +3)e 2x ; (3)y =3x 1-x. 【解析】运用求导数公式及复合函数求导数法则. (1)y ′=1x +1+x2(x +1+x 2)′=1x +1+x 2(1+x 1+x 2)=11+x 2.(2)y ′=(2x -2)e 2x +2(x 2-2x +3)e 2x=2(x 2-x +2)e 2x . (3)y ′=13(x 1-x 32)-1-x +x (1-x )2=13(x 1-x 32)-1(1-x )2 =13x 32- (1-x ) 34-【变式训练2】如下图,函数f (x )的图象是折线段ABC ,其中A 、B 、C 的坐标分别为(0,4),(2,0),(6,4),则f (f (0))=;0Δlim→x f (1+Δx )-f (1)Δx =(用数字作答).【解析】f (0)=4,f (f (0))=f (4)=2, 由导数定义0Δlim→x f (1+Δx )-f (1)Δx =f ′(1).当0≤x ≤2时,f (x )=4-2x ,f ′(x )=-2,f ′(1)=-2. 题型三 利用导数求切线的斜率【例3】 已知曲线C :y =x 3-3x 2+2x , 直线l :y =kx ,且l 与C 切于点P (x 0,y 0) (x 0≠0),求直线l 的方程及切点坐标.【解析】由l 过原点,知k =y 0x 0 (x 0≠0),又点P (x 0,y 0) 在曲线C 上,y 0=x 30-3x 20+2x 0, 所以y 0x 0=x 2-3x 0+2. 而y ′=3x 2-6x +2,k =3x 20-6x 0+2. 又 k =y 0x 0,所以3x 20-6x 0+2=x 20-3x 0+2,其中x 0≠0, 解得x 0=32.所以y 0=-38,所以k =y 0x 0=-14,所以直线l 的方程为y =-14x ,切点坐标为(32,-38).【点拨】利用切点在曲线上,又曲线在切点处的切线的斜率为曲线在该点处的导数来列方程,即可求得切点的坐标.【变式训练3】若函数y =x 3-3x +4的切线经过点(-2,2),求此切线方程. 【解析】设切点为P (x 0,y 0),则由 y ′=3x 2-3得切线的斜率为k =3x 20-3.所以函数y =x 3-3x +4在P (x 0,y 0)处的切线方程为 y -y 0=(3x 20-3)(x -x 0). 又切线经过点(-2,2),得2-y 0=(3x 20-3)(-2-x 0),① 而切点在曲线上,得y 0=x 30-3x 0+4, ② 由①②解得x 0=1或x 0=-2. 则切线方程为y =2 或 9x -y +20=0.总结提高1.函数y =f (x )在x =x 0处的导数通常有以下两种求法: (1) 导数的定义,即求0Δlim→x ΔyΔx =0Δlim →x f (x 0+Δx )-f (x 0)Δx 的值;(2)先求导函数f ′(x ),再将x =x 0的值代入,即得f ′(x 0)的值. 2.求y =f (x )的导函数的几种方法: (1)利用常见函数的导数公式; (2)利用四则运算的导数公式; (3)利用复合函数的求导方法.3.导数的几何意义:函数y =f (x )在x =x 0处的导数f ′(x 0),就是函数y =f (x )的曲线在点P (x 0,y 0)处的切线的斜率.3.2 导数的应用(一)典例精析题型一 求函数f (x )的单调区间【例1】已知函数f (x )=x 2-ax -a ln(x -1)(a ∈R ),求函数f (x )的单调区间. 【解析】函数f (x )=x 2-ax -a ln(x -1)的定义域是(1,+∞). f ′(x )=2x -a -ax -1=2x (x -a +22)x -1,①若a ≤0,则a +22≤1,f ′(x )=2x (x -a +22)x -1>0在(1,+∞)上恒成立,所以a ≤0时,f (x )的增区间为(1,+∞).②若a >0,则a +22>1,故当x ∈(1,a +22]时,f ′(x )=2x (x -a +22)x -1≤0;当x ∈[a +22,+∞)时,f ′(x )=2x (x -a +22)x -1≥0,所以a >0时,f (x )的减区间为(1,a +22],f (x )的增区间为[a +22,+∞).【点拨】在定义域x >1下,为了判定f ′(x )符号,必须讨论实数a +22与0及1的大小,分类讨论是解本题的关键.【变式训练1】已知函数f (x )=x 2+ln x -ax 在(0,1)上是增函数,求a 的取值范围. 【解析】因为f ′(x )=2x +1x -a ,f (x )在(0,1)上是增函数,所以2x +1x -a ≥0在(0,1)上恒成立,即a ≤2x +1x恒成立.又2x +1x ≥22(当且仅当x =22时,取等号).所以a ≤22,故a 的取值范围为(-∞,22].【点拨】当f (x )在区间(a ,b )上是增函数时⇒f ′(x )≥0在(a ,b )上恒成立;同样,当函数f (x )在区间(a ,b )上为减函数时⇒f ′(x )≤0在(a ,b )上恒成立.然后就要根据不等式恒成立的条件来求参数的取值范围了.题型二 求函数的极值【例2】已知f (x )=ax 3+bx 2+cx (a ≠0)在x =±1时取得极值,且f (1)=-1. (1)试求常数a ,b ,c 的值;(2)试判断x =±1是函数的极小值点还是极大值点,并说明理由. 【解析】(1)f ′(x )=3ax 2+2bx +c . 因为x =±1是函数f (x )的极值点,所以x =±1是方程f ′(x )=0,即3ax 2+2bx +c =0的两根.由根与系数的关系,得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-==-② ,13① ,032ac ab又f (1)=-1,所以a +b +c =-1.③ 由①②③解得a =12,b =0,c =-32.(2)由(1)得f (x )=12x 3-32x ,所以当f ′(x )=32x 2-32>0时,有x <-1或x >1;当f ′(x )=32x 2-32<0时,有-1<x <1.所以函数f (x )=12x 3-32x 在(-∞,-1)和(1,+∞)上是增函数,在(-1,1)上是减函数.所以当x =-1时,函数取得极大值f (-1)=1;当x =1时,函数取得极小值f (1)=-1.【点拨】求函数的极值应先求导数.对于多项式函数f (x )来讲, f (x )在点x =x 0处取极值的必要条件是f ′(x )=0.但是, 当x 0满足f ′(x 0)=0时, f (x )在点x =x 0处却未必取得极值,只有在x 0的两侧f (x )的导数异号时,x 0才是f (x )的极值点.并且如果f ′(x )在x 0两侧满足“左正右负”,则x 0是f (x )的极大值点,f (x 0)是极大值;如果f ′(x )在x 0两侧满足“左负右正”,则x 0是f (x )的极小值点,f (x 0)是极小值.【变式训练2】定义在R 上的函数y =f (x ),满足f (3-x )=f (x ),(x -32)f ′(x )<0,若x 1<x 2,且x 1+x 2>3,则有( )A.f (x 1)<f (x 2)B.f (x 1)>f (x 2)C.f (x 1)=f (x 2)D.不确定【解析】由f (3-x )=f (x )可得f [3-(x +32)]=f (x +32),即f (32-x )=f (x +32),所以函数f (x )的图象关于x =32对称.又因为(x -32)f ′(x )<0,所以当x >32时,函数f (x )单调递减,当x <32时,函数f (x )单调递增.当x 1+x 22=32时,f (x 1)=f (x 2),因为x 1+x 2>3,所以x 1+x 22>32,相当于x 1,x 2的中点向右偏离对称轴,所以f (x 1)>f (x 2).故选B.题型三 求函数的最值【例3】 求函数f (x )=ln(1+x )-14x 2在区间[0,2]上的最大值和最小值.【解析】f ′(x )=11+x -12x ,令11+x -12x =0,化简为x 2+x -2=0,解得x 1=-2或x 2=1,其中x 1=-2舍去.又由f ′(x )=11+x -12x >0,且x ∈[0,2],得知函数f (x )的单调递增区间是(0,1),同理, 得知函数f (x )的单调递减区间是(1,2),所以f (1)=ln 2-14为函数f (x )的极大值.又因为f (0)=0,f (2)=ln 3-1>0,f (1)>f (2),所以,f (0)=0为函数f (x )在[0,2]上的最小值,f (1)=ln 2-14为函数f (x )在[0,2]上的最大值.【点拨】求函数f (x )在某闭区间[a ,b ]上的最值,首先需求函数f (x )在开区间(a ,b )内的极值,然后,将f (x )的各个极值与f (x )在闭区间上的端点的函数值f (a )、f (b )比较,才能得出函数f (x )在[a ,b ]上的最值.【变式训练3】(2008江苏)f (x )=ax 3-3x +1对x ∈[-1,1]总有f (x )≥0成立,则a =. 【解析】若x =0,则无论a 为何值,f (x )≥0恒成立. 当x ∈(0,1]时,f (x )≥0可以化为a ≥3x 2-1x3,设g (x )=3x 2-1x 3,则g ′(x )=3(1-2x )x 4,x ∈(0,12)时,g ′(x )>0,x ∈(12,1]时,g ′(x )<0.因此g (x )max =g (12)=4,所以a ≥4.当x ∈[-1,0)时,f (x )≥0可以化为 a ≤3x 2-1x 3,此时g ′(x )=3(1-2x )x 4>0, g (x )min =g (-1)=4,所以a ≤4. 综上可知,a =4.总结提高1.求函数单调区间的步骤是: (1)确定函数f (x )的定义域D ; (2)求导数f ′(x );(3)根据f ′(x )>0,且x ∈D ,求得函数f (x )的单调递增区间;根据f ′(x )<0,且x ∈D ,求得函数f (x )的单调递减区间.2.求函数极值的步骤是: (1)求导数f ′(x ); (2)求方程f ′(x )=0的根;(3)判断f ′(x )在方程根左右的值的符号,确定f (x )在这个根处取极大值还是取极小值. 3.求函数最值的步骤是:先求f (x )在(a ,b )内的极值;再将f (x )的各极值与端点处的函数值f (a )、f (b )比较,其中最大的一个是最大值,最小的一个是最小值.3.3 导数的应用(二)典例精析题型一 利用导数证明不等式 【例1】已知函数f (x )=12x 2+ln x .(1)求函数f (x )在区间[1,e]上的值域; (2)求证:x >1时,f (x )<23x 3.【解析】(1)由已知f ′(x )=x +1x,当x ∈[1,e]时,f ′(x )>0,因此f (x )在 [1,e]上为增函数. 故f (x )max =f (e)=e 22+1,f (x )min =f (1)=12,因而f (x )在区间[1,e]上的值域为[12,e 22+1].(2)证明:令F (x )=f (x )-23x 3=-23x 3+12x 2+ln x ,则F ′(x )=x +1x -2x 2=(1-x )(1+x +2x 2)x ,因为x >1,所以F ′(x )<0, 故F (x )在(1,+∞)上为减函数. 又F (1)=-16<0,故x >1时,F (x )<0恒成立, 即f (x )<23x 3.【点拨】有关“超越性不等式”的证明,构造函数,应用导数确定所构造函数的单调性是常用的证明方法.【变式训练1】已知对任意实数x ,有f (-x )=-f (x ),g (-x )=g (x ),且x >0时,f ′(x )>0,g ′(x )>0,则x <0时( )A.f ′(x )>0,g ′(x )>0B.f ′(x )>0,g ′(x )<0C.f ′(x )<0,g ′(x )>0D.f ′(x )<0,g ′(x )<0 【解析】选B. 题型二 优化问题【例2】 (2009湖南)某地建一座桥,两端的桥墩已建好,这两个桥墩相距m 米,余下工程只需建两端桥墩之间的桥面和桥墩.经测算,一个桥墩的工程费用为256万元;距离为x 米的相邻两墩之间的桥面工程费用为(2+x )x 万元.假设桥墩等距离分布,所有桥墩都视为点,且不考虑其他因素.记余下工程的费用为y 万元.(1)试写出y 关于x 的函数关系式;(2)当m =640米时,需新建多少个桥墩才能使y 最小? 【解析】(1)设需新建n 个桥墩,则(n +1)x =m , 即n =m x-1.所以y =f (x )=256n +(n +1)(2+x )x=256(m x -1)+mx (2+x )x=256m x+m x +2m -256.(2)由(1)知f ′(x )=-256m x 2+12mx 21 =m2x2(x 23-512).令f ′(x )=0,得x 23=512.所以x =64.当0<x <64时,f ′(x )<0,f (x )在区间(0,64)内为减函数;当64<x <640时,f ′(x )>0,f (x )在区间(64,640)内为增函数.所以f (x )在x =64处取得最小值.此时n =m x -1=64064-1=9.故需新建9个桥墩才能使y 最小.【变式训练2】(2010上海)如图所示,为了制作一个圆柱形灯笼,先要制作4个全等的矩形骨架,总计耗用9.6米铁丝,骨架把圆柱底面8等份,再用S 平方米塑料片制成圆柱的侧面和下底面(不安装上底面).当圆柱底面半径r 取何值时,S 取得最大值?并求出该最大值(结果精确到0.01平方米).【解析】设圆柱底面半径为r ,高为h , 则由已知可得4(4r +2h )=9.6,所以2r +h =1.2. S =2.4πr -3πr 2,h =1.2-2r >0,所以r <0.6. 所以S =2.4πr -3πr 2(0<r <0.6). 令f (r )=2.4πr -3πr 2,则f ′(r )=2.4π-6πr . 令f ′(r )=0得r =0.4.所以当0<r <0.4,f ′(r )>0; 当0.4<r <0.6,f ′(r )<0.所以r =0.4时S 最大,S max =1.51. 题型三 导数与函数零点问题【例3】 设函数f (x )=13x 3-mx 2+(m 2-4)x ,x ∈R .(1)当m =3时,求曲线y =f (x )在点(2,f (2))处的切线方程;(2)已知函数f (x )有三个互不相同的零点0,α,β,且α<β.若对任意的x ∈[α,β],都有f (x )≥f (1)恒成立,求实数m 的取值范围.【解析】(1)当m =3时,f (x )=13x 3-3x 2+5x ,f ′(x )=x 2-6x +5.因为f (2)=23,f ′(2)=-3,所以切点坐标为(2,23),切线的斜率为-3,则所求的切线方程为y -23=-3(x -2),即9x +3y -20=0.(2)f ′(x )=x 2-2mx +(m 2-4). 令f ′(x )=0,得x =m -2或x =m +2.当x ∈(-∞,m -2)时,f ′(x )>0,f (x )在(-∞,m -2)上是增函数; 当x ∈(m -2,m +2)时,f ′(x )<0,f (x )在(m -2,m +2)上是减函数; 当x ∈(m +2,+∞)时,f ′(x )>0,f (x )在(m +2,+∞)上是增函数.因为函数f (x )有三个互不相同的零点0,α,β,且f (x )=13x [x 2-3mx +3(m 2-4)],所以⎩⎨⎧≠->--.0)4(3,0)4(12)3(222m m m 解得m ∈(-4,-2)∪(-2,2)∪(2,4). 当m ∈(-4,-2)时,m -2<m +2<0,所以α<m -2<β<m +2<0.此时f (α)=0,f (1)>f (0)=0,与题意不合,故舍去. 当m ∈(-2,2)时,m -2<0<m +2, 所以α<m -2<0<m +2<β.因为对任意的x ∈[α,β],都有f (x )≥f (1)恒成立, 所以α<1<β.所以f (1)为函数f (x )在[α,β]上的最小值.因为当x =m +2时,函数f (x )在[α,β]上取最小值, 所以m +2=1,即m =-1. 当m ∈(2,4)时,0<m -2<m +2, 所以0<m -2<α<m +2<β.因为对任意的x ∈[α,β],都有f (x )≥f (1)恒成立, 所以α<1<β.所以f (1)为函数f (x )在[α,β]上的最小值.因为当x =m +2时,函数f (x )在[α,β]上取最小值, 所以m +2=1,即m =-1(舍去). 综上可知,m 的取值范围是{-1}.【变式训练3】已知f (x )=ax 2(a ∈R ),g (x )=2ln x . (1)讨论函数F (x )=f (x )-g (x )的单调性;(2)若方程f (x )=g (x )在区间[2,e]上有两个不等解,求a 的取值范围. 【解析】(1)当a >0时,F (x )的递增区间为(1a ,+∞),递减区间为(0,1a); 当a ≤0时,F (x )的递减区间为(0,+∞). (2)[12ln 2,1e). 总结提高在应用导数处理方程、不等式有关问题时,首先应熟练地将方程、不等式问题直接转化为函数问题,再利用导数确定函数单调性、极值或最值.3.4 定积分与微积分基本定理典例精析题型一 求常见函数的定积分 【例1】 计算下列定积分的值. (1)⎰21(x -1)5d x ;(2)⎰2π(x +sin x )d x .【解析】(1)因为[16(x -1)6]′=(x -1)5, 所以⎰21 (x -1)5d x =6)1(61-x 12=16. (2)因为(x 22-cos x )′=x +sin x , 所以⎰2π0(x +sin x )d x =)cos 2(2x x -12π=π28+1. 【点拨】(1)一般情况下,只要能找到被积函数的原函数,就能求出定积分的值;(2)当被积函数是分段函数时,应对每个区间分段积分,再求和;(3)对于含有绝对值符号的被积函数,应先去掉绝对值符号后积分;(4)当被积函数具有奇偶性时,可用以下结论:①若f (x )是偶函数时,则⎰-a a f (x )d x =2⎰a 0f (x )d x ; ②若f (x )是奇函数时,则⎰-a a f (x )d x =0. 【变式训练1】求⎰-55(3x 3+4sin x )d x . 【解析】⎰-55(3x 3+4sin x )d x 表示直线x =-5,x =5,y =0和曲线y =3x 3+4sin x 所围成的曲边梯形面积的代数和,且在x 轴上方的面积取正号,在x 轴下方的面积取负号.又f (-x )=3(-x )3+4sin(-x )=-(3x 3+4sin x )=-f (x ).所以f (x )=3x 3+4sin x 在[-5,5]上是奇函数,所以⎰-50(3x 3+4sin x )d x =-⎰05(3x 3+4sin x )d x , 所以⎰-55(3x 3+4sin x )d x =⎰-50(3x 3+4sin x )d x +⎰05(3x 3+4sin x )d x =0. 题型二 利用定积分计算曲边梯形的面积【例2】求抛物线y 2=2x 与直线y =4-x 所围成的平面图形的面积.【解析】方法一:如图,由⎩⎨⎧-==,4,22x y x y 得交点A (2,2),B (8,-4),则S =⎰02[2x -(-2x )]d x +⎰28[4-x -(-2x )]d x=0223324x +28)32224(232x x x +-=163+383=18. 方法二:S =⎰-42[(4-y )-y 22]d y =42)61214(32---y y y =18. 【点拨】根据图形的特征,选择不同的积分变量,可使计算简捷,在以y 为积分变量时,应注意将曲线方程变为x =φ(y )的形式,同时,积分上、下限必须对应y 的取值.【变式训练2】设k 是一个正整数,(1+x k )k 的展开式中x 3的系数为116,则函数y =x 2与y =kx -3的图象所围成的阴影部分(如图)的面积为.【解析】T r +1=C r k (x k )r ,令r =3,得x 3的系数为C 3k 1k 3=116,解得k =4.由⎩⎨⎧-==34,2x y x y 得函数y =x 2与y =4x -3的图象的交点的横坐标分别为1,3.所以阴影部分的面积为S =⎰13(4x -3-x 2)d x =(2x 2-3x -13)313x =43. 题型三 定积分在物理中的应用【例3】 (1) 变速直线运动的物体的速度为v (t )=1-t 2,初始位置为x 0=1,求它在前2秒内所走过的路程及2秒末所在的位置;(2)一物体按规律x =bt 3作直线运动,式中x 为时间t 内通过的距离,媒质的阻力正比于速度的平方,试求物体由x =0运动到x =a 时阻力所做的功.【解析】(1)当0≤t ≤1时,v (t )≥0,当1≤t ≤2时,v (t )≤0,所以前2秒内所走过的路程为s =⎰01v (t )d t +⎰12(-v (t ))d t =⎰01(1-t 2)d t +⎰12(t 2-1)d t=01)31(3t t -+12)31(3t t -=2.2秒末所在的位置为x 1=x 0+⎰02v (t )d t =1+⎰02(1-t 2)d t =13. 所以它在前2秒内所走过的路程为2,2秒末所在的位置为x 1=13. (2) 物体的速度为v =(bt 3)′=3bt 2.媒质阻力F 阻=kv 2=k (3bt 2)2=9kb 2t 4,其中k 为比例常数,且k >0.当x =0时,t =0;当x =a 时,t =t 1=(a b)31, 又d s =v d t ,故阻力所做的功为W 阻=⎰阻F d s =⎰01t kv 2·v d t =k ⎰01t v 3d t = k ⎰01t (3bt 2)3d t =277kb 3t 71 = 277k 3a 7b 2. 【点拨】定积分在物理学中的应用应注意:v (t )=⎰a ba (t )d t ,s (t )=⎰ab v (t )d t 和W =⎰a b F (x )d x 这三个公式.【变式训练3】定义F (x ,y )=(1+x )y ,x ,y ∈(0,+∞).令函数f (x )=F [1,log 2(x 2-4x +9)]的图象为曲线C 1,曲线C 1与y 轴交于点A (0,m ),过坐标原点O 向曲线C 1作切线,切点为B (n ,t )(n >0),设曲线C 1在点A ,B 之间的曲线段与线段OA ,OB 所围成图形的面积为S ,求S 的值.【解析】因为F (x ,y )=(1+x )y ,所以f (x )=F (1,log 2(x 2-4x +9))=)94log(22+-x x =x 2-4x +9,故A (0,9),又过坐标原点O 向曲线C 1作切线,切点为B (n ,t )(n >0),f ′(x )=2x -4. 所以⎪⎩⎪⎨⎧-=+-=,42,942n nt n n t 解得B (3,6), 所以S =⎰03(x 2-4x +9-2x )d x =(x 33-3x 2+9x )03=9. 总结提高1.定积分的计算关键是通过逆向思维求得被积函数的原函数.2.定积分在物理学中的应用必须遵循相应的物理过程和物理原理.3.利用定积分求平面图形面积的步骤:(1)画出草图,在直角坐标系中画出曲线或直线的大致图象;(2)借助图形确定出被积函数,求出交点坐标,确定积分的上、下限;(3)把曲边梯形的面积表示成若干个定积分的和;(4)计算定积分,写出答案.。
《导数及其应用》知识点总结一、导数的概念和几何意义1. 函数的平均变化率:函数()f x 在区间12[,]x x 上的平均变化率为:2121()()f x f x x x --。
2. 导数的定义:设函数()y f x =在区间(,)a b 上有定义,0(,)x a b ∈,若x ∆无限趋近于0时,比值00()()f x x f x y x x+∆-∆=∆∆无限趋近于一个常数A ,则称函数()f x 在0x x =处可导,并称该常数A 为函数()f x 在0x x =处的导数,记作0()f x '。
函数()f x 在0x x =处的导数的实质是在该点的瞬时变化率。
3. 求函数导数的基本步骤:(1)求函数的增量00()()y f x x f x ∆=+∆-;(2)求平均变化率:00()()f x x f x x +∆-∆;(3)取极限,当x ∆无限趋近与0时,00()()f x x f x x+∆-∆无限趋近与一个常数A ,则0()f x A '=. 4. 导数的几何意义:函数()f x 在0x x =处的导数就是曲线()y f x =在点00(,())x f x 处的切线的斜率。
由此,可以利用导数求曲线的切线方程,具体求法分两步:(1)求出()y f x =在x 0处的导数,即为曲线()y f x =在点00(,())x f x 处的切线的斜率; (2)在已知切点坐标和切线斜率的条件下,求得切线方程为000()()y y f x x x '-=-。
当点00(,)P x y 不在()y f x =上时,求经过点P 的()y f x =的切线方程,可设切点坐标,由切点坐标得到切线方程,再将P 点的坐标代入确定切点。
特别地,如果曲线()y f x =在点00(,())x f x 处的切线平行与y 轴,这时导数不存在,根据切线定义,可得切线方程为0x x =。
5. 导数的物理意义:质点做直线运动的位移S 是时间t 的函数()S t ,则()V S t '=表示瞬时速度,()a v t '=表示瞬时加速度。
导数知识点归纳及应用●知识点归纳 一、相关概念 1.导数的概念函数 y=f(x), 如果自变量 x 在 x 0 处有增量 x ,那么函数 y 相应地有 y x增量 y =f ( x 0 + x )-f (x 0 ),比值 叫做函数 y=f (x )在 x 0 到 x 0 + xf ( x 0x) xf ( x 0 )。
如果当y = xy 有x之间的平均变化率, 即 0 时, x极限,我们就说函数 y=f(x) 在点 x 0 处可导, 并把这个极限叫做 f (x ) 在点 x 0 处的导数,记作 f ’( x 0 )或 y ’|x。
x 0y xf ( x 0x) xf ( x 0 ) 即 f (x 0 )= lim。
= lim x 0x 0说明:y xy x( 1)函数 f ( x )在点 x 0 处可导, 是指 0 时,有极限。
如果x不存在极限,就说函数在点 x 0 处不可导,或说无导数。
( 2) x 是自变量 x 在 x 0 处的改变量, x 0 时,而 y 是函数值的改 变量,可以是零。
由导数的定义可知,求函数 y=f ( x )在点 x 0 处的导数的步骤: ① 求函数的增量 y =f ( x 0 + x )- f (x 0 ); y xf (x 0x)f (x 0 );x② 求平均变化率 = y x③ 取极限,得导数 f ’(x 0 )= lim。
x 0 例: 设 f(x)= x|x|,则 f ′( 0)=.f ( 0 x) xf (0)f ( x) x| x | xx[ 解析 ] : ∵ ∴lim | x 0x | 0lim x 0limx 0limx 0f ′( 0)=02.导数的几何意义函数 y=f (x )在点 x 0 处的导数的几何意义是曲线 y=f (x )在点 p (x 0 , f ( x 0 ))处的切线的斜率。
也就是说,曲线 y=f ( x )在点 p ( x 0 , f( x 0 ))处的切线的斜率是 f ’( x 0 )。
《导数及其应用》全章复习与巩固【学习目标】1. 会利用导数解决曲线的切线的问题.2. 会利用导数解决函数的单调性等有关问题.3. 会利用导数解决函数的极值、最值等有关问题.4. 能通过运用导数这一工具解决生活中的一些优化问题:例如利润最大、用料最省、效率最高等问题【知识网络】【要点梳理】要点一:有关切线问题直线与曲线相切,我们要抓住三点:①切点在切线上;②切点在曲线上;③切线斜率等于曲线在切点处的导数值.要点诠释:通过以上三点可以看出,抓住切点是解决此类题的关键,有切点直接求,无切点则设切点,布列方程组.要点二:有关函数单调性的问题设函数()y f x =在区间(a ,b )内可导,(1)如果恒有'()0f x >,则函数()f x 在(a ,b )内为增函数; (2)如果恒有'()0f x <,则函数()f x 在(a ,b )内为减函数; (3)如果恒有'()0f x =,则函数()f x 在(a ,b )内为常数函数. 要点诠释:(1)若函数()f x 在区间(a ,b )内单调递增,则'()0f x ≥,若函数()f x 在(a ,b )内单调递减,则'()0f x ≤.(2)'()0f x ≥或'()0f x ≤恒成立,求参数值的范围的方法: ① 分离参数法:()m g x ≥或()m g x ≤.② 若不能隔离参数,就是求含参函数(,)f x m 的最小值min (,)f x m ,使min (,)0f x m ≥. (或是求含参函数(,)f x m 的最大值max (,)f x m ,使max (,)0f x m ≤) 要点三:函数极值、最值的问题 函数极值的问题(1)确定函数的定义域; (2)求导数)(x f '; (3)求方程0)(='x f 的根;(4)检查'()f x 在方程根左右的值的符号,如果左正右负,则f(x)在这个根处取得极大值;如果左负右正,则f(x)在这个根处取得极小值.(最好通过列表法) 要点诠释: ①先求出定义域②一般都要列表:然后看在每个根附近导数符号的变化:若由正变负,则该点为极大值点; 若由负变正,则该点为极小值点.注意:无定义的点不用在表中列出③根据表格给出结论:注意一定指出在哪取得极值. 函数最值的问题若函数()y f x =在闭区间],[b a 有定义,在开区间(,)a b 内有导数,则求函数()y f x =在],[b a 上的最大值和最小值的步骤如下:(1)求函数)(x f 在),(b a 内的导数)(x f '; (2)求方程0)(='x f 在),(b a 内的根;(3)求在),(b a 内所有使0)(='x f 的的点的函数值和)(x f 在闭区间端点处的函数值)(a f ,)(b f ; (4)比较上面所求的值,其中最大者为函数()y f x =在闭区间],[b a 上的最大值,最小者为函数()y f x =在闭区间],[b a 上的最小值.要点诠释:①求函数的最值时,不需要对导数为0的点讨论其是极大还是极小值,只需将导数为0的点和端点的函数值进行比较即可.②若)(x f 在开区间),(b a 内可导,且有唯一的极大(小)值,则这一极大(小)值即为最大(小)值. 要点四:优化问题在实际生活中用料最省、利润最大、效率最高等问题,常常可以归结为函数的最大值问题,从而可用导数来解决.我们知道,导数是求函数最大(小)值的有力工具,导数在实际生活中的应用主要是解决有关函数最大值、最小值的实际问题.利用导数解决实际问题中的最值的一般步骤:(1) 分析实际问题中各量之间的关系,找出实际问题的数学模型,写出实际问题中变量之间的函数关系式()y f x =;(2) 求函数的导数'()f x ,解方程'()0f x =;(3) 比较函数在区间端点和极值点的函数值大小,最大(小)者为最大(小)值. 要点诠释:①解决优化问题的方法:首先是需要分析问题中各个变量之间的关系,建立适当的函数关系,并确定函数的定义域,通过创造在闭区间内求函数取值的情境,即核心问题是建立适当的函数关系.再通过研究相应函数的性质,提出优化方案,使问题得以解决,在这个过程中,导数是一个有力的工具.利用导数解决优化问题的基本思路:②得出变量之间的关系()y f x =后,必须由实际意义确定自变量x 的取值范围;③在实际问题中,有时会遇到函数在区间内只有一个点使'()0f x =的情形,如果函数在这点有极大(小)值,那么不与端点值比较,也可以知道这就是最大(小)值.④在求实际问题的最大(小)值时,一定要注意考虑实际问题的意义,不符合实际意义的值应舍去. 要点五:定积分的概念如果函数=()y f x 在区间[]a b ,上连续,用分点0121i i n a x x x x x x b -=<<<<<<<=将区间[]a b ,等分成n 个小区间,在每个小区间[]1,i i x x -上取点()1,2,,i i n =ξ,作和式:11()()nnn i i i i b aS f x f n==-=∆=∑∑ξξ.当n →+∞时,上述和式n S 无限趋近于常数,那么称该常数为函数()f x 在区间[,]a b 上的定积分,记作:()baf x dx ⎰,即+1()lim()nbi an i b af x dx f n →∞=-=∑⎰ξ.要点诠释: (1)定积分()baf x dx ⎰是一个常数,即n S 无限趋近的常数S (n →+∞时),记为()baf x dx ⎰,而不是n S . (2) 定积分是一个数值(极限值),它的值仅仅取决于被积函数与积分的上、下限,而与积分变量用什么字母表示无关,即()()()bbbaaaf x dx f u du f t dt ===⎰⎰⎰(称为积分形式的不变性),另外定积分()()baf x d x ⎰与积分区间[a ,b ]息息相关,不同的积分区间,定积分的积分上下限不同,所得的值也就不同,例如12(1)x dx +⎰与320(1)x dx +⎰的值就不同.要点六:定积分的几何意义从几何上看,如果在区间[],a b 上函数()f x 连续且恒有()0f x ≥,那么定积分()baf x dx ⎰表示由直线,(),0x a x b a b y ==≠=和曲线()y f x =所围成的曲边梯形(如图a 中的阴影部分)的面积.要点诠释:(1)当()0f x ≤时,由()y f x =、x =a 、x =b 与x 轴所围成的曲边梯形位于x 轴的下方,积分()d baf x x⎰在几何上表示上述曲边梯形面积的相反数(负数).所以[()]d ()b baaS f x x f x S =-=-=-⎰⎰,即()d baf x x S =-⎰,如图(b ). (2)当()f x 在区间[a ,b ]上有正有负时,积分()d baf x x ⎰在几何上表示几个小曲边梯形面积的代数和(x 轴上方面积取正号,x 轴下方面积取负号).在如图(c )所示的图象中,定积分132()d baf x x S S S =+-⎰.要点七:定积分的运算性质 性质1:()d ()bba ak f x x k f x kS ==⎰⎰;性质2:[()g()]d ()g()d bb ba aaf x x x f x x x ±=±⎰⎰⎰;性质3:定积分关于积分区间具有可加性。
如右图:()d ()d ()d bcbaacf x x f x x f x x =+⎰⎰⎰(其中a c b <<)性质4. 设()f x 在[a ,b ]上连续: ①当()f x 是奇函数,()0aa f x dx -=⎰;②当()f x 是偶函数,0()2()aaaf x dx f x dx -=⎰⎰.要点八:求定积分的基本方法 ①定义法(极限观点)一般步骤:分割,近似代替,求和,取极限. ②公式法(微积分基本定理)微积分基本定理(牛顿-莱布尼茨公式):如果'()()F x f x =,且()f x 在[a ,b ]上可积,则()d ()()baf x x F b F a =-⎰.③利用定积分的几何意义,转化为规则图形(如三角形、四边形、圆等)的面积. ④利用奇(偶)函数在对称区间上的性质(要点三运算性质4)。
要点诠释:对于这几种计算定积分的方法,要合理的利用:一般先看积分区间[a ,b ],如果是对称区间,就利用对称区间上积分的性质来化简(方法④),接着分析被积函数()f x 的特点,如果是有理函数,就利用微积分基本定理计算(方法②),如果是无理函数,则利用定积分的几何意义计算(方法③).而利用定积分的定义求积分()d baf x x ⎰的值时,除了几个特殊的情况需要求积分比较困难,一般很少用.要点九:定积分的应用 平面图形的面积求平面图形的面积,主要是利用定积分的几何意义,借助图形直观,把平面图形进行适当的分割,从而把求平面图形面积的问题转化为求曲边梯形面积的问题. 不分割型图形的面积由曲线围成的面积,要根据图形,确定积分上、下限,用定积分来表示面积,然后计算定积分即可. 求由曲线围成图形面积的一般步骤: (1)根据题意画出图形;(2)找出范围,确定积分上、下限(联立()y f x =与()g y x =,解方程组得()x a b a b =<,); (3)确定被积函数(上曲线-下曲线:()()g f x x -); (4)将面积用定积分表示(()()d baf xg x x -⎡⎤⎣⎦⎰); (5)用微积分基本定理计算定积分,求出结果.分割型图形面积的求解由两条或两条以上的曲线围成的较为复杂的图形,在不同的区间位于上方和下方的曲线不同时,这种图形的面积如何求呢?要将所求的曲面面积分割成几个不分割图形面积的形式. 求分割型图形面积的一般步骤: (1)根据题意画出图形;(2)先求出曲线的不同的交点横坐标,将积分区间细化;(3)确定相应区间的被积函数(上曲线-下曲线);(4)将各细分区间的不分割平面图形的面积分别用定积分表示,则所求图形面积表示为若干定积分和的形式;(5)利用微积分基本定理计算定积分得出结果. 简单旋转体的体积旋转体可以看作是由连续曲线()y f x =、直线=x a 、x b =及x 轴所围成的曲边梯形绕x 轴旋转一周而成的几何体,如圆锥体、圆柱体、圆台、球体等.利用定积分也可以求出一些简单的旋转体的体积,体积公式为()2d b aV f x x π⎡⎤⎣⎦⎰=. 【典型例题】类型一: 利用导数解决有关切线问题例1. 已知函数33y x x =-,过点016A (,)作曲线()y f x =的切线,求此切线方程.【思路点拨】因为点A 不在曲线上,故应先设出切点并求出切点. 【解析】曲线方程为33y x x =-,点(016)A ,不在曲线上. 设切点为00()M x y ,,则点M 的坐标满足30003y x x =-. 因200()3(1)f x x '=-,故切线的方程为20003(1)()y y x x x -=--.点(016)A ,在切线上,则有32000016(3)3(1)(0)x x x x --=--. 化简得308x =-,解得02x =-.所以,切点为(22)M --,,切线方程为9160x y -+=. 【总结升华】此类题的解题思路是,先判断点A 是否在曲线上,若点A 不在曲线上,应先设出切点,然后根据直线与曲线相切的三个关系列方程组,从而求得参数值.举一反三:【变式1】(2015 梅州三模)已知函数3()3f x x x =-,若过点A (0,16) 的直线方程为16y ax =+ ,与曲线()y f x =相切,则实数a 的值是( )A.3-B.3C.6D.9【答案】设切点为3000(,3)P x x x - ,3()3f x x x =- ,'2()33,f x x ∴=-3()3f x x x ∴=- 在点3000(,3)P x x x -处的切线方程为3200003(33)()y x x x x x -+=-- ,把点A(0,16)代入,得320000163(33)(0)x x x x -+=--,解得02x =-,∴ 过点A (0,16)的切线方程为916,y x =+ 2a ∴=。