第1讲 变化率与导数、导数的运算
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2021年高考数学基础突破——导数与积分第1讲 变化率与导数(同学版,后附老师版)【学问梳理】1.函数()y f x =在x =x 0处的导数(1)定义:称函数()y f x =在x =x 0处的瞬时变化率0000()()limlimx x f x x f x yxx ∆→∆→+∆-∆=∆∆为函数()y f x =在x =x 0处的导数,记作0()f x '或0|y x x '=,即00000()()()lim limx x f x x f x yf x x x∆→∆→+∆-∆'==∆∆. 【基础考点突破】考点1.求平均变化率【例1】若一质点按规律28s t =+运动,则在时间段2~2.1中,平均速度是 ( )A .4B .4.1C .0.41D .-1.1【归纳总结】求函数的平均变化率的步骤:(1)求函数的增量21())()(f x f x f x ∆=-;(2)计算平均变化率2121)()()(f x f x f x x x x -∆=∆- 考点2 瞬时速度与瞬时变化率【例2】自由落体运动的公式为s =s (t )=12gt 2(g =10 m/s 2),若v =s (1+Δt )-s (1)Δt,则下列说法正确的是( )A .v 是在0~1 s 这段时间内的速度B .v 是1 s 到(1+Δt )s 这段时间内的速度C .5Δt +10是物体在t =1 s 这一时刻的速度D .5Δt +10是物体从1 s 到(1+Δt )s 这段时间内的平均速度【例3】某物体作直线运动,其运动规律是s =t 2+3t (t 的单位是秒,s 的单位是米),则它在4秒末的瞬时速度为( )A.12316米/秒 B .12516米/秒 C .8米/秒 D .674米/秒考点3.定义法求函数的导数【例4】.求函数y =x +1x 在x =1处的导数【归纳小结】1.求导方法简记为:一差、二化、三趋近.2.求函数在某一点导数的方法有两种:一种是直接求出函数在该点的导数;另一种是求出导函数,再求导数在该点的函数值,此方法是常用方法.变式训练1.用定义求函数f (x )=x 2在x =1处的导数.【例5】=∆∆--∆+→∆xx x f x x f 2)()(lim000x ( )A. )(210x f ' B. )(0x f ' C. )(20x f ' D. )(-0x f '【基础练习巩固】1.已知物体位移公式s =s (t ),从t 0到t 0+Δt 这段时间内,下列说法错误的是( )A .Δs =s (t 0+Δt )-s (t 0)叫做位移增量B .Δs Δt =s (t 0+Δt )-s (t 0)Δt 叫做这段时间内物体的平均速度C .Δs Δt 不肯定与Δt 有关D .lim Δt →0ΔsΔt叫做这段时间内物体的平均速度2.设函数()x f y =,当自变量x 由0x 转变到x x ∆+0时,函数的转变量y ∆为( )A .()x x f ∆+0B .()x x f ∆+0C .()x x f ∆⋅0D .()()00x f x x f -∆+3.某地某天上午9:20的气温为23.40℃,下午1:30的气温为15.90℃,则在这段时间内气温变化率为(℃/min )( )A. 03.0B. 03.0-C. 003.0D. 003.0- 4..函数y =x 3在x =1处的导数为( )A .2B .-2C .3D .-35.已知点P (x 0,y 0)是抛物线y =3x 2+6x +1上一点,且f ′(x 0)=0,则点P 的坐标为( )A .(1,10)B .(-1,-2)C .(1,-2)D .(-1,10)6.设4)(+=ax x f ,若2)1('=f ,则a 的值( )A .2B .-2C .3D .-37.函数8232--=x x y 在31=x 处有增量5.0=∆x ,则()x f 在1x 到x x ∆+1上的平均变化率是8.一小球沿斜面自由滚下,其运动方程是s (t )=t 2(s 的单位:米,t 的单位:秒),则小球在t =5时的瞬时速度为________.9.某物体依据s (t )=3t 2+2t +4(s 的单位:m)的规律作直线运动,求自运动开头到4 s 时物体运动的平均速度和4 s 时的瞬时速度.10.求函数f (x )=x x +-2在1x =-四周的平均变化率,并求出在该点处的导数.11.若2)1()(-=x x f ,求(2)f ' .12.)(x f y =是二次函数,方程0)(=x f 有两个相等的实根,且22)(+='x x f ,求)(x f y =的表达式.2021年高考数学基础突破——导数与积分第1讲 变化率与导数(老师版)【学问梳理】1.函数()y f x =在x =x 0处的导数(1)定义:称函数()y f x =在x =x 0处的瞬时变化率0000()()limlimx x f x x f x yxx ∆→∆→+∆-∆=∆∆为函数()y f x =在x =x 0处的导数,记作0()f x '或0|y x x '=,即00000()()()limlimx x f x x f x yf x x x∆→∆→+∆-∆'==∆∆. 【基础考点突破】考点1.求平均变化率【例1】若一质点按规律28s t =+运动,则在时间段2~2.1中,平均速度是 ( )A .4B .4.1C .0.41D .-1.1解析:v =Δs Δt =(8+2.12)-(8+22)2.1-2=2.12-220.1=4.1,故应选B.【归纳总结】求函数的平均变化率的步骤:(1)求函数的增量21())()(f x f x f x ∆=-;(2)计算平均变化率2121)()()(f x f x f x x x x -∆=∆- 学问点2 瞬时速度与瞬时变化率【例2】自由落体运动的公式为s =s (t )=12gt 2(g =10 m/s 2),若v =s (1+Δt )-s (1)Δt,则下列说法正确的是( )A .v 是在0~1 s 这段时间内的速度B .v 是1 s 到(1+Δt )s 这段时间内的速度C .5Δt +10是物体在t =1 s 这一时刻的速度D .5Δt +10是物体从1 s 到(1+Δt )s 这段时间内的平均速度【解析】 由平均速度的概念知:v =s (1+Δt )-s (1)Δt=5Δt +10.故应选D.【例3】某物体作直线运动,其运动规律是s =t 2+3t (t 的单位是秒,s 的单位是米),则它在4秒末的瞬时速度为( )A.12316米/秒 B .12516米/秒 C .8米/秒 D .674米/秒【解析】∵ΔsΔt=(4+Δt )2+34+Δt -16-34Δt =Δt 2+8Δt +-3Δt 4(4+Δt )Δt =Δt +8-316+4Δt,∴lim Δt →0Δs Δt =8-316=12516. 故选B.考点3.定义法求函数的导数【例4】.求函数y =x +1x在x =1处的导数【解析】法一 ∵Δy =(1+Δx )+11+Δx -(1+11)=Δx -1+11+Δx =(Δx )21+Δx,∴Δy Δx =Δx1+Δx .∴y ′|x =1=lim Δx →0Δy Δx =lim Δx →0Δx1+Δx=0. 法二 ∵Δy =(x +Δx )+1x +Δx -(x +1x )=Δx -1x +1x +Δx =Δx (x 2+x ·Δx -1)x (x +Δx ),∴y ′=lim Δx →0Δy Δx =lim Δx →0x 2+x ·Δx -1x (x +Δx )=x 2-1x 2=1-1x 2.∴y ′|x =1=1-1=0.【归纳小结】1.求导方法简记为:一差、二化、三趋近.2.求函数在某一点导数的方法有两种:一种是直接求出函数在该点的导数;另一种是求出导函数,再求导数在该点的函数值,此方法是常用方法.变式训练1.用定义求函数f (x )=x 2在x =1处的导数.解析:法一 Δy =f (1+Δx )-f (1)=(1+Δx )2-1=2Δx +(Δx )2,∴ f ′(1)=lim Δx →0ΔyΔx =lim Δx →02Δx +(Δx )2Δx=lim Δx →0 (2+Δx )=2,即f (x )=x 2在x =1处的导数f ′(1)=2.法二Δy =f (x +Δx )-f (x )=(x +Δx )2-x 2=2Δx ·x +(Δx )2,∴Δy Δx =2Δx ·x +(Δx )2Δx=2x +Δx . ∴0()lim(2)2x f x x x x ∆→'=+∆=,∴ (1)2f '=,即f (x )=x 2在x =1处的导数f ′(1)=2.【例5】=∆∆--∆+→∆xx x f x x f 2)()(lim000x ( )A.)(210x f ' B. )(0x f ' C. )(20x f ' D. )(-0x f ' 【解析】00000x 0x 000()()()()limlim =()2()()f x x f x x f x x f x x f x x x x x x ∆→∆→+∆--∆+∆--∆'=∆+∆--∆,故选B. 【基础练习巩固】1.已知物体位移公式s =s (t ),从t 0到t 0+Δt 这段时间内,下列说法错误的是( )A .Δs =s (t 0+Δt )-s (t 0)叫做位移增量B .Δs Δt =s (t 0+Δt )-s (t 0)Δt 叫做这段时间内物体的平均速度C .Δs Δt 不肯定与Δt 有关D .lim Δt →0ΔsΔt叫做这段时间内物体的平均速度【解析】D 错误,应为t =t 0时的瞬时速度,选D2.设函数()x f y =,当自变量x 由0x 转变到x x ∆+0时,函数的转变量y ∆为( )A .()x x f ∆+0B .()x x f ∆+0C .()x x f ∆⋅0D .()()00x f x x f -∆+ 2. 解析】D.3.某地某天上午9:20的气温为23.40℃,下午1:30的气温为15.90℃,则在这段时间内气温变化率为(℃/min )( )A. 03.0B. 03.0-C. 003.0D. 003.0-【解析】B4..函数y =x 3在x =1处的导数为( )A .2B .-2C .3D .-3 【答案】C【解析】Δy Δx =(x +Δx )3-x 3Δx =3Δx ·x 2+3(Δx )2·x +(Δx )3Δx =3x 2+3Δx ·x +(Δx )2,∴lim Δx →0ΔyΔx=3x 2,∴y ′|x =1=3.5.已知点P (x 0,y 0)是抛物线y =3x 2+6x +1上一点,且f ′(x 0)=0,则点P 的坐标为( )A .(1,10)B .(-1,-2)C .(1,-2)D .(-1,10)【答案】 B【解析】 Δy =3(x 0+Δx )2+6(x 0+Δx )-3x 20-6x 0=6x 0·Δx +3Δx 2+6Δx ,∴lim Δx →0ΔyΔx=lim Δx →0(6x 0+3Δx +6)=6x 0+6=0.,∴x 0=-1,y 0=-2.6.设4)(+=ax x f ,若2)1('=f ,则a 的值( )A .2B .-2C .3D .-3【解析】A7.函数8232--=x x y 在31=x 处有增量5.0=∆x ,则()x f 在1x 到x x ∆+1上的平均变化率是 3.【答案】 17.58.一小球沿斜面自由滚下,其运动方程是s (t )=t 2(s 的单位:米,t 的单位:秒),则小球在t =5时的瞬时速度为________.【答案】 10米/秒【解析】v ′(5)=lim Δt →0s (5+Δt )-s (5)Δt=lim Δt →0(10+Δt )=10.9.某物体依据s (t )=3t 2+2t +4(s 的单位:m)的规律作直线运动,求自运动开头到4 s 时物体运动的平均速度和4 s 时的瞬时速度.【解析】自运动开头到t s 时,物体运动的平均速度v (t )=s (t )t =3t +2+4t,故前4 s 物体的平均速度为v (4)=3×4+2+44=15(m/s).由于Δs =3(t +Δt )2+2(t +Δt )+4-(3t 2+2t +4)=(2+6t )Δt +3(Δt )2.lim Δt →0ΔsΔt=lim Δt →0(2+6t +3·Δt )=2+6t , ∴4 s 时物体的瞬时速度为2+6×4=26(m/s). 10.求函数f (x )=x x +-2在1x =-四周的平均变化率,并求出在该点处的导数.解析:x xx x x y ∆-=∆-∆+-+∆+--=∆∆32)1()1(2, 200(1)(1)2(1)limlim (3)3x x y x x f x x x∆→∆→∆--+∆+-+∆-'-===-∆=∆∆. 11.若2)1()(-=x x f ,求)2('f .解析: xx f x x f x y o o ∆-∆+=∆∆)()(x x x f x f ∆---∆+=∆-∆+=22)12()12()2()2(=x x x x ∆+=∆∆+∆222 所以:f ’(2)= 2)2(lim 0=∆+→∆x x12.设)(x f y =是二次函数,方程0)(=x f 有两个相等的实根,且22)(+='x x f ,求)(x f y =的表达式.解析:设2)()(m x a x f -=,则2222)(2)(+=-=-='x am ax m x a x f 解得1,1==m a ,所以12)1x ()(22++=-=x x x f 。
变化率与导数、导数的运算课前双击巩固1.变化率与导数 (1)平均变化率: 概念 对于函数y=f (x ),f(x 2)-f(x 1)x 2-x 1=Δy Δx 叫作函数y=f (x )从x 1到x 2的 变化率几何 意义 函数y=f (x )图像上两点(x 1,f (x 1)),(x 2,f (x 2))连线的物理 意义 若函数y=f (x )表示变速运动的质点的运动方程,则ΔyΔx 就是该质点在[x 1,x 2]上的 速度(2)导数:概念点x 0处 limΔx→0ΔyΔx =limΔx→0f(x 0+Δx)−f(x 0)Δx,我们称它为函数y=f (x )在 处的导数,记为f'(x 0)或y'|x=x 0,即f'(x 0)=limΔx→0ΔyΔx= lim Δx→0f(x 0+Δx)−f(x 0)Δx区间 (a ,b )当x ∈(a ,b )时,f'(x )=lim Δx→0ΔyΔx =lim Δx→0 叫作函数在区间(a ,b )内的导数几何 意义 函数y=f (x )在点x=x 0处的导数f'(x 0)就是函数图像在该点处切线的 .曲线y=f (x )在点(x 0,f (x 0))处的切线方程是物理 意义 函数y=f (x )表示变速运动的质点的运动方程,则函数在x=x 0处的导数就是质点在x=x时的 速度,在(a ,b )内的导数就是质点在(a ,b )内的 方程2.导数的运算 常用 导数 公式原函数导函数特例或推广常数函数 C'=0(C 为常数)幂函数(x n)'= (n ∈Z )1x'=-1x 2三角函数(sin x)'=,(cos x)'=偶(奇)函数的导数是奇(偶)函数,周期函数的导数是周期函数指数函数(a x)'=(a>0且a≠1) (e x)'=e x对数函数(log a x)'=(a>0且a≠1)(ln x)'=1x,(ln|x|)'=1x四则运算法则加减[f(x)±g(x)]'=(∑i=1nf i(x))'=∑i=1nf'i(x)乘法[f(x)·g(x)]'=[Cf(x)]'=Cf'(x) 除法f(x)g(x)'=(g(x)≠0)1g(x)'=-g′(x)[g(x)]2复合函数导数复合函数y=f[g(x)]的导数与函数y=f(u),u=g(x)的导数之间具有关系y'x=,这个关系用语言表达就是“y对x的导数等于y对u的导数与u对x的导数的乘积”题组一常识题1.[教材改编]向气球中充入空气,当气球中空气的体积V(单位:L)从1 L增加到2 L时,气球半径r(单位:dm)的平均变化率约为.2.[教材改编]已知将1吨水净化到纯净度为x %时所需费用(单位:元)为c(x)=5284100−x(80<x<100),当净化到纯净度为98 %时费用的瞬时变化率为.3.[教材改编] y=sin(πx+φ)的导数是y'=.4.[教材改编]曲线y=xe x-1在点(1,1)处切线的斜率等于.题组二常错题◆索引:平均变化率与导数的区别;求导时不能掌握复合函数的求导法则致错;混淆f'(x 0)与[f (x 0)]',f'(ax+b )与[f (ax+b )]'的区别.5.函数f (x )=x 2在区间[1,2]上的平均变化率为 ,在x=2处的导数为 .6.已知函数y=sin 2x ,则y'= .7.已知f (x )=x 2+3xf'(2),则f (2)= .8.已知f (x )=x 3,则f'(2x+3)= ,[f (2x+3)]'= .课堂考点探究探究点一 导数的运算1(1)函数f (x )的导函数为f'(x ),且满足关系式f (x )=x 2+3xf'(2)-ln x ,则f'(2)的值为( )A.74 B.-74 C.94 D.-94(2)已知f (x )=-sin x2(1−2cos 2x4),则f'(π3)= .[总结反思] (1)对于复杂函数的求导,首先应利用代数、三角恒等变换等变形规则对函数解析式进行化简,然后求导,这样可以减少运算量,提高运算速度,减少差错.(2)利用公式求导时要特别注意除法公式中分子的符号,不要与求导的乘法公式混淆. 式题 (1)函数y=sinx x 的导数为y'= .(2)已知f (x )=(x+1)(x+2)(x+a ),若f'(-1)=2,则f'(1)= . 探究点二 导数的几何意义考向1 求切线方程2 函数f (x )=e x·sin x 的图像在点(0,f (0))处的切线方程是 .[总结反思] (1)曲线y=f (x )在点(x 0,f (x 0))处的切线方程为y-f (x 0)=f'(x 0)(x-x 0);(2)求解曲线切线问题的关键是求切点的横坐标,在使用切点横坐标求切线方程时应注意其取值范围;(3)注意过某点的切线和曲线上某点处的切线的区别. 考向2 求切点坐标3设a∈R,函数f(x)=e x+a·e-x的导函数是f'(x),且f'(x)是奇函数.若曲线y=f(x)的一条切线的斜率是32,则切点的横坐标为( )A.ln 2B.-ln 2C.ln22 D.-ln22[总结反思] f'(x)=k(k为切线斜率)的解即为切点的横坐标.考向3求参数的值4已知曲线C在动点P(a,a2+2a)与动点Q(b,b2+2b)(a<b<0)处的切线互相垂直,则b-a的最小值为( )A.1B.2C.√2D.-√2[总结反思](1)利用导数的几何意义求参数的基本方法:利用切点的坐标、切线的斜率、切线方程等得到关于参数的方程(组)或者参数满足的不等式(组),进而求出参数的值或取值范围.(2)注意:①曲线上横坐标的取值范围;②切点既在切线上又在曲线上.强化演练1.【考向1】已知函数f(x)=xln x,若直线l过点(0,-1),并且与曲线y=f(x)相切,则直线l的方程为( )A.x+y-1=0B.x-y-1=0C.x+y+1=0D.x-y+1=02.【考向3】直线y=kx+1与曲线y=x3+ax+b相切于点A(1,3),则2a+b的值等于( )A.2B.-1C.1D.-23.【考向2】已知在平面直角坐标系中,f(x)=aln x+x的图像在x=a处的切线过原点,则a=( )A.1B.eC.1eD.04.【考向2】若曲线y=xln x在点P处的切线平行于直线2x-y+1=0,则点P的坐标是.5.【考向1】函数f(x)=xe x的图像在点P(1,e)处的切线与坐标轴围成的三角形面积为.。
函数的导数与变化率函数的导数是微积分中的基础概念之一,它描述了函数在某一点上的变化率。
在实际问题中,我们经常需要了解一个函数在某一点的变化情况,以便更好地理解问题的本质和解决方法。
本文将详细介绍函数的导数的概念、性质以及在实际应用中的意义和计算方法。
一、导数的概念函数的导数是函数变化率的度量,表示了函数在某一点上的变化速度。
形式上,设函数y=f(x),若该函数在点x处的导数存在,则导数被定义为:f'(x)=lim(h→0)[f(x+h)-f(x)]/h其中,f'(x)表示函数在点x处的导数,h表示自变量x的变化量。
导数的定义是一个极限的概念,表示了自变量逐渐接近某一点时,函数变化的趋势。
二、导数的性质1. 导数的存在性函数在某一点上的导数存在的充分条件是函数在该点附近连续,并且左右导数相等。
2. 导数与函数图像的关系函数的导数可以反映函数图像的一些特征,比如导数正值表示函数在该点上升,导数负值表示函数在该点下降,导数等于零表示函数在该点取得极值。
3. 导数的计算法则导数具有一组计算法则,可以用于计算各种复杂函数的导数。
常见的导数运算法则包括常数法则、幂法则、和差法则、乘积法则和商数法则等。
三、变化率与导数的关系函数的导数即为函数在某一点上的变化率。
当自变量的变化量很小时,导数可以近似地表示函数的变化率。
函数的变化率可以分为平均变化率和瞬时变化率两种。
平均变化率是指函数在两个点之间的变化率,可以通过函数的增量和自变量的增量来计算。
瞬时变化率是指函数在某一点上的瞬时变化率,可以通过函数的导数来求得。
四、导数在实际应用中的意义导数在实际问题中有着广泛的应用。
以物理学为例,速度即为位移对时间的导数,加速度即为速度对时间的导数。
在经济学中,边际成本和边际收益也可以通过导数来计算和分析。
导数还可以用于优化问题、曲线拟合和图像处理等领域。
五、导数的计算方法为了计算导数,我们可以利用导数的定义进行计算,也可以利用导数的运算法则简化计算过程。
变化率与导数____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1、平均变化率的概念、函数在某点处附近的平均变化率;2、理解导数的几何意义;一、变化率问题:知识导入:问题1 气球膨胀率将班内同学平均分成4组,每组发一只气球,各有一位同学负责将气球吹起,其他同学观察气球在吹起过程中的变化,并做好准备回答以下问题:(1)气球在吹起过程中,随着吹入气体的增加,它的膨胀速度有何变化?(2)你认为膨胀速度与哪些量有关系?(3)球的体积公式是什么?有哪些基本量?(4)结合球的体积公式,试用两个变量之间的关系来表述气球的膨胀率问题?总结:可以发现,随着气球内空气容量的增加,气球的半径增加越来越慢.从数学角度,如何描述这种现象呢?⏹气球的体积V(单位:L)与半径r(单位:dm)之间的函数关系是334)(rrVπ=⏹如果将半径r表示为体积V的函数,那么343)(πVVr=分析: 343)(πVVr=,⑴当V从0增加到1时,气球半径增加了)(62.0)0()1(dmrr≈-气球的平均膨胀率为)/(62.01)0()1(Ldmrr≈--⑵当V从1增加到2时,气球半径增加了)(16.0)1()2(dmrr≈-气球的平均膨胀率为)/(16.012)1()2(Ldmrr≈--可以看出,随着气球体积逐渐增大,它的平均膨胀率逐渐变小了.hto思考:当空气容量从V 1增加到V 2时,气球的平均膨胀率是多少?1212)()(V V V r V r --问题2 高台跳水在高台跳水运动中,运动员相对于水面的高度h (单位:m )与起跳后的时间t (单位:s )存在函数关系h (t )= -4.9t 2+6.5t +10.如何用运动员在某些时间段内的平均速v 度粗略地描述其运动状态? 思考计算:5.00≤≤t 和21≤≤t 的平均速度在5.00≤≤t 这段时间里,)/(05.405.0)0()5.0(s m h h v =--=;在21≤≤t 这段时间里,)/(2.812)1()2(s m h h v -=--=探究:计算运动员在49650≤≤t 这段时间里的平均速度,并思考以下问题:⑴运动员在这段时间内使静止的吗?⑵你认为用平均速度描述运动员的运动状态有什么问题吗?探究过程:如图是函数h (t )=-4.9t 2+6.5t +10的图像,结合图形可知,)0()4965(h h =, 所以)/(004965)0()4965(m s h h v =--=, 虽然运动员在49650≤≤t 这段时间里的平均速度为)/(0m s ,但实际情况是运动员仍然运动,并非静止,可以说明用平均速度不能精确描述运动员的运动状态.1、平均变化率:1.上述问题中的变化率可用式子1212)()(x x x f x f --表示,称为函数f (x )从x 1到x 2的平均变化率2.若设12x x x -=∆, )()(12x f x f f -=∆ (这里x ∆看作是对于x 1的一个“增量”可用x 1+x ∆代替x 2,同样)()(12x f x f y f -=∆=∆) 3. 则平均变化率为=∆∆=∆∆xfx y x x f x x f x x x f x f ∆-∆+=--)()()()(111212思考:观察函数f (x )的图象平均变化率=∆∆xf1212)()(x x x f x f --表示什么?直线AB 的斜率二、导数的概念:1、瞬时变化率:从函数y =f (x )在x =x 0处的瞬时变化率是:0000()()limlimx x f x x f x fxx ∆→∆→+∆-∆=∆∆ 我们称它为函数()y f x =在0x x =出的导数,记作'0()f x 或0'|x x y =,即0000()()()limx f x x f x f x x∆→+∆-'=∆说明:(1)导数即为函数y =f (x )在x =x 0处的瞬时变化率(2)0x x x ∆=-,当0x ∆→时,0x x →,所以000()()()lim x f x f x f x x x ∆→-'=-三、导数的几何意义:1、平均变化率与割线的斜率、瞬时变化率与切线的斜率: (一)曲线的切线及切线的斜率:如图3.1-2,当(,())(1,2,3,4)n n n P x f x n =沿着曲线()f x 趋近于点00(,())P x f x 时,割线n PP 的变化趋势是什么? 们发现,当点n P 沿着曲我x 1x 2Oyy =f (x )f (x 1) f (x 2) △x = x 2-x 1 △y =f (x 2)-f (x 1)x图3.1-2线无限接近点P 即Δx →0时,割线n PP 趋近于确定的位置,这个确定位置的直线PT 称为曲线在点P 处的切线.问题:⑴割线n PP 的斜率n k 与切线PT 的斜率k 有什么关系?⑵切线PT 的斜率k 为多少? 容易知道,割线n PP 的斜率是00()()n n n f x f x k x x -=-,当点n P 沿着曲线无限接近点P 时,n k 无限趋近于切线PT 的斜率k ,即0000()()lim()x f x x f x k f x x∆→+∆-'==∆说明:(1)设切线的倾斜角为α,那么当Δx →0时,割线PQ 的斜率,称为曲线在点P 处的切线的斜率. 这个概念: ①提供了求曲线上某点切线的斜率的一种方法;②切线斜率的本质—函数在0x x =处的导数.(2)曲线在某点处的切线: 1)与该点的位置有关;2)要根据割线是否有极限位置来判断与求解.如有极限,则在此点有切线,且切线是唯一的;如不存在,则在此点处无切线;3)曲线的切线,并不一定与曲线只有一个交点,可以有多个,甚至可以无穷多个. 2、导数的几何意义:函数y =f (x )在x =x 0处的导数等于在该点00(,())x f x 处的切线的斜率, 即 0000()()()limx f x x f x f x k x∆→+∆-'==∆说明:求曲线在某点处的切线方程的基本步骤: ①求出P 点的坐标;②求出函数在点0x 处的变化率0000()()()lim x f x x f x f x k x∆→+∆-'==∆ ,得到曲线在点00(,())x f x 的切线的斜率;③利用点斜式求切线方程.类型一:求函数的平均变化率例1、求221y x =+在0x 到0x x +∆之间的平均变化率,并求01x =,12x ∆=时平均变化率的值.思路点拨: 求函数的平均变化率,要紧扣定义式00()()f x x f x y x x+∆-∆=∆∆进行操作. 解析:当变量从0x 变到0x x +∆时,函数的平均变化率为220000()()[2()1][21]f x x f x x x x x x+∆-+∆+-+=∆∆042x x =+∆ 当01x =,12x ∆=时,平均变化率的值为:141252⨯+⨯=. 总结升华:解答本题的关键是熟练掌握平均变化率的概念,只要求出平均变化率的表达式,其他就迎刃而解.举一反三:【变式1】求函数y=5x 2+6在区间[2,2+x ∆]内的平均变化率。
第十一节变化率与导数、导数的计算一、导数的概念1.函数y =f (x )在x =x 0处的导数 (1)定义:称函数y =f (x )在x =x 0处的瞬时变化率 lim Δx →0f (x 0+Δx )-f (x 0)Δx=lim Δx →0 ΔyΔx 为函数y =f (x )在x =x 0处的导数,记作f ′(x 0)或y ′|x =x 0,即f ′(x 0)=lim Δx →0Δy Δx =lim Δx →0 f (x 0+Δx )-f (x 0)Δx. (2)几何意义:函数f (x )在点x 0处的导数f ′(x 0)的几何意义是在曲线y =f (x )上点(x 0,f (x 0))处的切线的斜率(瞬时速度就是位移函数s (t )对时间t 的导数).相应地,切线方程为y -f (x 0)=f ′(x 0)(x -x 0).2.函数f (x )的导函数 称函数f ′(x )=lim Δx →0f (x +Δx )-f (x )Δx为f (x )的导函数.二、基本初等函数的导数公式原函数 导函数 f (x )=c (c 为常数) f ′(x )=0 f (x )=x n (n ∈Q *) f ′(x )=nx n -1 f (x )=sin x f ′(x )=cos_x f (x )=cos x f ′(x )=-sin_x f (x )=a x f ′(x )=a x ln_a f (x )=e x f ′(x )=e x f (x )=log a x f ′(x )=1x ln af (x )=ln xf ′(x )=1x三、导数的运算法则1.[f (x )±g (x )]′=f ′(x )±g ′(x ); 2.[f (x )·g (x )]′=f ′(x )g (x )+f (x )g ′(x );3.⎣⎡⎦⎤f (x )g (x )′=f ′(x )g (x )-f (x )g ′(x )[g (x )]2(g (x )≠0).1.(教材习题改编)若f (x )=x e x ,则f ′(1)=( ) A .0 B .e C .2eD .e 2解析:选C ∵f ′(x )=e x +x e x ,∴f ′(1)=2e.2.曲线y =x ln x 在点(e ,e)处的切线与直线x +ay =1垂直,则实数a 的值为( ) A .2 B .-2 C.12D .-12解析:选A 依题意得y ′=1+ln x ,y ′ |x =e =1+ln e =2,所以-1a ×2=-1,a =2.3.(教材习题改编)某质点的位移函数是s (t )=2t 3-12gt 2(g =10 m/s 2),则当t =2 s 时,它的加速度是( )A .14 m/s 2B .4 m/s 2C .10 m/s 2D .-4 m/s 2解析:选A 由v (t )=s ′(t )=6t 2-gt ,a (t )=v ′(t )=12t -g ,得t =2时,a (2)=v ′(2)=12×2-10=14(m/s 2).4.(2012·广东高考)曲线y =x 3-x +3在点(1,3)处的切线方程为________. 解析:∵y ′=3x 2-1,∴y ′ |x =1=3×12-1=2. ∴该切线方程为y -3=2(x -1),即2x -y +1=0. 答案:2x -y +1=05.函数y =x cos x -sin x 的导数为________. 解析:y ′=(x cos x )′-(sin x )′ =x ′cos x +x (cos x )′-cos x =cos x -x sin x -cos x =-x sin x . 答案:-x sin x 1.函数求导的原则对于函数求导,一般要遵循先化简,再求导的基本原则,求导时,不但要重视求导法则的应用,而且要特别注意求导法则对求导的制约作用,在实施化简时,首先必须注意变换的等价性,避免不必要的运算失误.2.曲线y =f (x )“在点P (x 0,y 0)处的切线”与“过点P (x 0,y 0)的切线”的区别与联系(1)曲线y =f (x )在点P (x 0,y 0)处的切线是指P 为切点,切线斜率为k =f ′(x 0)的切线,是唯一的一条切线.(2)曲线y =f (x )过点P (x 0,y 0)的切线,是指切线经过P 点.点P 可以是切点,也可以不是切点,而且这样的直线可能有多条.典题导入[例1] 用定义法求下列函数的导数. (1)y =x 2; (2)y =4x2.[自主解答] (1)因为Δy Δx =f (x +Δx )-f (x )Δx=(x +Δx )2-x 2Δx=x 2+2x ·Δx +(Δx )2-x 2Δx =2x +Δx ,所以y ′=lim Δx →0 ΔyΔx=lim Δx →0 (2x +Δx )=2x . (2)因为Δy =4(x +Δx )2-4x 2=-4Δx (2x +Δx )x 2(x +Δx )2, ΔyΔx =-4·2x +Δx x 2(x +Δx )2, 所以limΔx →0 Δy Δx =lim Δx →0 ⎣⎢⎡⎦⎥⎤-4·2x +Δx x 2(x +Δx )2=-8x 3. 由题悟法根据导数的定义,求函数y =f (x )在x =x 0处导数的步骤 (1)求函数值的增量Δy =f (x 0+Δx )-f (x 0); (2)求平均变化率Δy Δx =f (x 0+Δx )-f (x 0)Δx ;(3)计算导数f ′(x 0)=li m Δx →0ΔyΔx. 以题试法1.一质点运动的方程为s =8-3t 2.(1)求质点在[1,1+Δt ]这段时间内的平均速度;(2)求质点在t =1时的瞬时速度(用定义及导数公式两种方法求解). 解:(1)∵s =8-3t 2,∴Δs =8-3(1+Δt )2-(8-3×12)=-6Δt -3(Δt )2,v =ΔsΔt=-6-3Δt . (2)法一(定义法):质点在t =1时的瞬时速度 v =li m Δt →0ΔsΔt=li m Δt →0 (-6-3Δt )=-6. 法二(导数公式法):质点在t 时刻的瞬时速度 v =s ′(t )=(8-3t 2)′=-6t . 当t =1时,v =-6×1=-6.典题导入[例2] 求下列函数的导数. (1)y =x 2sin x ;(2)y =e x +1e x -1; [自主解答] (1)y ′=(x 2)′sin x +x 2(sin x )′=2x sin x +x 2cos x . (2)y ′=(e x +1)′(e x -1)-(e x +1)(e x -1)′(e x -1)2=e x (e x -1)-(e x +1)e x (e x -1)2=-2e x (e x -1)2.则y ′=(ln u )′u ′=12x -5·2=22x -5,即y ′=22x -5.由题悟法求导时应注意:(1)求导之前利用代数或三角恒等变换对函数进行化简可减少运算量.(2)对于商式的函数若在求导之前变形,则可以避免使用商的导数法则,减少失误.以题试法2.求下列函数的导数.(1)y =e x ·ln x ;(2)y =x ⎝⎛⎭⎫x 2+1x +1x 3; 解:(1)y ′=(e x ·ln x )′ =e x ln x +e x ·1x =e x ⎝⎛⎭⎫ln x +1x . (2)∵y =x 3+1+1x 2,∴y ′=3x 2-2x 3.典题导入[例3] (1)(2011·山东高考)曲线y =x 3+11在点P (1,12)处的切线与y 轴交点的纵坐标是( )A .-9B .-3C .9D .15(2)设函数f (x )=g (x )+x 2,曲线y =g (x )在点(1,g (1))处的切线方程为y =2x +1,则曲线y =f (x )在点(1,f (1))处切线的斜率为( )A .-14B .2C .4D .-12[自主解答] (1)y ′=3x 2,故曲线在点P (1,12)处的切线斜率是3,故切线方程是y -12=3(x -1),令x =0得y =9.(2)∵曲线y =g (x )在点(1,g (1))处的切线方程为y =2x +1,∴g ′(1)=k =2. 又f ′(x )=g ′(x )+2x ,∴f ′(1)=g ′(1)+2=4,故切线的斜率为4. [答案] (1)C (2)C若例3(1)变为:曲线y =x 3+11,求过点P (0,13)且与曲线相切的直线方程. 解:因点P 不在曲线上,设切点的坐标为(x 0,y 0), 由y =x 3+11,得y ′=3x 2, ∴k =y ′|x =x 0=3x 20.又∵k =y 0-13x 0-0,∴x 30+11-13x 0=3x 20. ∴x 30=-1,即x 0=-1. ∴k =3,y 0=10.∴所求切线方程为y -10=3(x +1), 即3x -y +13=0.由题悟法导数的几何意义是切点处切线的斜率,应用时主要体现在以下几个方面: (1)已知切点A (x 0,f (x 0))求斜率k ,即求该点处的导数值:k =f ′(x 0); (2)已知斜率k ,求切点A (x 1,f (x 1)),即解方程f ′(x 1)=k ;(3)已知切线过某点M (x 1,f (x 1))(不是切点)求切点,设出切点A (x 0,f (x 0)),利用k =f (x 1)-f (x 0)x 1-x 0=f ′(x 0)求解.以题试法3.(1)(2012·新课标全国卷)曲线y =x (3ln x +1)在点(1,1)处的切线方程为________. (2)(2013·乌鲁木齐诊断性测验)直线y =12x +b 与曲线y =-12x +ln x 相切,则b 的值为( )A .-2B .-1C .-12D .1解析:(1)y ′=3ln x +1+3,所以曲线在点(1,1)处的切线斜率为4,所以切线方程为y -1=4(x -1),即y =4x -3.(2)设切点的坐标为⎝⎛⎭⎫a ,-12a +ln a ,依题意,对于曲线y =-12x +ln x ,有y ′=-12+1x ,所以-12+1a =12,得a =1.又切点⎝⎛⎭⎫1,-12 在直线y =12x +b 上,故-12=12+b ,得b =-1. 答案:(1)y =4x -3 (2)B1.函数f (x )=(x +2a )(x -a )2的导数为( ) A .2(x 2-a 2) B .2(x 2+a 2) C .3(x 2-a 2)D .3(x 2+a 2)解析:选C f ′(x )=(x -a )2+(x +2a )[2(x -a )]=3(x 2-a 2).2.已知物体的运动方程为s =t 2+3t (t 是时间,s 是位移),则物体在时刻t =2时的速度为( )A.194 B.174 C.154D.134解析:选D ∵s ′=2t -3t 2,∴s ′|t =2=4-34=134.3. (2012·哈尔滨模拟)已知a 为实数,函数f (x )=x 3+ax 2+(a -2)x 的导函数f ′(x )是偶函数,则曲线y =f (x )在原点处的切线方程为( )A .y =-3xB .y =-2xC .y =3xD .y =2x解析:选B ∵f (x )=x 3+ax 2+(a -2)x , ∴f ′(x )=3x 2+2ax +a -2. ∵f ′(x )为偶函数,∴a =0. ∴f ′(x )=3x 2-2.∴f ′(0)=-2.∴曲线y =f (x )在原点处的切线方程为y =-2x .4.设曲线y =1+cos x sin x 在点⎝⎛⎭⎫π2,1处的切线与直线x -ay +1=0平行,则实数a 等于( ) A .-1 B.12 C .-2D .2解析:选A ∵y ′=-sin 2x -(1+cos x )cos x sin 2x =-1-cos x sin 2x ,∴y ′|x =π2=-1.由条件知1a =-1,∴a =-1.5.若点P 是曲线y =x 2-ln x 上任意一点,则点P 到直线y =x -2的最小距离为( ) A .1 B. 2 C.22D. 3解析:选B 设P (x 0,y 0)到直线y =x -2的距离最小,则y ′|x =x 0=2x 0-1x 0=1.得x 0=1或x 0=-12(舍).∴P 点坐标(1,1).∴P 到直线y =x -2距离为d =|1-1-2|1+1= 2.6.f (x )与g (x )是定义在R 上的两个可导函数,若f (x ),g (x )满足f ′(x )=g ′(x ),则f (x )与g (x )满足( )A .f (x )=g (x )B .f (x )=g (x )=0C .f (x )-g (x )为常数函数D .f (x )+g (x )为常数函数解析:选C 由f ′(x )=g ′(x ),得f ′(x )-g ′(x )=0, 即[f (x )-g (x )]′=0,所以f (x )-g (x )=C (C 为常数).7.(2013·郑州模拟)已知函数f (x )=ln x -f ′(-1)x 2+3x -4,则f ′(1)=________. 解析:∵f ′(x )=1x -2f ′(-1)x +3,f ′(-1)=-1+2f ′(-1)+3,∴f ′(-1)=-2,∴f ′(1)=1+4+3=8.答案:88.(2012·辽宁高考)已知P ,Q 为抛物线x 2=2y 上两点,点P ,Q 的横坐标分别为4,-2,过P ,Q 分别作抛物线的切线,两切线交于点A ,则点A 的纵坐标为________.解析:易知抛物线y =12x 2上的点P (4,8),Q (-2,2),且y ′=x ,则过点P 的切线方程为y =4x -8,过点Q 的切线方程为y =-2x -2,联立两个方程解得交点A (1,-4),所以点A 的纵坐标是-4.答案:-49.(2012·黑龙江哈尔滨二模)已知函数f (x )=12x -14sin x -34cos x 的图象在点A (x 0,y 0)处的切线斜率为1,则tan x 0=________.解析:由f (x )=12x -14sin x -34cos x 得f ′(x )=12-14cos x +34sin x ,则k =f ′(x 0)=12-14cos x 0+34sin x 0=1,即32sin x 0-12cos x 0=1,即sin ⎝⎛⎭⎫x 0-π6=1. 所以x 0-π6=2k π+π2,k ∈Z ,解得x 0=2k π+2π3,k ∈Z.故tan x 0=tan ⎝⎛⎭⎫2k π+2π3=tan 2π3=- 3. 答案:- 310.求下列函数的导数. (1)y =x ·tan x ;(2)y =(x +1)(x +2)(x +3);解:(1)y ′=(x ·tan x )′=x ′tan x +x (tan x )′ =tan x +x ·⎝⎛⎭⎫sin x cos x ′=tan x +x ·cos 2x +sin 2x cos 2x =tan x +x cos 2x. (2)y ′=(x +1)′(x +2)(x +3)+(x +1)[(x +2)(x +3)]′=(x +2)(x +3)+(x +1)(x +2)+(x +1)(x +3)=3x 2+12x +11.11.已知函数f (x )=x -2x ,g (x )=a (2-ln x )(a >0).若曲线y =f (x )与曲线y =g (x )在x =1处的切线斜率相同,求a 的值,并判断两条切线是否为同一条直线.解:根据题意有曲线y =f (x )在x =1处的切线斜率为f ′(1)=3, 曲线y =g (x )在x =1处的切线斜率为g ′(1)=-a .所以f ′(1)=g ′(1),即a =-3.曲线y =f (x )在x =1处的切线方程为y -f (1)=3(x -1), 得:y +1=3(x -1),即切线方程为3x -y -4=0. 曲线y =g (x )在x =1处的切线方程为y -g (1)=3(x -1). 得y +6=3(x -1),即切线方程为3x -y -9=0, 所以,两条切线不是同一条直线.12.设函数f (x )=x 3+ax 2-9x -1,当曲线y =f (x )斜率最小的切线与直线12x +y =6平行时,求a 的值.解:f ′(x )=3x 2+2ax -9=3⎝⎛⎭⎫x +a 32-9-a 23,即当x =-a 3时,函数f ′(x )取得最小值-9-a 23,因斜率最小的切线与12x +y =6平行, 即该切线的斜率为-12,所以-9-a 23=-12,即a 2=9,即a =±3.1.(2012·商丘二模)等比数列{a n }中,a 1=2,a 8=4,f (x )=x (x -a 1)(x -a 2)…(x -a 8),f ′(x )为函数f (x )的导函数,则f ′(0)=( )A .0B .26C .29D .212解析:选D ∵f (x )=x (x -a 1)(x -a 2)…(x -a 8), ∴f ′(x )=x ′(x -a 1)…(x -a 8)+x [(x -a 1)…(x -a 8)]′ =(x -a 1)…(x -a 8)+x [(x -a 1)…(x -a 8)]′,∴f ′(0)=(-a 1)·(-a 2)·…·(-a 8)+0=a 1·a 2·…·a 8=(a 1·a 8)4=(2×4)4=(23)4=212. 2.已知f 1(x )=sin x +cos x ,记f 2(x )=f 1′(x ),f 3(x )=f 2′(x ),…,f n (x )=f n -1′(x )(n ∈N *,n ≥2),则f 1⎝⎛⎭⎫π2+f 2⎝⎛⎭⎫π2+…+f 2 012⎝⎛⎭⎫π2=________. 解析:f 2(x )=f 1′(x )=cos x -sin x , f 3(x )=(cos x -sin x )′=-sin x -cos x , f 4(x )=-cos x +sin x ,f 5(x )=sin x +cos x , 以此类推,可得出f n (x )=f n +4(x ), 又∵f 1(x )+f 2(x )+f 3(x )+f 4(x )=0,∴f 1⎝⎛⎭⎫π2+f 2⎝⎛⎭⎫π2+…+f 2 012⎝⎛⎭⎫π2=503f 1⎝⎛⎭⎫π2+f 2⎝⎛⎭⎫π2+f 3⎝⎛⎭⎫π2+f 4⎝⎛⎭⎫π2=0. 答案:03.已知函数f (x )=x 3-3x 及y =f (x )上一点P (1,-2),过点P 作直线l ,根据以下条件求l 的方程.(1)直线l 和y =f (x )相切且以P 为切点; (2)直线l 和y =f (x )相切且切点异于P .解:(1)由f (x )=x 3-3x 得f ′(x )=3x 2-3,过点P 且以P (1,-2)为切点的直线的斜率f ′(1)=0,故所求的直线方程为y =-2.(2)设过P (1,-2)的直线l 与y =f (x )切于另一点(x 0,y 0),则f ′(x 0)=3x 20-3. 又直线过(x 0,y 0),P (1,-2),故其斜率可表示为y 0-(-2)x 0-1=x 30-3x 0+2x 0-1,所以x 30-3x 0+2x 0-1=3x 20-3, 即x 30-3x 0+2=3(x 20-1)(x 0-1).解得x 0=1(舍去)或x 0=-12,故所求直线的斜率为k =3⎝⎛⎭⎫14-1=-94. 所以l 的方程为y -(-2)=-94(x -1),即9x +4y -1=0.设函数f (x )=ax -bx ,曲线y =f (x )在点(2,f (2))处的切线方程为7x -4y -12=0.(1)求f (x )的解析式;(2)证明:曲线y =f (x )上任一点处的切线与直线x =0和直线y =x 所围成的三角形面积为定值,并求此定值.解:(1)方程7x -4y -12=0可化为y =74x -3,当x =2时,y =12.又f ′(x )=a +bx2,则⎩⎨⎧2a -b 2=12,a +b 4=74,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =1,b =3.故f (x )=x -3x .(2)证明:设P (x 0,y 0)为曲线上任一点,由y ′=1+3x 2知曲线在点P (x 0,y 0)处的切线方程为y -y 0=⎝⎛⎭⎫1+3x 20·(x -x 0),即y -⎝⎛⎭⎫x 0-3x 0=⎝⎛⎭⎫1+3x 20(x -x 0).令x =0得y =-6x 0,从而得切线与直线x =0的交点坐标为⎝⎛⎭⎫0,-6x 0.令y =x 得y =x =2x 0,从而得切线与直线y =x 的交点坐标为(2x 0,2x 0).所以点P (x 0,y 0)处的切线与直线x =0,y =x 所围成的三角形面积为12⎪⎪⎪⎪-6x 0|2x 0|=6. 故曲线y =f (x )上任一点处的切线与直线x =0,y =x 所围成的三角形的面积为定值,此定值为6.【基础自测】1.(2013全国高考)已知曲线124++=ax x y 在点)2,1(+-a 处的切线的斜率为8,则a =( )A.9B.6C.-9D.-62.(2014宁夏一模)如果过曲线12++=x x y 上的点P 处的切线平行于直线2+=x y ,那么点P 的左标为 ( )A.(1,0)B.(0,-1) B.(0,1) D.(-1,0)3.(2013惠州一模)设P 为曲线C :322++=x x y 上的点,且曲线C 在点P 处的切线倾斜角的取值范围为]4,0[π,则点P 横坐标的取值范围为 ( ) A.]21,1[-- B.]0,1[- C.]1,0[ D.]1,21[4.(2013宁夏联考)已知二次函数c bx ax x f ++=2)(的导数为)('x f ,且0)0('>f ,对于任意实数x 都有0)(≥x f ,则)0()1('f f 的最小值为 ( ) A.3 B.25 C.2 D.23.)1()1(lim,2)1(1)(1'的值求处可导,且在】设函数【例hh f h f f x x f --+==x f D. x fx f B. x f x x f x x f x x f )()(.C )()(.A )()(lim,)(000'0'000--∆-∆-)等于(则处可导在【变式】设函数.)0,1()2(1)1(.123的切线方程求曲线过点处的切线方程;求曲线在】已知曲线【例--=+=x x y。
第1讲 变化率与导数、导数的运算【2013年高考会这样考】1.利用导数的几何意义求曲线在某点处的切线方程. 2.考查导数的有关计算,尤其是简单的函数求导. 【复习指导】本讲复习时,应充分利用具体实际情景,理解导数的意义及几何意义,应能灵活运用导数公式及导数运算法则进行某些函数求导.基础梳理1.函数y =f (x )从x 1到x 2的平均变化率 函数y =f (x )从x 1到x 2的平均变化率为f (x 2)-f (x 1)x 2-x 1.若Δx =x 2-x 1,Δy =f (x 2)-f (x 1),则平均变化率可表示为ΔyΔx . 2.函数y =f (x )在x =x 0处的导数 (1)定义称函数y =f (x )在x =x 0处的瞬时变化率li mΔx →0 Δy Δx = li mΔx →0 f (x 0+Δx )-f (x 0)Δx为函数y =f (x )在x =x 0处的导数,记作f ′(x 0)或y ′|x =x 0,即f ′(x 0)=li mΔx →0 Δy Δx . (2)几何意义函数f (x )在点x 0处的导数f ′(x 0)的几何意义是在曲线y =f (x )上点(x 0,f (x 0))处切线的斜率.相应地,切线方程为y -f (x 0)=f ′(x 0)(x -x 0). 3.函数f (x )的导函数称函数f ′(x )=li mΔx →0 f (x +Δx )-f (x )Δx为f (x )的导函数,导函数有时也记作y ′.4.基本初等函数的导数公式 若f (x )=c ,则f ′(x )=0;若f (x )=x α(α∈R ),则f ′(x )=αx α-1; 若f (x )=sin x ,则f ′(x )=cos x ; 若f (x )=cos x ,则f ′(x )=-sin x ;若f (x )=a x (a >0,且a ≠1),则f ′(x )=a x ln_a ; 若f (x )=e x ,则f ′(x )=e x ;若f (x )=log a x (a >0,且a ≠1),则f ′(x )=1x ln a ; 若f (x )=ln x ,则f ′(x )=1x . 5.导数四则运算法则(1)[f (x )±g (x )]′=f ′(x )±g ′(x ); (2)[f (x )·g (x )]′=f ′(x )g (x )+f (x )g ′(x ); (3)⎣⎢⎡⎦⎥⎤f (x )g (x )′=f ′(x )g (x )-f (x )g ′(x )[g (x )]2 (g (x )≠0).6.复合函数的求导法则复合函数y =f (g (x ))的导数和函数y =f (u ),u =g (x )的导数间的关系为y x ′=y u ′·u x ′.一个区别曲线y =f (x )“在”点P (x 0,y 0)处的切线与“过”点P (x 0,y 0)的切线的区别: 曲线y =f (x )在点P (x 0,y 0)处的切线是指P 为切点,若切线斜率存在时,切线斜率为k =f ′(x 0),是唯一的一条切线;曲线y =f (x )过点P (x 0,y 0)的切线,是指切线经过P 点,点P 可以是切点,也可以不是切点,而且这样的直线可能有多条. 两种法则(1)导数的四则运算法则. (2)复合函数的求导法则. 三个防范1.利用公式求导时要特别注意除法公式中分子的符号,防止与乘法公式混淆. 2.要正确理解直线与曲线相切和直线与曲线只有一个交点的区别. 3.正确分解复合函数的结构,由外向内逐层求导,做到不重不漏.双基自测1.下列求导过程中①⎝ ⎛⎭⎪⎫1x ′=-1x 2;②(x )′=12x ;③(log a x )′=⎝ ⎛⎭⎪⎫ln x ln a ′= 1x ln a;④(a x )′=(eln a x )′=(e x ln a )′=e x ln a ln a =a x ln a 其中正确的个数是( ). A .1 B .2 C .3 D .4 答案 D2.(人教A 版教材习题改编)函数f (x )=(x +2a )(x -a )2的导数为( ). A .2(x 2-a 2) B .2(x 2+a 2) C .3(x 2-a 2) D .3(x 2+a 2)解析 f ′(x )=(x -a )2+(x +2a )[2(x -a )]=3(x 2-a 2). 答案 C3.(2011·湖南)曲线y =sin x sin x +cos x-12在点M ⎝ ⎛⎭⎪⎫π4,0处的切线的斜率为( ).A .-12 B.12 C .-22 D.22解析 本小题考查导数的运算、导数的几何意义,考查运算求解能力. y ′=cos x (sin x +cos x )-sin x (cos x -sin x )(sin x +cos x )2=11+sin 2x,把x =π4代入得导数值为12. 答案 B4.(2011·江西)若f (x )=x 2-2x -4ln x ,则f ′(x )>0的解集为( ). A .(0,+∞) B .(-1,0)∪(2,+∞) C .(2,+∞) D .(-1,0)解析 令f ′(x )=2x -2-4x =2(x -2)(x +1)x>0,利用数轴标根法可解得-1<x <0或x >2,又x >0,所以x >2.故选C. 答案 C5.如图,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))=______;li mΔx →0 f (1+Δx )-f (1)Δx=________(用数字作答).答案 2 -2考向一 导数的定义【例1】►利用导数的定义求函数f (x )=x 3在x =x 0处的导数,并求曲线f (x )=x 3在x =x 0处切线与曲线f (x )=x 3的交点. [审题视点] 正确理解导数的定义是求解的关键.解 f ′(x 0)=lim x →x 0 f (x )-f (x 0)x -x 0=lim x →x 0 x 3-x 3x -x 0 =lim x →x 0 (x 2+xx 0+x 20)=3x 20.曲线f (x )=x 3在x =x 0处的切线方程为y -x 30=3x 20·(x -x 0), 即y =3x 20x -2x 30,由⎩⎨⎧y =x 3,y =3x 20x -2x 3, 得(x -x 0)2(x +2x 0)=0,解得x =x 0,x =-2x 0.若x 0≠0,则交点坐标为(x 0,x 30),(-2x 0,-8x 30);若x 0=0,则交点坐标为(0,0).利用定义求导数的一般过程是:(1)求函数的增量Δy ;(2)求平均变化率Δy Δx ;(3)求极限lim Δx →0 ΔyΔx. 【训练1】 利用导数的定义证明奇函数的导数是偶函数,偶函数的导数是奇函数.证明 法一 设y =f (x )是奇函数,即对定义域内的任意x 都有f (-x )=-f (x ) f ′(x )=li mΔx →0 f (x +Δx )-f (x )Δx则f ′(-x )=li m Δx →0 f (-x +Δx )-f (-x )Δx=li mΔx →0 f (x -Δx )-f (x )-Δx=f ′(x )因此f ′(x )为偶函数,同理可证偶函数的导数是奇函数. 法二 设y =f (x )是奇函数,即对定义域内的任意x 都有 f (-x )=-f (x ),即f (x )=-f (-x )因此f ′(x )=[-f (-x )]′=- [f (-x )]′=f ′(-x ) 则f ′(x )为偶函数同理可证偶函数的导数是奇函数.考向二 导数的运算【例2】►求下列各函数的导数: (1)y =x +x 5+sin xx 2;(2)y =(x +1)(x +2)(x +3); (3)y =sin x 2⎝ ⎛⎭⎪⎫1-2cos 2x 4; (4)y =11-x +11+x; [审题视点] 先把式子化为最简式再进行求导. 解 (1)∵y =x 12+x 5+sin xx 2=x -32+x 3+sin xx 2, ∴y ′=⎝ ⎛⎭⎪⎫x -32′+(x 3)′+(x -2sin x )′=-32x -52+3x 2-2x -3sin x +x -2cos x .(2)法一 y =(x 2+3x +2)(x +3)=x 3+6x 2+11x +6, ∴y ′=3x 2+12x +11.法二 y ′=[(x +1)(x +2)]′(x +3)+(x +1)(x +2)(x +3)′=[(x +1)′(x +2)+(x +1)(x +2)′](x +3)+(x +1)· (x +2) =(x +2+x +1)(x +3)+(x +1)(x +2) =(2x +3)(x +3)+(x +1)(x +2) =3x 2+12x +11.(3)∵y =sin x 2⎝ ⎛⎭⎪⎫-cos x 2=-12sin x ,∴y ′=⎝ ⎛⎭⎪⎫-12sin x ′=-12(sin x )′=-12cos x . (4)y =11-x +11+x =1+x +1-x (1-x )(1+x )=21-x ,∴y ′=⎝ ⎛⎭⎪⎫21-x ′=-2(1-x )′(1-x )2=2(1-x )2.(1)熟记基本初等函数的导数公式及四则运算法则是正确求导的基础.(2)必要时对于某些求导问题可先化简函数解析式再求导. 【训练2】 求下列函数的导数: (1)y =x n e x ; (2)y =cos xsin x ; (3)y =e x ln x ; (4)y =(x +1)2(x -1).解 (1)y ′=nx n -1e x +x n e x =x n -1e x (n +x ). (2)y ′=-sin 2x -cos 2x sin 2x =-1sin 2x . (3)y ′=e xln x +e x·1x =e x ⎝ ⎛⎭⎪⎫1x +ln x . (4)∵y =(x +1)2(x -1)=(x +1)(x 2-1)=x 3+x 2-x -1, ∴y ′=3x 2+2x -1.考向三 求复合函数的导数【例3】►求下列复合函数的导数. (1)y =(2x -3)5;(2)y =3-x ; (3)y =sin 2⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +π3;(4)y =ln(2x +5).[审题视点] 正确分解函数的复合层次,逐层求导.解 (1)设u =2x -3,则y =(2x -3)5, 由y =u 5与u =2x -3复合而成,∴y ′=f ′(u )·u ′(x )=(u 5)′(2x -3)′=5u 4·2 =10u 4=10(2x -3)4.(2)设u =3-x ,则y =3-x . 由y =u 12与u =3-x 复合而成.y ′=f ′(u )·u ′(x )=(u 12)′(3-x )′=12u -12(-1) =-12u -12=-123-x =3-x 2x -6.(3)设y =u 2,u =sin v ,v =2x +π3,则y x ′=y u ′·u v ′·v x ′=2u ·cos v ·2 =4sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +π3·cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +π3=2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫4x +2π3.(4)设y =ln u ,u =2x +5,则y x ′=y u ′·u x ′ y ′=12x +5·(2x +5)′=22x +5.由复合函数的定义可知,中间变量的选择应是基本函数的结构,解这类问题的关键是正确分析函数的复合层次,一般是从最外层开始,由外向内,一层一层地分析,把复合函数分解成若干个常见的基本函数,逐步确定复合过程. 【训练3】 求下列函数的导数: (1)y =x 2+1; (2)y =sin 22x ; (3)y =e -x sin 2x; (4)y =ln 1+x 2. 解 (1)y ′=12x 2+1·2x =xx 2+1, (2)y ′=(2sin 2x )(cos 2x )×2=2sin 4x (3)y ′=(-e -x )sin 2x +e -x (cos 2x )×2 =e -x (2cos 2x -sin 2x ).(4)y′=11+x2·121+x2·2x=x1+x2.规范解答6——如何求曲线上某一点的切线方程【问题研究】利用导数的几何意义求函数在某一点的坐标或某一点处的切线方程是高考常常涉及的问题.这类问题最容易出现的错误就是分不清楚所求切线所过的点是不是切点而导致错误.,【解决方案】解这类问题的关键就是抓住切点.看准题目所求的是“在曲线上某点处的切线方程”还是“过某点的切线方程”,然后求某点处的斜率,用点斜式写出切线方程.【示例】►(本题满分12分)(2010·山东)已知函数f(x)=ln x-ax+1-ax-1(a∈R).(1)当a=-1时,求曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;(2)当a≤12时,讨论f(x)的单调性.(1)求出在点(2,f(2))处的斜率及f(2),由点斜式写出切线方程;(2)求f′(x),再对a分类讨论.[解答示范] (1)当a=-1时,f(x)=ln x+x+2x-1,x∈(0,+∞).所以f′(x)=x2+x-2x2,x∈(0,+∞),(1分)因此f′(2)=1,即曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线斜率为1. 又f(2)=ln 2+2,所以曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程为y-(ln 2+2)=x-2,即x-y+ln 2=0.(3分)(2)因为f(x)=ln x-ax+1-ax-1,所以f′(x)=1x-a+a-1x2=-ax2-x+1-ax2,x∈(0,+∞).(4分)令g(x)=ax2-x+1-a,x∈(0,+∞).①当a=0时,g(x)=-x+1,x∈(0,+∞),所以当x∈(0,1)时,g(x)>0,此时f ′(x )<0,函数f (x )单调递减;当x ∈(1,+∞)时,g (x )<0,此时f ′(x )>0,函数f (x )单调递增;(6分) ②当a ≠0时,由f ′(x )=0,即ax 2-x +1-a =0,解得x 1=1,x 2=1a -1.a .当a =12时,x 1=x 2,g (x )≥0恒成立,此时f ′(x )≤0,函数f (x )在(0,+∞)上单调递减;(7分)b .当0<a <12时,1a -1>1>0.x ∈(0,1)时,g (x )>0,此时f ′(x )<0,函数f (x )单调递减;x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫1,1a -1时,g (x )<0,此时f ′(x )>0,函数f (x )单调递增;x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫1a -1,+∞时,g (x )>0,此时f ′(x )<0,函数f (x )单调递减;(9分)c .当a <0时,由于1a -1<0,x ∈(0,1)时,g (x )>0,此时f ′(x )<0,函数f (x )单调递减;x ∈(1,+∞)时,g (x )<0,此时f ′(x )>0,函数f (x )单调递增.(11分) 综上所述:当a ≤0时,函数f (x )在(0,1)上单调递减, 函数f (x )在(1,+∞)上单调递增;当a =12时,函数f (x )在(0,+∞)上单调递减; 当0<a <12时,函数f (x )在(0,1)上单调递减,函数f (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫1,1a -1上单调递增,函数f (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫1a -1,+∞上单调递减.(12分)求解切线问题的关键是切点坐标,无论是已知切线斜率还是切线经过某一点,切点坐标都是化解难点的关键所在.。