第十四讲导数的概念及其运算
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如皋市薛窑中学2014届高三理科数学一轮复习导数的概念及导数的运算【考点解读】导数的概念:A级导数的几何意义:B级导数的运算:B级简单的复合函数的导数:B级【复习目标】1? 了解平均变化率的概念和瞬时变化率的意义,了解导数概念的实际背景;理解导数的几何意义;12.理解导数的定义,能根据导数的定义,求函数y=c, y=x , y=x2, y=x3, y —, y= i x的导数;x3? 了解基本初等函数的导数公式;了解导数的四则运算法则;能利用导数公式表中的导数公式和导数的四则运算法则求简单函数的导数;能求简单的复合函数的导数。
活动一:基础知识1.平均变化率一般地,函数f(X)在区间[捲公2]上的平均变化率为 _________________________ 。
2 .函数f(x)在X X0处的导数设函数f(x)在区间(a,b)上有定义,x o (a,b),当X无限趋近于0时,比值一丫__________________________________x无限趋近于一个常数A,则称f(x)在点x x o处可导,并称该常数A为函数f(x)点x x o处的________ ,记作________ 。
3?导数的几何意义导数f (x。
)的几何意义就是曲线y f (x)在点(x。
, f (x。
))处的_____________________________________ 。
4?导函数(导数)若f(x)对于区间(a,b)内任一点都可导,则f(x)在各点的导数也随着自变量x的变化而变化,因而也是自变量x的函数,该函数称为 ____________________________ ,记作_____________ 。
5?基本初等函数的导数公式(1) C 0(C 为常数);(2) (x n) (n Q ) ;( 3) (sin x)(4) (cos x) ;(5) (a x) (6) (e x)(7) (log a x) (8) (In x) _________________________ 6?两个函数的四则运算的导数若u(x)、v(x)的导数都存在,则(1) (u v) _______________ (2) (u?v)(J(4) (mu) m(u) (m 为常数)7?复合函数的导数设u g(x)在点x处可导,y f (u)在点u g(x)处可导,则复合函数f [g(x):在点x处活动_:基础练习1、若f(x) xe x,则f/(1)2、曲线y xln x在点(e,e)处的切线与直线x ay 1垂直,则实数a的值为_____________________________ .3 1 2 23、某质点的位移函数是s(t) 2t gt (g 10m/s ),则当t 2s时,它的加速度是__________________________________24、已知函数y f (x)在点(2,f (2))处的切线方程为y 2x 1,则函数g(x) x2 f(x)在点(2,g(2))处的切线方程为____________________________________________________________ .5、函数y xcosx sin x 的导数为______________________ .考点一利用导数的定义求函数的导数例1 . 一质点运动的方程为s= 8- 3t2.(1) 求质点在[1,1 + A t: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)?2 (1) y x2 sin xx (2) y ex1(变式训练)求下列函数的导数e1x 21 1(1) y e ?lnx⑵ y x(x亍)x x (3) y In(2x 5)考点二导数的运算例2?求下列函数的导数考点三导数的几何意义例3、(1)曲线y x3 11在点P(1,12)处的切线与y轴交点的纵坐标是_____________________(2)设函数f(x) g(x) x2,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))处的切线的斜率为_________________________( 变式训练) (1) 曲线y x(3lnx 1) 在点(1,1)处的切线方程为1(2)直线y -x b 与曲线y21 3 4 (3 ) 已知曲线y —x33 3 1x Inx 相切,贝V b 的值为2(1)求曲线在点P (2, 4)处的切线方程;(2)求曲线过点P (2, 4)的切线方程;(4)已知曲线C f(x) = x3—ax+ a,若过曲线C外一点A(1,0)弓I曲线C的两条切线,它们的倾斜角互补,则a 的值为 ___________。
如皋市薛窑中学2014届高三理科数学一轮复习导数的概念及导数的运算【考点解读】导数的概念:A 级导数的几何意义:B 级导数的运算:B 级简单的复合函数的导数:B 级【复习目标】1•了解平均变化率的概念和瞬时变化率的意义,了解导数概念的实际背景;理解导数的几何意义;2.理解导数的定义,能根据导数的定义,求函数 y=c , y=x , y=x 2, y=x 3, y 丄,y=仮的导数; x3•了解基本初等函数的导数公式;了解导数的四则运算法则;能利用导数公式表中的导数公式和导 数的四则运算法则求简单函数的导数;能求简单的复合函数的导数。
活动一:基础知识1 •平均变化率一般地,函数f(x)在区间[x 1,X 2]上的平均变化率为2 .函数f(x)在X x 0处的导数设函数f(x)在区间(a,b )上有定义,x 0 (a,b),当 x 无限趋近于0时,比值一卩 __________________X无限趋近于一个常数A,则称f(x)在点X x 0处可导,并称该常数 A 为函数f(x)点X X 0处的 _______ ,记作3 •导数的几何意义 导数f(X 0)的几何意义就是曲线 y f (x)在点(X 0, f (X 0))处的4.导函数(导数)若f(x)对于区间(a,b )内任一点都可导,则f(x)在各点的导数也随着自变量 X 的变化而变化, 因而也是自变量 X 的函数,该函数称为 _____________________ ,记作 __________ 。
5 •基本初等函数的导数公式 6. 两个函数的四则运算的导数(mu ) m(u) (m 为常数) 7. 复合函数的导数设U g(x)在点X 处可导,y f (u)在点u g(x)处可导,则复合函数 f [g(x)]在点X 处 可导,则 f [g(x)] f (u)?g (x)。
(7)C 0(C 为常数);(2) (x n ) (cos X);(5)(a x ) (lOg a X) (8) (In X)(n Q );(3)(sin x) (6) (e x ) 若 u(x)、 v(x)的导数都存在,则(1) (u v)(u?v)(3) Uv活动二:基础练习1、若 f(x) xe x ,贝yf /(1) ___________ .曲线y xln X 在点(e,e)处的切线与直线x ay 1垂直,则实数a 的值为 ________ 某质点的位移函数是 s(t) 2t 3 [gt 2 (g 10m/s 2),则当t 2s 时,它的加速度是 2 已知函数y f (x)在点(2, f (2))处的切线方程为y 2x 1,则函数 g(x) x 2 f(x)在点(2, g(2))处的切线方程为 __________________ . 函数y xcosx sin X 的导数为 _______________ . 2、 3、 4、 5、 考点一利用导数的定义求函数的导数 例1.一质点运动的方程为 s = 8-3t 2.⑴求质点在[1,1 + A t ]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 )• 考点二导数的运算 例2.求下列函数的导数 (1) y x 2 sin X e x 1 ⑵y 厂 y In (2x 5) (变式训练)求下列函数的导数(1)y e x ?|nx 2(2) y x(x (3)y J 3 x11在点P(1,12)处的切线与y轴交点的纵坐标是x2,曲线y g(x)在点(1, g(1))处的切线方程为y 2x 1f (1))处的切线的斜率为(变式训练) (1)曲线y x(3ln x 1)在点(1,1)处的切线方程为(2)直线y b与曲线y Inx相切,贝y b的值为(3 )已知曲线(1)求曲线在点1 3-x3P( 2,4o34)处的切线方程;(2)求曲线过点P (2,4)的切线方程;考点三导数的几何意义例3、(1)曲线y x3(2)设函数f(x) g(x) f(x)在点(1, 则曲线y(4)已知曲线C: f(x)= X3—ax+a,若过曲线C外一点A(1,0)引曲线C的两条切线,它们的倾斜角互补,则 a 的值为(5)已知曲线y= 3x —X3及点P(2,2),则过点P的切线条数为。
导数概念与运算知识清单 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 相应地有增量y ∆=f (x 0+x ∆)-f (x 0),比值xy ∆∆叫做函数y=f (x )在x 0到x 0+x ∆之间的平均变化率,即xy ∆∆=xx f x x f ∆-∆+)()(00。
如果当0→∆x 时,xy ∆∆有极限,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’|0x x =。
即f (x 0)=0lim →∆x xy ∆∆=0lim→∆x xx f x x f ∆-∆+)()(00。
说明:(1)函数f (x )在点x 0处可导,是指0→∆x 时,xy ∆∆有极限。
如果xy ∆∆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,0≠∆x 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(可由学生来归纳): (1)求函数的增量y ∆=f (x 0+x ∆)-f (x 0); (2)求平均变化率xy ∆∆=xx f x x f ∆-∆+)()(00;(3)取极限,得导数f’(x 0)=xy x ∆∆→∆0lim。
2.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)。
相应地,切线方程为y -y 0=f /(x 0)(x -x 0)。
3.几种常见函数的导数:①0;C '= ②()1;n n x nx -'= ③(sin )cos x x '=; ④(cos )sin x x '=-; ⑤();x x e e '=⑥()ln x x a a a '=; ⑦()1ln x x'=; ⑧()1l g log a a o x ex'=.4.两个函数的和、差、积的求导法则法则1:两个函数的和(或差)的导数,等于这两个函数的导数的和(或差), 即: (.)'''v u v u ±=±法则2:两个函数的积的导数,等于第一个函数的导数乘以第二个函数,加上第一个 函数乘以第二个函数的导数,即:.)('''uv v u uv +=若C 为常数,则'''''0)(Cu Cu Cu u C Cu =+=+=.即常数与函数的积的导数等于常数乘以函数的导数: .)(''Cu Cu =法则3:两个函数的商的导数,等于分子的导数与分母的积,减去分母的导数与分子的积,再除以分母的平方:⎪⎭⎫⎝⎛v u ‘=2''vuv v u -(v ≠0)。
导数的概念及运算一、知识梳理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0lim x ∆→f (x 0+Δx )-f (x 0)Δx=lim x ∆→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)=0limx ∆→ΔyΔx =0lim x ∆→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.相应地,切线方程为y -y 0=f ′(x 0)(x -x 0).2.函数y =f (x )的导函数如果函数y =f (x )在开区间(a ,b )内的每一点处都有导数,其导数值在(a ,b )内构成一个新函数,函数f ′(x )=lim Δx →0 f (x +Δx )-f (x )Δx称为函数y =f (x )在开区间内的导函数.3.导数公式表4.导数的运算法则 若f ′(x ),g ′(x )存在,则有: (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).5.复合函数的导数复合函数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 ′.知识点小结:1.f ′(x 0)代表函数f (x )在x =x 0处的导数值;(f (x 0))′是函数值f (x 0)的导数,且(f (x 0))′=0.2. ⎣⎢⎡⎦⎥⎤1f (x )′=-f ′(x )[f (x )]2. 3.曲线的切线与曲线的公共点的个数不一定只有一个,而直线与二次曲线相切只有一个公共点.4.函数y =f (x )的导数f ′(x )反映了函数f (x )的瞬时变化趋势,其正负号反映了变化的方向,其大小|f ′(x )|反映了变化的快慢,|f ′(x )|越大,曲线在这点处的切线越“陡”.二、例题精讲 + 随堂练习1.判断下列结论正误(在括号内打“√”或“×”) (1)f ′(x 0)是函数y =f (x )在x =x 0附近的平均变化率.( ) (2)函数f (x )=sin(-x )的导数f ′(x )=cos x .( ) (3)求f ′(x 0)时,可先求f (x 0),再求f ′(x 0).( ) (4)曲线的切线与曲线不一定只有一个公共点.( ) 解析 (1)f ′(x 0)表示y =f (x )在x =x 0处的瞬时变化率,(1)错. (2)f (x )=sin(-x )=-sin x ,则f ′(x )=-cos x ,(2)错.(3)求f ′(x 0)时,应先求f ′(x ),再代入求值,(3)错. 答案 (1)× (2)× (3)× (4)√2.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解析 因为y =x 3+11,所以y ′=3x 2,所以y ′|x =1=3,所以曲线y =x 3+11在点P (1,12)处的切线方程为y -12=3(x -1).令x =0,得y =9. 答案 C3.在高台跳水运动中,t s 时运动员相对于水面的高度(单位:m)是h (t )=-4.9t 2+6.5t +10,则运动员的速度v =________ m/s ,加速度a =______ m/s 2.解析 v =h ′(t )=-9.8t +6.5,a =v ′(t )=-9.8. 答案 -9.8t +6.5 -9.84.(2019·青岛质检)已知函数f (x )=x (2 018+ln x ),若f ′(x 0)=2 019,则x 0等于( ) A.e 2B.1C.ln 2D.e解析 f ′(x )=2 018+ln x +x ×1x =2 019+ln x .由f ′(x 0)=2 019,得2 019+ln x 0=2 019,则ln x 0=0,解得x 0=1. 答案 B5.(2018·天津卷)已知函数f (x )=e x ln x ,f ′(x )为f (x )的导函数,则f ′(1)的值为________.解析 由题意得f ′(x )=e xln x +e x·1x ,则f ′(1)=e.答案 e6.(2017·全国Ⅰ卷)曲线y =x 2+1x 在点(1,2)处的切线方程为________.解析 设y =f (x ),则f ′(x )=2x -1x 2, 所以f ′(1)=2-1=1,所以在(1,2)处的切线方程为y -2=1×(x -1), 即y =x +1. 答案 y =x +1考点一 导数的运算角度1 根据求导法则求函数的导数 【例1-1】 分别求下列函数的导数: (1)y =e x ln x ; (2)y =x ⎝⎛⎭⎪⎫x 2+1x +1x 3;(3)f (x )=ln 1+2x .解 (1)y ′=(e x )′ln x +e x (ln x )′=e x ln x +e xx =e x ⎝⎛⎭⎪⎫ln x +1x .(2)因为y =x 3+1+1x 2,所以y ′=3x 2-2x 3. (3)因为y =ln1+2x =12ln ()1+2x ,所以y ′=12·11+2x ·(1+2x )′=11+2x .角度2 抽象函数的导数计算【例1-2】 (2019·天津河西区调研)已知函数f (x )的导函数是f ′(x ),且满足f (x )=2xf ′(1)+ln 1x ,则f (1)=( ) A.-eB.2C.-2D.e解析 由已知得f ′(x )=2f ′(1)-1x ,令x =1得f ′(1)=2f ′(1)-1,解得f ′(1)=1,则f (1)=2f ′(1)=2. 答案 B【训练1】 (1)若y =x -cos x 2sin x2,则y ′=________. (2)已知f (x )=x 2+2xf ′(1),则f ′(0)=________. 解析 (1)因为y =x -12sin x ,所以y ′=⎝ ⎛⎭⎪⎫x -12sin x ′=x ′-⎝ ⎛⎭⎪⎫12sin x ′=1-12cos x .(2)∵f ′(x )=2x +2f ′(1),∴f ′(1)=2+2f ′(1),即f ′(1)=-2.∴f ′(x )=2x -4,∴f ′(0)=-4. 答案 (1)1-12cos x (2)-4考点二 导数的几何意义 角度1 求切线方程【例2-1】 (2018·全国Ⅰ卷)设函数f (x )=x 3+(a -1)x 2+ax .若f (x )为奇函数,则曲线y =f (x )在点(0,0)处的切线方程为( ) A.y =-2x B.y =-x C.y =2xD.y =x解析 因为函数f (x )=x 3+(a -1)x 2+ax 为奇函数,所以a -1=0,则a =1,所以f (x )=x 3+x ,所以f ′(x )=3x 2+1,所以f ′(0)=1,所以曲线y =f (x )在点(0,0)处的切线方程为y =x . 答案 D角度2 求切点坐标【例2-2】 (1)(2019·聊城月考)已知曲线y =x 24-3ln x 的一条切线的斜率为12,则切点的横坐标为( ) A.3B.2C.1D.12(2)设曲线y =e x在点(0,1)处的切线与曲线y =1x (x >0)上点P 处的切线垂直,则P 的坐标为________. 解析 (1)设切点的横坐标为x 0(x 0>0),∵曲线y =x 24-3ln x 的一条切线的斜率为12, ∴y ′=x 2-3x ,即x 02-3x 0=12,解得x 0=3或x 0=-2(舍去,不符合题意),即切点的横坐标为3. (2)∵函数y =e x 的导函数为y ′=e x ,∴曲线y =e x 在点(0,1)处的切线的斜率k 1=e 0=1.设P (x 0,y 0)(x 0>0),∵函数y =1x 的导函数为y ′=-1x 2,∴曲线y =1x (x >0)在点P 处的切线的斜率k 2=-1x 20,由题意知k 1k 2=-1,即1·⎝ ⎛⎭⎪⎫-1x 20=-1,解得x 20=1,又x 0>0,∴x 0=1.又∵点P 在曲线y =1x (x >0)上,∴y 0=1,故点P 的坐标为(1,1). 答案 (1)A (2)(1,1)角度3 求参数的值或取值范围【例2-3】 (1)函数f (x )=ln x +ax 的图象存在与直线2x -y =0平行的切线,则实数a 的取值范围是( ) A.(-∞,2] B.(-∞,2) C.(2,+∞)D.(0,+∞)(2)(2019·河南六市联考)已知曲线f (x )=x +ax +b (x ≠0)在点(1,f (1))处的切线方程为y =2x +5,则a -b =________.解析 (1)由题意知f ′(x )=2在(0,+∞)上有解. ∴f ′(x )=1x +a =2在(0,+∞)上有解,则a =2-1x . 因为x >0,所以2-1x <2,所以a 的取值范围是(-∞,2). (2)f ′(x )=1-ax 2,∴f ′(1)=1-a ,又f (1)=1+a +b ,∴曲线在(1,f (1))处的切线方程为y -(1+a +b )=(1-a )(x -1),即y =(1-a )x +2a +b ,根据题意有⎩⎪⎨⎪⎧1-a =2,2a +b =5,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =-1,b =7,∴a -b =-1-7=-8. 答案 (1)B (2)-8规律方法 1.求切线方程时,注意区分曲线在某点处的切线和曲线过某点的切线,曲线y =f (x )在点P (x 0,f (x 0))处的切线方程是y -f (x 0)=f ′(x 0)(x -x 0);求过某点的切线方程,需先设出切点坐标,再依据已知点在切线上求解.2.处理与切线有关的参数问题,通常根据曲线、切线、切点的三个关系列出参数的方程并解出参数:①切点处的导数是切线的斜率;②切点在切线上;③切点在曲线上.【训练2】 (1)(2019·东莞二调)设函数f (x )=x 3+ax 2,若曲线y =f (x )在点P (x 0,f (x 0))处的切线方程为x +y =0,则点P 的坐标为( ) A.(0,0)B.(1,-1)C.(-1,1)D.(1,-1)或(-1,1)(2)(2018·全国Ⅱ卷)曲线y =2ln(x +1)在点(0,0)处的切线方程为________________.解析 (1)由f (x )=x 3+ax 2,得f ′(x )=3x 2+2ax . 根据题意可得f ′(x 0)=-1,f (x 0)=-x 0,可列方程组⎩⎪⎨⎪⎧x 30+ax 20=-x 0, ①3x 20+2ax 0=-1, ②解得⎩⎪⎨⎪⎧x 0=1,a =-2或⎩⎪⎨⎪⎧x 0=-1,a =2.当x 0=1时,f (x 0)=-1,当x 0=-1时,f (x 0)=1. ∴点P 的坐标为(1,-1)或(-1,1). (2)由题意得y ′=2x +1.在点(0,0)处切线斜率k =y ′|x =0=2.∴曲线y =2ln(x +1)在点(0,0)处的切线方程为y -0=2(x -0),即y =2x . 答案 (1)D (2)y =2x三、课后练习1.(2019·深圳二模)设函数f (x )=x +1x +b ,若曲线y =f (x )在点(a ,f (a ))处的切线经过坐标原点,则ab =( ) A.1B.0C.-1D.-2解析 由题意可得,f (a )=a +1a +b ,f ′(x )=1-1x 2,所以f ′(a )=1-1a 2,故切线方程是y -a -1a -b =⎝⎛⎭⎪⎫1-1a 2(x -a ),将(0,0)代入得-a -1a -b=⎝ ⎛⎭⎪⎫1-1a 2(-a ),故b =-2a ,故ab =-2. 答案 D2.已知函数f (x )=|x 3+ax +b |(a ,b ∈R ),若对任意的x 1,x 2∈[0,1],f (x 1)-f (x 2)≤2|x 1-x 2|恒成立,则实数a 的取值范围是________. 解析 当x 1=x 2时,f (x 1)-f (x 2)≤2|x 1-x 2|恒成立;当x 1≠x 2时, 由f (x 1)-f (x 2)≤2|x 1-x 2|得f (x 1)-f (x 2)|x 1-x 2|≤2,故函数f (x )在[0,1]上的导函数f ′(x )满足|f ′(x )|≤2,函数y =x 3+ax +b 的导函数为y ′=3x 2+a ,其中[0,1]上的值域为[a ,a +3],则有⎩⎪⎨⎪⎧|a |≤2,|a +3|≤2,解得-2≤a ≤-1.综上所述,实数a 的取值范围为[-2,-1]. 答案 [-2,-1]3.函数g (x )=ln x 图象上一点P 到直线y =x 的最短距离为________. 解析 设点(x 0,ln x 0)是曲线g (x )=ln x 的切线中与直线y =x 平行的直线的切点,因为g ′(x )=(ln x )′=1x ,则1=1x 0,∴x 0=1,则切点坐标为(1,0),∴最短距离为(1,0)到直线y =x 的距离, 即为|1-0|1+1=22. 答案 224.若函数f (x )=12x 2-ax +ln x 存在垂直于y 轴的切线,则实数a 的取值范围是________.解析 ∵f (x )=12x 2-ax +ln x ,定义域为(0,+∞),∴f ′(x )=x -a +1x .∵f (x )存在垂直于y 轴的切线,∴f ′(x )存在零点,即x +1x -a =0有解,∴a =x +1x ≥2(当且仅当x =1时取等号).答案 [2,+∞)。