111变化率问题112导数的概念

第一章 导数及其应用1.1 变化率与导数 1.1.1 变化率问题 1.1.2 导数的概念基础过关练题组一 平均变化率1.(2019北师大附中高二期中)函数y=2x 在区间[x 0,x 0+Δx]上的平均变化率为( )A.x 0+ΔxB.1+ΔxC.2+ΔxD.22.(2019黑龙江哈尔滨三中高二月考)若函数f(x)=x 2+x,则函数f(x)从x=-1到x=2的平均变化率为( ) A.0 B.2 C.3 D.63.(2019陕西黄陵中学高二期末)如图,函数y=f(x)在A,B 两点间的平均变化率等于( )A.-1B.1C.-2D.2题组二 瞬时变化率与导数 4.若函数f(x)在x 0处可导,则lim ℎ→0f (x 0+h )-f (x 0)ℎ的结果( )A.与x 0,h 均无关B.仅与x 0有关,而与h 无关C.仅与h 有关,而与x 0无关D.与x 0,h 均有关5.(2019贵州铜仁一中高二期中)设函数f(x)的导函数为f'(x),且f'(1)=3,则limΔx →0f (1+Δx )-f (1)Δx =( )A.-1B.-3C.3D.1 6.已知f'(x)=√2x -12(1-12lnx )2x,则limΔx →0f (12)-f (12+Δx )Δx=( )A.-2-ln 2B.-2+ln 2C.2-ln 2D.2+ln 27.(2019吉林延边二中高二期末)设函数f(x)在x=1处存在导数,则lim Δx→0f(1+Δx)-f(1)3Δx=( )A.13f'(1) B.f'(1) C.3f'(1) D.f'(3)题组三平均速度与瞬时速度8.若质点运动满足s(t)=t2+3,则从t=3到t=3.3内,质点运动的平均速度为( )A.6.3B.36.3C.3.3D.9.39.若质点运动满足s=12gt2,则时间(单位:s)在区间(3,3+Δt)内的平均速度等于m/s.(g=10 m/s2)10.一物体的运动方程为s=7t2+8,则该物体在t= 时的瞬时速度为1.11.一辆汽车运动的速度为v(t)=t2-2,则该汽车在t=3时的加速度为.12.一个做直线运动的物体,其位移s(单位:m)与时间t(单位:s)的关系是s(t)=3t-t2.(1)求此物体的初速度;(2)求此物体在t=2 s时的瞬时速度;(3)求t=0 s到t=2 s时的平均速度.题组四用定义求函数在某点处的导数13.若函数f(x)=2x2+4x在x=x0处的导数是8,则x0= .14.已知函数f(x)=ax+4,若f'(1)=2,则a= .15.函数y=2+1在x=0处的导数为.能力提升练一、选择题1.(2020福建师大附中高二期末,★★☆)设f(x)是可导函数,且limΔx→0f(x0)-f(x0-Δx)Δx=2,则f'(x0)=( )A.2B.-1C.1D.-22.(2019重庆高二月考,★★☆)已知函数y=f(x)是可导函数,且f'(1)=2,则lim Δx→0f(1+Δx)-f(1)2Δx=( )A.12B.2C.1D.-13.(2019黑龙江哈尔滨三中高二月考,★★☆)已知函数f(x)在x=x0处的导数为k,则limℎ→0f(x0-3h)-f(x0)ℎ=( )A.kB.-kC.3kD.-3k二、填空题4.(2019陕西宝鸡高二期末,★★☆)设函数f(x)可导,若limΔx→0f(1+Δx)-f(1)3Δx=1,则f'(1)= .5.(2019广东广州高二期末,★★☆)若f'(1)=a,则limΔx→0f(1+2Δx)-f(1)Δx= .6.(★★☆)如图是函数y=f(x)的图象.(1)函数f(x)在区间[-1,1]上的平均变化率为;(2)函数f(x)在区间[0,2]上的平均变化率为.三、解答题7.(★★☆)某一运动物体,在x s时离开出发点的距离(单位:m)是f(x)=23x3+x2+2x.(1)求在第1 s内的平均速度;(2)求在1 s末的瞬时速度;(3)经过多长时间该物体的运动速度达到14 m/s?8.(★★☆)求函数y=sin x在区间[0,π6]和[π3,π2]上的平均变化率,并比较它们的大小.9.(★★☆)在某赛车比赛中,赛车位移与比赛时间t存在函数关系s(t)=10t+5t2(s 的单位为m,t的单位为s).求:(1)t=20 s,Δt=0.1 s时的Δs与ΔsΔt;(2)t=20 s时的瞬时速度.10.(★★☆)若一物体运动方程如下: s={3t 2+2(t ≥3),29+3(t -3)2(0≤t <3),其中位移s 的单位:m,时间t 的单位:s.求: (1)物体在t ∈[3,5]内的平均速度; (2)物体的初速度;(3)物体在t=1时的瞬时速度.答案全解全析 基础过关练1.D 由题意,可得平均变化率为f (x 0+Δx )-f (x 0)Δx=2(x 0+Δx )-2x 0Δx=2,故选D.2.B 函数f(x)=x 2+x 从x=-1到x=2的增量为Δy=f(2)-f(-1)=6,故平均变化率为Δy Δx =62-(-1)=2,故选B.3.A 易知f(1)=3, f(3)=1,因此平均变化率为f (3)-f (1)3-1=-1,故选A.4.B limℎ→0f (x 0+h )-f (x 0)ℎ=f'(x 0),故结果仅与x 0有关,而与h 无关. 5.C lim Δx →0f (1+Δx )-f (1)Δx =f'(1)=3,故选C.6.A lim Δx →0f(12)-f(12+Δx)Δx=-f'(12)=-2+ln22×12=-2-ln 2,故选A.7.A limΔx →0f (1+Δx )-f (1)3Δx=13·limΔx →0f (1+Δx )-f (1)Δx=13f'(1).8.A s(3)=12,s(3.3)=13.89,∴平均速度v =s (3.3)-s (3)3.3-3=1.890.3=6.3,故选A.9.答案 (30+5Δt)解析 Δs=12g ×(3+Δt)2-12g ×32=12×10×[6Δt+(Δt)2]=30Δt+5(Δt)2,则v =ΔsΔt=30+5Δt.10.答案114解析 设该物体在t 0时的瞬时速度为1,由题意可得Δs Δt=7(t 0+Δt )2+8-(7t 02+8)Δt =7Δt+14t 0,故limΔt →0ΔsΔt =lim Δt →0(7Δt+14t 0)=14t 0,令14t 0=1,可得t 0=114,即在t=114时的瞬时速度为1. 11.答案 6 解析Δv Δt=(3+Δt )2-2-(32-2)Δt=6+Δt,故limΔt →0ΔvΔt =lim Δt →0(6+Δt)=6,即该汽车在t=3时的加速度为6.12.解析 (1)s (Δt )-s (0)Δt =3Δt -(Δt )2Δt=3-Δt.当Δt →0时,s (Δt )-s (0)Δt→3,所以此物体的初速度为3 m/s. (2)s (2+Δt )-s (2)Δt=3(2+Δt )-(2+Δt )2-(3×2-22)Δt=-Δt-1. 当Δt →0时,s (2+Δt )-s (2)Δt→-1,所以t=2 s 时的瞬时速度为-1 m/s. (3)v =s (2)-s (0)2=6-4-02=1(m/s).13.答案 1解析 根据导数的定义知, f'(x 0)=lim Δx →0Δy Δx =limΔx →0f (x 0+Δx )-f (x 0)Δx=lim Δx →02(x 0+Δx )2+4(x 0+Δx )-(2x 02+4x 0)Δx=limΔx →04x 0·Δx+2(Δx )2+4ΔxΔx=lim Δx →0(4x 0+2Δx+4) =4x 0+4=8, 解得x 0=1. 14.答案 2解析 Δy=f(1+Δx)-f(1)=a(1+Δx)+4-a-4=a Δx,ΔyΔx =a,∴limΔx →0ΔyΔx=a,∴f'(1)=a=2.15.答案 0解析 Δy=√(0+Δx )2+1-√0+1=(Δx)2√(Δx)2+1+1 =(Δx)2√(Δx)+1+1,∴ΔyΔx =√(Δx)2+1+1,∴y'x=0=limΔx→0ΔyΔx=limΔx→0√(Δx)2+1+1=0.能力提升练一、选择题1.A limΔx→0f(x0)-f(x0-Δx)Δx=lim Δx→0f[x0+(-Δx)]-f(x0)-Δx=f'(x0)=2.2.C 由题意可得limΔx→0f(1+Δx)-f(1)2Δx=1 2limΔx→0f(1+Δx)-f(1)Δx=12f'(1),因为f'(1)=2,所以limΔx→0f(1+Δx)-f(1)2Δx=12×2=1.3.D 由题意,可得limℎ→0f(x0-3h)-f(x0)ℎ=lim ℎ→0[(-3)×f(x0-3h)-f(x0)-3ℎ]=-3×limℎ→0f(x0-3h)-f(x0)-3ℎ=-3f'(x0)=-3k,故选D.二、填空题4.答案 3解析因为limΔx→0f(1+Δx)-f(1)3Δx=1,所以13limΔx→0f(1+Δx)-f(1)Δx=1,即13f'(1)=1,故f'(1)=3.5.答案 2a 解析 lim Δx →0f (1+2Δx )-f (1)Δx=2limΔx →0f (1+2Δx )-f (1)2Δx =2f'(1)=2a.6.答案 (1)12(2)34解析 (1)函数f(x)在区间[-1,1]上的平均变化率为 f (1)-f (-1)1-(-1)=2-12=12.(2)由题中函数f(x)的图象知, f(x)={x+32,-1≤x ≤1,x +1,1<x ≤3,所以函数f(x)在区间[0,2]上的平均变化率为 f (2)-f (0)2-0=3-322=34.三、解答题7.解析 (1)物体在第1 s 内的平均变化率(即平均速度)为 f (1)-f (0)1-0=113m/s.(2)Δy Δx=f (1+Δx )-f (1)Δx=23(1+Δx )3+(1+Δx )2+2(1+Δx )-113Δx=6+3Δx+23(Δx)2. 当Δx →0时,ΔyΔx →6,所以物体在1 s 末的瞬时速度为6 m/s. (3)设物体在x 0 s 时的速度为14 m/s, 则Δy Δx=f (x 0+Δx )-f (x 0)Δx=23(x 0+Δx )3+(x 0+Δx )2+2(x 0+Δx )-(23x 03+x 02+2x 0)Δx=2x 02+2x 0+2+23(Δx)2+2x 0·Δx+Δx.当Δx →0时,ΔyΔx→2x 02+2x 0+2,令2x 02+2x 0+2=14,解得x 0=2(负值舍去),即经过2 s 该物体的运动速度达到14 m/s. 8.解析 y=sin x 在[0,π6]上的平均变化率为sin π6-sin0π6-0=3π,在[π3,π2]上的平均变化率为sin π2-sinπ3π2-π3=3(2-√3)π.因为2-√3<1,所以3π>3(2-√3)π,故函数y=sin x 在[0,π6]上的平均变化率较大. 9.解析 (1)Δs=s(20+Δt)-s(20)=10×(20+0.1)+5×(20+0.1)2-10×20-5×202=21.05(m),Δs Δt=21.050.1=210.5(m/s).(2)Δs Δt=10(20+Δt )+5(20+Δt )2-(10×20+5×202)Δt=5(Δt )2+210ΔtΔt=5Δt+210,当Δt →0时,Δs Δt→210,即在t=20 s 时的瞬时速度为210 m/s.10.解析 (1)∵物体在t ∈[3,5]内的时间变化量为Δt=5-3=2, 物体在t ∈[3,5]内的位移变化量为 Δs=3×52+2-(3×32+2)=3×(52-32)=48,∴物体在t ∈[3,5]内的平均速度为Δs Δt=482=24(m/s).(2)求物体的初速度,即求物体在t=0时的瞬时速度. ∵物体在t=0附近的平均变化率为Δs Δt=s (0+Δt )-s (0)Δt=29+3[(0+Δt )-3]2-29-3×(0-3)2Δt=3Δt-18,∴物体在t=0时的瞬时变化率为limΔt→0ΔsΔt=limΔt→0(3Δt-18)=-18,即物体的初速度为-18m/s.(3)物体在t=1时的瞬时速度即为函数在t=1处的瞬时变化率. ∵物体在t=1附近的平均变化率为Δs Δt =s(1+Δt)-s(1)Δt=29+3[(1+Δt)-3]2-29-3×(1-3)2Δt=3Δt-12,∴物体在t=1时的瞬时变化率为lim Δt→0ΔsΔt=limΔt→0(3Δt-12)=-12,即物体在t=1时的瞬时速度为-12 m/s.。