导数的几何意义和物理应用.doc
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第二节导数的几何意义和物理应用
与导数概念密切相关的两个问题是几何上求曲线的切线问题和物理学上已知运动规律求 速度问题。
下面我们以这两个问题对导数概念进一步说明。
一、 几何意义
设),= f(x)是一区间上的函数,))是曲线> =f ⑴上的两点
的连线称为曲线的割线,当B^A 时,割线应T 也发生变化,如4。
趋向于某一条直线/,则 称/为曲线在点A 的切线,当曲线是圆时,这个直线与圆只相交于一点.这与平面几何中的切 线的概念是一致的.
有直线的斜率可以知道,割线/切的斜率为tana =、顷二心)=也,这里及是/以割 t-x 心 线与X 轴正方向的夹角。
如果=f(x)可导,并记。
为切线与工轴正方向的夹角,那么切 线的斜率为tan 。
.
tan 0 = lim tan a = lim ~~-L —l = f\x).
Av —>0 lx l — x
所以/(%)是曲线y = /(x)在尤=x 0的切线的斜率.
同样可以定义曲线j = /(x)在x = x°的法线为过点(x 0,/(x 0))与曲线=/(%)在
X = x 0的切线垂直的直线.
例5.8求曲线y = 在x = 2的切线与法线.
解:y 在工=2的切线斜率为
y\x=2 - 2、I X
=2= 4, 所以切线方程为y — 22 =4(乂一2),即4'一),一4 = 0.
法线斜率为一1,所以法线方程为j-22
=--(x-2)f 即x + 4y-18 = 0.
4 4
二、 物理应用
在物理上,导数的应用也是很多的,先看一个简单的例子:
设Z=0时刻一车从某一点出发,在/时刻车走了一定的距离s = sQ),即距离是时间的 函数.在r 0时刻到Z,时刻,车走了 5(r,)-sQ°),这一段时间里车的平均速度为阻)二吨), 当4与,。
很接近时,这个平均速度近似于4时刻的瞬时速度.若令则可以认为
Hm __四,,即s'Q())就是,()时刻的瞬时速度.
2。
"。
类似地,(s'Q))'表示单位时间里速度的变化量,即加速度.
例5.9己知一物体从空中某点自由下落,下落的距离与时间的函数关系是s = ^gt 求其运行的速度与加速度.
解:运行速度:V = S = gt
加速度:CI-V - S - g .
习题5.2
1.求抛物线/(x) = X2-X +3上过点(2,5)的切线和法线方程。
2.求双曲线/(x)=-的切线中过点(2,5)的切线方程。
X
3.给定曲线/(x) = c
(1)求曲线上横坐标为X。
处的切线方程;
(2)在曲线上求点(x°,),o),使得该点处的切线被被坐标轴所截得的长度最短。
4.已知一物体从空中450米处自由下落。
(1)物体下落五分钟后的速度;
(2)当物体落到地面时的速度是多少?。