【三维设计】2014届高考数学一轮复习 (基础知识+高频考点+解题训练)变化率与导数、导数的计算教学案
第十一节变化率与导数、导数的计算
[知识能否忆起]
一、导数的概念
1.函数y=f(x)在x=x0处的导数
(1)定义:
称函数y=f(x)在x=x0处的瞬时变化率
lim Δx→0f x0+Δx-f x0
Δx
=lim
Δx→0
Δy
Δx
为函数y=f(x)在x=x0处的导数,记作f′(x0)
或y′|x=x0,即f′(x0)=lim
Δx→0Δy
Δx
=lim
Δx→0
f x0+Δx-f x0
Δx
.
(2)几何意义:
函数f(x)在点x0处的导数f′(x0)的几何意义是在曲线y=f(x)上点(x0,f(x0))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(x0)=f′(x0)(x-x0).
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
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).
(理)4.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 ′,即y 对x 的导数等于y 对u 的导数与u 对x 的导数的乘积.
[小题能否全取]
1.(教材习题改编)若f (x )=x e x
,则f ′(1)=( ) A .0 B .e C .2e
D .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.1
2
D .-12
解析:选A 依题意得y ′=1+ln x ,y ′ |x =e =1+ln e =2,所以-1
a
×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 2
B .4 m/s 2
C .10 m/s 2
D .-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=0
5.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 =4x
2.
[自主解答] (1)因为Δy Δx =
f x +Δx -f x Δx
=x +Δx 2
-x 2
Δx
=
x 2+2x ·Δx +Δx 2
-x
2
Δx
=2x +Δx ,
所以y ′=lim
Δx →0 Δy
Δx =lim Δx →0 (2x +Δx )=2x . (2)因为Δy =
4
x +Δx 2
-4x 2=-4Δx 2x +Δx x 2x +Δx 2
, Δy Δx =-4·2x +Δx x 2x +Δx 2,
所以lim Δx →0 Δy
Δx =lim Δx →0 ?
???
??-4·2x +Δx x 2x +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 0Δx
;
(3)计算导数f ′(x 0)=li m Δx →0 Δy
Δx
.
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 =
Δs
Δt
=-6-3Δt . (2)法一(定义法):质点在t =1时的瞬时速度
v =li m Δt →0
Δs
Δt
=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 2
sin x ;(2)y =e x
+1
e x -1
;
[自主解答] (1)y ′=(x 2)′sin x +x 2(sin x )′=2x sin x +x 2
cos x . (2)y ′=e x
+1′e x -1-e x
+1e x
-1′
e x -12
=e x
e x
-1-e x
+1e x
e x -12
=-2e
x
e x -12
.
则y ′=(ln u )′u ′=12x -5·2=2
2x -5
,
即y ′=2
2x -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 .-9
B .-3
C .9
D .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 .-14
B .2
C .4
D .-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 2
0.
又∵k =y 0-13x 0-0,∴x 30+11-13x 0
=3x 2
0.
∴x 3
0=-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 0x 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 =-1
2x +ln x 相切,则b 的值
为( )
A .-2
B .-1
C .-1
2
D .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)B
1.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.19
4 B.174 C.15
4
D.134
解析:选D ∵s ′=2t -3t 2,∴s ′|t =2=4-34=13
4
.
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 =-3x
B .y =-2x
C .y =3x
D .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.1
2 C .-2
D .2
解析:选A ∵y ′=-sin 2
x -1+cos x cos x sin 2
x =-1-cos x sin 2
x ,∴y ′|x =π
2
=-1.由条件知1
a
=-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.2
2
D. 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 0-1
x 0
=1.
得x 0=1或x 0=-1
2(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 )=0
C .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 )=1
x
-2f ′(-1)x +3,
f ′(-1)=-1+2f ′(-1)+3,
∴f ′(-1)=-2,∴f ′(1)=1+4+3=8. 答案:8
8.(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:-4
9.(2012·黑龙江哈尔滨二模)已知函数f (x )=12x -14sin x -3
4
cos 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 +3
4sin x ,
则k =f ′(x 0)=12-14cos x 0+3
4sin 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+2π
3,k ∈Z.
故tan x 0=tan ? ????2k π+2π3=tan 2π3=- 3.
答案:- 3
10.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 2
x cos 2
x
=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 -2
x
,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 2
3,即当x =-a 3时,函数f ′(x )取得最小值
-9-a 2
3
,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 2
3=-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 .0
B .26
C .29
D .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:0
3.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 2
0-3. 又直线过(x 0,y 0),P (1,-2),
故其斜率可表示为y 0--2x 0-1=x 30-3x 0+2
x 0-1,
所以x 30-3x 0+2x 0-1
=3x 2
0-3,
即x 3
0-3x 0+2=3(x 2
0-1)(x 0-1). 解得x 0=1(舍去)或x 0=-1
2
,
故所求直线的斜率为k =3? ????14-1=-94. 所以l 的方程为y -(-2)=-9
4(x -1),
即9x +4y -1=0.
设函数f (x )=ax -b
x
,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 +b
x
2,
则?????
2a -b 2=12
,
a +
b 4=7
4,
解得???
??
a =1,
b =3.
故f (x )=x -3
x
.
(2)证明:设P (x 0,y 0)为曲线上任一点,由y ′=1+3
x
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.
高考数学一轮复习重点攻略
2019高考数学一轮复习重点攻略 一、高三数学复习,大体可分四个阶段,每一个阶段的复习方法与侧重点都各不相同,要求也层层加深,因此,同学们在每一个阶段都应该有不同的复习方案,采用不同的方法和策略。 1.第一阶段,即第一轮复习,也称知识篇,大致就是高三第一学期。在这一阶段,老师将带领同学们重温高一、高二所学课程,但这绝不只是以前所学知识的简单重复,而是站在更高的角度,对旧知识产生全新认识的重要过程。因为在高一、高二时,老师是以知识点为主线索,依次传授讲解的,由于后面的相关知识还没有学到,不能进行纵向联系,所以,你学的往往时零碎的、散乱的知识点,而在第一轮复习时,老师的主线索是知识的纵向联系与横向联系,以章节为单位,将那些零碎的、散乱的知识点串联起来,并将他们系统化、综合化,侧重点在于各个知识点之间的融会贯通。所以大家在复习过程中应做到:①立足课本,迅速激活已学过的各个知识点。(建议大家在高三前的一个暑假里通读高一、高二教材)②注意所做题目使用知识点覆盖范围的变化,有意识地思考、研究这些知识点在课本中所处的地位和相互之间的联系。注意到老师选题的综合性在不断地加强。③明了课本从前到后的知识结构,将整个知识体系框架化、网络化。能提炼解题所用知识点,并说出其出处。④经常将使用最多的知识点总结起来,研究重点知识所在章节,并了解各章节在课本中的地位和作用。 2.第二轮复习,通常称为方法篇。大约从第二学期开学到四月中旬结束。在这一阶段,老师将以方法、技巧为主线,主要研究数学思想方
法。老师的复习,不再重视知识结构的先后次序,而是以提高同学们解决问题、分析问题的能力为目的,提出、分析、解决问题的思路用配方法、待定系数法、换元法、数形结合、分类讨论等方法解决一类问题、一系列问题。同学们应做到:①主动将有关知识进行必要的拆分、加工重组。找出某个知识点会在一系列题目中出现,某种方法可以解决一类问题。②分析题目时,由原来的注重知识点,渐渐地向探寻解题的思路、方法转变。③从现在开始,解题一定要非常规范,俗语说:不怕难题不得分,就怕每题都扣分,所以大家务必将解题过程写得层次分明,结构完整。④适当选做各地模拟试卷和以往高考题,逐渐弄清高考考查的范围和重点。 3.第三轮复习,大约一个月的时间,也称为策略篇。老师主要讲述选择题的解发、填空题的解法、应用题的解法、探究性命题的解法、综合题的解法、创新性题的解法,教给同学们一些解题的特殊方法,特殊技巧,以提高同学们的解题速度和应对策略为目的。同学们应做到:①解题时,会从多种方法中选择最省时、最省事的方法,力求多方位,多角度的思考问题,逐渐适应高考对减缩思维的要求。②注意自己的解题速度,审题要慢,思维要全,下笔要准,答题要快。③养成在解题过程中分析命题者的意图的习惯,思考命题者是怎样将考查的知识点有机的结合起来的,有那些思想方法被复合在其中,对命题者想要考我什么,我应该会什么,做到心知肚明。 4.最后,就是冲刺阶段,也称为备考篇。在这一阶段,老师会将复习的主动权交给你自己。以前,学习的重点、难点、方法、思路都是以