2020版高中數學 第三章 變化率與導數 3 計算導數學案(含解析)北師大版選修1 -1.docx
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3 計算導數 學習目標 1.會求函數在一點處的導數.2.理解導函數的概念并能求一些簡單函數的導函數. 知識點一 導函數 如果一個函數f(x)在區(qū)間(a,b)上的每一點x處都有導數,導數值記為f′(x),f′(x)=,則f′(x)是關于x的函數,稱f′(x)為f(x)的導函數,通常也簡稱為導數. 區(qū)別 聯系 f′(x0) f′(x0)是具體的值,是數值 在x=x0處的導數f′(x0)是導函數f′(x)在x=x0處的函數值,因此求函數在某一點處的導數,一般先求導函數,再計算導函數在這一點的函數值 f′(x) f′(x)是f(x)在某區(qū)間I上每一點都存在導數而定義的一個新函數,是函數 知識點二 導數公式表 函數 導函數 y=c(c是常數) y′=0 y=xα (α為實數) y′=αxα-1 y=ax (a>0,a≠1) y′=axlna y=ex y′=ex y=logax(a>0,a≠1) y′= y=lnx y′= y=sinx y′=cosx y=cosx y′=-sinx y=tanx y′= y=cotx y′=- 1.函數f(x)與f′(x)的定義域相同.( √ ) 2.求f′(x0)時,可先計算出f(x0),再對f(x0)求導.( ) 3.求f′(x0)時,可先求出f′(x),再求f′(x)在x=x0處的函數值.( √ ) 題型一 利用導函數求某點處的導數 例1 求函數f(x)=-x2+3x的導函數f′(x),并利用f′(x)求f′(3),f′(-1). 考點 導函數 題點 利用導函數求某點處的導數 解 ∵f′(x)= = = (-Δx-2x+3)=-2x+3, 即f′(x)=-2x+3, ∴f′(3)=-23+3=-3, f′(-1)=-2(-1)+3=5. 反思感悟 f′(x0)是f′(x)在x=x0處的函數值.計算f′(x0)可以直接使用定義,也可以先求f′(x),然后求f′(x)在x=x0處的函數值f′(x0). 跟蹤訓練1 求函數y=f(x)=+5的導函數f′(x),并利用f′(x),求f′(2). 考點 導函數 題點 利用導函數求某點處的導數 解 ∵Δy=f(x+Δx)-f(x) =+5- =, ∴=, ∴f′(x)===-. ∴f′(2)=-. 題型二 導數公式表的應用 例2 求下列函數的導數. (1)y=sin; (2)y=x; (3)y=log3x; (4)y=; (5)y=5x. 考點 基本初等函數的導數公式 題點 基本初等函數導數公式的應用 解 (1)y′=0. (2)因為y=x=, 所以y′===. (3)y′=(log3x)′=. (4)因為y===tanx, 所以y′=(tanx)′=. (5)y′=(5x)′=5xln5. 反思感悟 對于教材中出現的8個基本初等函數的導數公式,要想在解題過程中應用自如,必須做到以下兩點:一是正確理解,如sin=是常數,而常數的導數一定為零,就不會出現′=cos這樣的錯誤結果.二是準確記憶,靈活變形.如根式、分式可先轉化為指數式,再利用公式求導. 跟蹤訓練2 求下列函數的導數. (1)y=(1-)+; (2)y=x13; 考點 基本初等函數的導數公式 題點 基本初等函數導數公式的應用 解 (1)∵y=(1-)+ =+==, ∴y′=. (2)y′=(x13)′=13x13-1=13x12. 題型三 導數公式的綜合應用 命題角度1 利用導數公式求解切線問題 例3 已知點P(-1,1),點Q(2,4)是曲線y=x2上兩點,是否存在與直線PQ垂直的切線,若有,求出切線方程,若沒有,說明理由. 考點 基本初等函數的導數公式 題意 利用導數公式求解切線問題 解 因為y′=(x2)′=2x,假設存在與直線PQ垂直的切線. 設切點為(x0,y0),由PQ的斜率為k==1, 而切線與PQ垂直,所以2x0=-1,即x0=-. 所以切點為(-,). 所以所求切線方程為y-=(-1)(x+), 即4x+4y+1=0. 引申探究 若本例條件不變,求與直線PQ平行的曲線y=x2的切線方程. 解 因為y′=(x2)′=2x,設切點為M(x0,y0), 由PQ的斜率為k==1, 而切線平行于PQ,所以2x0=1,即x0=. 所以切點為M. 所以所求切線方程為y-=x-,即4x-4y-1=0. 反思感悟 解決切線問題,關鍵是確定切點,要充分利用 (1)切點處的導數是切線的斜率. (2)切點在切線上. (3)切點又在曲線上這三個條件聯立方程解決. 跟蹤訓練3 (1)若直線l過點A(0,-1)且與曲線y=x3切于點B,求B點坐標; (2)若直線l與曲線y=x3在第一象限相切于某點,切線的斜率為3,求直線l與坐標軸圍成的三角形面積. 解 (1)y′=3x2,設B(x0,x)(x0≠0), 則切線斜率k=3x. 又直線l過點(0,-1),∴k=. ∴3x=, ∴2x=1,∴x0=,x=, ∴B. (2)設切點為(x0,x)(x0>0),則該切線斜率為3x, ∴3x=3,x0=1,則切點為(1,1). ∴直線l的方程為y-1=3(x-1). ∴直線l與坐標軸的交點分別為(0,-2),, ∴直線l與坐標軸圍成的三角形面積 S=|-2|=. 命題角度2 利用導數公式求解參數問題 例4 已知直線y=kx是曲線y=lnx的切線,則k的值等于( ) A.e B.-e C. D.- 考點 基本初等函數的導數公式 題點 利用導數公式求解切線問題 答案 C 解析 y′=(lnx)′=. 設切點坐標為(x0,y0),則切線方程為y-y0=(x-x0), 即y=+lnx0-1. ∵直線y=kx過原點, ∴l(xiāng)nx0-1=0,得x0=e,∴k=. 反思感悟 解決利用導數公式求解參數問題的關鍵是設出切點,根據導數的幾何意義表示出切線的斜率進一步寫出切線方程. 跟蹤訓練4 已知函數f(x)=,g(x)=alnx,a∈R,若曲線y=f(x)與曲線y=g(x)相交,且在交點處有相同的切線,求a的值. 考點 基本初等函數的導數公式 題點 利用導數公式求解切線問題 解 設兩曲線的交點為(x0,y0), 由題意知,f′(x0)=g′(x0),即=, 即a=,① ∵點(x0,y0)為兩曲線的交點, ∴=alnx0,② 由①②可得x0=e2, 將x0=e2代入①得a=. 1.下列結論: ①(sinx)′=cosx;②=; ③(lnx)′=. 其中正確的有( ) A.0個B.1個C.2個D.3個 考點 基本初等函數的導數公式 題點 基本初等函數的導數公式的應用 答案 C 解析 ∵②=, ∴②錯誤,故選C. 2.函數f(x)=,則f′(3)等于( ) A. B.0 C. D. 答案 A 解析 ∵f′(x)=()′=,∴f′(3)==. 3.設函數f(x)=logax,f′(1)=-1,則a=. 考點 基本初等函數的導數公式 題點 指數函數、對數函數的導數 答案 解析 ∵f′(x)=, 又f′(1)==-1,∴a=. 4.在曲線y=上一點P處的切線的斜率為-4,則點P的坐標為. 考點 基本初等函數的導數公式 題點 利用導數公式求解切線問題 答案 或 解析 設P(x0,y0),y′=-,則-=-4, 得x0=. 當x0=時,y0=2. 當x0=-時,y0=-2, ∴點P的坐標為或. 5.曲線y=ex在點(2,e2)處的切線與坐標軸所圍三角形的面積為. 考點 基本初等函數的導數公式 題點 利用導數公式求解切線問題 答案 e2 解析 ∵y′=(ex)′=ex,∴k=e2, ∴曲線在點(2,e2)處的切線方程為y-e2=e2(x-2), 即y=e2x-e2. 當x=0時,y=-e2,當y=0時,x=1. ∴S=1|-e2|=e2. 1.利用常見函數的導數公式可以比較簡捷的求出函數的導數,其關鍵是牢記和運用好導數公式.解題時,能認真觀察函數的結構特征,積極地進行聯想與化歸. 2.有些函數可先化簡再求導.如求y=1-2sin2的導數.因為y=1-2sin2=cosx,所以y′=(cosx)′=-sinx. 3.對于正弦、余弦函數的導數,一是注意函數名稱的變化,二是注意函數符號的變化. 一、選擇題 1.下列結論中正確的個數為( ) ①y=ln2,則y′=;②y=f(x)=,則f′(3)=-; ③y=2x,則y′=2xln2;④y=log2x,則y′=. A.0B.1C.2D.3 考點 基本初等函數的導數公式 題點 基本初等函數的導數公式的應用 答案 D 解析?、僦衴=ln2為常數, 所以y′=0.①錯. 2.已知f(x)=,則f等于( ) A.-25 B.- C. D.25 考點 幾個常用函數的導數 題點 幾個常用函數導數的應用 答案 B 解析 因為f(x)=,所以f′(x)=-.故f′=-25,f=f(-25)=-. 3.設函數f(x)=ax+3,若f′(1)=3,則a等于( ) A.2B.-2C.3D.-3 考點 函數在某一點處的導數 題點 根據導數值求坐標或參數 答案 C 解析 ∵f′(1)= ==a, ∵f′(1)=3,∴a=3. 4.正弦曲線y=sinx上切線的斜率等于的點為( ) A. B.或 C.(k∈Z) D.或(k∈Z) 考點 基本初等函數的導數公式 題點 正弦、余弦函數的導數 答案 D 解析 設斜率等于的切線與曲線的切點為P(x0,y0),∵函數在點P處的導數為y′=cosx0=,∴x0=2kπ+或2kπ-,k∈Z,∴y0=或-. 5.設曲線y=ax2在點(2,4a)處的切線與直線4x-y+4=0垂直,則a等于( ) A.- B. C.- D. 考點 基本初等函數的導數公式 題點 利用導數公式求解切線問題 答案 C 解析 由題意知切線的斜率是-, ∵y′=2ax,∴4a=-,得a=-. 6.已知直線y=kx是曲線y=ex的切線,則實數k的值為( ) A. B.- C.-e D.e 答案 D 解析 y′=ex,設切點為(x0,y0),則 ∴=x0, ∴x0=1,∴k=e. 7.設正弦曲線y=sinx上一點P,以點P為切點的切線為直線l,則直線l的傾斜角的范圍是( ) A.∪ B.[0,π) C. D.∪ 答案 A 解析 ∵(sinx)′=cosx, ∵kl=cosx,∴-1≤kl≤1,∴αl∈∪. 8.設f0(x)=sinx,f1(x)=f′0(x),f2(x)=f′1(x),…,fn+1(x)=f′n(x),n∈N,則f2018(x)等于( ) A.sinx B.-sinx C.cosx D.-cosx 考點 基本初等函數的導數公式 題點 正弦、余弦函數的導數 答案 B 解析 f1(x)=f′0(x)=(sinx)′=cosx, f2(x)=f′1(x)=(cosx)′=-sinx, f3(x)=f′2(x)=(-sinx)′=-cosx, f4(x)=(-cosx)′=sinx, f5(x)=(sinx)′=f1(x), f6(x)=f2(x),…, fn+4(x)=fn(x), 可知周期為4, ∴f2018(x)=f5044+2(x)=-sinx. 二、填空題 9.已知f(x)=,g(x)=mx且g′(2)=,則m=. 考點 幾個常用函數的導數 題點 幾個常用函數導數的應用 答案?。? 解析 ∵f′(x)=-,g′(x)=m,∴f′(2)=-, 又g′(2)=,∴m=-4. 10.設曲線y=ex在點(0,1)處的切線與曲線y=(x>0)上點P處的切線垂直,則P的坐標為. 考點 基本初等函數的導數公式 題點 利用導數公式求解切線問題 答案 (1,1) 解析 因為y′=ex,所以曲線y=ex在點(0,1)處的切線的斜率k1=e0=1. 設P(m,n),y=(x>0)的導數為y′=- (x>0), 曲線y= (x>0)在點P處的切線斜率k2=- (m>0). 因為兩切線垂直,所以k1k2=-1, 所以m=1,n=1,點P的坐標為(1,1). 11.已知f(x)=cosx,g(x)=x,則關于x的不等式f′(x)+g′(x)≤0的解集為. 考點 基本初等函數的導數公式 題點 基本初等函數導數公式的應用 答案 解析 ∵f′(x)=-sinx,g′(x)=1, 由f′(x)+g′(x)≤0,得-sinx+1≤0, 即sinx≥1,則sinx=1, 解得x=+2kπ,k∈Z, ∴其解集為. 三、解答題 12.已知曲線y=5(x>0),求: (1)曲線上與直線y=2x-4平行的切線方程; (2)過點P(0,5),且與曲線相切的切線方程. 考點 基本初等函數的導數公式 題點 利用導數公式求解切線問題 解 (1)設切點為(x0,y0), 由y=5,得曲線在x=x0處的切線的斜率 k=. 因為切線與直線y=2x-4平行,所以=2, 解得x0=,所以y0=. 故所求切線方程為y-=2, 即16x-8y+25=0. (2)因為點P(0,5)不在曲線y=5上, 所以設切點坐標為M(x1,y1), 則切線斜率為(x1≠0), 又因為切線斜率為, 所以==, 解得x1=4(x1=0舍去). 所以切點為M(4,10),斜率為, 故切線方程為y-10=(x-4), 即5x-4y+20=0. 13.點P是曲線y=ex上任意一點,求點P到直線y=x的最小距離. 考點 基本初等函數的導數公式 題點 利用導數公式求解切線問題 解 如圖,當曲線y=ex在點P(x0,y0)處的切線與直線y=x平行時,點P到直線y=x的距離最近. 則曲線y=ex在點P(x0,y0)處的切線斜率為1,又y′=(ex)′=ex, 所以=1,得x0=0, 代入y=ex,得y0=1,即P(0,1). 利用點到直線的距離公式得最小距離為. 14.設函數f(x)在(0,+∞)內可導,且f(ex)=x+ex,則f′(1)等于( ) A.1 B.2 C.3 D.4 考點 基本初等函數的導數公式 題點 指數函數、對數函數的導數 答案 B 解析 設ex=t,則x=lnt(t>0), ∴f(t)=lnt+t,∴f′(t)=+1,∴f′(1)=2. 15.已知拋物線y=x2,直線x-y-2=0,求拋物線上的點到直線的最短距離. 解 根據題意可知與直線x-y-2=0平行的拋物線y=x2的切線,對應的切點到直線x-y-2=0的距離最短,設切點坐標為(x0,x),則k=2x0=1, 所以x0=, 所以切點坐標為, 切點到直線x-y-2=0的距離 d==, 所以拋物線上的點到直線x-y-2=0的最短距離為.- 配套講稿:
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