导数的概念及运算 课件-2025届高三数学一轮复习
2024-10-31
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普通
内容正文:
第三章 一元函数的导数及其应用
第1节 导数的概念及运算
1.了解导数的概念、掌握基本初等函数的导数.
2.通过函数图象,理解导数的几何意义.
3.能够用导数公式和导数的运算法则求简单函数的导数,能求简单的复合函数(形如f(ax+b))的导数.
目 录
CONTENTS
知识诊断自测
01
考点聚焦突破
02
课时分层精练
03
3
知识诊断自测
1
ZHISHIZHENDUANZICE
1.导数的概念
f′(x0)
5
2.导数的几何意义
函数y=f(x)在x=x0处的导数的几何意义就是曲线y=f(x)在点P(x0,f(x0))处的切线的______,相应的切线方程为______________________.
斜率
y-f(x0)=f′(x0)(x-x0)
6
3.基本初等函数的导数公式
0
αxα-1
cos x
-sin x
axln a
ex
7
f′(x)±g′(x)
f′(x)g(x)+f(x)g′(x)
cf′(x)
8
5.复合函数的定义及其导数
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yx′=_______,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.
yu′·ux′
9
1.可导奇函数的导数是偶函数,可导偶函数的导数是奇函数,可导周期函数的导数还是周期函数.
2.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.并注意“在点P处的切线”,说明点P为切点,点P既在曲线上,又在切线上;“过点P处的切线”,说明点P不一定是切点,点P一定在切线上,但不一定在曲线上.
3.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,|f′(x)|的大小反映了f(x)图象变化的快慢,|f′(x)|越大,曲线在这点处的切线越“陡”.
常用结论与微点提醒
1.思考辨析(在括号内打“√”或“×”)
(1)f′(x0)是函数y=f(x)在x=x0附近的瞬时变化率.( )
(2)函数f(x)=sin(-x)的导数f′(x)=cos x.( )
(3)求f′(x0)时,可先求f(x0),再求f′(x0).( )
(4)与曲线只有一个公共点的直线一定是曲线的切线.( )
×
×
×
√
解析 (2)f(x)=sin(-x)=-sin x,则f′(x)=-cos x,错误.
(3)求f′(x0)时,应先求f′(x),再代入求值,错误.
(4)函数y=x2与x=0这条直线只有一个公共点,但它们相交,错误.
ABD
4.(选修二P82T11改编)已知曲线y=xex在点(1,e)处的切线与曲线y=aln x+2在点(1,2)处的切线平行,则a=________.
2e
解析 由y=xex,得y′=ex(x+1),
所以该曲线在点(1,e)处的切线斜率为2e,
所以该曲线在点(1,2)处切线斜率为a.
因为两切线平行,所以a=2e.
考点聚焦突破
2
KAODIANJUJIAOTUPO
考点一 导数的概念
感悟提升
B
A
考点二 导数的运算
解 (1)y′=(x2)′sin x+x2(sin x)′=2xsin x+x2cos x.
感悟提升
1.求函数的导数要准确地把函数拆分成基本初等函数的和、差、积、商,再利用运算法则求导.
2.抽象函数求导,恰当赋值是关键,然后活用方程思想求解.
3.复合函数求导,应由外到内逐层求导,必要时要进行换元.
BC
解析 对于A,(log23)′=0,故A错误;
(2)(2024·江西名校联考)已知f(x)=ex-f′(0)x,则f(2)=( )
A.e2-4 B.e2-2 C.e2-1 D.e2-e
C
解析 由f(x)=ex-f′(0)x得f′(x)=ex-f′(0),
考点三 导数的几何意义
C
y=0
解析 由y=x2(x+1)=x3+x2,得y′=3x2+2x,
设切点坐标为(t,t2(t+1)),则过切点的切线方程为y-t2(t+1)=(3t2+2t)(x-t),
当t=0时,切线方程为y=0,
当t=1时,切线方程为y=5x-3,
综上,直线l的方程为y=0或5x-y-3=0或15x+125y-9=0.
角度2 求切点坐标或参数
例4 (1)(2024·榆林模拟)已知函数f(x)=aln x+x2的图象在x=1处的切线方程为
3x-y+b=0,则a+b=( )
A.-2 B.-1 C.0 D.1
B
又f(x)的图象在x=1处的切线方程为3x-y+b=0,
所以f′(1)=a+2=3,解得a=1,
则f(x)=ln x+x2,所以f(1)=1,
将点(1,1)代入切线方程得3-1+b=0,
解得b=-2,故a+b=-1.故选B.
(2)(2024·济南质检)设x0>1,曲线f(x)=aln x-3x+2a(a≠0)在点P(x0,0)处的切线经过点(0,2e),则aln x0=( )
A.0 B.1 C.e D.2e
C
解析 由题意得f(x0)=0,
即aln x0-3x0+2a=0,①
将(0,2e)代入得2e=-a+3x0,②
联立①②解得a=x0=e,故aln x0=e.故选C.
(3)(2022·新高考Ⅰ卷)若曲线y=(x+a)ex有两条过坐标原点的切线,则a的取值范围是_______________________.
(-∞,-4)∪(0,+∞)
解析 因为y=(x+a)ex,所以y′=(x+a+1)ex.
感悟提升
求曲线的切线方程要分清“在点处”与“过点处”的切线方程的不同.过点处的切点坐标不知道,要设出切点坐标,根据:①斜率相等,②切点在切线上,③切点在曲线上建立方程(组)求解,求出切点坐标是解题的关键.
训练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,+∞)
B
解析 函数f(x)=ln x+ax的图象存在与直线2x-y=0平行的切线,
(2)(2024·南通质检)已知函数f(x)=x3-2x2+2x,则曲线y=f(x)经过点A(1,1)的切线方程是__________________________.
3x-4y+1=0或x-y=0
解析 设切点为(t,t3-2t2+2t),
由题意知f′(x)=3x2-4x+2,所以切线的斜率k=3t2-4t+2,
所以切线方程为y-(t3-2t2+2t)=(3t2-4t+2)(x-t).
因为切线过点A(1,1),所以1-(t3-2t2+2t)=(3t2-4t+2)(1-t),
又切线过点A(1,1),得切线方程为3x-4y+1=0或x-y=0.
微点突破 公切线问题
1.求两条曲线的公切线,如果同时考虑两条曲线与直线相切,头绪会比较乱,为了使思路更清晰,一般是把两条曲线分开考虑,先分析其中一条曲线与直线相切,再分析另一条曲线与直线相切,直线与抛物线相切可用判别式法.
2.公切线条数的判断问题可转化为方程根的个数求解问题.
一、共切点的公切线问题
例1 已知定义在(0,+∞)上的函数f(x)=x2-m,g(x)=6ln x-4x,设两曲线y=f(x)与y=g(x)在公共点处的切线相同,则m等于( )
A.-3 B.1 C.3 D.5
D
解析 依题意,设曲线y=f(x)与y=g(x)在公共点(x0,y0)处的切线相同.
∵f(x)=x2-m,g(x)=6ln x-4x,
二、不共切点的公切线问题
例2 (2024·湖北名校联考)若直线x+y+m=0是曲线f(x)=x3+nx-52与曲线g(x)=x2-3ln x的公切线,则m-n=( )
A.-30 B.-25 C.26 D.28
C
解析 设直线x+y+m=0与曲线f(x)=x3+nx-52相切于点(a,-a-m),与曲线g(x)=x2-3ln x相切于点(b,-b-m),b>0.
所以1-3ln 1=-1-m,解得m=-2.
由f(x)=x3+nx-52知f′(x)=3x2+n,
又两曲线的公切线斜率为-1,
则3a2+n=-1,即n=-3a2-1,
故a3-(3a2+1)a-52=-a+2,
整理得a3=-27,故a=-3,
所以n=-3a2-1=-28,故m-n=26.故选C.
训练 (1)(2024·杭州模拟)已知函数f(x)=ax2与g(x)=ln x的图象在公共点处有共
同的切线,则实数a的值为________.
(2)若曲线C1:y=ax2(a>0)与曲线C2:y=ex存在公共切线,则a的取值范围为
____________.
解析 由y=ax2(a>0)得y′=2ax,
由y=ex得y′=ex.
当x∈(0,2)时,f′(x)<0,f(x)单调递减;
当x∈(2,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增.
课时分层精练
3
KESHIFENCENGJINGLIAN
BD
D
C
A
5.(多选)已知函数f(x)的图象如图,f′(x)是f(x)的导函数,则下列结论正确的是( )
A.f′(3)>f′(2) B.f′(3)<f′(2)
C.f(3)-f(2)>f′(3) D.f(3)-f(2)<f′(2)
BCD
解析 由图知f′(2)>f′(3)>0,故A错误,B正确.
设A(2,f(2)),B(3,f(3)),
由图知f′(3)<kAB<f′(2),
即f′(3)<f(3)-f(2)<f′(2),故C,D正确.
D
解析 ∵f′(x)=2sin αx+2-sin α-3,
∴f′(1)=2sin α+2-sin α-3.
∵-1≤sin α≤1,∴2-1≤2sin α≤2,
f′(1)的最小值为-1,
易得f′(1)的最大值为2+2-1-3<0,
7.(2024·大连模拟)若直线y=2x是曲线y=x(ex-a)的切线,则a=( )
A.-e B.-1 C.1 D.e
B
因为y=x(ex-a),
所以y′=(ex-a)+xex=(1+x)ex-a,
y=1
1
依题意,m=f′(1)=2-a.
又点P(1,f(1))在直线y=mx+m上,
所以f(1)=1+a=2m,
因此1+a=2(2-a),解得a=1.
10.已知y=f(x)是可导函数,如图,直线y=kx+2是曲线y=f(x)在x=3处的切线,令g(x)=xf(x),g′(x)是g(x)的导函数,则g′(3)=________.
0
∵g(x)=xf(x),∴g′(x)=f(x)+xf′(x),
∴g′(3)=f(3)+3f′(3),
又由题意可知f(3)=1,
11.已知函数f(x)=x3-4x2+5x-4.
(1)求曲线f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;
解 因为f′(x)=3x2-8x+5,
所以f′(2)=1,
又f(2)=-2,
所以曲线f(x)在点(2,f(2))处的切线方程为y-(-2)=x-2,
即x-y-4=0.
(2)求经过点A(2,-2)的曲线f(x)的切线方程.
12.已知函数f(x)=x3+(1-a)x2-a(a+2)x+b(a,b∈R).
(1)若函数f(x)的图象过原点,且在原点处的切线斜率为-3,求a,b的值;
(2)若曲线y=f(x)存在两条垂直于y轴的切线,求a的取值范围.
解 f′(x)=3x2+2(1-a)x-a(a+2).
(2)因为曲线y=f(x)存在两条垂直于y轴的切线,
所以关于x的方程f′(x)=3x2+2(1-a)x-a(a+2)=0有两个不相等的实数根,
所以Δ=4(1-a)2+12a(a+2)>0,
13.(2024·丹东段测)设直线l与曲线f(x)=2x3-x+1相切于点M(x1,f(x1)),相交于另一点N(x2,f(x2)),则( )
A.x2=-2x1 B.x2=2x1 C.x2=-2x1-1 D.x2=2x1-1
A
解析 ∵f(x)=2x3-x+1,切点M(x1,f(x1)),
ABD
易得g(x)在(-∞,-2),(0,+∞)上单调递增,在(-2,0)上单调递减.
极大值为g(-2)=4e-2,极小值为g(0)=0,
当x→-∞时,g(x)→0,作出g(x)的图象如图所示,
显然当m∈(-4e-2,0)时,g(x)=-m有三个解,
即有三条切线,n=3;
当m=0时,g(x)=-m有一个解,
即有且仅有一条切线,n=1;
当m>0时,g(x)=-m无解,即不存在切线,不符合题意;
当m=-4e-2时,g(x)=-m有两个解,即有两条切线,n=2;
当m<-4e-2时,g(x)=-m有一个解,即有一条切线,n=1;
所以A,B,D正确,C错误.
15.(2024·茂名模拟)已知函数f(x)的图象关于直线x=1对称,且x≤1时,f(x)=
ex+x-1,则曲线y=f(x)在点P(2,f(2))处的切线方程为________________.
2x+y-4=0
解析 设M(x1,y1),N(x2,y2)分别为函数f(x)的图象上关于直线x=1对称的两点,且x1≤1≤x2,
故当x>1时,f(x)=e2-x-x+1,
所以f(2)=e2-2-2+1=0,f′(x)=-e2-x-1,
所以f′(2)=-e2-2-1=-2,
所以曲线y=f(x)在点P(2,f(2))处的切线方程为y=-2(x-2),即2x+y-4=0.
16.已知f(x)=ex,g(x)=ln x+2,直线l是f(x)与g(x)的公切线,求直线l的方程.
解 设直线l与f(x)=ex的切点为(x1,y1),
则y1=ex1,f′(x)=ex,
当x1=1时,切线方程为y=ex;
当x1=0时,切线方程为y=x+1,
综上,直线l的方程为y=ex或y=x+1.
本课结束
(1)函数y=f(x)在x=x0处的导数记作_______或_______.
f′(x0)==_________________________.
(2)函数y=f(x)的导函数
f′(x)=.
y′|x=x0
基本初等函数
导函数
f(x)=c(c为常数)
f′(x)=_____
f(x)=xα(α∈Q,且α≠0)
f′(x)=_______
f(x)=sin x
f′(x)=_______
f(x)=cos x
f′(x)=_______
f(x)=ax(a>0,且a≠1)
f′(x)=_______
f(x)=ex
f′(x)=____
f(x)=logax(a>0,且a≠1)
f′(x)=_______
f(x)=ln x
f′(x)=_______
4.导数的运算法则
若f′(x),g′(x)存在,则有:
(1)[f(x)±g(x)]′=____________;
(2)[f(x)g(x)]′=___________________;
(3)′=___________________ (g(x)≠0);
(4)[cf(x)]′=______.
2.(多选)下列导数的运算中正确的是( )
A.(3x)′=3xln 3 B.(x2ln x)′=2xln x+x
C.′= D.(sin xcos x)′=cos 2x
解析 因为′=,所以C项错误,其余都正确.
解得f′=1-.
3.(选修二P81T6改编)已知函数f(x)满足f(x)=f′cos x-sin x,则f′=__________.
1-
解析 f′(x)=-f′sin x-cos x,
令x=,得f′=-f′-,
由y=aln x+2,得y′=,
(2)∵=k,∴=2k.
例1 已知f(x)在x0处的导数f′(x0)=k,求下列各式的值:
(1);(2).
解 (1)∵=f′(x0),即=f′(x0)=k,
∴=.
感悟提升 由导数的定义可知,若函数y=f(x)在x=x0处可导,则f′(x0)=
,它仅与x0有关,与Δx无关,因此使用导数的定义时要明确公式的形式,当分子为f(1-Δx)-f(1)时,分母也应该是(1-Δx)-1,要注意公式的变形.
训练1 (1)=( )
A.0 B.2cos x C.cos 2x D.2cos 2x
解析 =2=2(sin x)′=2cos x.
(2)若f′(x)是函数f(x)的导数,且f′(a)=-1,则=( )
A.-5 B.-4 C.-1 D.0
解析 =5=5f′(a)=-5.
(4)∵y=xsincos=xsin(4x+π)=-xsin 4x,
∴y′=-sin 4x-x·4cos 4x=-sin 4x-2xcos 4x.
例2 求下列函数的导数:
(1)y=x2sin x;(2)y=ln;(3)y=;(4)y=xsincos.
(2)y′=·()′=.
(3)y′=′==-.
对于D,′==,故D错误.
训练2 (1)(多选)(2024·浙江名校联考)下列求导正确的是( )
A.(log23)′= B.[ln(2x)]′=
C.(sin2x)′=sin 2x D.′=
对于B,[ln(2x)]′=(ln 2+ln x)′=(ln 2)′+(ln x)′=,故B正确;
对于C,(sin2x)′=2sin xcos x=sin 2x,故C正确;
则f′(0)=e0-f′(0),得f′(0)=,
故f(x)=ex-x,因此f(2)=e2-1.
所以曲线y=在点处的切线方程为y-=(x-1),
即y=x+,故选C.
角度1 求切线方程
例3 (1)(2023·全国甲卷)曲线y=在点处的切线方程为( )
A.y=x B.y=x C.y=x+ D.y=x+
解析 y′==,
则曲线y=在点处的切线斜率k=y′|x=1=,
当t=-时,切线方程为y=-x+,
(2)(2024·莆田质检)若直线l经过点,且与曲线y=x2(x+1)相切,写出l的一个方程________(答案不唯一).
把点代入,可得-t2(t+1)=(3t2+2t),
整理得t(t-1)(5t+3)=0,即t=0或t=-或t=1,
解析 因为f(x)=aln x+x2,所以f′(x)=+2x.
又f′(x)=-3,所以切线斜率k=-3,
故在点P(x0,0)处的切线方程为y=(x-x0),
所以切线的方程为y-(x0+a)ex0=[ex0+(x0+a)ex0](x-x0),
又切线过原点,所以-(x0+a)ex0=[ex0+(x0+a)ex0](-x0),
整理得x+ax0-a=0.
因为曲线y=(x+a)ex有两条过坐标原点的切线,
所以关于x0的方程x+ax0-a=0有两个不同的根,
所以Δ=a2+4a>0,解得a<-4或a>0.
设切点为A(x0,(x0+a)ex0),O为坐标原点,
依题意得,切线斜率kOA=y′|x=x0=(x0+a+1)ex0,
因为x>0,所以2-<2,
所以a的取值范围是(-∞,2).
即f′(x)=+a=2在(0,+∞)上有解,
即a=2-.
即(t-1)2(2t-1)=0,解得t=或t=1,
所以斜率k=或k=1,
∵x0>0,∴x0=1,m=5.
∴f′(x)=2x,g′(x)=-4,
∴即
则2b-=-1,解得b=1或b=-(舍去).
由g(x)=x2-3ln x知g′(x)=2x-,
又两曲线的公切线斜率为-1,
由g(x)=ln x,得g′(x)=.
因为函数f(x)与g(x)的图象在公共点P(x0,y0)处有共同的切线,
所以f′(x0)=g′(x0),即2ax0=,得a=,
所以·x=ln x0,即ln x0=,得x0=e,
所以a===.
解析 设公共点为P(x0,y0)(x0>0),则ax=ln x0.
由f(x)=ax2,得f′(x)=2ax,
即y=2ax1x-ax,y-ex2=ex2 (x-x2),
即y=ex2x-(x2-1)ex2,
所以可得x2=+1,
所以a=.
设公切线与曲线C1切于点(x1,ax),与曲线C2切于点(x2,ex2),
则有y-ax=2ax1(x-x1),
所以a的取值范围是.
因为a>0,所以x1>0,
记f(x)=(x>0),则f′(x)=,
所以当x=2时,f(x)min=>0,
1.(多选)下列求导运算正确的是( )
A.′=1+ B.(log2x)′=
C.(5x)′=5xlog5x D.(x2cos x)′=2xcos x-x2sin x
解析 A中,′=1-,
C中,(5x)′=5xln 5,其余正确.
2.若函数f(x)满=2,则=( )
A.2 B.1 C.0 D.-1
解析 因为=2,
所以=-=-×2=-1.
3.设函数f(x)在R上存在导函数f′(x),f(x)的图象在点M(1,f(1))处的切线方程为y=x+2,那么f(1)+f′(1)等于( )
A.1 B.2 C.3 D.4
解析 由题意得f(1)=×1+2=,f′(1)=,
所以f(1)+f′(1)=+=3.
当V=时,r′=××=××=×=(dm/L).
4.吹气球时,气球的体积V(单位:L)与半径r(单位:dm)之间的关系是V=πr3.当V= L时,气球的瞬时膨胀率为( )
A. dm/L B. dm/L C.3 dm/L D.4π dm/L
解析 因为V=πr3,所以r=,
所以r′=×V-,
则f(3)-f(2)==kAB,
∴θ∈.故选D.
6.(2024·湖南三湘名校联考)设函数f(x)=2sin α-1x2+(2-sin α-3)x的图象在点(1,f(1))处的切线为l,则l的倾斜角θ的最小值是( )
A. B. C. D.
则2sin α+2-sin α≥2=2,当且仅当sin α=0时等号成立,
切线方程为y-x0(e x0-a)=[(1+x0)e x0-a](x-x0),
即y=[(1+x0)e x0-a]x-xex0,
由题意知解得
解析 设切点坐标为(x0,x0(ex0-a)),
所以在切点处的切线的斜率为(1+x0)e x0-a,
所以f′(x)=(x2)′e x2=2xe x2,则f′(0)=0.
故曲线y=f(x)在点(0,1)处的切线方程为y=1.
8.(2024·丽水质检)设f(x)=ex2,则f′(x)=________,其在点(0,1)处的切线方程为________.
2xe x2
解析 因为f(x)=e x2,
9.若函数f(x)=x2+的图象在点P(1,f(1))处的切线方程为y=mx+m,则实数a=______.
解析 由函数f(x)=x2+求导得f′(x)=2x-,
解析 由题图可知曲线y=f(x)在x=3处切线的斜率等于-,∴f′(3)=-.
∴g′(3)=1+3×=0.
所以x-4x+5x0-2=(3x-8x0+5)·(x0-2),
整理得(x0-2)2(x0-1)=0,
解得x0=2或x0=1,
所以经过点A(2,-2)的曲线f(x)的切线方程为x-y-4=0或y+2=0.
解 设切点坐标为(x0,x-4x+5x0-4),
因为f′(x0)=3x-8x0+5,所以切线方程为y-(-2)=(3x-8x0+5)(x-2),
又切线过点(x0,x-4x+5x0-4),
所以a的取值范围为∪.
(1)由题意得解得b=0,a=-3或1.
即4a2+4a+1>0,所以a≠-.
∵x2≠x1,∴3x=x+x1x2+x,即x+x1x2-2x=0,(x2+2x1)(x2-x1)=0,
∴x2=-2x1,故选A.
∴f′(x)=6x2-1,∴切线斜率k=6x-1.
又∵直线l与曲线相交于另一点N(x2,f(x2)),∴k=,
∴(6x-1)(x2-x1)=f(x2)-f(x1)=(2x-x2+1)-(2x-x1+1)
=2x-2x-x2+x1=2(x2-x1)(x+x1x2+x)-(x2-x1),
令g(x)=x2ex,则g′(x)=(x2+2x)ex,
14.(多选)(2024·济南调研)若过y轴上一点P(0,m)最多可作出n(n∈N*)条直线与函数f(x)=xex的图象相切,则( )
A.n可以取到3 B.m+n<3
C.当n=1时,m的取值范围是 D.当n=2时,m存在且唯一
解析 设切点为(x0,x0ex0),f′(x)=(x+1)ex,
则=(x0+1)ex0,所以-m=xex0.
则所以
所以y2=e2-x2+2-x2-1=e2-x2-x2+1.
即y=ex1·x-x1ex1+ex1,①
同理设直线l与g(x)=ln x+2的切点为(x2,y2),
∴y2=ln x2+2,g′(x)=,∴g′(x2)=,
切点为(x2,ln x2+2),切线斜率k=,
∴f′(x1)=ex1,
∴切点为(x1,ex1),切线斜率k=ex1,
∴切线方程为y-ex1=ex1 (x-x1),
把③代入④有-x1ex1+ex1=-x1+1,
即(1-x1)(ex1-1)=0,解得x1=1或x1=0,
∴切线方程为y-(ln x2+2)=(x-x2),
即y=·x+ln x2+1,②
由题意知,①与②相同,
∴
$$
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