内容正文:
§2 导数的概念及其几何意义
2.1 导数的概念
2.2 导数的几何意义
课程标准 素养解读
1.理解导数的概念及导数的几何意义.
2.会求导数及理解导数的实际意义.
3.掌握利用导数求切线方程的方法.
1.通过对导数概念学习,达成数学抽象的核心素养.
2.通过对导数几何意义的理解,提升直观想象的核心
素养.
[情境引入]
前面我们研究了两类变化率问题:平均变化率和瞬时
变化率.在解决问题时,采用了由“平均变化率”逼近
“瞬时变化率”的思想方法.下面我们用上述思想方法
研究更一般的问题.
[知识梳理]
[知识点一] 函数f(x)在x=x0 处的导数
1.函数f(x)在x=x0 处的导数
设函数y=f(x),当自变量x从x0变到x1 时,函数
值y从f(x0)变到f(x1),函数值y关于x 的平均
变化率为Δy
Δx=
f(x1)-f(x0)
x1-x0
=f
(x0+Δx)-f(x0)
Δx .
当x1 趋于x0,即Δx趋于0时,如果平均变化率趋
于一个固定的值,那么这个值就是函数y=f(x)在
点x0 的瞬时变化率.在数学中,称瞬时变化率为函
数y=f(x)在点x0 处的导数.通常用符号f′(x0)
表示,记作f′(x0)=lim
x1→x0
f(x1)-f(x0)
x1-x0
=lim
Δx→0
f(x0+Δx)-f(x0)
Δx .
[知识点二] 导数的几何意义
1.割线的定义
设函数y=f(x)的图像是一条光滑的曲线,且函数
y=f(x)在区间[x0,x0+Δx]的平均变化率为
Δy
Δx
,
如图,它是经过A(x0,f(x0))和B(x0+Δx,f(x0
+Δx))两点的直线的斜率,这条直线称为曲线y=
f(x)在点A 处的一条割线.
2.切线的定义
当Δx趋于0时,点B 将沿着曲线y=f(x)趋于点
A,割线AB 将绕点A 转动趋于直线l.称直线l为
曲线y=f(x)在点A 处的切线,或称直线l和曲线
y=f(x)在点A 处相切.
3.导数的几何意义
函数y=f(x)在x0 处的导数f′(x0),是曲线y=
f(x)在点(x0,f(x0))处的切线的斜率.
曲线的切线与曲线一定只有一个公共
点吗?
[预习自测]
1.判断下列说法是否正确(正确的打“√”,错误的打
“×”)
(1)函数y=f(x)在x=x0 处的导数值与Δx值的
正、负无关. ( )
(2)函数在 x0 处的导数 f′(x0)与 x0 和 Δx 都
有关. ( )
(3)f′(x0)是函数y=f(x)在x=x0 附近的平均变
化率. ( )
(4)函数f(x)=0没有导函数. ( )
(5)f′(x0)与[f(x0)]′表示的意义相同. ( )
44
数学(BS)选择性必修第二册
(6)若f′(x0)=0,则曲线y=f(x)在点(x0,f(x0))
处的切线不存在. ( )
2.已知y=f(x)的图像如图所示,则f′(xA)与f′(xB)
的大小关系是 ( )
A.f′(xA)>f′(xB) B.f′(xA)<f′(xB)
C.f′(xA)=f′(xB) D.不能确定
3.若曲线y=f(x)在点(x0,f(x0))处的切线方程为
2x-y+1=0,则 ( )
A.f′(x0)>0 B.f′(x0)<0
C.f′(x0)=0 D.f′(x0)不存在
4.由导数的定义可求得,函数f(x)=x2-2x在x=1
处的导数f′(1)= .
求函数在一点处的导数
[例1] (1)若lim
Δx→0
f(x0+Δx)-f(x0)
Δx =k
,
则lim
Δx→0
f(x0+2Δx)-f(x0)
Δx
等于 ( )
A.2k B.k
C.12k D.
以上都不是
(2)函数y= x 在x=1处的导数是 .
(3)求函数f(x)=2x2+4x在x=3处的导数.
利用导数定义求导数的三步曲
(1)求函数的增量Δy=f(x0+Δx)-f(x0)
(2)求平均变化率ΔyΔx =
f(x0+Δx)-f(x0)
Δx
(3)取极限,得导数f′(x0)=lim
Δx→0
Δy
Δx .
简记为:一差,二比,三趋近.
[变式训练]
1.已 知 f′(1)= -2,则lim
Δx→0
f(1-2Δx)-f(1)
Δx =
.
2.求函数f(x)=1
x
在x=1处的导数.
导数的实际意义
[例2] 将原油精炼为汽油、柴油、塑胶等各种不同
产品,需要对原油进行冷却和加热.如果在第xh
时,原油的温度(单位:℃)为y=f(x)=x2-7x+
15(0≤x≤8).计算第2h和第6h时,原油温度的
瞬时变化率,并说明它们的意义.
要弄清在实际问题中导数的意义,一定要正
确计算Δy和Δx,并知道它们的实际意义,再看
Δy
Δx
,当Δx→0时,ΔyΔx
趋于定值的实际意义.
[变式训练]
3.蜥蜴的体温与阳光的照射有关,其关系为T(t)=
120
t+5+15
,其中T(t)为体温(单位:℃),t为太阳落
山后的时间(单位:min)
(1)从t=0min到t=10min,蜥蜴的体温下降
了多少?
(2)从t=0min到t=10min,蜥蜴的体温的平均变
化率是多少? 它表示什么意义?
(3)求T′(5),并说明它的实际意义.
54
第二章 导数及其应用
利用导数的几何意义求曲线的切线方程
[例3] 已知曲线f(x)=x2,
(1)求曲线在点P(1,1)处的切线方程;
(2)求曲线过点P(3,5)的切线方程.
利用导数的几何意义求切线方程的方法
(1)若已知点(x0,y0)在已知曲线上,求在点(x0,
y0)处的切线方程,先求出函数y=f(x)在点
x0 处的导数,然后根据直线的点斜式方程,得
切线方程y-y0=f′(x0)(x-x0).
(2)若点(x0,y0)不在曲线上,求过点(x0,y0)的切
线方程,首先应设出切点坐标,然后根据导数
的几何意义列出等式,求出切点坐标,进而求
出切线方程.
[变式训练]
4.求过点(-1,0)与曲线y=x2+x+1相切的直线
方程.
[当堂达标]
1.若f(x)=x3,f′(x0)=3,则x0 的值为 ( )
A.3 B.±1
C.± 3 D.3 3
2.若曲线y=f(x)上在点(1,3)处的切线过点(0,2),
则有 ( )
A.f′(1)>0 B.f′(1)=0
C.f′(1)<0 D.f′(1)不存在
3.(多选)若f(x)=x3+x-1,f′(x0)=4,则x0 的
值为 ( )
A.1 B.-1
C.3 3 D.-3 3
4.设函 数 f(x)在 x=1处 存 在 导 数,其 值 为2,
则lim
Δx→0
f(1+Δx)-f(1)
3Δx = .
5.一杯80℃的热红茶置于20℃的房间里,它的温度
会逐渐下降.温度T(单位:℃)与时间t(单位:min)
间的关系,由函数T=f(t)给出.请问:
(1)f′(t)的符号是什么? 为什么?
(2)f′(3)=-4的实际意义是什么?
学习至此,请完成配套训练
64
数学(BS)选择性必修第二册
参考答案
[例13】解折:根搭题意可得A,十B,=3A,=子A-1十
[例2][负解]s(tn)=2(1a)s(p-)>s2(-△),
故1o)-14,一))--y)
△
所以在相同时间内乙的速度比甲的速度快,即在如题图所示
A,=子A,1+3-A-)=A1+
的整个运动过程中乙的速度比甲的速度快
3
变式训练
2.ABD[在0到0范围内,甲,乙的平均速度都为兰,故A,B
数列,
错误:在到1范固内,甲的平均速度为2二,乙的平均速
-61
度为二要因为为一和>1一南山一6>0,所以二>
t1-to
31
1
六B=3-A。=22市小A。-B2市X2=
一,故C正确,D错误.]
t1一to
N+).
[例3][解](1)质点P在[1,1十△]这段时间内的平均速
答案
度为
第二章导数及其应用
=8-31+)2-8+3×1=-6-3(m/s.
§1平均变化率与瞬时变化率
(2)由1)知会=-6-3M,当山趋于0时,兰趋于-6,
1.1平均变化率
△
所以质点P在1=1时的眸时速度为一6m/s
1.2醉时变化率
变式训练
课前预习学案
3.解:△y=f(1+△x)-f(1)
知识梳理
=3(1+△x)2+(1+△x)-(3+1)
知识点一,L.改变量△x改变量△y函数值自变量
=7△x+3(△x)2.
2.快慢
[思考]
Ay=7△x+3(△x)
△x
△x
=7+3Ax.
[提示]不一定,当取定值,△x取不同的数值时,函数的
平均变化率不一定相同:当△x取定值,取不同的数值时,
当△楚于0时会器=7+30楚于7+3X0=7
函数的平均变化率也不一定.
∴.函数y=3x2十x在点x=1处的醉时变化率为7.
预习自测
当堂达标
1.(1)×(2)/(3)√(4)/
2B会=)@2X2+2X1+D-2]
1.B[手均支化率为}-1.订
b-a
2-1
2.C[由平均变化率的概念知C正确.]
3A[因为4=s(3+M)-s(3)=6△+(△)2,所以A=6
3.D [Ay_f(x2)-f()BC
△z
x2一1
-AC=tan∠BAC=kAB.]
+△.]
4.解析:△y=[2(xo十△x)2+11-(2.x号+1)=4.xo△x+
4.解析:△y=f(2十△x)-f(2)=3(2+△x)+1-(3×2+1)=
34,别哈-验=3当△c地于0时会地于8
2ar,=40+2a,吉△r趋于0时,会是趋于4
=-8..x0=-2.∴.点M的坐标为(-2,9).
答案3
答案:(一2,9)
课堂互动学案
[例1门解:当自变量从o变化到xo十△x时,函数的平均变化
§2导数的概念及其几何意义
率为
2.1导数的概念
△y=fx+△r)-fxn)
2.2导数的几何意义
△x
_[2(m+△x)2+3]-(2x+3)
课前预习学案
At
知识梳理
4xo△x+2(△x)2
[思考]
=4.x+2△x
[提示]曲线的切线并不一定与曲线只有一个交点,可
当西=2,4r=一号时,平均支化率的值为4X2+2×
以有多个,甚至可以无穷多,与曲线只有一个公共点的直
线也不一定是曲线的切线,
(2).
预习自测
变式训练
1.(1)/(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×
kD会-2I+△2-2X-4+2A.款选D
2.B[由导数的几何意义,f(xA),(xB)分别是切线在点
Ar
A,B处切线的斜率,由图像可知(xA)<f(rB).]
·93·
数学(BS)·选择性必修第二册
3.A[由切线方程可以看出其斜率是2,又曲线在该点处
[例2][解]在第2h和第6h时,原油温度的瞬时变化率
的切线的斜率就是函数在该点处的导数,所以∫(x)
>0.]
就是了②了0以.根据导数的定又,会是-2+22
4.解析:Ay=+△x)-f)
=2+△)2-7(2+△)+15-(2-7×2+15)
△x
△x
=1+4x)2-2(1+△x)+1
4△x+(A)2-7Ax=△x-3.
△r
当△r总于0时,会签楚于0f1)==0
当4r趋于0时,公趋于-.(2)=-3
答案:0
同理可得(6)=5.
课堂互动学案
所以在第2h与第6h时,原油温度的瞬时变化率分别为
[例1门(1)[解析]i
fx+2△x)-fx2_
一3和5,它说明在第2h附近,原油温度大约以3℃/h
△r
的速度下降:在第6h附近,原油温度大约以5℃/h的速
2 lim
fo+2△)-fxn)=2im
f(xo+Ar)-f(zo)
度上升,了(x)反映了原油温度在时刻x附近的变化
2△x
△x
情况.
=2k.
变式训练
[答案]A
3.解:(1)在1=0min和1=10min时,蜥场的体温分别为
2②[解折]:△y=+-1会=
Ar
T0)-929+15-39.T0)-02与+15-23,t从1
1
0min到t=10min,蜥蜴的体温下降了39-23=16℃,
√1+△x+1
当△龙于0时,四会器=号
(2②平均支化率为T00。T0=-8-1.6
10
它表示从t=0min到t=10min,蜥蜴的体温平均每分钟
画数y=反在=1处的导数为号
下降1.6℃.
[答案]
(3)T(5)=
2
120
(3)[解]f(x)=2x2+4x,
m5515--16
-12
∴.△y=f3+△x)-f3)
△t
m10+4-1.2
=2(3+△x)2+4(3+△x)-(2×32+4×3)
它表示1=5min时蜥蝎体温下降的速度为l.2℃/min.
=12△x+2(△x)2+4△x-2(△x)2+16Ax.
[例3][解]
是-264=2A+1
1)设切点为(:%,:器
△x
(xo+△x)2-6=
x号+2.x△x十(△x)2-x
△x
△x
当△r趋于0时,▣会器=16f(8)=16
=2x0+△x,
变式训练
L解折:了1)=-2.m0-2-四
当4一0时地于2of)=2
△x
∴.广(1)=2.∴.曲线在点P(1,1)处的切线方程为
f1-2△x)-f1)
lim
=-2imf0-2A)-f
y-1=2(x-1),即2.x-y-1=0.
-2△x
=-2
(2),点P(3,5)不在曲线f(x)=x2上,设切点为(x0y%),
(1)=-2×(-2)=4.
由(1)知,f(x0)=2.xo·
答案:4
∴.切线方程为y-y0=2.xo(x一x0)。
由点P(3,5)在所求直线上,得5-y0=2x0(3-0),①
2.解::△y=f(1十△x)-f(1)=
-1=
√/+△x
再由A(x0y%)在曲线y=x2上,得y%=x行,②
1-W1+△7
-△x
联立①和②得x号-6.x0十5=0,x0=1或x0=5.
√1+△x
√+4x(1+√个+△)
从而切点A的坐标为(1,1)或(5,25).
当切点为(1,1)时,切线的斜率为k1=2.x0=2,此时切线
W/1+△r(1+√1+△x)
方程为y-1=2(x-1),即2x-y-1=0,
当△x无限趋近于0时,1十△x无限趋近于1,
当切点为(5,25)时,切线的斜率为k2=2.x0=10,此时切
:义无限趋近于一2
△x
线方程为y-25=10(x-5),即10.x-y-25=0.
综上,过点P(3,5)的切线方程为2x一y-1=0或10.x-y
了1)=-2
1
-25=0.
·94·
参考答案
变式训练
[思考]
4.解:设切点为(x0·x号十x0十1),:
△y
2.[提示]说明常数函数y=(图像上每一点处的切线的斜率
△x
都为0,即每一点处的切线都平行(或重合)于x轴.
(x6十△x)2+(x0十△x)+1-(x+x0+1)
△x
=△x+2x0
预习自测
1.(1)×(2)×(3)×
+1.
2.ABC
当A一0时,趋于2十1,则切线的斜率为2十1
又k=号+十1)-0x号+x+1
ac[)=s景-号故f=a]
x0-(-1)
x0十1'
4.解析:()'=3x2,若切线平行或重合于x轴,则切线斜率k=
20十1=号+0+1
0,即3x2=0,得x=0.∴y=0,即切点为(0,0).
xo十1
答案:(0,0)
解得x6=0或t0=一2.
课堂互动学案
当x0=0时,切线斜率k=1,过(一1,0)的切线方程为y
[例1[解]qDy=-3x.(2)y=3ln3.(3yn
-0=x+1,即x一y十1=0.
当x0=一2时,切线斜率k=一3,过(一1,0)的切线方程
(40y=sin.y=c0sx.(5)y'=0.(6y=1
为y-0=-3(x+1),即3x十y十3=0.
(7)y'=e.
故所求切线方程为x-y十1=0或3.x十y十3=0.
变式训练
当堂达标
1.B[g+a2f_+a2-店.a
1.ABC
[因为(cosy=一inx,所以A错误:n-
32
,而
△x
△x
+3xoAx+3x6
2
=0,所以B错误:(之)
=(x2)y=-2x3,所以C
当△r趋于0时.A义趋于3xf'(x0)=3x=3.0
△x
错误:
=(-y==2所以D正确]
2tx
=士1.]
2.A[由题意知切线过点(1,3),(0,2),所以k=f'(1)=
[例2]
解]因为)了=上所以当=e时y=。即切线针
3-2=1>0.]
1-0
率为上,所以初线方程为y一1=上(-0).即x-Cy=0.
3.AB
[:
f(xo十Ax)-f(.xo)
母题变式
△x
1.[解]因为点OX0,0)不在曲线上,所以设切点为Q(a,b),则
(x+△r)3+(+Ar)-1-(r8+x0-D=3x号+1
△
切线鲜幸友=。又因为是-日昌且6=lha,所以a=e6
a-01
十3·4r+(△)只当4x趋于0时,会是地子3+
1.所以切线方程为x一ey=0.
2.解:问题可以转化为函数y-nx与y=mx的图像有且仅有
1,广(x0)=3.x号+1=4.解得x0=士1.]
一个公共,点.由图像易知m≤0满足条件.另外就是y=m江
4,解析:由极限的运算法则结合导函数的定义可得
n+2-四-号a+2@=专×f
是y=lnx的切线时满足条件.因为y=mx图像过(00),设
3△元
30
△x
切克为Qab,则切线斜率m三一,又因为m=。二0,且6
2
3
以aeb=lm=。,即m的取值范国为
答案:号
of
5.解析:(1)(t)是负效.因为广(1)表示温度随时间的变化
变式训练
率,而温度是逐渐下降的,所以∫(1)为负数
2.解:设切,点坐标为P(%).f(,x)=一23=tan135=
(2)f(3)=一4表明在3min附近时,温度约以4℃/min
1,即-203=一1,∴0=2.代入曲线方程得0=2,
的速度下降.
§3导数的计算
,点P的坐标为(2,2于).
课前预习学案
知识梳理
[例3](D[解析])=)=cos1,()
知识点-,limKr+△)-f
△x
,即质点在1=号时的递度为号:
[思考]
1.[提示]广(o)是一个确定的数,而f'(x)是一个函数.
“d0)=s1加造度a)=d)=(ms0=-m,-n子
知识点二0 a-i c'lna品。士os一s如x
1
3
=
2
1
[答案]
1
cos2 .r
·95·