考綱要求
1.理解導數和微分的概念,理解導數與微分的關係,理解導數的幾何意義,會求平面曲線的切線和法線方程,了解導數的物理意義,會用導數描述一些物理量,理解函式的可導性與連續性之間的關係.
2.掌握導數的四則運算法則和復合函式的求導法則,掌握基本初等函式的導數公式.了解微分的四則運算法則和一階微分形式的不變性,會求函式的微分.
3.了解高階導數的概念,會求簡單函式的高階導數.
4.會求分段函式的導數.會求隱函式和由引數方程確定的函式以及反函式的導數.
5.理解並會用羅爾(rolle)定理、拉格朗日(lagrange)中值定理和泰勒(taylor)定理,了解並會用柯西(cauchy)中值定理.
6.掌握用洛必達法則求未定式極限的方法.
7.理解函式的極值概念,掌握用導數判斷函式的單調性和求函式的極值的方法,掌握函式最大值和最小值的求法及其簡單的應用.
8.會用導數判斷函式圖形的凸性,會求函式圖形的拐點以及水平、鉛直和斜漸近線.
9.了解曲率和曲率半徑的概念,會計算曲率和曲率半徑.
一、導數與微分
問題1 敘述導數、微分的定義與幾何意義
答 1.導數的定義函式在點處的導數
.函式在點處左導數,
函式在點處右導數,
函式在點處可導;
導數的幾何意義:若函式在點處可導,則表示曲線在點(其中)處的切線的斜率,曲線在點處的切線的方程為
.2.微分的定義設,如果,則稱函式在點可微,並稱為在點的微分.當在點可微時,有.
當是曲線上的點的縱座標的增量時,就是曲線的切線上的點的縱座標的相應增量.
3. 函式在點處有極限、連續、可導、可微的關係是
[, , , , , , ]
例1.函式在點處可導與極限存在有何關係?
2.函式在點處可導與極限存在有何關係?
問題2 如何求曲線的切線?
答關鍵是求出切點和斜率.
例1.曲線上與直線垂直的切線方程為 .(,04-1)
2.設函式由方程所確定,則曲線在點處的切線方程為 .(,03-2)
3.設在連續,且,則曲線在點處的切線方程為 .【】
問題3 敘述求導公式與法則.
答 1.基本初等函式導數公式(16個)
⒀ ⒁
⒂ ⒃
2.求導法則
定理1 (函式的四則運算的求導法則) 設在點可導,則它們的和、差、積、商在點可導,且
⑴;⑵;
⑶;⑷,()
定理2 (反函式的導數) 若函式在區間內單調可導,且導數,則它的反函式在對應區間內單調可導,且.
定理3 (復合導數求導法則) 若在點處可導,在點處可導,則復合函式在點處可導,且
.注使用復合函式求導法則的步驟:
⑴將函式讀作的基本初等函式;
⑵對求導,乘以對的導數.
定理4(萊布尼茨公式)
.問題5 如何求各類函式的導數(或者微分)
答求導運算是最基本的運算,也是考試中涉及最多的運算,讀者必須熟練掌握求導公式、求導法則(四則運算法則、復合函式求導法則)以及各種函式的
一、二階導數的求法:
⑴初等函式(正確使用求導公式與法則)
⑵分段函式(分段點必須用定義求導)
⑶隱函式(兩邊求導法、公式法)
⑷引數方程確定的函式(利用導數公式:,)
⑸抽象函式(正確使用導數記號,注意和的區別)
⑹冪指函式(對數求導法)
⑺反函式(導數公式:)
例 1.,求
解 【熟練掌握復合函式求導法則】,,
,故.2.設,則 .
解 ,
.3.設,求.
解 【用兩邊求導法】
方程兩邊對求導,得 ⑴
將代入⑴,得;
⑴式兩邊對求導,得
,⑵將代入⑵,得..
4.設由所確定,求.
解 【用隱函式求導公式】
由確定,
.5.設二階可導,且,,求.
解 【用引數式求導公式】
,.6.設與互為反函式,且三階可導,試用表示.
解 【利用反函式求導公式和復合函式求導法則】
,上式兩邊對求導,;
上式兩邊再對求導,.
7.已知函式具有二階導數,且,函式由方程所確定,設,求,.(07-2)
解 ,
,方程兩邊對求導,得,⑴
將代入⑴式,得
⑴式兩邊對求導,得
,⑵將代入⑵式,得,
故,.問題6 如何求分段函式的導數
答分段函式的導數是重點,也是常考點,讀者務必通過例題熟練掌握分段函式的求導方法,切記分段函式分段點必須用定義求導.
例1.設,其中在上具有二階連續導數,且,求並討論的連續性.
解時,;
,故在連續,又在連續,所以在上連續.
2.設在連續,討論在處的可導性.
3.設在上有定義,且,,且有,問為何值時,在處可導?
問題7 哪些情形要用定義求導?
答除了分段函式分段點必須用定義求導外,某些抽象函式也必須用定義求導. 此外,求某些初等函式在一點處的導數,用定義求導較為簡單.
例1.設,則100!】
2.設恆成立,,則
3.設在有定義,,且,有,求
解 ,
,,又,
故.問題8 如何求函式的階導數?
答求階導數的方法有
⑴歸納法依次求出,等,觀察其規律,寫出;
⑵分解法將函式分解為某些簡單函式之和;
⑶用萊布尼茨公式求乘積的階導數;
⑷用泰勒公式求.
例1.設,求.【】
2.設,求.【】
問題9 如何判別函式的單調性?
答根據函式單調性判別法知,函式單調區間的分界點是其導函式的零點(稱為函式的駐點)或者導數不存在的點.
判別函式單調性的步驟是:
⑴求出函式的駐點和不可導點;
⑵用這些點將函式的定義域分成若干小區間;
⑶確定各小區間上導數的符號(列表);
⑷判別函式在各小區間上的單調性.
例1.證明在上單調增加.
2.設在上二次可導且,,證明在上單調減少.
問題10 如何求函式的極值?
答根據極值的必要條件知,函式的極值只能在駐點和不可導點取得.
求極值的步驟是:
⑴求出函式的駐點和不可導點;
⑵用這些點將函式的定義域分成若干小區間;
⑶確定各小區間上導數的符號(列表);
⑷用第一充分條件判別函式在這些點是是否取得極值,是極大值還是極小值.
注對於駐點,也可以用第二充分條件判別.
例1.滿足,, ,則在處( ).
(a)有極大值 (b)有極小值 (c)在某鄰域內遞增 (d)在某鄰域內遞減 (a)
2.設由方程確定,求的極值點.(極小點)
3.已知函式對一切滿足,且,證明是的極小值.
問題11 如何判別曲線的凸凹性和拐點?
答根據凸凹性判別法和拐點定義知,曲線凸凹部分的分界點(拐點)只能是二階導數為零或者不存在的點.
判別函式的凸凹性和拐點的步驟是:
⑴求出函式二階導數為零或者不存在的點;
⑵用這些點將函式的定義域分成若干小區間;
⑶確定各小區間上二階導數的符號(列表);
⑷判別函式在各小區間上的凸凹性及這些點是否拐點.
例1.求的單調區間、極值、凹凸區間及拐點.
2.設有三階連續導數,且,問是否極值點?是否拐點?證明你的結論.
【結論設有階連續導數,且,,則
⑴當為奇數時,不是極值點,是拐點;
⑵當為偶數時,是極值點,不是拐點】
問題12 如何求函式的最值?
答求函式的最值是重點,務必熟練掌握求最值的方法.
分兩種情形:
⑴若在上連續,則求出函式在駐點,不可導點、端點處的函式值,其中最大(小)的為最大(小)值.
⑵若在區間內可導且只有惟一極值,則極小值就是最小值,極大值就是最大值.
注實際問題根據題意判別.
例1.在拋物線上的第一象限部分求一點,過點作切線,使該切線與座標軸所圍成的三角形面積最小。
解設切點為,切線方程為
, ,,
三角形面積,,,
,,故當時,三角形面積最小,點為.
2.作半徑為的球的外切正圓錐,問此圓錐的高為何值時,其體積最小?
解圓錐的體積,其中為圓錐的底半徑,
又,,,令,得,
又,,故當時,此圓錐體積最小.
問題13 如何求曲線的曲率?
答根據曲線的曲率公式,關鍵是求函式的
一、二階導數.
問題14 敘述微分中值定理.
答微分中值定理是微積分理論的重要組成部分,它們建立了函式與導數的聯絡,從而可以用導數研究函式. 微分中值定理包括羅爾定理、拉格朗日中值定理、柯西中值定理、泰勒中值定理,敘述如下:
定理1(羅爾定理)如滿足:
(1)在上連續,
(2)在內可導,
(3),
則至少存在一點,使得.
定理2(拉格朗日中值定理) 設在上連續,在內可導,則至少存在一點,使.
定理3(柯西中值定理) 設在上連續,在內可導,且,
則至少存在一點,使.例
1.設在上連續,在內可導,證明:,使.
【提示:對用拉格朗日中值定理】
2. 設在上連續,在內可導,且,證明:
,使得.
3.設在上連續,在內可導,且,證明:
,使.4.設在上連續,在內可導,且,證明:
,使得,其中為正整數.
問題15 如何證明(討論)關於方程的根(函式的零點)問題?
答函式的零點(方程的根)是重點,也是常考點,務必通過例題熟練掌握證明(討論)函式零點問題的方法.
1.零點的存在性證明,即證明存在一點滿足乙個等式(用零點定理或者羅爾定理)
基本思路:⑴將等式中的改為,得到方程;
⑵驗證是否滿足零點定理條件;
⑶若滿足,則結論成立,否則將方程改為;
⑷求出輔助函式(積分);
⑸驗證rolle定理條件,從而得出結論.
注利用羅爾定理證明零點問題,難點是構造輔助函式. 請記住下面的常用結論:
2.惟一性證明
基本思路先證明存在性,再證明單調性或者先證明存在性,再利用反證法.
3.零點個數的討論
基本思路先求單調區間,再用零點定理.
例1.設在上連續,在內可導,且,,.證明:方程在內有且僅有乙個實根.
證 【惟一性問題,用零點定理和反證法】
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知識 方法點撥 導數的應用極其廣泛,是研究函式性質 證明不等式 研究曲線的切線和解決一些實際問題的有力工具,也是提出問題 分析問題和進行理性思維訓練的良好素材。同時,導數是初等數學與高等數學緊密銜接的重要內容,體現了高等數學思想及方法。1 重視導數的實際背景。導數概念本身有著豐富的實際意義,對導數概...
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