3.1 导数的概念及运算

§3.1 导数的概念及运算

1. 函数y =f (x ) 从x 1到x 2的平均变化率

f (x 2)-f (x 1)

函数y =f (x ) 从x 1到x 2的平均变化率为,若Δx =x 2-x 1,Δy =f (x 2) -f (x 1) ,则平

x 2-x 1Δy

.

Δx 2. 函数y =f (x ) 在x =x 0处的导数

(1)定义

称函数y =f (x ) 在x =x 0处的瞬时变化率lim →

Δx 0

f (x 0+Δx )-f (x 0)Δy

lim y =f (x ) 在x Δx Δx →0Δx

Δx 0

=x 0处的导数,记作f ′(x 0) 或y ′|x =x 0,即f ′(x 0) =lim →(2)几何意义

f (x 0+Δx )-f (x 0)Δy

=lim . Δx Δx →0Δx

函数f (x ) 在点x 0处的导数f ′(x 0) 的几何意义是在曲线y =f (x ) 率.相应地,切线方程为y -f (x ) . 3. 函数f (x ) 的导函数

称函数f ′(x ) =lim →

Δx 0

f (x +Δx )-f (x )

f (x ) 的导函数,导函数有时也记作y ′.

Δx

4. 基本初等函数的导数公式

5. 导数的运算法则

(1)[f (x )±g (x )]′= (2)[f (x )·g (x )]′= (3)⎡

f (x )⎣g (x )f ′(⎦′=x )g (x )-f (x )g ′(x )

[g (x )] (g (x ) ≠0) .

1. 判断下面结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)

(1)f ′(x 0) 与(f (x 0)) ′表示的意义相同.

( ×(2)求f ′(x 0) 时,可先求f (x 0) 再求f ′(x 0) .

( ×(3)曲线的切线不一定与曲线只有一个公共点.

( √(4)与曲线只有一个公共点的直线一定是曲线的切线. ( ×(5)若f (x ) =a 3+2ax -x 2,则f ′(x ) =3a 2+2x . ( ×(6)函数f (x ) =x 2ln x 的导函数为f ′(x ) =2x 1

x

2.

( ×2. (2013·江西) 设函数f (x ) 在(0,+∞) 内可导,且f (ex ) =x +e x ,则f ′(1)=________.

答案 2

解析 设e x =t ,则x =ln t (t >0), ∴f (t ) =ln t +t ∴f ′(t ) =1

t +1,

∴f ′(1)=2.

3. 已知曲线y =x 3在点(a ,b ) 处的切线与直线x +3y +1=0垂直,则a 的值 是 ( )

A .-1

B .±1

C .1

D .±3

) ) ) ) ) )

答案 B

解析 由y =x 3知y ′=3x 2,∴切线斜率k =y ′|x =a =3a 2. 1

又切线与直线x +3y +1=0垂直,∴3a 2·(-=-1,

3∴即a 2=1,a =±1,故选B.

4. 如图所示为函数y =f (x ) ,y =g (x ) 的导函数的图象,那么y =f (x ) ,y =g (x ) 的图象可能是

(

)

答案 D

解析 由y =f ′(x ) 的图象知y =f ′(x ) 在(0,+∞) 上单调递减,

说明函数y =f (x ) 的切线的斜率在(0,+∞) 上也单调递减,故可排除A ,C. 又由图象知y =f ′(x ) 与y =g ′(x ) 的图象在x =x 0处相交,

说明y =f (x ) 与y =g (x ) 的图象在x =x 0处的切线的斜率相同,故可排除B. 故选D. 5.已知点P 在曲线y =

4

上,α为曲线在点P 处的切线的倾斜角,则α的取值范围是e +1

________.

3

答案 [π,π)

4

-4e x -4e x 4

解析 ∵y =∴y ′e +1(e +1)e +2e +11

∵e x >0,∴e x 2,

e

∴y ′[-1,0) ,∴tan α[-1,0) .

又α[0,π) ,∴α[,π) .

4

-4

. 1x

e 2

e

题型一 利用定义求函数的导数

例1 利用导数的定义求函数f (x ) =x 3在x =x 0处的导数,并求曲线f (x ) =x 3在x =x 0处的切线与曲线f (x ) =x 3的交点.

思维启迪 掌握导数的定义,理解导数的几何意义是解决本题的关键. f (x )-f (x 0)x 3-x 30

解 f ′(x 0) =x lim lim →x 0x -x 0x →x 0x -x 0222=x lim →x 0 (x +xx 0+x 0) =3x 0.

曲线f (x ) =x 3在x =x 0处的切线方程为

2y -x 3(x -x 0) , 0=3x 0·

⎪3

⎨y =3x 2x -2x ,由00

⎧y =x 3,⎪⎩y =3x 0x -2x 0,

2

3

得(x -x 0) 2(x +2x 0) =0,解得x =x 0,x =-2x 0.

3

若x 0≠0,则交点坐标为(x 0,x 30) ,(-2x 0,-8x 0) ;若x 0=0,则交点坐标为(0,0).

思维升华 求函数f (x ) 的导数步骤: (1)求函数值的增量Δy =f (x 2) -f (x 1) ; Δy f (x )-f (x )(2)=

Δx x 2-x 1(3)计算导数f ′(x ) =lim →

Δx 0

Δy

Δx

1Δy

(1)函数y =x +[x ,x +Δx ]上的平均变化率=________;该函数在x =1

x Δx

处的导数是________.

(2)若函数y =f (x ) 在区间(a ,b ) 内可导,且x 0(a ,b ) ,则lim →

h 0

f (x 0+h )-f (x 0-h )

的值为

h

( )

A .f ′(x 0)

B .2f ′(x 0) D .0

C .-2f ′(x 0)

1

答案 (1)1- 0 (2)B

x (x +Δx )11

解析 (1)∵Δy =(x +Δx ) +-x -x x +Δx -Δx 11

=Δx +Δx .

x +Δx x x (x +Δx )Δy 1Δy

∴=1-y ′|x =1=lim =0. Δx Δx →0Δx x (x +Δx )(2)lim →

h 0

f (x 0+h )-f (x 0-h )

h f (x 0+h )-f (x 0-h )

2h

=2×lim →

h 0

=2f ′(x 0) . 题型二 导数的运算 例2 求下列函数的导数:

(1)y =e x ·ln x ; 11

x 2+; (2)y =x ⎛x x ⎝

思维启迪 求函数的导数,首先要搞清函数的结构;若式子能化简,可先化简再求导. 11

解 (1)y ′=(ex ·ln x ) ′=e x ln x +e x e x (ln x +) .

x x 12

(2)∵y =x 3+1+∴y ′=3x 2-x x

思维升华 (1)求导之前,应利用代数、三角恒等式等变形对函数进行化简,然后求导,这样可以减少运算量,提高运算速度,减少差错;

(2)有的函数虽然表面形式为函数的商的形式,但在求导前利用代数或三角恒等变形将函数先化简,然后进行求导,有时可以避免使用商的求导法则,减少运算量;

求下列函数的导数. (1)y =(x +1)(x +2)(x +3) ; x x

(2)y =sin (1-2cos 2) ;

24

解 (1)方法一 ∵y =(x 2+3x +2)(x +3) =x 3+6x 2+11x +6, ∴y ′=3x 2+12x +11.

方法二 y ′=[(x +1)(x +2)]′(x +3) +(x +1)(x +2)(x +3) ′ =[(x +1) ′(x +2) +(x +1)(x +2) ′](x +3) +(x +1)(x +2) =(x +2+x +1)(x +3) +(x +1)(x +2) =(2x +3)(x +3) +(x +1)(x +2) =3x 2+12x +11.

x x 1

(2)∵y =sin (-cos =-sin x ,

222

111

∴y ′=(sin x ) ′x ) ′=-x .

222题型三 导数的几何意义

例3 已知函数f (x ) =x 3-4x 2+5x -4.

(1)求曲线f (x ) 在点(2,f (2))处的切线方程; (2)求经过点A (2,-2) 的曲线f (x ) 的切线方程.

思维启迪 由导数的几何意义先求斜率,再求方程,注意点是否在曲线上,是否为切点.

解 (1)∵f ′(x ) =3x 2-8x +5,∴f ′(2)=1, 又f (2)=-2,

∴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

(2)设切点坐标为(x 0,x 30-4x 0+5x 0-4) ,

∵f ′(x 0) =3x 20-8x 0+5,

∴切线方程为y -(-2) =(3x 20-8x 0+5)(x -2) ,

2又切线过点(x 0,x 30-4x 0+5x 0-4) , 32∴x 0-4x 20+5x 0-2=(3x 0-8x 0+5)(x 0-2) ,

整理得(x 0-2) 2(x 0-1) =0,解得x 0=2或x 0=1,

∴经过A (2,-2) 的曲线f (x ) 的切线方程为x -y -4=0,或y +2=0. 思维升华 导数几何意义的应用,需注意以下两点:

(1)当曲线y =f (x ) 在点(x 0,f (x 0)) 处的切线垂直于x 轴时,函数在该点处的导数不存在,切线方程是x =x 0;

(2)注意区分曲线在某点处的切线和曲线过某点的切线.曲线y =f (x ) 在点P (x 0,f (x 0)) 处的切线方程是y -f (x 0) =f ′(x 0)(x -x 0) ;求过某点的切线方程,需先设出切点坐标,再依据已知点在切线上求解.

已知抛物线y =ax 2+bx +c 通过点P (1,1),且在点Q (2,-1) 处与直线y =x -3

相切,求实数a 、b 、c 的值. 解 ∵y ′=2ax +b ,

∴抛物线在点Q (2,-1) 处的切线斜率为 k =y ′|x =2=4a +b . ∴4a +b =1. ①

又∵点P (1,1)、Q (2,-1) 在抛物线上,∴a +b +c =1,② 4a +2b +c =-1. ③

a =3,⎧⎪

联立①②③解方程组,得⎨b =-11,

⎪⎩c =9.

∴实数a 、b 、c 的值分别为3、-11、9.

一审条件挖隐含

典例:(12分) 设函数y =x 2-2x +2的图象为C 1,函数y =-x 2+ax +b 的图象为C 2,已知过C 1与C 2的一个交点的两切线互相垂直. (1)求a ,b 之间的关系; (2)求ab 的最大值.

审题路线图

C 1与C 2有交点

↓(可设C 1与C 2的交点为(x 0,y 0)) 过交点的两切线互相垂直 ↓(切线垂直隐含着斜率间的关系) 两切线的斜率互为负倒数 ↓(导数的几何意义) 利用导数求两切线的斜率: k 1=2x 0-2,k 2=-2x 0+a ↓(等价转换)

(2x 0-2)(-2x 0+a ) =-1① ↓(交点(x 0,y 0) 适合解析式)

2

⎧⎪y 0=x 0-2x 0+2⎨,即2x 20-(a +2) x 0+2-b =0 ② 2

⎪y 0=-x 0+ax 0+b ⎩

↓(注意隐含条件方程①②同解) 5a +b =

2↓(消元)

5⎫525-a =-⎛a 2+ ab =a ⎛⎝2⎭⎝416525

当a =时,ab 最大且最大值为.

416规范解答

解 (1)对于C 1:y =x 2-2x +2,有y ′=2x -2,[1分] 对于C 2:y =-x 2+ax +b ,有y ′=-2x +a ,[2分] 设C 1与C 2的一个交点为(x 0,y 0) ,

由题意知过交点(x 0,y 0) 的两切线互相垂直. ∴(2x 0-2)(-2x 0+a ) =-1, 即4x 20-2(a +2) x 0+2a -1=0①

又点(x 0,y 0) 在C 1与C 2上,

2

⎧⎪y 0=x 0-2x 0+2故有⎨ 2

⎪y =-x +ax +b ⎩000

⇒2x 20-(a +2) x 0+2-b =0② 5

由①②消去x 0,可得a +b =.[6分]

25

(2)由(1)知:b =-a ,

2

5⎫525

a =-⎛a -⎫2+.[9分] ∴ab =a ⎛⎝2⎭⎝4⎭16525

∴当a (ab ) 最大值=.[12分]

416

温馨提醒 审题包括两方面内容:题目信息的挖掘、整合以及解题方法的选择;本题切入点是两条曲线有交点P (x 0,y 0) ,交点处的切线互相垂直,通过审题路线可以清晰看到审题的思维过程

.

方法与技巧

1. f ′(x 0) 代表函数f (x ) 在x =x 0处的导数值;(f (x 0)) ′是函数值f (x 0) 的导数,而函数值f (x 0)

是一个常量,其导数一定为0,即(f (x 0)) ′=0.

2. 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. 失误与防范

1. 利用公式求导时要特别注意除法公式中分子的符号,防止与乘法公式混淆.

2. 求曲线切线时,要分清在点P 处的切线与过P 点的切线的区别,前者只有一条,而后者

包括了前者.

3. 曲线的切线与曲线的交点个数不一定只有一个,这和研究直线与二次曲线相切时有差别

.

A 组 专项基础训练 (时间:35分钟,满分:57分)

一、选择题

1. 设f (x ) =x ln x ,若f ′(x 0) =2,则x 0的值为

( )

A .e 2 答案 B

B .e

ln 2C. 2

D .ln 2

解析 由f (x ) =x ln x 得f ′(x ) =ln x +1.

根据题意知ln x 0+1=2,所以ln x 0=1,因此x 0=e. 2. 若函数f (x ) =ax 4+bx 2+c 满足f ′(1)=2,则f ′(-1) 等于

A .-1 答案 B

解析 f ′(x ) =4ax 3+2bx ,

∵f ′(x ) 为奇函数且f ′(1)=2,∴f ′(-1) =-2.

3. 若曲线y =x 4的一条切线l 与直线x +4y -8=0垂直,则l 的方程为

A .4x -y -3=0 C .4x -y +3=0 答案 A

解析 切线l 的斜率k =4,设y =x 4的切点的坐标为(x 0,y 0) ,则k =4x 30=4,∴x 0=1,∴切点为(1,1),

即y -1=4(x -1) ,整理得l 的方程为4x -y -3=0.

4. 曲线y =x 3在点(1,1)处的切线与x 轴及直线x =1所围成的三角形的面积为

1

A. 12答案 B

解析 求导得y ′=3x 2,所以y ′=3x 2|x =1=3,

所以曲线y =x 3在点(1,1)处的切线方程为y -1=3(x -1) , 结合图象易知所围成的三角形是直角三角形, 2

三个交点的坐标分别是(,0) ,(1,0),(1,1),

3121

于是三角形的面积为(1-) ×1=,故选B.

236

5. 已知f 1(x ) =sin x +cos x ,f n +1(x ) 是f n (x ) 的导函数,即f 2(x ) =f 1′(x ) ,f 3(x ) =f 2′(x ) ,„,f n

+1

( )

B .-2 C .2 D .0

( )

B .x +4y -5=0 D .x +4y +3=0

( )

1B. 6

1C. 3

1D. 2

(x ) =f n ′(x ) ,n N *,则f 2 015(x ) 等于

( )

A .-sin x -cos x C .-sin x +cos x 答案 A

B .sin x -cos x D .sin x +cos x

解析 ∵f 1(x ) =sin x +cos x , ∴f 2(x ) =f 1′(x ) =cos x -sin x , ∴f 3(x ) =f 2′(x ) =-sin x -cos x ,

∴f 4(x ) =f 3′(x ) =-cos x +sin x , ∴f 5(x ) =f 4′(x ) =sin x +cos x , ∴f n (x ) 是以4为周期的函数,

∴f 2 015(x ) =f 3(x ) =-sin x -cos x ,故选A. 二、填空题

6. 已知函数f (x ) 的导函数为f ′(x ) ,且满足f (x ) =3x 2+2x ·f ′(2),则f ′(5)=________.

答案 6

解析 对f (x ) =3x 2+2xf ′(2)求导, 得f ′(x ) =6x +2f ′(2). 令x =2,得f ′(2)=-12.

再令x =5,得f ′(5)=6×5+2f ′(2)=6.

7. 已知函数y =f (x ) 及其导函数y =f ′(x ) 的图象如图所示,则曲线y =

f (x ) 在点P 处的切线方程是__________. 答案 x -y -2=0

解析 根据导数的几何意义及图象可知,曲线y =f (x ) 在点P 处的切线的斜率k =f ′(2)=1,又过点P (2,0), 所以切线方程为x -y -2=0.

1

8. 若函数f (x ) =x 2-ax +ln x 存在垂直于y 轴的切线,则实数a 的取值范围是________.

2

答案 [2,+∞)

11

解析 ∵f (x ) =x 2-ax +ln x ,∴f ′(x ) =x -a +.

2x ∵f (x ) 存在垂直于y 轴的切线,∴f ′(x ) 存在零点, 11

x +a =0,∴a =x +2. x x 三、解答题

9. 求下列函数的导数.

(1)y =x n lg x ; 121(2)y

x x x sin x (3)y ;

x

1-

解 (1)y ′=nx n 1lg x +x n

x ln 10=x n 1(n lg x +

1

ln 10

121(2)y ′=(′+) ′+(′ x x x =(x 1) ′+(2x 2) ′+(x 3) ′ ---

=-x 2-4x 3-3x 4 ---

143=-x x x x n (sin x )′-(x n )′sin x sin x (3)y ′=() ′=x x x n cos x -nx n 1sin x =x -

=x cos x -n sin x +x 1410.已知曲线y =x 3+. 33

(1)求曲线在点P (2,4)处的切线方程;

(2)求曲线过点P (2,4)的切线方程.

14解 (1)∵P (2,4)在曲线y =x 3+上,且y ′=x 2, 33

∴在点P (2,4)处的切线的斜率为y ′|x =2=4.

∴曲线在点P (2,4)处的切线方程为y -4=4(x -2) ,

即4x -y -4=0.

1414x 0,x 3(2)设曲线y =x 3与过点P (2,4)的切线相切于点A ⎛0,则切线的斜率为y ′|x 33⎝33

=x 0=x 20.

1342∴切线方程为y -30+3=x 0(x -x 0) ,

24即y =x 2x -x 30·0+. 33

234∵点P (2,4)在切线上,∴4=2x 20-x 0+, 33

2322即x 30-3x 0+4=0,∴x 0+x 0-4x 0+4=0,

2∴x 0(x 0+1) -4(x 0+1)(x 0-1) =0,

∴(x 0+1)(x 0-2) 2=0,解得x 0=-1或x 0=2,

故所求的切线方程为x -y +2=0或4x -y -4=0.

B 组 专项能力提升

(时间:25分钟,满分:43分)

π1. 在函数y =x 3-9x 的图象上,满足在该点处的切线的倾斜角小于4

数的点的个数是 ( )

A .0

答案 A B .1 C .2 D .3

解析 依题意得,y ′=3x 2-9,令0≤y ′

显然满足该不等式的整数x 不存在,因此在函数y =x 3-9x 的图象上,满足在该点处的

π0,选A. 4

2. 若函数f (x ) =x 2+bx +c 的图象的顶点在第四象限,则函数f ′(x ) 的大致图象是 (

)

答案 A

b b x +2-c , 解析 ∵f (x ) =x +bx +c =⎛⎝2422b 由f (x ) 的图象的顶点在第四象限得->0,∴b

又f ′(x ) =2x +b ,斜率为正,纵截距为负,故选A.

3. 已知曲线C :f (x ) =x 3-ax +a ,若过曲线C 外一点A (1,0)引曲线C 的两条切线,它们的

倾斜角互补,则a 的值为________.

答案 27 8

解析 设切点坐标为(t ,t 3-at +a ) .

由题意知,f ′(x ) =3x 2-a ,

切线的斜率为k =y ′|x =t =3t 2-a ,①

所以切线方程为y -(t 3-at +a ) =(3t 2-a )(x -t ) .②

将点(1,0)代入②式得,-(t 3-at +a ) =(3t 2-a )(1-t ) ,

3解之得,t =0或t =2

327分别将t =0和t ①式,得k =-a 和k =-a , 24

27由题意得它们互为相反数得a =. 8

b 4. 设函数f (x ) =ax -,曲线y =f (x ) 在点(2,f (2))处的切线方程为7x -4y -12=0. x

(1)求f (x ) 的解析式;

(2)曲线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.

7解 (1)方程7x -4y -12=0可化为y =x -3. 4

1b 当x =2时,y =又f ′(x ) =a +, 2x ⎧于是⎨b 7a ⎩44b 12a -22 ⎧a =1,⎪3 解得⎨故f (x ) =x -x ⎪⎩b =3.

3(2)设P (x 0,y 0) 为曲线上任一点,由y ′=1+知曲线在点P (x 0,y 0) 处的切线方程为y -x 31+(x -x 0) , y 0=⎛⎝x 0

33x 0-=⎛1+(x -x 0) . 即y -⎛x ⎝x ⎝00

6令x =0,得y =-, x 0

60,-. 从而得切线与直线x =0的交点坐标为⎛x ⎝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) .

61-⎪|2x 0|所以点P (x 0,y 0) 处的切线与直线x =0,y =x 所围成的三角形的面积为S =⎪2⎪x 0⎪

=6.

故曲线y =f (x ) 上任一点处的切线与直线x =0,y =x 所围成的三角形面积为定值,且此定值为6.

95. 设有抛物线C :y =-x 2+-4,过原点O 作C 的切线y =kx ,使切点P 在第一象限. 2

(1)求k 的值;

(2)过点P 作切线的垂线,求它与抛物线的另一个交点Q 的坐标.

解 (1)设点P 的坐标为(x 1,y 1) ,则y 1=kx 1,①

9y 1=-x 2+-4,② 121

9①代入②得x 2+(k -) x +4=0. 121

9171∵P 为切点,∴Δ=(k -2-16=0得k =k =. 222

17当k =时,x 1=-2,y 1=-17. 2

1当k =x 1=2,y 1=1. 2

1∵P 在第一象限,∴所求的斜率k 2

(2)过P 点作切线的垂线,其方程为y =-2x +5. ③ 将③代入抛物线方程得x 2-13x +9=0. 2

设Q 点的坐标为(x 2,y 2) ,即2x 2=9,

∴x =922,y 2=-4.

∴Q 点的坐标为924) .

§3.1 导数的概念及运算

1. 函数y =f (x ) 从x 1到x 2的平均变化率

f (x 2)-f (x 1)

函数y =f (x ) 从x 1到x 2的平均变化率为,若Δx =x 2-x 1,Δy =f (x 2) -f (x 1) ,则平

x 2-x 1Δy

.

Δx 2. 函数y =f (x ) 在x =x 0处的导数

(1)定义

称函数y =f (x ) 在x =x 0处的瞬时变化率lim →

Δx 0

f (x 0+Δx )-f (x 0)Δy

lim y =f (x ) 在x Δx Δx →0Δx

Δx 0

=x 0处的导数,记作f ′(x 0) 或y ′|x =x 0,即f ′(x 0) =lim →(2)几何意义

f (x 0+Δx )-f (x 0)Δy

=lim . Δx Δx →0Δx

函数f (x ) 在点x 0处的导数f ′(x 0) 的几何意义是在曲线y =f (x ) 率.相应地,切线方程为y -f (x ) . 3. 函数f (x ) 的导函数

称函数f ′(x ) =lim →

Δx 0

f (x +Δx )-f (x )

f (x ) 的导函数,导函数有时也记作y ′.

Δx

4. 基本初等函数的导数公式

5. 导数的运算法则

(1)[f (x )±g (x )]′= (2)[f (x )·g (x )]′= (3)⎡

f (x )⎣g (x )f ′(⎦′=x )g (x )-f (x )g ′(x )

[g (x )] (g (x ) ≠0) .

1. 判断下面结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)

(1)f ′(x 0) 与(f (x 0)) ′表示的意义相同.

( ×(2)求f ′(x 0) 时,可先求f (x 0) 再求f ′(x 0) .

( ×(3)曲线的切线不一定与曲线只有一个公共点.

( √(4)与曲线只有一个公共点的直线一定是曲线的切线. ( ×(5)若f (x ) =a 3+2ax -x 2,则f ′(x ) =3a 2+2x . ( ×(6)函数f (x ) =x 2ln x 的导函数为f ′(x ) =2x 1

x

2.

( ×2. (2013·江西) 设函数f (x ) 在(0,+∞) 内可导,且f (ex ) =x +e x ,则f ′(1)=________.

答案 2

解析 设e x =t ,则x =ln t (t >0), ∴f (t ) =ln t +t ∴f ′(t ) =1

t +1,

∴f ′(1)=2.

3. 已知曲线y =x 3在点(a ,b ) 处的切线与直线x +3y +1=0垂直,则a 的值 是 ( )

A .-1

B .±1

C .1

D .±3

) ) ) ) ) )

答案 B

解析 由y =x 3知y ′=3x 2,∴切线斜率k =y ′|x =a =3a 2. 1

又切线与直线x +3y +1=0垂直,∴3a 2·(-=-1,

3∴即a 2=1,a =±1,故选B.

4. 如图所示为函数y =f (x ) ,y =g (x ) 的导函数的图象,那么y =f (x ) ,y =g (x ) 的图象可能是

(

)

答案 D

解析 由y =f ′(x ) 的图象知y =f ′(x ) 在(0,+∞) 上单调递减,

说明函数y =f (x ) 的切线的斜率在(0,+∞) 上也单调递减,故可排除A ,C. 又由图象知y =f ′(x ) 与y =g ′(x ) 的图象在x =x 0处相交,

说明y =f (x ) 与y =g (x ) 的图象在x =x 0处的切线的斜率相同,故可排除B. 故选D. 5.已知点P 在曲线y =

4

上,α为曲线在点P 处的切线的倾斜角,则α的取值范围是e +1

________.

3

答案 [π,π)

4

-4e x -4e x 4

解析 ∵y =∴y ′e +1(e +1)e +2e +11

∵e x >0,∴e x 2,

e

∴y ′[-1,0) ,∴tan α[-1,0) .

又α[0,π) ,∴α[,π) .

4

-4

. 1x

e 2

e

题型一 利用定义求函数的导数

例1 利用导数的定义求函数f (x ) =x 3在x =x 0处的导数,并求曲线f (x ) =x 3在x =x 0处的切线与曲线f (x ) =x 3的交点.

思维启迪 掌握导数的定义,理解导数的几何意义是解决本题的关键. f (x )-f (x 0)x 3-x 30

解 f ′(x 0) =x lim lim →x 0x -x 0x →x 0x -x 0222=x lim →x 0 (x +xx 0+x 0) =3x 0.

曲线f (x ) =x 3在x =x 0处的切线方程为

2y -x 3(x -x 0) , 0=3x 0·

⎪3

⎨y =3x 2x -2x ,由00

⎧y =x 3,⎪⎩y =3x 0x -2x 0,

2

3

得(x -x 0) 2(x +2x 0) =0,解得x =x 0,x =-2x 0.

3

若x 0≠0,则交点坐标为(x 0,x 30) ,(-2x 0,-8x 0) ;若x 0=0,则交点坐标为(0,0).

思维升华 求函数f (x ) 的导数步骤: (1)求函数值的增量Δy =f (x 2) -f (x 1) ; Δy f (x )-f (x )(2)=

Δx x 2-x 1(3)计算导数f ′(x ) =lim →

Δx 0

Δy

Δx

1Δy

(1)函数y =x +[x ,x +Δx ]上的平均变化率=________;该函数在x =1

x Δx

处的导数是________.

(2)若函数y =f (x ) 在区间(a ,b ) 内可导,且x 0(a ,b ) ,则lim →

h 0

f (x 0+h )-f (x 0-h )

的值为

h

( )

A .f ′(x 0)

B .2f ′(x 0) D .0

C .-2f ′(x 0)

1

答案 (1)1- 0 (2)B

x (x +Δx )11

解析 (1)∵Δy =(x +Δx ) +-x -x x +Δx -Δx 11

=Δx +Δx .

x +Δx x x (x +Δx )Δy 1Δy

∴=1-y ′|x =1=lim =0. Δx Δx →0Δx x (x +Δx )(2)lim →

h 0

f (x 0+h )-f (x 0-h )

h f (x 0+h )-f (x 0-h )

2h

=2×lim →

h 0

=2f ′(x 0) . 题型二 导数的运算 例2 求下列函数的导数:

(1)y =e x ·ln x ; 11

x 2+; (2)y =x ⎛x x ⎝

思维启迪 求函数的导数,首先要搞清函数的结构;若式子能化简,可先化简再求导. 11

解 (1)y ′=(ex ·ln x ) ′=e x ln x +e x e x (ln x +) .

x x 12

(2)∵y =x 3+1+∴y ′=3x 2-x x

思维升华 (1)求导之前,应利用代数、三角恒等式等变形对函数进行化简,然后求导,这样可以减少运算量,提高运算速度,减少差错;

(2)有的函数虽然表面形式为函数的商的形式,但在求导前利用代数或三角恒等变形将函数先化简,然后进行求导,有时可以避免使用商的求导法则,减少运算量;

求下列函数的导数. (1)y =(x +1)(x +2)(x +3) ; x x

(2)y =sin (1-2cos 2) ;

24

解 (1)方法一 ∵y =(x 2+3x +2)(x +3) =x 3+6x 2+11x +6, ∴y ′=3x 2+12x +11.

方法二 y ′=[(x +1)(x +2)]′(x +3) +(x +1)(x +2)(x +3) ′ =[(x +1) ′(x +2) +(x +1)(x +2) ′](x +3) +(x +1)(x +2) =(x +2+x +1)(x +3) +(x +1)(x +2) =(2x +3)(x +3) +(x +1)(x +2) =3x 2+12x +11.

x x 1

(2)∵y =sin (-cos =-sin x ,

222

111

∴y ′=(sin x ) ′x ) ′=-x .

222题型三 导数的几何意义

例3 已知函数f (x ) =x 3-4x 2+5x -4.

(1)求曲线f (x ) 在点(2,f (2))处的切线方程; (2)求经过点A (2,-2) 的曲线f (x ) 的切线方程.

思维启迪 由导数的几何意义先求斜率,再求方程,注意点是否在曲线上,是否为切点.

解 (1)∵f ′(x ) =3x 2-8x +5,∴f ′(2)=1, 又f (2)=-2,

∴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

(2)设切点坐标为(x 0,x 30-4x 0+5x 0-4) ,

∵f ′(x 0) =3x 20-8x 0+5,

∴切线方程为y -(-2) =(3x 20-8x 0+5)(x -2) ,

2又切线过点(x 0,x 30-4x 0+5x 0-4) , 32∴x 0-4x 20+5x 0-2=(3x 0-8x 0+5)(x 0-2) ,

整理得(x 0-2) 2(x 0-1) =0,解得x 0=2或x 0=1,

∴经过A (2,-2) 的曲线f (x ) 的切线方程为x -y -4=0,或y +2=0. 思维升华 导数几何意义的应用,需注意以下两点:

(1)当曲线y =f (x ) 在点(x 0,f (x 0)) 处的切线垂直于x 轴时,函数在该点处的导数不存在,切线方程是x =x 0;

(2)注意区分曲线在某点处的切线和曲线过某点的切线.曲线y =f (x ) 在点P (x 0,f (x 0)) 处的切线方程是y -f (x 0) =f ′(x 0)(x -x 0) ;求过某点的切线方程,需先设出切点坐标,再依据已知点在切线上求解.

已知抛物线y =ax 2+bx +c 通过点P (1,1),且在点Q (2,-1) 处与直线y =x -3

相切,求实数a 、b 、c 的值. 解 ∵y ′=2ax +b ,

∴抛物线在点Q (2,-1) 处的切线斜率为 k =y ′|x =2=4a +b . ∴4a +b =1. ①

又∵点P (1,1)、Q (2,-1) 在抛物线上,∴a +b +c =1,② 4a +2b +c =-1. ③

a =3,⎧⎪

联立①②③解方程组,得⎨b =-11,

⎪⎩c =9.

∴实数a 、b 、c 的值分别为3、-11、9.

一审条件挖隐含

典例:(12分) 设函数y =x 2-2x +2的图象为C 1,函数y =-x 2+ax +b 的图象为C 2,已知过C 1与C 2的一个交点的两切线互相垂直. (1)求a ,b 之间的关系; (2)求ab 的最大值.

审题路线图

C 1与C 2有交点

↓(可设C 1与C 2的交点为(x 0,y 0)) 过交点的两切线互相垂直 ↓(切线垂直隐含着斜率间的关系) 两切线的斜率互为负倒数 ↓(导数的几何意义) 利用导数求两切线的斜率: k 1=2x 0-2,k 2=-2x 0+a ↓(等价转换)

(2x 0-2)(-2x 0+a ) =-1① ↓(交点(x 0,y 0) 适合解析式)

2

⎧⎪y 0=x 0-2x 0+2⎨,即2x 20-(a +2) x 0+2-b =0 ② 2

⎪y 0=-x 0+ax 0+b ⎩

↓(注意隐含条件方程①②同解) 5a +b =

2↓(消元)

5⎫525-a =-⎛a 2+ ab =a ⎛⎝2⎭⎝416525

当a =时,ab 最大且最大值为.

416规范解答

解 (1)对于C 1:y =x 2-2x +2,有y ′=2x -2,[1分] 对于C 2:y =-x 2+ax +b ,有y ′=-2x +a ,[2分] 设C 1与C 2的一个交点为(x 0,y 0) ,

由题意知过交点(x 0,y 0) 的两切线互相垂直. ∴(2x 0-2)(-2x 0+a ) =-1, 即4x 20-2(a +2) x 0+2a -1=0①

又点(x 0,y 0) 在C 1与C 2上,

2

⎧⎪y 0=x 0-2x 0+2故有⎨ 2

⎪y =-x +ax +b ⎩000

⇒2x 20-(a +2) x 0+2-b =0② 5

由①②消去x 0,可得a +b =.[6分]

25

(2)由(1)知:b =-a ,

2

5⎫525

a =-⎛a -⎫2+.[9分] ∴ab =a ⎛⎝2⎭⎝4⎭16525

∴当a (ab ) 最大值=.[12分]

416

温馨提醒 审题包括两方面内容:题目信息的挖掘、整合以及解题方法的选择;本题切入点是两条曲线有交点P (x 0,y 0) ,交点处的切线互相垂直,通过审题路线可以清晰看到审题的思维过程

.

方法与技巧

1. f ′(x 0) 代表函数f (x ) 在x =x 0处的导数值;(f (x 0)) ′是函数值f (x 0) 的导数,而函数值f (x 0)

是一个常量,其导数一定为0,即(f (x 0)) ′=0.

2. 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. 失误与防范

1. 利用公式求导时要特别注意除法公式中分子的符号,防止与乘法公式混淆.

2. 求曲线切线时,要分清在点P 处的切线与过P 点的切线的区别,前者只有一条,而后者

包括了前者.

3. 曲线的切线与曲线的交点个数不一定只有一个,这和研究直线与二次曲线相切时有差别

.

A 组 专项基础训练 (时间:35分钟,满分:57分)

一、选择题

1. 设f (x ) =x ln x ,若f ′(x 0) =2,则x 0的值为

( )

A .e 2 答案 B

B .e

ln 2C. 2

D .ln 2

解析 由f (x ) =x ln x 得f ′(x ) =ln x +1.

根据题意知ln x 0+1=2,所以ln x 0=1,因此x 0=e. 2. 若函数f (x ) =ax 4+bx 2+c 满足f ′(1)=2,则f ′(-1) 等于

A .-1 答案 B

解析 f ′(x ) =4ax 3+2bx ,

∵f ′(x ) 为奇函数且f ′(1)=2,∴f ′(-1) =-2.

3. 若曲线y =x 4的一条切线l 与直线x +4y -8=0垂直,则l 的方程为

A .4x -y -3=0 C .4x -y +3=0 答案 A

解析 切线l 的斜率k =4,设y =x 4的切点的坐标为(x 0,y 0) ,则k =4x 30=4,∴x 0=1,∴切点为(1,1),

即y -1=4(x -1) ,整理得l 的方程为4x -y -3=0.

4. 曲线y =x 3在点(1,1)处的切线与x 轴及直线x =1所围成的三角形的面积为

1

A. 12答案 B

解析 求导得y ′=3x 2,所以y ′=3x 2|x =1=3,

所以曲线y =x 3在点(1,1)处的切线方程为y -1=3(x -1) , 结合图象易知所围成的三角形是直角三角形, 2

三个交点的坐标分别是(,0) ,(1,0),(1,1),

3121

于是三角形的面积为(1-) ×1=,故选B.

236

5. 已知f 1(x ) =sin x +cos x ,f n +1(x ) 是f n (x ) 的导函数,即f 2(x ) =f 1′(x ) ,f 3(x ) =f 2′(x ) ,„,f n

+1

( )

B .-2 C .2 D .0

( )

B .x +4y -5=0 D .x +4y +3=0

( )

1B. 6

1C. 3

1D. 2

(x ) =f n ′(x ) ,n N *,则f 2 015(x ) 等于

( )

A .-sin x -cos x C .-sin x +cos x 答案 A

B .sin x -cos x D .sin x +cos x

解析 ∵f 1(x ) =sin x +cos x , ∴f 2(x ) =f 1′(x ) =cos x -sin x , ∴f 3(x ) =f 2′(x ) =-sin x -cos x ,

∴f 4(x ) =f 3′(x ) =-cos x +sin x , ∴f 5(x ) =f 4′(x ) =sin x +cos x , ∴f n (x ) 是以4为周期的函数,

∴f 2 015(x ) =f 3(x ) =-sin x -cos x ,故选A. 二、填空题

6. 已知函数f (x ) 的导函数为f ′(x ) ,且满足f (x ) =3x 2+2x ·f ′(2),则f ′(5)=________.

答案 6

解析 对f (x ) =3x 2+2xf ′(2)求导, 得f ′(x ) =6x +2f ′(2). 令x =2,得f ′(2)=-12.

再令x =5,得f ′(5)=6×5+2f ′(2)=6.

7. 已知函数y =f (x ) 及其导函数y =f ′(x ) 的图象如图所示,则曲线y =

f (x ) 在点P 处的切线方程是__________. 答案 x -y -2=0

解析 根据导数的几何意义及图象可知,曲线y =f (x ) 在点P 处的切线的斜率k =f ′(2)=1,又过点P (2,0), 所以切线方程为x -y -2=0.

1

8. 若函数f (x ) =x 2-ax +ln x 存在垂直于y 轴的切线,则实数a 的取值范围是________.

2

答案 [2,+∞)

11

解析 ∵f (x ) =x 2-ax +ln x ,∴f ′(x ) =x -a +.

2x ∵f (x ) 存在垂直于y 轴的切线,∴f ′(x ) 存在零点, 11

x +a =0,∴a =x +2. x x 三、解答题

9. 求下列函数的导数.

(1)y =x n lg x ; 121(2)y

x x x sin x (3)y ;

x

1-

解 (1)y ′=nx n 1lg x +x n

x ln 10=x n 1(n lg x +

1

ln 10

121(2)y ′=(′+) ′+(′ x x x =(x 1) ′+(2x 2) ′+(x 3) ′ ---

=-x 2-4x 3-3x 4 ---

143=-x x x x n (sin x )′-(x n )′sin x sin x (3)y ′=() ′=x x x n cos x -nx n 1sin x =x -

=x cos x -n sin x +x 1410.已知曲线y =x 3+. 33

(1)求曲线在点P (2,4)处的切线方程;

(2)求曲线过点P (2,4)的切线方程.

14解 (1)∵P (2,4)在曲线y =x 3+上,且y ′=x 2, 33

∴在点P (2,4)处的切线的斜率为y ′|x =2=4.

∴曲线在点P (2,4)处的切线方程为y -4=4(x -2) ,

即4x -y -4=0.

1414x 0,x 3(2)设曲线y =x 3与过点P (2,4)的切线相切于点A ⎛0,则切线的斜率为y ′|x 33⎝33

=x 0=x 20.

1342∴切线方程为y -30+3=x 0(x -x 0) ,

24即y =x 2x -x 30·0+. 33

234∵点P (2,4)在切线上,∴4=2x 20-x 0+, 33

2322即x 30-3x 0+4=0,∴x 0+x 0-4x 0+4=0,

2∴x 0(x 0+1) -4(x 0+1)(x 0-1) =0,

∴(x 0+1)(x 0-2) 2=0,解得x 0=-1或x 0=2,

故所求的切线方程为x -y +2=0或4x -y -4=0.

B 组 专项能力提升

(时间:25分钟,满分:43分)

π1. 在函数y =x 3-9x 的图象上,满足在该点处的切线的倾斜角小于4

数的点的个数是 ( )

A .0

答案 A B .1 C .2 D .3

解析 依题意得,y ′=3x 2-9,令0≤y ′

显然满足该不等式的整数x 不存在,因此在函数y =x 3-9x 的图象上,满足在该点处的

π0,选A. 4

2. 若函数f (x ) =x 2+bx +c 的图象的顶点在第四象限,则函数f ′(x ) 的大致图象是 (

)

答案 A

b b x +2-c , 解析 ∵f (x ) =x +bx +c =⎛⎝2422b 由f (x ) 的图象的顶点在第四象限得->0,∴b

又f ′(x ) =2x +b ,斜率为正,纵截距为负,故选A.

3. 已知曲线C :f (x ) =x 3-ax +a ,若过曲线C 外一点A (1,0)引曲线C 的两条切线,它们的

倾斜角互补,则a 的值为________.

答案 27 8

解析 设切点坐标为(t ,t 3-at +a ) .

由题意知,f ′(x ) =3x 2-a ,

切线的斜率为k =y ′|x =t =3t 2-a ,①

所以切线方程为y -(t 3-at +a ) =(3t 2-a )(x -t ) .②

将点(1,0)代入②式得,-(t 3-at +a ) =(3t 2-a )(1-t ) ,

3解之得,t =0或t =2

327分别将t =0和t ①式,得k =-a 和k =-a , 24

27由题意得它们互为相反数得a =. 8

b 4. 设函数f (x ) =ax -,曲线y =f (x ) 在点(2,f (2))处的切线方程为7x -4y -12=0. x

(1)求f (x ) 的解析式;

(2)曲线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.

7解 (1)方程7x -4y -12=0可化为y =x -3. 4

1b 当x =2时,y =又f ′(x ) =a +, 2x ⎧于是⎨b 7a ⎩44b 12a -22 ⎧a =1,⎪3 解得⎨故f (x ) =x -x ⎪⎩b =3.

3(2)设P (x 0,y 0) 为曲线上任一点,由y ′=1+知曲线在点P (x 0,y 0) 处的切线方程为y -x 31+(x -x 0) , y 0=⎛⎝x 0

33x 0-=⎛1+(x -x 0) . 即y -⎛x ⎝x ⎝00

6令x =0,得y =-, x 0

60,-. 从而得切线与直线x =0的交点坐标为⎛x ⎝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) .

61-⎪|2x 0|所以点P (x 0,y 0) 处的切线与直线x =0,y =x 所围成的三角形的面积为S =⎪2⎪x 0⎪

=6.

故曲线y =f (x ) 上任一点处的切线与直线x =0,y =x 所围成的三角形面积为定值,且此定值为6.

95. 设有抛物线C :y =-x 2+-4,过原点O 作C 的切线y =kx ,使切点P 在第一象限. 2

(1)求k 的值;

(2)过点P 作切线的垂线,求它与抛物线的另一个交点Q 的坐标.

解 (1)设点P 的坐标为(x 1,y 1) ,则y 1=kx 1,①

9y 1=-x 2+-4,② 121

9①代入②得x 2+(k -) x +4=0. 121

9171∵P 为切点,∴Δ=(k -2-16=0得k =k =. 222

17当k =时,x 1=-2,y 1=-17. 2

1当k =x 1=2,y 1=1. 2

1∵P 在第一象限,∴所求的斜率k 2

(2)过P 点作切线的垂线,其方程为y =-2x +5. ③ 将③代入抛物线方程得x 2-13x +9=0. 2

设Q 点的坐标为(x 2,y 2) ,即2x 2=9,

∴x =922,y 2=-4.

∴Q 点的坐标为924) .


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