第1章导数(第4课时)几种常见函数的导数

课 题: 1.2几种常见函数的导数 教学目的:

1. 掌握四个公式,理解公式的证明过程. 2. 学会利用公式,求一些函数的导数.

3. 理解变化率的概念,解决一些物理上的简单问题 教学重点:用定义推导常见函数的导数公式.

教学难点:公式(x n )' =nx n -1(n ∈Q ) 的推导. 授课类型:新授课课时安排:1课时 教学方法:讲授法 教学过程:

一、复习引入:

1. 导数的定义:设函数y =f (x ) 在x =x 0处附近有定义,当自变量在x =x 0处有增量∆x 时,则函数

y =f (x ) 相应地有增量∆y =f (x 0+∆x ) -f (x 0) ,如果∆x →0时,∆y 与∆x 的比

均变化率)有极限即

∆y

(也叫函数的平∆x

∆y

无限趋近于某个常数,我们把这个极限值叫做函数y =f (x ) 在x →x 0处的导数,∆x

f (x 0+∆x ) -f (x 0) //

记作y x =x 0,即f (x 0) =lim

∆x →0∆x

2. 导数的几何意义:是曲线y =f (x ) 上点(x 0, f (x 0) y =f (x ) 在点

x 0可导,则曲线y =f (x ) 在点(x 0, f (x 0) )处的切线方程为y -f (x 0) =f /(x 0)(x -x 03. 导函数(导数):如果函数y =f (x ) 在开区间(a , b ) 内的每点处都有导数,此时对于每一个x ∈(a , b ) ,都对应着一个确定的导数f /(x ) ,从而构成了一个新的函数f /(x ) , 称这个函数f /(x ) 为函数y =f (x ) 在开区间内的导函数,简称导数,也可记作y /,即f /(x ) =y /=

∆y f (x +∆x ) -f (x ) lim =lim ∆x →0∆x ∆x →0∆x

//

函数y =f (x ) 在x 0处的导数y x =x 0就是函数y =f (x ) 在开区间(a , b ) (x ∈(a , b )) 上导数f (x )

在x 0处的函数值,即y

/x =x 0=f /(x 0y =f (x ) 在x 0处的导数也记作f /(x 0导数与导函数都称为导数,这要加以区分:求一个函数的导数,就是求导函数;求一个函数在给定y =f (x ) 在点x 0处的导数就是导函数f /(x ) 在点x 0

4. 可导: 如果函数y =f (x ) 在开区间(a , b ) 内每一点都有导数,则称函数y =f (x ) 在开区间(a , b ) 内5. 可导与连续的关系:如果函数y =f (x ) 在点x 0处可导,那么函数y =f (x ) 在点x 0处连续,反之不成立. 函数具有连续性是函数具有可导性的必要条件,而不是充分条件.

6. 求函数y =f (x ) 的导数的一般方法:

(1)求函数的改变量∆y =f (x +∆x ) -f (x ∆y =∆x ∆y /

(3)取极限,得导数y =f '(x ) =lim ∆x →0∆x

(2)求平均变化率

二、讲解新课:

1. C ' =0(C 为常数)

说明:此公式可以叙述为:常函数的导数为零.其几何解释是:函数y =C 的图象是平行于x 轴的直线,其上任一点的切线即为直线本身,所以切线的斜率都是0.

证明:y =f (x ) =C ,∴Δy =f (x +Δx ) -f (x )=C -C =0∴2. (x n )' =nx n -1(n ∈Q )

∆y ∆y

=0,y '=C ′=lim =0,∴y '=0.

∆x →0∆x ∆x

*

说明:实际上,此公式对n ∈R 都成立,但证明较复杂,所以课本只给出了n ∈N 证明:y =f (x ) =x

∴Δy =f (x +Δx ) -f (x )=(x +∆x ) n -x n =x +C n x =C n x

1

n -1

n

n

1n -1

Δx +C n x

2n -2

(Δx ) +…+C n (∆x ) n -x

2

n n

Δx +C n x

2n -2

(Δx ) +…+C n ·(∆x ) n

2

n

∆y 1n -12n -2n

=C n x +C n x Δx +…+C n ·(∆x ) n -1 ∆x

∆y 12n -2n 1n -1n -1n -1

∴y '=(x n ) '=lim =lim (C n x +C n x Δx +…+C n ·(∆x ) n -1)=C n x =n x

∆x →0∆x ∆x →0

∴y '=(x n )' =nx n -1

3. (sinx )' =cos x

证明方法一:y =sinx ,Δy =sin(x +Δx ) -sin x =sinx cos Δx +cosx sin Δx -sin x

∆y sin x cos ∆x +cos x sin ∆x -sin x = ∆x ∆x

∆y sin x cos ∆x +cos x sin ∆x -sin x sin x (cos∆x -1) +cos x sin ∆x

=lim =lim ∴y '=lim ∆x →0∆x →0∆x ∆x →0∆x ∆x

∆x ∆x

sin 2)

⋅∆x +cos x +lim cos x sin ∆x =lim(-2sin x ) ⋅=lim

∆x →0∆x →0∆x →0∆x ∆x ∆x () 24

2

=-2sin x ·1·0+cosx =cosx ∴y '=cosx 证明方法二:y =sin x ,

(x +∆x ) +x (x +∆x ) -x ∆x ⎫∆x ⎛

∆y =sin(x +∆x ) -sin x =2cos sin =2cos x +, ⎪sin

2222⎝⎭

∆x sin

∆y ∆x ⎫⎛, =cos x +⎪∆x 2⎭∆x ⎝

2

∆x ∆x sin sin

∆y ∆x ⎫∆x ⎫⎛ =lim cos ⎛=cos x . ∴ y ' =(sinx )' =lim =lim cos x +x +lim ⎪ ⎪∆x →0∆x ∆x →0∆x →02⎭∆x 2⎭∆x →0∆x ⎝⎝

22

4. (cosx )' =-sin x

sin x (-2sin 2

证明方法一:y =cosx ,

Δy =cos(x +Δx ) -cos x =cosx cos Δx -sin x sin Δx -cos x

y '=lim

∆y cos x cos ∆x -sin x sin ∆x -cos x cos x (cos∆x -1) -sin x sin ∆x

=lim =lim ∆x →0∆x →0∆x ∆x →0∆x ∆x

cos x (-2sin 2

∆x

∆x

)

-lim sin x sin ∆x

∆x →0∆x

=lim

∆x →0

∆x

⋅∆x -sin x ⋅1=-2cos x ⋅1⋅0-sin x =-sin x =lim(-2cos x )

∆x →0∆x

() 242

∴y '=-sin x

证明方法二:y =cos x ,

(x +∆x ) +x (x +∆x ) -x ∆x ⎫∆x ⎛

∆y =cos(x +∆x ) -cos x =-2sin sin , =-2sin x +⎪sin

2222⎝⎭

∆x sin

∆y ∆x ⎫⎛, =-sin x +⎪∆x 2⎭∆x ⎝

2

∆x sin

∆y ∆x ⎫⎛ ∴ y ' =(cosx )' =lim =-lim sin x +⎪∆x →0∆x ∆x →02⎭⎝

2

∆x sin

∆x ⎫⎛=-sin x . ∴y '=-sin x . =-lim sin x +lim ⎪∆x →02⎭∆x →0∆x ⎝

2

sin 2

第二种方法比较简便,所以求三角函数的极限时,选择哪一种公式进行三角函数的转化,要根据具体情况而定,选择好的公式,可以简化计算过程. 我们把上面四种函数的导数可以作为四个公式,以后可三、讲解范例:

例1 求 (1)(x 3) ′ (2)(

解:(1) (x 3) ′=3x 31=3x 2; (2) (

1

) ′ (3)(x ) ′ 2x

1----

) ′=(x 2) ′=-2x 21=-2x 3 2x

1

-1111-1122

(3) (x ) '=(x ) '=x =x 2=

222x

1

, 求质点在t =2时的速度. t 5

115-5-6-6

解:∵ s =5, ∴ s '=(5) '=(t ) '=-5t , ∴ s 't =2=-5⨯2=-.

64t t

5

答:质点在t =2时的速度是-.

64π1

例3求曲线y =sin x 在点A (, ) 的切线方程.

62

π3

解:∵ y =sin x ∴ y '=(sinx ) '=cos x ∴ y 'x =π=cos =

626

例2质点运动方程是s =

313π

∴ 所求切线的方程为 y -=(x -) , 2226

即 6x -12y +6-=0

∴ 所求切线的斜率k =

答:曲线y =sin x 在点A (

π1

, ) 的切线方程为6x -12y +6-=0. 62

四、课堂练习:

1. (口答) 求下列函数的导数:(1)y =x 5 (2)y =x 6 (3)x =sint (4)u =cosϕ 答案: (1)y ′=(x 5) ′=5x 4; (2)y ′=(x 6) ′=6x 5;

(3)x ′=(sint ) ′=cost ; (4)u ′=(cosϕ) ′=-sin ϕ 2. 求下列函数的导数:(1)y =

1

(2)y =x 3x

1

-11111-2-3-3-1-4 333

答案:(1) y′=(3) ′=(x ) ′=-3x =-3x (2y '=(x ) '=(x ) '=x =x 3

x 33

3. 质点的运动方程是s =t 3,(s 单位m ,t 单位s) ,求质点在t =3时的速度.

解:v =s ′=(t 3) ′=3t 31=3t 2

当t =3时,v =3×32=27 m/s,∴质点在t =3时的速度为27 m/s 4. 物体自由落体的运动方程是s =s (t )=解:v =s ′(t )=(

12

gt ,(s单位m ,t 单位s ,g =9.8 m/s2) ,求t =3时的速度. 2

121-

gt ) ′=g ·2t 21=gt . 22

t =3时,v =g ·3=9.8·3=29.4 m/s,∴t =3时的速度为29.4 m/s.

5. 求曲线y =x 4在点P (2,16) 处的切线方程.

解:y ′=(x 4) ′=4x 41=4x 3. ∴y ′|x =2=4·23=32

∴点P (2,16) 处的切线方程为y -16=32(x -2) ,即32x -y --

五、小结 :这节课主要学习了四个公式:①C ′=0(C 是常数) ,②(x n ) ′=nx n 1(n ∈R ) ,③(sinx ) ′=cosx ,④(cosx ) ′=-sin 六、课后作业:

七、板书设计

课 题: 1.2几种常见函数的导数 教学目的:

1. 掌握四个公式,理解公式的证明过程. 2. 学会利用公式,求一些函数的导数.

3. 理解变化率的概念,解决一些物理上的简单问题 教学重点:用定义推导常见函数的导数公式.

教学难点:公式(x n )' =nx n -1(n ∈Q ) 的推导. 授课类型:新授课课时安排:1课时 教学方法:讲授法 教学过程:

一、复习引入:

1. 导数的定义:设函数y =f (x ) 在x =x 0处附近有定义,当自变量在x =x 0处有增量∆x 时,则函数

y =f (x ) 相应地有增量∆y =f (x 0+∆x ) -f (x 0) ,如果∆x →0时,∆y 与∆x 的比

均变化率)有极限即

∆y

(也叫函数的平∆x

∆y

无限趋近于某个常数,我们把这个极限值叫做函数y =f (x ) 在x →x 0处的导数,∆x

f (x 0+∆x ) -f (x 0) //

记作y x =x 0,即f (x 0) =lim

∆x →0∆x

2. 导数的几何意义:是曲线y =f (x ) 上点(x 0, f (x 0) y =f (x ) 在点

x 0可导,则曲线y =f (x ) 在点(x 0, f (x 0) )处的切线方程为y -f (x 0) =f /(x 0)(x -x 03. 导函数(导数):如果函数y =f (x ) 在开区间(a , b ) 内的每点处都有导数,此时对于每一个x ∈(a , b ) ,都对应着一个确定的导数f /(x ) ,从而构成了一个新的函数f /(x ) , 称这个函数f /(x ) 为函数y =f (x ) 在开区间内的导函数,简称导数,也可记作y /,即f /(x ) =y /=

∆y f (x +∆x ) -f (x ) lim =lim ∆x →0∆x ∆x →0∆x

//

函数y =f (x ) 在x 0处的导数y x =x 0就是函数y =f (x ) 在开区间(a , b ) (x ∈(a , b )) 上导数f (x )

在x 0处的函数值,即y

/x =x 0=f /(x 0y =f (x ) 在x 0处的导数也记作f /(x 0导数与导函数都称为导数,这要加以区分:求一个函数的导数,就是求导函数;求一个函数在给定y =f (x ) 在点x 0处的导数就是导函数f /(x ) 在点x 0

4. 可导: 如果函数y =f (x ) 在开区间(a , b ) 内每一点都有导数,则称函数y =f (x ) 在开区间(a , b ) 内5. 可导与连续的关系:如果函数y =f (x ) 在点x 0处可导,那么函数y =f (x ) 在点x 0处连续,反之不成立. 函数具有连续性是函数具有可导性的必要条件,而不是充分条件.

6. 求函数y =f (x ) 的导数的一般方法:

(1)求函数的改变量∆y =f (x +∆x ) -f (x ∆y =∆x ∆y /

(3)取极限,得导数y =f '(x ) =lim ∆x →0∆x

(2)求平均变化率

二、讲解新课:

1. C ' =0(C 为常数)

说明:此公式可以叙述为:常函数的导数为零.其几何解释是:函数y =C 的图象是平行于x 轴的直线,其上任一点的切线即为直线本身,所以切线的斜率都是0.

证明:y =f (x ) =C ,∴Δy =f (x +Δx ) -f (x )=C -C =0∴2. (x n )' =nx n -1(n ∈Q )

∆y ∆y

=0,y '=C ′=lim =0,∴y '=0.

∆x →0∆x ∆x

*

说明:实际上,此公式对n ∈R 都成立,但证明较复杂,所以课本只给出了n ∈N 证明:y =f (x ) =x

∴Δy =f (x +Δx ) -f (x )=(x +∆x ) n -x n =x +C n x =C n x

1

n -1

n

n

1n -1

Δx +C n x

2n -2

(Δx ) +…+C n (∆x ) n -x

2

n n

Δx +C n x

2n -2

(Δx ) +…+C n ·(∆x ) n

2

n

∆y 1n -12n -2n

=C n x +C n x Δx +…+C n ·(∆x ) n -1 ∆x

∆y 12n -2n 1n -1n -1n -1

∴y '=(x n ) '=lim =lim (C n x +C n x Δx +…+C n ·(∆x ) n -1)=C n x =n x

∆x →0∆x ∆x →0

∴y '=(x n )' =nx n -1

3. (sinx )' =cos x

证明方法一:y =sinx ,Δy =sin(x +Δx ) -sin x =sinx cos Δx +cosx sin Δx -sin x

∆y sin x cos ∆x +cos x sin ∆x -sin x = ∆x ∆x

∆y sin x cos ∆x +cos x sin ∆x -sin x sin x (cos∆x -1) +cos x sin ∆x

=lim =lim ∴y '=lim ∆x →0∆x →0∆x ∆x →0∆x ∆x

∆x ∆x

sin 2)

⋅∆x +cos x +lim cos x sin ∆x =lim(-2sin x ) ⋅=lim

∆x →0∆x →0∆x →0∆x ∆x ∆x () 24

2

=-2sin x ·1·0+cosx =cosx ∴y '=cosx 证明方法二:y =sin x ,

(x +∆x ) +x (x +∆x ) -x ∆x ⎫∆x ⎛

∆y =sin(x +∆x ) -sin x =2cos sin =2cos x +, ⎪sin

2222⎝⎭

∆x sin

∆y ∆x ⎫⎛, =cos x +⎪∆x 2⎭∆x ⎝

2

∆x ∆x sin sin

∆y ∆x ⎫∆x ⎫⎛ =lim cos ⎛=cos x . ∴ y ' =(sinx )' =lim =lim cos x +x +lim ⎪ ⎪∆x →0∆x ∆x →0∆x →02⎭∆x 2⎭∆x →0∆x ⎝⎝

22

4. (cosx )' =-sin x

sin x (-2sin 2

证明方法一:y =cosx ,

Δy =cos(x +Δx ) -cos x =cosx cos Δx -sin x sin Δx -cos x

y '=lim

∆y cos x cos ∆x -sin x sin ∆x -cos x cos x (cos∆x -1) -sin x sin ∆x

=lim =lim ∆x →0∆x →0∆x ∆x →0∆x ∆x

cos x (-2sin 2

∆x

∆x

)

-lim sin x sin ∆x

∆x →0∆x

=lim

∆x →0

∆x

⋅∆x -sin x ⋅1=-2cos x ⋅1⋅0-sin x =-sin x =lim(-2cos x )

∆x →0∆x

() 242

∴y '=-sin x

证明方法二:y =cos x ,

(x +∆x ) +x (x +∆x ) -x ∆x ⎫∆x ⎛

∆y =cos(x +∆x ) -cos x =-2sin sin , =-2sin x +⎪sin

2222⎝⎭

∆x sin

∆y ∆x ⎫⎛, =-sin x +⎪∆x 2⎭∆x ⎝

2

∆x sin

∆y ∆x ⎫⎛ ∴ y ' =(cosx )' =lim =-lim sin x +⎪∆x →0∆x ∆x →02⎭⎝

2

∆x sin

∆x ⎫⎛=-sin x . ∴y '=-sin x . =-lim sin x +lim ⎪∆x →02⎭∆x →0∆x ⎝

2

sin 2

第二种方法比较简便,所以求三角函数的极限时,选择哪一种公式进行三角函数的转化,要根据具体情况而定,选择好的公式,可以简化计算过程. 我们把上面四种函数的导数可以作为四个公式,以后可三、讲解范例:

例1 求 (1)(x 3) ′ (2)(

解:(1) (x 3) ′=3x 31=3x 2; (2) (

1

) ′ (3)(x ) ′ 2x

1----

) ′=(x 2) ′=-2x 21=-2x 3 2x

1

-1111-1122

(3) (x ) '=(x ) '=x =x 2=

222x

1

, 求质点在t =2时的速度. t 5

115-5-6-6

解:∵ s =5, ∴ s '=(5) '=(t ) '=-5t , ∴ s 't =2=-5⨯2=-.

64t t

5

答:质点在t =2时的速度是-.

64π1

例3求曲线y =sin x 在点A (, ) 的切线方程.

62

π3

解:∵ y =sin x ∴ y '=(sinx ) '=cos x ∴ y 'x =π=cos =

626

例2质点运动方程是s =

313π

∴ 所求切线的方程为 y -=(x -) , 2226

即 6x -12y +6-=0

∴ 所求切线的斜率k =

答:曲线y =sin x 在点A (

π1

, ) 的切线方程为6x -12y +6-=0. 62

四、课堂练习:

1. (口答) 求下列函数的导数:(1)y =x 5 (2)y =x 6 (3)x =sint (4)u =cosϕ 答案: (1)y ′=(x 5) ′=5x 4; (2)y ′=(x 6) ′=6x 5;

(3)x ′=(sint ) ′=cost ; (4)u ′=(cosϕ) ′=-sin ϕ 2. 求下列函数的导数:(1)y =

1

(2)y =x 3x

1

-11111-2-3-3-1-4 333

答案:(1) y′=(3) ′=(x ) ′=-3x =-3x (2y '=(x ) '=(x ) '=x =x 3

x 33

3. 质点的运动方程是s =t 3,(s 单位m ,t 单位s) ,求质点在t =3时的速度.

解:v =s ′=(t 3) ′=3t 31=3t 2

当t =3时,v =3×32=27 m/s,∴质点在t =3时的速度为27 m/s 4. 物体自由落体的运动方程是s =s (t )=解:v =s ′(t )=(

12

gt ,(s单位m ,t 单位s ,g =9.8 m/s2) ,求t =3时的速度. 2

121-

gt ) ′=g ·2t 21=gt . 22

t =3时,v =g ·3=9.8·3=29.4 m/s,∴t =3时的速度为29.4 m/s.

5. 求曲线y =x 4在点P (2,16) 处的切线方程.

解:y ′=(x 4) ′=4x 41=4x 3. ∴y ′|x =2=4·23=32

∴点P (2,16) 处的切线方程为y -16=32(x -2) ,即32x -y --

五、小结 :这节课主要学习了四个公式:①C ′=0(C 是常数) ,②(x n ) ′=nx n 1(n ∈R ) ,③(sinx ) ′=cosx ,④(cosx ) ′=-sin 六、课后作业:

七、板书设计


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