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导数的概念及几何意义

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注意:(1)函数在一点处的导数,就是在该点的函数改变量与 自变量的改变量的比值的极限,它是一个数值,不是变数. (2)Δx是自变量x在x0处的改变量,Δx≠0,当Δx>0时,Δx→0表 示x0+Δx从x0右边趋近于x0,反之,当Δx<0时,Δx→0表示x0 +Δx从x0左边趋近于x0,Δy是相应函数的改变量,Δy可正、可 负,也可以为0.
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规范解答
求过某点的曲线的切线方程
(本题满分12分)已知曲线f(x)=2x3-3x,过点M(0,32) 作曲线f(x)的切线,求切线的方程.
[解 ] 经检验知点 M(0,32)不在曲线上, 1 1 分 设切点坐标为 N(x0,2x3 0- 3x0), 3 3 Δy 2 x0+ Δx - 3x0+ Δx- 2x0+ 3x0 = Δx Δx 2 2 3 3 2x3 + 6 x Δ x + 6 x Δ x + 2 Δ x - 3 x - 3Δ x - 2 x 0 0 0 0 0 + 3x0 = Δx
[错因与防范] 本题易错选 D.错因是忽视了分子与分母相应的 符号的一致性,在利用导数的定义求函数在某一点的导数时, Δy 中 Δx 是分子中被减数的自变量减去减数的自变量的差,要 Δx 深刻理解以防出错.
4.设函数 f(x)在点 x0 处可导,且 f′(x0)已知,求下列各式的 极限值. f x0-Δx- fx0 (1)lim ; Δx → 0 Δx f x0+h-fx0- h (2)lim . h→ 0 2h f x0-Δx- fx0 解:(1)lim Δx → 0 Δx f x0-f x0-Δx =- lim =-f′(x0). Δx → 0 Δx f x0+ h-fx0-h (2)lim =f′(x0). h→ 0 2h
2.已知直线l:y=4x+a和曲线y=x3-2x2+3相切 ,求切点坐标及a的值.
Δy 解 : 设 直 线 l 与 曲 线 相 切 于 点 P(x0 , y0) , 则 = Δx x+ Δx 3- 2x+ Δx 2+ 3-x3- 2x2+ 3 Δx x3+3x2Δx+3x Δx 2+ Δx3- 2x2-4xΔx-2 Δx2-x3+ 2x2- 3 = Δx = 3x2+ 3xΔx+(Δx)2- 4x- 2Δx. Δy 当 Δx 趋于 0 时, 趋于 3x2- 4x. Δx
由导数的几何意义,得: k= f′ (x0)=3x2 0- 4x0= 4, 2 解得:x0=- 或 x0=2. 3 2 49 ∴切点坐标为 -3, 27 或 (2,3). 2 49 2 49 当切点为 -3, 27 时,有 = 4× -3 + a, 27 121 ∴ a= . 27 当切点为 (2,3)时,有 3= 4×2+a, ∴ a=- 5. 121 2 49 因此,当 a= 时,切点为(- , ); 27 3 27 当 a=- 5 时,切点为 (2,3).
2.曲线f(x)=-3x2+2在点(1,2)处的切线的斜率为
________.
利用导数求切线的方程
1 4 已知曲线 C:y= x 3 + . 3 3 (1)求曲线 C 在横坐标为 2 的点处的切线方程. (2)在第(1)小题中的切线与曲线 C 是否还有其他的公共点?
[解 ] (1)将 x= 2 代入曲线 C 的方程得 y= 4. ∴切点 P(2,4). 1 1 3 4 3 4 ∵ Δy= (2+ Δx) + - × 2 - 3 3 3 3 2 1 = 4Δx+ 2(Δx) + (Δx)3, 3 Δy 1 ∴ = 4+ 2Δx+ (Δx)2, 3 Δx 1 当 Δx 趋于 0 时,4+2Δx+ (Δx)2 趋于 4,所以曲线在 x= 2 处 3 的导数等于 4. 即切线的斜率为 4,故所求切线方程为 y-4= 4(x-2),即 4x - y- 4= 0.
[规范与警示]
(1) 1 是“某点处”还是“过某点”要分清,验
证是关键.
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本步计算量大,是解本题的易错点(失分点). 将 N 点代入切线方程,解高次方程求出 x0 的值是正确求解
的保障,因想不到不会做造成失分.
(2)求曲线的切线时,注意区分“求曲线 y=f(x)上过点 M的切 线”与“求曲线 y = f(x) 上在点 M 处的切线”,前者只要求切
§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
1.导数的概念 (1)定义:设函数 y= f(x),当自变量 x1 趋于 x0 时,即 Δx 趋于 0 Δy f x1-f x0 f x0+ Δx- fx0 时, 如果平均变化率 = = 趋于一个 Δx Δx x1-x0 瞬时变化率 , 固定的值,那么这个值就是函数 y=f(x)在 x0 点的___________ 导数 . 也称为 y= f(x)在 x0 点的 ________ (2)记法:函数 y= f(x)在 x0 点的导数,通常用符号 f′ (x0)表示, f x1-f x0 f x0+Δx-fx0 lim lim x →x Δ x→ 0 x - x Δx 记作 f′ (x0)=_______________ =____________________. 1 0
与导数有关的问题及导数的应用
已知 f(x)= x +2,(1)求 f′(x);(2)求 f(2).
[解 ] ∵ Δy= x+ Δx+ 2- x+2, x+ Δx+ 2- x+2 Δy ∴ = Δx Δx = Δx x+ Δx+ 2+ x+2 x+ Δx+2- x+2

, x+ Δx+ 2+ x+2 Δy 1 ∴ f′ (x)= lim = lim Δx→ 0 Δx Δx → 0 x+ Δx+ 2+ x+2 1 = , 2 x+2 1 1 ∴ f′ (2)= = . 2 2 +2 4
2 = 6x2 + 6 x Δ x + 2(Δ x ) -3. 2 5 分 0 0 Δy 当 Δx 趋于 0 时, 趋于 6x2 0- 3, Δx
∴切线的斜率 k= f′ (x0)=6x2 0- 3, 7 分 切线方程为 y= (6x2 0- 3)x+ 32,
2 3 9分 又点 N 在切线上,所以 2x3 0- 3x0= (6x0- 3)x0+ 32, 解得 x0=-2,故切线方程为 y=21x+32.12 分
就是当物体的运动速度方程为 v=v(t)时,物体在时刻t=t0时
的瞬时加速度a,即a=v′(t0).
3.切线的意义 如图,当Δx趋于零时,点B将沿着曲线y=f(x)趋向于点A,割
线AB将绕点A转动,最后趋于直线l,直线l和曲线y=f(x)在点
A处“相切”,称直线l为曲线y=f(x)在点A处的切线.该切线 的斜率就是函数y=f(x)在x0处的导数f′(x0).
方法归纳 (1)利用导数的几何意义求曲线的切线方程的步骤: ①求出函数 f(x)在点 x0 处的导数 f′ (x0); ②写出切线方程,即 y- y0= f′ (x0)· (x-x0). π 特别注意:若在点(x0,y0)处切线的倾斜角为 ,此时所求的切 2 线平行于 y 轴,所以直线的切线方程为 x= x0. (2)曲线的切线与曲线的交点可能不止一个.
方法归纳 求函数y=f(x)在点x0处的导数的三个步骤
1.求函数f(x)=x2+3在x=2处的导数.
Δy f a+Δx -f a 解:因为 = Δx Δx a+Δx 2 +3- a2 +3 = =2a+Δx , Δx 当Δx 趋于 0 时, 2a+Δx 趋于 2a, 所以 f(x )在 x =a 处的导数等于 2a.
利用导数的定义求函数在某点处的导数 求函数y=3x2在x=1处的导数. (链接教材P32例1)
[解 ] ∵ Δy= f(1+ Δx)-f(1)=3(1+ Δx)2-3= 6Δx+ 3(Δx)2,∴ Δy =6+3Δx, Δx 当 Δx 趋于 0 时,6+3Δx 趋于 6,所以 f(x)在 x=1 处的导数等 于 6.
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方法归纳
(1)f′(2)即求函数f(x)在x=2处的导数. (2)运用定义法求导数,在解题时要注意运算技巧,遇到根式
时,常常需要进行分子(或分母)有理化.
3.已知f(x)=x2,g(x)=x3,求满足f′(x)+2=g′(x)的x值.
解:由导数的定义知, x+ Δx 2- x2 Δfx f′ (x)= lim = lim = 2x, Δx→ 0 Δx Δx → 0 Δx x+ Δx 3- x3 Δgx 2 g′ (x)= lim = lim = 3 x . Δx → 0 Δx → 0 Δx Δx ∵ f′ (x)+2= g′ (x),∴2x+ 2= 3x2. 1- 7 1+ 7 即 3x -2x- 2= 0,解得 x= 或 . 3 3
y= 4x-4, (2)由 1 3 4 可得 (x- 2)(x2+ 2x- 8)= 0. y= x + , 3 3 解得 x1= 2, x2=- 4. 从而求得公共点 P(2,4)或 M(- 4,-20), 即切线与曲线 C 的公共点除了切点外,还有另一公共点(- 4, - 20)切点坐标;
而后者则很明确,切点就是M点.
1 已知曲线 y x , 1 处的切线方程; (1)求曲线在点 P1
, 0处的切线方程; (2)求曲线过点Q1 1 (3)求满足斜率为 的曲线的切线方程. 3
易错警示
忽视导数定义中Δx与Δy的对应关系致误
2.导数的几何意义
(x0,f(x0)) 函数y=f(x)在x0处的导数,是曲线y=f(x)在点_____________ 斜率 .函数y=f(x)在点(x0,f(x0))处切线的斜 处的切线的________
率反映了导数的几何意义. 注意:导数的物理意义:函数S=S(t)在点t0处的导数S′(t0), 就是当物体的运动方程为 S= S(t)时,物体在时刻 t= t0时的瞬 时速度v,即v=S′(t0);函数v=v(t)在点t0处的导数v′(t0),
f x0- 3Δx- fx0 设函数 y=f(x)在 x= x0 处可导, 且 lim Δx → 0 Δx = 1,则 f′(x0)等于 ( C ) A. 1 1 C.- 3 B.- 1 1 D. 3
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