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- 2021-06-21 发布
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知识点
最新考纲
变化率与导数、导数的计算
了解导数的概念与实际背景,理解导数的几何意义.
会用基本初等函数的导数公式表和导数运算法则求函数的导数,并能求简单的复合函数的导数(限于形如f(ax+b)的导数).
导数在研究函数中的应用
了解函数单调性和导数的关系,能用导数求函数的单调区间.
理解函数极值的概念及函数在某点取到极值的条件,会用导数求函数的极大(小)值,会求闭区间上函数的最大(小)值.
第1讲 变化率与导数、导数的计算
1.导数的概念
(1)函数y=f(x)在x=x0处的导数
称函数y=f(x)在x=x0处的瞬时变化率
=为函数y=f(x)在x=x0处的导数,记作f′(x0)或y′|x=x0,即f′(x0)==.
(2)导数的几何意义
函数f(x)在点x0处的导数f′(x0)的几何意义是在曲线y=f(x)上点P(x0,y0)处的切线的斜率(瞬时速度就是位移函数s(t)对时间t的导数).相应地,切线方程为y-y0=f′(x0)(x-x0).
(3)函数f(x)的导函数
称函数f′(x)=为f(x)的导函数.
2.基本初等函数的导数公式
原函数
导函数
f(x)=c(c为常数)
f′(x)=0
f(x)=xn(n∈Q*)
f′(x)=nxn-1
f(x)=sin x
f′(x)=cos x
f(x)=cos x
f′(x)=-sin__x
f(x)=ax
(a>0且a≠1)
f′(x)=axln a
f(x)=ex
f′(x)=ex
f(x)=logax
(x>0,a>0且a≠1)
f′(x)=
f(x)=ln x(x>0)
f′(x)=
3.导数的运算法则
(1)[f(x)±g(x)]′=f′(x)±g′(x);
(2)[f(x)·g(x)]′=f′(x)g(x)+f(x)g′(x);
(3)′=(g(x)≠0).
4.复合函数的导数
复合函数y=f(g(x))的导数和函数y=f(u),u=g(x)的导数间的关系为yx′=yu′·ux′,即y对x的导数等于y对u的导数与u对x的导数的乘积.
[疑误辨析]
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)f′(x0)与[f(x0)]′表示的意义相同.( )
(2)求f′(x0)时,可先求f(x0)再求f′(x0).( )
(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)函数f(x)=sin(-x)的导数是f′(x)=cos x.( )
答案:(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)×
[教材衍化]
1.(选修2-2P65A组T2(1)改编)函数y=xcos x-sin x的导数为( )
A.xsin x B.-xsin x
C.xcos x D.-xcos x
解析:选B.y′=x′cos x+x(cos x)′-(sin x)′=cos x-xsin x-cos x=-xsin x.
2.(选修2-2P18A组T6改编)曲线y=1-在点(-1,-1)处的切线方程为________.
解析:因为y′=,所以y′|x=-1=2.
故所求切线方程为2x-y+1=0.
答案:2x-y+1=0
3.(选修2-2P7例2改编)有一机器人的运动方程为s=t2+(t是时间,s是位移),则该机器人在t=2时的瞬时速度为________.
解析:因为s=t2+,所以s′=2t-,
所以s′|t=2=4-=.
答案:
[易错纠偏]
(1)求导时不能掌握复合函数的求导法则致误;
(2)不会用方程法解导数求值.
1.已知函数f(x)=sin,则f′(x)=________.
解析:f′(x)=[sin]′=cos·′=2cos.
答案:2cos
2.设函数f(x)的导数为f′(x),且f(x)=f′sin x+cos x,则f′=________.
解析:因为f(x)=f′sin x+cos x,
所以f′(x)=f′cos x-sin x,
所以f′=f′cos-sin,
即f′=-1,所以f(x)=-sin x+cos x,
f′(x)=-cos x-sin x.
故f′=-cos-sin=-.
答案:-
导数的计算
求下列函数的导数:
(1)y=(3x2-4x)(2x+1);(2)y=x2sin x;
(3)y=3xex-2x+e;(4)y=ln(2x-5).
【解】 (1)因为y=(3x2-4x)(2x+1)=6x3+3x2-8x2-4x=6x3-5x2-4x,所以y′=18x2-10x-4.
(2)y′=(x2)′sin x+x2(sin x)′=2xsin x+x2cos x.
(3)y′=(3xex)′-(2x)′+e′=(3x)′ex+3x(ex)′-(2x)′
=3xexln 3+3xex-2xln 2=(ln 3+1)·(3e)x-2xln 2.
(4)令u=2x-5,y=ln u,
则y′=(ln u)′u′=·2=.
[提醒] 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;遇到函数的商的形式时,如能化简则化简,这样可避免使用商的求导法则,减少运算量.
1.已知f(x)=x(2 017+ln x),若f′(x0)=2 018,则x0=( )
A.e2 B.1
C.ln 2 D.e
解析:选B.因为f(x)=x(2 017+ln x),
所以f′(x)=2 017+ln x+1=2 018+ln x,
又f′(x0)=2 018,
所以2 018+ln x0=2 018,
所以x0=1.
2.求下列函数的导数:
(1)y=xnex;(2)y=;
(3)y=exln x;(4)y=(1+sin x)2.
解:(1)y′=nxn-1ex+xnex=xn-1ex(n+x).
(2)y′==-.
(3)y′=exln x+ex·=ex.
(4)y′=2(1+sin x)·(1+sin x)′
=2(1+sin x)·cos x.
导数的几何意义(高频考点)
导数的几何意义是每年高考的必考内容,考查题型既有选择题也有填空题,也常出现在解答题的第(1)问中,属中低档题.主要命题角度有:
(1)求切线方程;
(2)已知切线方程(或斜率)求切点坐标;
(3)已知切线方程(或斜率)求参数值.
角度一 求切线方程
(1)曲线y=x2+在点(1,2)处的切线方程为____________________.
(2)已知函数f(x)=xln x,若直线l过点(0,-1),并且与曲线y=f(x)相切,则直线l的方程为________.
【解析】 (1)因为y′=2x-,所以在点(1,2)处的切线方程的斜率为y′|x=1=2×1-=1,
所以切线方程为y-2=x-1,即y=x+1.
(2)因为点(0,-1)不在曲线f(x)=xln x上,
所以设切点为(x0,y0).
又因为f′(x)=1+ln x,
所以
解得x0=1,y0=0.
所以切点为(1,0),所以f′(1)=1+ln 1=1.
所以直线l的方程为y=x-1.
【答案】 (1)y=x+1 (2)y=x-1
角度二 已知切线方程(或斜率)求切点坐标
若曲线y=e-x上点P处的切线平行于直线2x+y+1=0,则点P的坐标是________.
【解析】 设P(x0,y0),因为y=e-x,
所以y′=-e-x,
所以点P处的切线斜率为k=-e-x0=-2,
所以-x0=ln 2,所以x0=-ln 2,
所以y0=eln 2=2,
所以点P的坐标为(-ln 2,2).
【答案】 (-ln 2,2)
角度三 已知切线方程(或斜率)求参数值
(1)(2020·宁波调研)直线y=kx+1与曲线y=x3+ax+b相切于点A(1,3),则2a+b的值等于( )
A.2 B.-1
C.1 D.-2
(2)(2020·绍兴调研)若直线y=ax是曲线y=2ln x+1的一条切线,则实数a=________.
【解析】 (1)依题意知,y′=3x2+a,则
由此解得所以2a+b=1,选C.
(2)依题意,设直线y=ax与曲线y=2ln x+1的切点的横坐标为x0,则有y′|x=x0=,
于是有,
解得x0=,a==2e-.
【答案】 (1)C (2)2e-
(1)求曲线切线方程的步骤
①求出函数y=f(x)在点x=x0处的导数,即曲线y=f(x)在点P(x0,f(x0))处切线的斜率;
②由点斜式方程求得切线方程为y-f(x0)=f′(x0)·(x-x0).
(2)求曲线的切线方程需注意两点
①当曲线y=f(x)在点P(x0,f(x0))处的切线垂直于x轴(此时导数不存在)时,切线方程为x=x0;
②当切点坐标不知道时,应首先设出切点坐标,再求解.
1.(2020·杭州七校联考)曲线y=ex在点(4,e2)处的切线与坐标轴所围三角形的面积为( )
A.e2 B.4e2
C.2e2 D.e2
解析:选D.因为y′=ex,所以k=e×4=e2,所以切线方程为y-e2=e2(x-4),令x=0,得y=-e2,令y=0,得x=2,所以所求面积为S=×2×|-e2|=e2.
2.已知函数f(x)=(x2+ax-1)ex(其中e是自然对数的底数,a∈R),若f(x)在(0,f(0))处的切线与直线x+y-1=0垂直,则a=________.
解析:f′(x)=(x2+ax-1)′ex+(x2+ax-1)(ex)′=(2x+a)ex+(x2+ax-1)ex=[x2+(a+2)x+(a-1)]ex,故f′(0)=[02+(a+2)×0+(a-1)]e0=a-1.
因为f(x)在(0,f(0))处的切线与直线x+y-1=0垂直,故f′(0)=1,即a-1=1,解得a=2.
答案:2
3.(2020·台州高三月考)已知曲线f(x)=xn+1(n∈N*)与直线x=1交于点P,设曲线y=f(x)在点P处的切线与x轴交点的横坐标为xn,则log2 018x1+log2 018x2+…+log2 018x2 017的值为________.
解析:f′(x)=(n+1)xn,k=f′(1)=n+1,点P(1,1)处的切线方程为y-1=(n+1)(x-1),令y=0,得x=1-=,即xn=.
所以x1·x2·…·x2 017=×××…××=.
则log2 018x1+log2 018x2+…+log2 018x2 017
=log2 018(x1·x2·…·x2 017)=log2 018=-1.
答案:-1
两条曲线的公切线
若直线y=kx+b是曲线y=ln x+2的切线,也是曲线y=ln(x+1)的切线,则b=________.
【解析】 设y=kx+b与y=ln x+2和y=ln(x+1)的切点分别为(x1,ln x1+2)和(x2,ln(x2+1)).
则切线分别为y-ln x1-2=(x-x1),y-ln(x2+1)=(x-x2),化简得y=x+ln x1+1,y=x-+ln(x2+1),
依题意
解得x1=,从而b=ln x1+1=1-ln 2.
【答案】 1-ln 2
求两条曲线的公切线的方法
(1)利用其中一曲线在某点处的切线与另一条曲线相切,列出关系式求解.
(2)利用公切线得出关系式.
设公切线l在y=f(x)上的切点P1(x1,y1),在y=g(x)上的切点P2(x2,y2),则f′(x1)=g′(x2)=.
1.已知函数f(x)=x2-4x+4,g(x)=x-1,则f(x)和g(x)的公切线的条数为( )
A.三条 B.二条
C.一条 D.0条
解析:选A.设公切线与f(x)和g(x)分别相切于点(m,f(m)),(n,g(n)),f′(x)=2x-4,g′(x)=-x-2,g′(n)=f′(m)=,解得m=-+2,代入化简得8n3-8n2+1=0,构造函数f(x)=8x3-8x2+1,f′(x)=8x(3x-2),原函数在(-∞,0)上单调递增,在上单调递减,在上单调递增,极大值f(0)>0,极小值f<0,故函数和x轴有3个交点,方程8n3-8n2+1=0有三个解,故切线有3条.故选A.
2.曲线f(x)=ex在x=0处的切线与曲线g(x)=ax2-a(a≠0)相切,则过切点且与该切线垂直的直线方程为__________.
解析:曲线f(x)在x=0处的切线方程为y=x+1.
设其与曲线g(x)=ax2-a相切于点(x0,ax-a).
则g′(x0)=2ax0=1,且ax-a=x0+1.
解得x0=-1,a=-,切点坐标为(-1,0).
所以过切点且与该切线垂直的直线方程为
y=-1·(x+1),即x+y+1=0.
答案:x+y+1=0
[基础题组练]
1.函数y=x2cos x在x=1处的导数是( )
A.0 B.2cos 1-sin 1
C.cos 1-sin 1 D.1
解析:选B.因为y′=(x2cos x)′=(x2)′cos x+x2·(cos x)′=2xcos x-x2sin x,所以y′|x=1=2cos 1-sin 1.
2.(2020·衢州高三月考)已知t为实数,f(x)=(x2-4)(x-t)且f′(-1)=0,则t等于( )
A.0 B.-1
C. D.2
解析:选C.依题意得,f′(x)=2x(x-t)+(x2-4)=3x2-2tx-4,所以f′(-1)=3+2t-4=0,即t=.
3.(2020·温州模拟)已知函数f(x)=x2+2x的图象在点A(x1,f(x1))与点B(x2,f(x2))(x1<x2<0)处的切线互相垂直,则x2-x1的最小值为( )
A. B.1
C. D.2
解析:选B.因为x1<x2<0,f(x)=x2+2x,
所以f′(x)=2x+2,
所以函数f(x)在点A,B处的切线的斜率分别为f′(x1),f′(x2),
因为函数f(x)的图象在点A,B处的切线互相垂直,
所以f′(x1)f′(x2)=-1.
所以(2x1+2)(2x2+2)=-1,
所以2x1+2<0,2x2+2>0,
所以x2-x1=[-(2x1+2)+(2x2+2)]≥=1,当且仅当-(2x1+2)=2x2+2=1,
即x1=-,x2=-时等号成立.
所以x2-x1的最小值为1.故选B.
4.已知f(x)=ax4+bcos x+7x-2.若f′(2 018)=6,则f′(-2 018)=( )
A.-6 B.-8
C.6 D.8
解析:选D.因为f′(x)=4ax3-bsin x+7.
所以f′(-x)=4a(-x)3-bsin(-x)+7
=-4ax3+bsin x+7.
所以f′(x)+f′(-x)=14.
又f′(2 018)=6,
所以f′(-2 018)=14-6=8,故选D.
5.如图,y=f(x)是可导函数,直线l:y=kx+2是曲线y=f(x)在x=3处的切线,令g(x)=xf(x),其中g′(x)是g(x)的导函数,则g′(3)=( )
A.-1 B.0
C.2 D.4
解析:选B.由题图可得曲线y=f(x)在x=3处切线的斜率等于-,即f′(3)=-.又因为g(x)=xf(x),所以g′(x)=f(x)+xf′(x),g′(3)=f(3)+3f′(3),由题图可知f(3)=1,所以g′(3)=1+3×=0.
6.若点P是曲线y=x2-ln x上任意一点,则点P到直线y=x-2距离的最小值为( )
A.1 B.
C. D.
解析:选B.因为定义域为(0,+∞),令y′=2x-=1,解得x=1,则在P(1,1)处的切线方程为x-y=0,所以两平行线间的距离为d==.
7.已知f(x)=,g(x)=(1+sin x)2,若F(x)=f(x)+g(x),则F(x)的导函数为________.
解析:因为f′(x)=
==,
g′(x)=2(1+sin x)(1+sin x)′=2cos x+sin 2x,
所以F′(x)=f′(x)+g′(x)=+2cos x+sin 2x.
答案:+2cos x+sin 2x
8.(2020·绍兴市柯桥区高三模拟)已知曲线y=x2-3ln x的一条切线的斜率为-,则切点的横坐标为________.
解析:设切点为(m,n)(m>0),y=x2-3ln x的导数为y′=x-,可得切线的斜率为m-=-,解方程可得,m=2.
答案:2
9.(2020·金华十校高考模拟)函数f(x)的定义域为R,f(-2)=2 018,若对任意的x∈R,都有f′(x)<2x成立,则不等式f(x)<x2+2 014的解集为________.
解析:构造函数g(x)=f(x)-x2-2 014,则g′(x)=f′(x)-2x<0,所以函数g(x)在定义域上为减函数,且g(-2)=f(-2)-22-2 014=2 018-4-2 014=0,由f(x)<x2+2 014有f(x)-x2-2 014<0,即g(x)<0=g(-2),所以x>-2,不等式f(x)<x2+2 014的解集为(-2,+∞).
答案:(-2,+∞)
10.如图,已知y=f(x)是可导函数,直线l是曲线y=f(x)在x=4处的切线,令g(x)=,则g′(4)=________.
解析:g′(x)=′=.
由题图可知,直线l经过点P(0,3)和Q(4,5),
故k1==.
由导数的几何意义可得f′(4)=,
因为Q(4,5)在曲线y=f(x)上,故f(4)=5.
故g′(4)===-.
答案:-
11.已知函数f(x)=x3+x-16.
(1)求曲线y=f(x)在点(2,-6)处的切线的方程;
(2)如果曲线y=f(x)的某一切线与直线y=-x+3垂直,求切点坐标与切线的方程.
解:(1)可判定点(2,-6)在曲线y=f(x)上.
因为f′(x)=(x3+x-16)′=3x2+1.
所以f(x)在点(2,-6)处的切线的斜率为k=f′(2)=13.
所以切线的方程为y=13(x-2)+(-6),
即y=13x-32.
(2)因为切线与直线y=-x+3垂直,
所以切线的斜率k=4.
设切点的坐标为(x0,y0),
则f′(x0)=3x+1=4,所以x0=±1.
所以或
即切点坐标为(1,-14)或(-1,-18),
切线方程为y=4(x-1)-14或y=4(x+1)-18.
即y=4x-18或y=4x-14.
12.已知函数f(x)=ax+(x≠0)在x=2处的切线方程为3x-4y+4=0.
(1)求a,b的值;
(2)求证:曲线上任一点P处的切线l与直线l1:y=x,直线l2:x=0围成的三角形的面积为定值.
解:(1)由f(x)=ax+,得f′(x)=a-(x≠0).
由题意得
即解得a=1,b=1.
(2)证明:由(1)知f(x)=x+,
设曲线的切点为P,f′(x0)=1-,
曲线在P处的切线方程为
y-=(x-x0).
即y=x+.当x=0时,y=.
即切线l与l2:x=0的交点坐标为A.
由得
即l与l1:y=x的交点坐标为B(2x0,2x0).
又l1与l2的交点为O(0,0),则所求的三角形的面积为S=·|2x0|·=2.
即切线l与l1,l2围成的三角形的面积为定值.
[综合题组练]
1.若曲线y=f(x)=ln x+ax2(a为常数)不存在斜率为负数的切线,则实数a的取值范围是( )
A. B.[-,+∞)
C.(0,+∞) D.[0,+∞)
解析:选D.f′(x)=+2ax=(x>0),根据题意有f′(x)≥0(x>0)恒成立,所以2ax2+1≥0(x>0)恒成立,即2a≥-(x>0)恒成立,所以a≥0,故实数a的取值范围为[0,+∞).故选D.
2.(2020·金华十校联考)已知函数y=x2的图象在点(x0,x)处的切线为l,若l也与函数y=ln x,x∈(0,1)的图象相切,则x0必满足( )
A.0<x0< B.<x0<1
C.<x0< D.<x0<
解析:选D.令f(x)=x2,f′(x)=2x,f(x0)=x,所以直线l的方程为y=2x0(x-x0)+x=2x0x-x,因为l也与函数y=ln x(x∈(0,1))的图象相切,令切点坐标为(x1,ln x1),y′=,所以l的方程为y=x+ln x1-1,这样有所以1+ln(2x0)=x,x0∈(1,+∞),令g(x)=x2-ln(2x)-1,x∈(1,+∞),所以该函数的零点就是x0,又因为g′(x)=2x-=,所以g(x)在(1,+∞)上单调递增,又g(1)=-ln 2<0,g()=1-ln 2<0,g()=2-ln 2>0,从而<x0<,选D.
3.(2020·宁波四中高三月考)给出定义:若函数f(x)在D上可导,即f′(x)存在,且导函数f′(x)在D上也可导,则称f(x)在D上存在二阶导函数,记f″ (x)=(f′(x))′.若f″(x)<0在D上恒成立,则称f(x)在D上为凸函数.以下四个函数在上是凸函数的是________(把你认为正确的序号都填上).
①f(x)=sin x+cos x; ②f(x)=ln x-2x;
③f(x)=-x3+2x-1; ④f(x)=xex.
解析:①中,f′(x)=cos x-sin x,f″(x)=-sin x-cos x=-sin<0在区间上恒成立;②中,f′(x)=-2(x>0),f″(x)=-<0在区间上恒成立;③中,f′(x)=-3x2+2,f″(x)=-6x在区间上恒小于0.④中,f′(x)=ex+xex,f″(x)=2ex+xex=ex(x+2)>0在区间上恒成立,故④中函数不是凸函数.故①②③为凸函数.
答案:①②③
4.(2020·浙江省十校联合体期末检测)已知函数f(x)=aex+x2,g(x)=cos (πx)+bx,直线l与曲线y=f(x)切于点(0,f(0)),且与曲线y=g(x)切于点(1,g(1)),则a+b=________,直线l的方程为________.
解析:f′(x)=aex+2x,g′(x)=-πsin (πx)+b,
f(0)=a,g(1)=cos π+b=b-1,
f′(0)=a,g′(1)=b,
由题意可得f′(0)=g′(1),则a=b,
又f′(0)==a,
即a=b=-1,则a+b=-2;
所以直线l的方程为x+y+1=0.
答案:-2 x+y+1=0
5.设有抛物线C:y=-x2+x-4,过原点O作C的切线y=kx,使切点P在第一象限.
(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)由题意得,y′=-2x+.设点P的坐标为(x1,y1),则y1=kx1,①
y1=-x+x1-4,②
-2x1+=k,③
联立①②③得,x1=2,x2=-2(舍去).所以k=.
(2)过P点作切线的垂线,其方程为y=-2x+5.④
将④代入抛物线方程得,x2-x+9=0.
设Q点的坐标为(x2,y2),则2x2=9,
所以x2=,y2=-4.
所以Q点的坐标为.
6.(2020·绍兴一中月考)已知函数f(x)=ax3+3x2-6ax-11,g(x)=3x2+6x+12和直线m:y=kx+9,且f′(-1)=0.
(1)求a的值;
(2)是否存在k,使直线m既是曲线y=f(x)的切线,又是曲线y=g(x)的切线?如果存在,求出k的值;如果不存在,请说明理由.
解:(1)由已知得f′(x)=3ax2+6x-6a,
因为f′(-1)=0,
所以3a-6-6a=0,所以a=-2.
(2)存在.由已知得,直线m恒过定点(0,9),若直线m是曲线y=g(x)的切线,则设切点为(x0,3x+6x0+12).
因为g′(x0)=6x0+6,
所以切线方程为y-(3x+6x0+12)=(6x0+6)(x-x0),
将(0,9)代入切线方程,解得x0=±1.
当x0=-1时,切线方程为y=9;
当x0=1时,切线方程为y=12x+9.
由(1)知f(x)=-2x3+3x2+12x-11,
①由f′(x)=0得-6x2+6x+12=0,
解得x=-1或x=2.
在x=-1处,y=f(x)的切线方程为y=-18;
在x=2处,y=f(x)的切线方程为y=9,
所以y=f(x)与y=g(x)的公切线是y=9.
②由f′(x)=12得-6x2+6x+12=12,
解得x=0或x=1.
在x=0处,y=f(x)的切线方程为y=12x-11;
在x=1处,y=f(x)的切线方程为y=12x-10,
所以y=f(x)与y=g(x)的公切线不是y=12x+9.
综上所述,y=f(x)与y=g(x)的公切线是y=9,此时k=0.