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- 2021-05-14 发布
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高考数学指导:导数的综合应用
导数既是高中数学的新增内容,又是高考的新热点,导数知识的综合运用涉及到函数、方程、不等式、物体运动的瞬时速度和应用性问题.本文从以下八个方面研究导数的应用,供大家参考.
(一)求与曲线的切线斜率有关的问题
曲线在点处的切线斜率为,切线方程为
例1 (03年高考题)设曲线在点处切线的倾斜角的取值范围为则点P到曲线对称轴距离的取值范围为( ).
(A) (B) (C) (D)
分析:本题应把曲线的切线斜率、二次函数的性质及不等式的性质结合起来思考.
解:∵曲线在点处的切线斜率是 又曲线在点处切线的倾斜角的取值范围为因此斜率的取值范围是,即又曲线对称轴方程为点P到曲线对称轴距离为其范围是, 故选(B).
例2 (03年高考题)已知抛物线
如果直线同时是的切线,称是的公切线,公切线上两个切点之间的线段,称为公切线段.
(1)取什么值时,有且仅有一条公切线?写出此公切线的方程;
(2)若有两条公切线,证明相应的两条公切线段互相平分.
分析:先分别假设两抛物线上的切点,写出相应切线方程,再由它们是同一个方程,得出对应项系数相等进行思考.
解:(1)函数曲线在点的切线方程即①
函数曲线在点的切线方程:即②
若直线是过的公切线,则①和②都是的方程,所以消去
若判别式此时点P与Q重合.有且仅有一条公切线,由①得公切线方程为
(2)略.
(二)求运动物体的瞬时速度
物体的运动方程为则物体的瞬时速度为
例3 向高为8m,上口直径为8m的倒圆锥形容器内注水,其速度为每分种4m,求当水深为5m时,水面上升的速度.
分析:由注水体积与容器内的水的体积相等,建立水深与时间的函数关系,再用导数方法思考相应时刻水深的变化率.
解:设t分钟后水深为y m,此时水面半径为m,
当.
答:水面上升的速度为每分钟米.
例4 两船同时从同一码头出发,甲船以每时30公里的速度向北行驶,乙船以每时40公里的速度向东行驶,求两船相离的速度.
分析:本题由物体运动距离与时间的关系,思考物体在各时刻的运动状态.
解:依题意有,两船的距离d与时间t的函数关系为:,其中两船相离的速度为每时公里.
(三)求函数单调区间
函数内可导,若则在内为增函数(或减函数).即:①单增(减)区间为的解集为②在单增(减),在内恒成立.
例5 (02年高考题)已知函数在x=1处有极小值,试确定a,b的值,并求出的单调区间.
分析:由函数值和极值确定a、b,再根据导函数值的符号确定函数单调区间.
解:由已知,可得①,
②.由①②得.故. .
令
在为单增;在为单减.
例6 (03年高考题)设求函数的单调区间.
分析:本题是含参数函数的单调区间问题,要对参数进行分类讨论.
解:
(1)当 时,对所有,有
此时在内单调递增.
(2)当时,对所有,有
此时在内单调递增,在内单调递增.
又在处连续,故在内单调递增.
(3)当时,令,即
解得
在内单增,在内单增.
令,即得
故在内单调递减.
(四)求函数的最值
求可导函数的极值的步骤为:①求导数②求方程的根;③检验在方程根左右的符号,若左正右负,则在这个根处取极大值;若左负右正,则在这个根处取极小值;若左右符号相同,则在这个根处没有极值.
若在上连续,在内可导,求在上的最值的步骤为:①求内的极值;②将的各个极值与、比较,其中最大的为最大值,最小的为最小值.
例7 (00年上海高考题)已知函数(1)当时,求函数的最小值;(2)若对任意恒成立,试求实数a的取值范围.
分析:本题由导函数值的符号确定函数的单调性,再求其最值.
解:(1)上单增,最小值为
(2)对恒成立恒成立恒成立.设,则a大于u的最大值,又是减函数,当时u取得最大值
例8 求函数在上的最大值和最小值.
分析:先用分段函数表示,思考连续函数在闭区间上的极值及在端点处的值,即可得出最值.
解:∵上连续,必存在最大值和最小值.
∵
函数在x=0处不可导,且解得
∵
函数在x=0处取得最小值0;在x=处取得最大值10.
(五)求参数的范围
此类问题考虑参数与变量分离的方法解决.
例9 (00年高考题)设函数,其中.(1)解不等式;(2)求的取值范围,使函数在区间上是单调函数.
分析:要使函数单调则在上恒正或恒负.
解:(1)略.
(2)当时,当时,又a>0,当且仅当时,上恒小于0.故上是单减函数.
例10 (02年上海高考题)已知函数(1)当时,求函数的最大值和最小值;(2)求实数a的取值范围,使在上是单调函数.
解: (1)令则比较得的最大值37,最小值1.
(2)要使在上单调,当且仅当即总成立.
(六)求函数解析式
此类问题往往先用待定系数法设出函数的解析式,再用函数性质思考.
例11 (95年上海高考题)设是二次函数,方程有两个相等的实根,且求的表达式.
分析:由待定系数法设出二次函数的解析式,用导函数比较系数和判别式为零来解.
解:设则又又方程有两个相等实根, 故
例12 已知是一个一元三次函数, 在处分别取得极值求此函数的解析式.
分析:由函数值和导函数值列出方程组思考解决.
解:设则依题意有:
①②
③④
解①②③④的方程组,得
即
(七)证明不等式
这是导数问题的新题型, 函数、方程、不等式相互关联,解题时往往构造函数,考虑函数的性质.
例13 (01年高考题)已知是正整数,且
(1)证明:(2)证明:
分析:本题不等式(2)等价于,即,构造函数思考其单调性即可.
证明:(1)略.
(2)考查函数则由知,上单减.
又
故
例14若在取得极值
求证:
分析:由s,t是的两实根,考查的根的分布.
证明:∵
∵取得极值,是方程得两根,
由根与系数关系知均大于0.又
在区间内分别有一根.∵
(八)解应用问题
解决数学应用问题,先构造目标函数,再根据导数和不等式知识确定函数的极值或最值.
例15 一种变压器的铁心的截面为正十字型,为保证所需的磁通量,要求十字型应具有cm的面积,问应如何设计正十字型的宽x和长y,才能使其外接圆的周长最短,这样可使绕在铁心上的铜线最省.
解:设由条件知
设外接圆半径为R,记则
令此时最小,即R最小,从而周长最小,此时cm,cm.
例16 (01年高考题)设计一幅宣传画,要求画面面积为4840cm,画面的宽与高的比为,画面的上、下各8cm空白,左、右各留5cm空白. 怎样确定画面的高与宽尺寸,能使宣传画所用纸张面积最小?
解:设画面高为x cm,宽为cm,则设纸张面积为S,有令得此时S有最小值,
从而
答:画面的高为88cm,宽为55cm,能使宣传画所用纸张面积最小.