第十四章  导数

考纲要求 知识结构&梳理 复习详导 高考试题 目标训练 热身训练
    一、高考大纲  
    考试内容:
    导数的概念。导数的几何意义。几种常见函数的导数。
    两个函数的和、差、积、商和导数。复习函数的导数。基本导数公式。
    利用导数研究函数的单调性和极值。函数的最大值和最小值。
    考试要求:
    (1)了解导数概念的某些实际背景(如瞬时速度、加速度、光滑曲线切线的斜率等);掌握函数在一点处的导数的定义和导数的几何意义;理解导函数的概念。
    (2)熟记基本导数公式(c,xm(m为有理数),sinx,cosx,ex,ax,lnx, logax 的导数);掌握两个函数和、差、积、商的求导法则。了解复合函数的求导法则,会求某些简单函数的导数。
    (3)理解可导函数的单调性与其导数的关系;了解可导函数在某点取得极值的必要条件和充分条件(导数在极值点两侧异号);会求一些实际问题(一般指单峰函数)的最大值和最小值。
   
二、高考要览
考试内容 能力层次 高考要求 考题年份分值
导数 导数概念;复合函数求导法则
2004 2005 2006 2007 2008
全国I.5        
全国Ⅳ.5        
湖北.5 湖北.5      
浙江.5        
湖南.4 湖南.5 湖南13.4    
重庆.4 重庆.4      
  江西.5      
  北京.4 北京16.13    
  江苏.4      
    安徽7.5    
    安徽20.12    
    辽宁22.12    
理解 导函数概念
掌握 函数在一点处的导数的定义和导数的几何意义;基本导数公式;和、差、积、商的求导法则;会求简单函数的导数
导数应用 可导函数的单调性与其导数的关系;可导函数在某点取得极值的必要和充分条件
2004 2005 2006 2007 2008
全国I.4   全国I21.14    
全国Ⅱ.12 全国Ⅱ.12      
全国Ⅱ.12        
  全国Ⅲ.12      
江苏.5 江苏.12      
湖北.5 湖北.12      
湖北.12        
福建.5 福建.12      
福建.12        
天津.14        
广东.12 广东.5      
广东.12        
湖南.5        
湖南.12        
浙江.12        
重庆.12 重庆.12      
辽宁.12 辽宁.12      
安徽春.12        
  江西.12 江西5.5    
    江西17.5    
  山东.12      
    天津9.5    
    天津20.12    
掌握 会求一些实际问题的最大值和最小值

    三、命题趋势
    从上表可以看出近几年本章考查呈现以下特点:
    1、题型和题量:一般为一个小题和一个大题,小题主要考查导数的概念、四则运算及简单的应用,大题主要考查单调性、极值、最值问题及应用问题.
    2、知识点考查:考查的重点为用导数求函数的单调区间、极值、最值或已知函数的单调区间、极值、最值求参数的取值范围或参数的值.
    3、难度与创新:导数是近几年的教材中增加的内容,高考对这部分内容越考越难,出题的形式多种多样,大题逐步由中档题向综合题过渡.

    四、复习建议
    根据本章知识的重要性以及高考对本章内容的考查情况,复习时应注意以下几点:
    1、导数是中学内容中较为重要的知识.由于其应用的广泛性,为我们解决所学过的有关函数问题提供了一般性的方法,运用它可以简捷地解决一些实际问题.本章中导数的概念、求导运算、函数的单调性、极值和最值是重点知识 .因此,要掌握其概念,会求函数的导数,会用求导的方法判断或论证函数的单调性,会求函数的极值和最值,会用导数解决一些实际问题.
    2、要从实际背景出发了解导数的定义,及简单函数导函数的求法(用定义)并注意函数值的改变量要与自变量的改变量对应.
    3、通过适量运算,掌握简单函数导数的求法,并熟记常见函数的导数公式及求导法则.
    4、导数在研究函数的单调性、求函数最值两方面的应用是本章重点,尤其在解应用题时的作用更应引起重视.

    五、思想与方法综览

    1、函数与方程思想
    函数思想是指用联系变化的观点分析问题,通过函数的形式把问题中的数量关系表示出来,运用函数的概 念、图象、性质、求导等对问题加以研究,使问题获得解决.函数与方程二者密切不可分,如函数的解析式`y=f(x)` 也可看成方程.函数与方程思想体现了动与静、 变量与常量的辩证统一,是重要的数学方法之一.
    例1(2006年北京)已知函数`f(x)=ax^3+bx^2+cx`在点`x_0`处取得极大值5,其导函数`y=f′(x)`的图象经过点(1,0),(2,0),如图所示 .求:
    (1)`x_0`的值;
    (2)`a,b,c`的值.
    解答:解法一:(1)由图象可知,在`(-00,1)上,f′(x)>0`
    故`f(x)`在`(-oo,1),(2,+oo)`上递增,在`(1,2)`上递减.因此`f(x)`在`x=1`处取得极大值,所以`x_0=1`
    (2)`f′(x)=3ax^2+2bx+c,由f′(1)=0. f′(2)=0,f(1)=5,得{(3a+2b+c=0),(12a+4b+c=0),(a+b+c=5):}`
    解得`a=2,b=-9,c=12`
    解法二:(1)同解法一
    (2)设`f′(x)=m(x-1)(x-2)=mx^2-3mx+2m`,又` f′(x)=3ax^2+2bx+c`
    所以`a=m/3,b=-3m/2,c=2m,f(x)=(m/3)x^3-3/2mx^2+2mx`
    `由f(1)=5,即m/3-3/2m+2m=5,得m=6,所以a=2,b=-9,c=12`.
    2、化归与转化思想
    化归与转化是指在处理问题时,把待解决或难解决的问题,通过某种转化过程,化归为一类已经解决的或比较容易解决的问题,从而求得原问题的解.化归与转化思想在数学中非常广泛,如未知向已知的转化, 新知识向旧知识的转化,复杂问题向简单问题的转化,实际问题向数学问题的转化等.
    例2 已知一列椭圆`C_n:x^2+y^2/b_n^2=1,0<b_n<1,n=1,2,…`,若椭圆`C_n`上有一点`P_n`,使`P_n`到右准线`l_n`的距离`d_n`是`|P_nF_n|与|P_nG_n|`的等差中项,其中`F_n、G_n`,分别是`C_n`的左右 焦点.
    (1)试证:`b_n<=sqrt(3)/2(n>=1)`;
    (2)取`b_n=sqrt(2n+3)/(n+2)`,并用`S_n`表示`DeltaP_nF_nG_n`的面积,试证:`S_1<S_2且S_n>S_
(n+1)(n>=3)`
    解答:(1)由题设及椭圆的几何性质有`2d_n=|P_nF_n|+|P_nG_n|=2,故d_n=1`
    设`c_n=sqrt(1-b_n^2),则右准线方程为l_n:x=1/c_n`
    因此,由题意`d_n=1`应满足`1/c_n-1<=d_n<=1/c_n+1`,
    即`{(1/c_n-1<=1),(0<c_n<1):}`解得`1/2<=c_n<1`,即`1/2<=sqrt(1-b_n^2)<1`
    从而对任意`n>=1,b_n<=sqrt(3)/2`
    (2)设点`P_n`的坐标为`(x_n,y_n)`,则由`d_n=1`及椭圆方程易知`x_n=1/c_n-1`

    `y_n^2=b_n^2(1-x_n^2)=(1-c_n^2)[1-(1/c_n-1)^2]=1/c_n^2(-2c_n^3+c_n^2+2c_n-1)`.
    因为`|F_nG_n|=2c_n`,故`DeltaP_nF_nG_n`的面积为`S_n=c_n|y_n|`,从而`S_n^2=-2c_n^3+c_n^2+2c_n-1(1/2<=c_n<1)`
    令`f(c)=-2c^3+c^2+2c-1`,由`f′(c)=-6c^2+2c+2=0`,得两根`(1+-sqrt(13))/6`,
    从而易知`f(c)`在`[1/2,(1+sqrt(13))/6)`内是增函数,而在`((1+sqrt(13))/6,1)`内是减函数.
    现在由题设取`b_n=sqrt(2n+3)/(n+2)`,则`c_n=sqrt(1-b_n^2)=(n+1)/(n+2)=1-1/(n+2),c_n`是增数列 .
    又易知`c_2=3/4<(1+sqrt(13))/6<4/5=c_3`,故由前已证知`S_1<S_2`,且`S_n>S_n+1(n>=3)`
    3、分类讨论思想
    分类讨论是重要的数学思想方法之一,它把受多种条件交叉制约、形成错综复杂的问题划分成若干个局部问题,在每一局部问题中,原先的“不确定因素”不再影响问题的解决,当这些局部问题都解决完时,整 个问题也就解决了,分类讨论问题涉及面广、综合性强,在高考题中,从未间断对这一思想的考查.
    例3 已知函数`f(x)=-x^2+8x,g(x)=6lnx+m`
    (1)求`f(x)`在区间`[t,t+1]`上的最大值`h(t)`;
    (2)是否存在实数m,使得`y=f(x)`的图象与`y=g(x)`的图象有且只有三个不同的交点?若存在,求出m的取值 范围;若不存在,说明理由.
    解答:(1)`f(x)=-x^2+8x=-(x-4)^2+16`
    当`t+1<4, 即t<3时,f(x)在[t,t+1]`上单调递增.`h(t)=f(t+1)=-(t+1)^2+8(t+1)=-t^2+6t+7`
    当`t<=4<=t+1时,即3<=t<=4时,h(t)=f(4)=16`
    当`t>4时,f(x)在[t,t+1]上单调递减,h(t)=f(t)=-t^2+8t`
    综上,`h(t)={(-t^2+6t+7,(t<3)),(16,(3<=t<=4)),(-t^2+8t,t>4):}
    (2)函数`y=f(x)的图象与y=g(x)`的图象有且只有三个不同的交点,即函数`varphi(x)=g(x)-f(x)`的图象与x轴的正半轴有且只有三个不同的交点,所以`varphi(x)=x^2-8x+6lnx+m, varphi′(x)=2x-8+6/x=(2x^2-8x+6)/x=(2(x-1)(x-3))/x(x>0)`
    当`x in (0,1)时,varphi′(x)>0, varphi(x)`是增函数;
    当`x in (1,3)时,varphi′(x)<0, varphi(x)`是减函数;
    当`x in (3,+00)时,varphi′(x)>0,varphi(x)`是增函数;
    当`x=1或x=3时,varphi′(x)=0`
    所以` varphi(x)的极大值= varphi(1)=m-7, varphi(x)的极小值= varphi(3)=m+8ln3-15`
    因为当x充分接近0时,` varphi(x)<0,当x充分大时,varphi(x)>0`所以要使`arphi(x)`的图象与x轴正半轴有三个不同的交点,必须且只须`{( varphi(x)的极大值=m-7>0),(varphi(x)的极小值=m+6ln3-15<0):},即7<m<15-6ln3`所以存在实数`x`,使得函数`y=f(x)与y=g(x)`的图象有且只有三个不同的交点,m的取值范围为`(7,15-6ln3)`
    4、构造思想
    “构造”是一种重要而灵活的思维方法.应用好构造思想解题的关键是:一要有明确的方向.即为什么目 的而构造,二是要弄清条件的本质特点,以便重新进行逻辑组合.
    例4 已知`a、b`为实数,且`b>a>e`,其中`e`为自然对数的底,求证`a^b>b^a`
    分析:通过考察函数的单调性证明不等式也是常用的一种方法.
    解答:`.:b>a>e,:.要证a^b>b^a,只要证blna>alnb`
    `.:b>a>e,:.lna>1且a/b<1,:.f′(b)>0`
    `:.`函数`f(b)=b•lna-alnb`在`(e,+00)`上是增函数.
    `:.f(b)>f(a)即blna-alnb>alna-alna=0即blna-alnb>0,:.blna>alnb,a^b>b^a`.
 

   一、知识结构

    
  

   二、知识梳理

    (一)知识要点
    1、导数的定义及其几何意义.
    (1)设函数y=f(x)在`x=x_0`处附近有定义,则函数y=f(x)在`x=x_0`处的导数为
    `y'|_(x=x_0)=f'(x_0)=lim_(Delta x→0)(Delta y)/(Delta x)=lim_(Delta x→0)(f(x_0+Delta x)-f(x_0))/(Delta x)`.
    (2)函数y=f(x)在`x=x_0`处导数的几何意义,就是曲线y=f(x)在点`(x_0,f(x_0))`处的切线的斜率,即曲线y=f(x)在点`(x_0,f(x_0))`处的切线斜率`k_切=f'(x_0)`.
    (3)如果函数y=f(x)在区间(a,b)内每一点处均有导数,则称函数`y'=f'(x)`为y=f(x)在(a,b)内导函数,简称导数,即有`y'=f'(x)=lim_(Delta x→0)(Delta y)/(Delta x)=lim_(Delta x→0)(f(x+Delta x)-f(x))/(Delta x)`,其中x∈(a,b).
    (4)求函数y=f(x)导数的步骤.
    ①求函数的增量`Delta y=f(x+Delta x)-f(x)`;
    ②求平均变化率`(Delta y)/(Delta x)=(f(x+Delta x)-f(x))/(Delta x)`;
    ③求极限`lim_(Delta x→0)(Delta y)/(Delta x)`,得导数`f'(x)`.
    2、求导数的方法.
    (1)常用的导数公式.
    `(C)'=O (C为常数); (x^m)'=mx^(m-1)(m∈Q)`;
    `(sinx)'=cosx; (cosx)'=-sinx`:
    `(e^x)'=e^x; (a^x)'=a^xtext(ln)a`:
    `(lnx)'=1/x;(log_ax)'=1/xlog_ae`
    (2)两个函数四则运算的导数.
    `(u±v)'=u'±b'; (uv)'=u'v+uv'; (u/v)=(u'v-uv')/(v^2) (v≠0)`.
    (3)复合函数的导数:`y_x'=y_u'•u_x'`.
    3、导数的应用.
    (1)判断函数的单调性.设函数y=f(x)在区间(a,b)内有导数,如果`f'(x)>0`,则y=f(x)在(a,b)内是增函数;如果`f'(x)<0`,则y=f(x)在(a,b)内是减函数.
    (2)求函数极值.
    ①设函数f(x)在点`x_0`附近有定义,如果对`x_0`附近所有的点,都有`f(x)<f(x_0)`(或`f(x)>f(x_0)`),则说`f(x_0)`是函数f(x)的一个极大值(或极小值).
    ②设函数y=f(x)在某区间内可导,则求函数y=f(x)的极值的方法为:
    (i)求导数`f'(x)`;
    (ii)求方程`f'(x)=0`的根;
    (iii)检查`f'(x)`在方程`f'(x)=0`的根左右的符号,如果左正右负,则f(x)在这个根处取得极大值;如果左负右正,则f(x)在这个根处取得极小值.
    (3)求函数最大值或最小值.
    设函数y=f(x)在[a,b]上有定义,在(a,b)内可导,则求函数y=f(x)在[a,b]上的最大(小)值的步骤是:
    ①求y=f(x)在(a,b)内的极值;
    ②将y=f(x)的各极值与f(a),f(b)比较,其中最大的一个是最大值,最小的一个是最小值.
    (二)考试要求
    1、了解导数概念的某些背景(如瞬时速度、加速度、光滑曲线的切线斜率等),掌握函数在某点处的导数的定义,掌握导数的几何意义,理解导函数的概念.能熟练地应用函数在某点处的导数定义求简单函数在某点处的导数,会用导数的几何意义求曲线的切线方程.
    2、熟记基本导数公式,掌握两个函数的四则运算求导法则,理解复合函数的求导法则,能够比较灵活地应用求导法则和基本导数公式求简单函数的导数.
    3、了解可导函数的单调性与其导数的关系,会用导数方法判断函数的单调性,会求函数的单调区间.了解可导函数在某点处取得极值的必要条件和充分条件,会用导数的方法求函数的极值和最值,并能灵活地应用于解决最值的实际问题.
    4、本章渗透了运动变化的极限思想,运用了函数与方程、数形结合、等价转化、变量代换、函数建模等数学思想方法,体现了本章的复习重点和高考热点.
    (三)考点说明
    1、函数在某点处导数的实质是一个极限问题,函数值相对于某点处自变量的变化率,是某点处平均变化率的极限.
    2、运用复合函数的求导法则`y_x'=y_u'•u_x'`,要把中间变量换成自变量的函数,“层层代换”,求复合函数的导数,关键在于分清函数的复合关系,选好中间变量,同时要分清每一步求导是哪一个变量对哪一个变量的求导.如函数`y=(x+sqrt(x^2+1))^2`,若设`u=x+sqrt(x^2+1)`、`v=sqrt(x^2+1)`,`omega=x^2+1`,`t=x^2`,则有复合关系为`y=u^2`,`u=x+v`,`v=sqrt(omega)`,`omega=t+1`,`t=x^2`,这样求导数就复杂多了.若设`u=x+sqrt(x^2+1)`,`v=x^2+1`,则复合关系为`y=u^2`,`u=x+sqrt(v)`,`v=x^2+1`,显然求导计算就简单多了.
    3、极值是局部性概念,最值是全局性概念,因而极大(小)值不一定是最大(小)值,最大(小)值也不一定是极大(小)值.但如果连续函数在开区间内只一个极值,那么极大值就是最大值,极小值就是最小值.

    复习详导
    §14.1 导数概念及其运算 (1)

    §14.2 导数的综合运用 (1)

    高考试题
    理科:
    一、选择题
    二、填空题
    三、解答题
    文科:
    一、选择题
    二、填空题
    三、解答题
    目标训练
    1、第一轮选填训练 (1) (2)

    2、第一轮基础训练 (1)

    3、第一轮单元训练 (1) (2)

    热身训练
    1、选择题 (1)
    2、填空题 (1)
    3、解答题 (1)
    4、基础综合训练 (1)
    5、综合训练 (1)

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