高三数学第一轮复习讲义11.0 导数应用的题型与方法（无答案）全国通用

高中数学 高中数学 0202 级实验班 第四轮复习讲义级实验班 第四轮复习讲义 第第 8 8 讲讲 导数应用的题型与方法导数应用的题型与方法 一 一 考试内容考试内容 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 商的导数 复合函数的导数 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 二 二 考试要求考试要求 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 熟记基本导数公式 c x m 为有理数 sin x cos x e a lnx log x mxx a 的导数 掌握两个函数四则运算的求导法则和复合函数的求导法则 会求某些简单函 数的导数 了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 导数要极值点两侧异号 会求一些实际问题 一般指单峰函数 的最 大值和最小值 三 复习目标三 复习目标 1 了解导数的概念 能利用导数定义求导数 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 了解曲线的切线的概念 在了解瞬时速度的基础上抽 象出变化率的概念 2 熟记基本导数公式 c x m 为有理数 sin x cos x e a lnx log x 的 mxx a 导数 掌握两个函数四则运算的求导法则和复合函数的求导法则 会求某些简单函数 的导数 利能够用导数求单调区间 求一个函数的最大 小 值的问题 掌握导数的基本 应用 3 了解函数的和 差 积的求导法则的推导 掌握两个函数的商的求导法则 能正确 运用函数的和 差 积的求导法则及已有的导数公式求某些简单函数的导数 4 了解复合函数的概念 会将一个函数的复合过程进行分解或将几个函数进行复合 掌握复合函数的求导法则 并会用法则解决一些简单问题 四 双基透视四 双基透视 导数是微积分的初步知识 是研究函数 解决实际问题的有力工具 在高中阶段对于导 数的学习 主要是以下几个方面 1 1 导数的常规问题 1 刻画函数 比初等方法精确细微 2 同几何中切线联系 导数方法可用于研究平面曲线的切线 3 应用问题 初等方法往往技巧性要求较高 而导数方法显得简便 等关于次多项n 式的导数问题属于较难类型 2 2 关于函数特征 最值问题较多 所以有必要专项讨论 导数法求最值要比初等方法 快捷简便 3 3 导数与解析几何或函数图象的混合问题是一种重要类型 也是高考中考察综合能力 的一个方向 应引起注意 4 4 曲线的切线 曲线的切线 在初中学过圆的切线 直线和圆有惟一公共点时 叫做直线和圆相切 这时直线叫做圆 的切线 惟一的公共点叫做切点 圆是一种特殊的曲线 能不能将圆的切线的概念推广为一 段曲线的切线 即直线和曲线有惟一公共点时 直线叫做曲线过该点的切线 显然这种推广 是不妥当的 如图 3 1 中的曲线 C 是我们熟知的正弦曲线 y sinx 直线与曲线 C 有惟一 1 l 公共点 M 但我们不能说直线与曲线 C 相切 而直线尽管与曲线 C 有不止一个公共点 1 l 2 l 我们还是说直线是曲线 C 在点 N 处的切线 因此 对于一般的曲线 须重新寻求曲线的切 2 l 线的定义 所以课本利用割线的极限位置来定义了曲线的切线 5 5 瞬时速度 瞬时速度 在高一物理学习直线运动的速度时 涉及过瞬时速度的一些知识 物理教科书中首先指 出 运动物体经过某一时刻 或某一位置 的速度叫做瞬时速度 然后从实际测量速度出发 结合汽车速度仪的使用 对瞬时速度作了说明 物理课上对瞬时速度只给出了直观的描述 有了极限工具后 本节教材中是用物体在一段时间运动的平均速度的极限来定义瞬时速度 6 6 导数的定义 导数的定义 导数定义与求导数的方法是本节的重点 推导导数运算法则与某些导数公式时 都是以 此为依据 对导数的定义 我们应注意以下三点 1 x 是自变量 x 在 处的增量 或改变量 0 x 2 导数定义中还包含了可导或可微的概念 如果 x 0 时 有极限 那么函数 x y y f x 在点处可导或可微 才能得到 f x 在点处的导数 0 x 0 x 3 如果函数 y f x 在点处可导 那么函数 y f x 在点处连续 由连续函数定义可 0 x 0 x 知 反之不一定成立 例如函数 y x 在点 x 0 处连续 但不可导 由导数定义求导数 是求导数的基本方法 必须严格按以下三个步骤进行 1 求函数的增量 00 xfxxfy 2 求平均变化率 x xfxxf x y 00 3 取极限 得导数 x y xf x 0 0 lim 7 7 导数的几何意义 导数的几何意义 函数 y f x 在点处的导数 就是曲线 y x 在点处的切线的斜率 由 0 x 00 xfxP 此 可以利用导数求曲线的切线方程 具体求法分两步 1 求出函数 y f x 在点处的导数 即曲线 y f x 在点处的切线的斜 0 x 00 xfxP 率 2 在已知切点坐标和切线斜率的条件下 求得切线方程为 000 xxxfyy 特别地 如果曲线 y f x 在点处的切线平行于 y 轴 这时导数不存 根 00 xfxP 据切线定义 可得切线方程为 0 xx 8 和 或差 的导数 和 或差 的导数 上一节我们学习了常见函数的导数公式 那么对于函数的导数 又如何 23 xxxf 求呢 我们不妨先利用导数的定义来求 x xxxxxx x xfxxf xf xx lim lim 2323 00 xx xxxxxx x xxxxxxxx x x 23 323 lim 2 33 lim 2 22 0 2322 0 我们不难发现 即两函数和的导数等于这两函数的 23 23223 xxxxxx 导数的和 由此我们猜测在一般情况下结论成立 事实上教材中证明了我们的猜想 这就是两个函 数的和 或差 的求导法则 9 9 积的导数 积的导数 两个函数的积的求导法则的证明是本节的一个难点 证明过程中变形的关键是依据导数 定义的结构形式 具体过程见课本 P120 说明 1 vuuv 2 若 c 为常数 则 cu cu 1010 商的导数 商的导数 两个函数的商的求导法则 课本中未加证明 只要求记住并能运用就可以 现补充证明 如下 设 xv xu xfy u x y xvxxv xvxxvxuxvxuxxu xvxxv xxvxuxvxxu xv xu xxv x xvxxv x xvxxv xuxv x xuxxu x y 因为 v x 在点 x 处可导 所以它在点 x 处连续 于是 x 0 时 v x x v x 从 而 即 2 0 lim xv xvxuxvxu x y x 2 v uvvu v u y 说明 1 2 v u v u 2 v uvvu v u 学习了函数的和 差 积 商的求导法则后 由常函数 幂函数及正 余弦函数经加 减 乘 除运算得到的简单的函数 均可利用求导法则与导数公式求导 而不需要回到导数 的定义去求 11 11 导数与函数的单调性的关系导数与函数的单调性的关系 与为增函数的关系 0 x f xf 能推出为增函数 但反之不一定 如函数在上单0 x f xf 3 xxf 调递增 但 是为增函数的充分不必要条件 0 x f0 x f xf 时 与为增函数的关系 0 x f0 x f xf 若将的根作为分界点 因为规定 即抠去了分界点 此时为0 x f0 x f xf 增函数 就一定有 当时 是为增函数的充分必要0 x f0 x f0 x f xf 条件 与为增函数的关系 0 x f xf 为增函数 一定可以推出 但反之不一定 因为 即为 xf0 x f0 x f 或 当函数在某个区间内恒有 则为常数 函数不具0 x f0 x f0 x f xf 有单调性 是为增函数的必要不充分条件 0 x f xf 函数的单调性是函数一条重要性质 也是高中阶段研究的重点 我们一定要把握好以上 三个关系 用导数判断好函数的单调性 因此新教材为解决单调区间的端点问题 都一律用 开区间作为单调区间 避免讨论以上问题 也简化了问题 但在实际应用中还会遇到端点的 讨论问题 要谨慎处理 单调区间的求解过程 已知 xfy 1 分析 的定义域 2 求导数 xfy xfy 3 解不等式 解集在定义域内的部分为增区间0 x f 4 解不等式 解集在定义域内的部分为减区间0 x f 我们在应用导数判断函数的单调性时一定要搞清以下三个关系 才能准确无误地判断函数的 单调性 以下以增函数为例作简单的分析 前提条件都是函数在某个区间内可导 xfy 函数单调区间的合并 函数单调区间的合并主要依据是函数在单调递增 在单调递增 又 xf ba cb 知函数在处连续 因此在单调递增 同理减区间的合并也是如此 即bxf xf ca 相邻区间的单调性相同 且在公共点处函数连续 则二区间就可以合并为以个区间 12 12 xfy bax 1 恒成立 为上0 x f xfy ba 对任意 不等式 恒成立 bax bfxfaf 2 恒成立 在上0 x f xfy ba 对任意不等式 恒成立 bax bfxfaf 五 注意事项五 注意事项 1 导数概念的理解 2 利用导数判别可导函数的极值的方法及求一些实际问题的最大值与最小值 复合函数的求导法则是微积分中的重点与难点内容 课本中先通过实例 引出复合函数 的求导法则 接下来对法则进行了证明 对于复合函数 以前我们只是见过 没有专门定义和介绍过它 课本中以描述性的方式 对复合函数加以直观定义 使我们对复合函数的的概念有一个初步的认识 再结合以后的例 题 习题就可以逐步了解复合函数的概念 3 3 要能正确求导 必须做到以下两点 1 熟练掌握各基本初等函数的求导公式以及和 差 积 商的求导法则 复合函数 的求导法则 2 对于一个复合函数 一定要理清中间的复合关系 弄清各分解函数中应对哪个变 量求导 4 4 求复合函数的导数 一般按以下三个步骤进行 1 适当选定中间变量 正确分解复合关系 2 分步求导 弄清每一步求导是哪个变量对哪个变量求导 3 把中间变量代回原自变量 一般是 x 的函数 也就是说 首先 选定中间变量 分解复合关系 说明函数关系 y f f x 然后将已知函数对中间变量求导 中间变量对自变量求导 最后求 并 y x x y 将中间变量代回为自变量的函数 整个过程可简记为分解 求导 回代 熟练以后 可 以省略中间过程 若遇多重复合 可以相应地多次用中间变量 六 范例分析六 范例分析 例例 1 1 在处可导 则 1 1 2 xbax xx xfy1 x a b 例例 2 2 已知 f x 在 x a 处可导 且 f a b 求下列极限 1 2 h hafhaf h 2 3 lim 0 h afhaf h lim 2 0 例例 3 3 观察 是否可判断 可导 1 nn nxxxxcos sin xxsin cos 的奇函数的导函数是偶函数 可导的偶函数的导函数是奇函数 例例 4 4 1 求曲线在点 1 1 处的切线方程 1 2 2 x x y 2 运动曲线方程为 求 t 3 时的速度 2 2 2 1 t t t S 例例 5 5 求下列函数单调区间 1 52 2 1 23 xxxxfy 2 x x y 1 2 3 x x k y 2 0 k 4 ln2 2 xy 例例 6 6 求证下列不等式 1 1 2 1ln 2 22 x x xx x x 0 x 2 x x 2 sin 2 0 x 3 xxxx tansin 2 0 x 例例 7 7 利用导数求和 1 2 例例 8 8 求满足条件的a 1 使为上增函数axxy sinR 2 使为上 aaxxy 3 R 3 使为上5 23 xxaxxfR 例例 9 9 1 求证 0 x xx x x 11 ln 1 1 2 求证 Nn 2 n 1 1 2 1 1ln 1 3 1 2 1 n n n 例例 1010 2003 年普通高等学校招生全国统一考试 天津卷 理工农医类 19 设 求函数的单调区间 0 a 0 ln xaxxxf 例例 1111 已知抛物线与直线 y x 2 相交于 A B 两点 过 A B 两点的切线分4 2 xy 别为和 1 l 2 l 1 求 A B 两点的坐标 2 求直线与的夹角 1 l 2 l 例例 1212 2001 年天津卷 设 是上的偶函数 0 a x x e a a e xf R I 求的值 a II 证明在上是增函数 xf 0 例例 1313 2000 年全国 天津卷 设函数 其中 axxxf 1 2 0 a I 解不等式 1 xf II 证明 当时 函数在区间上是单调函数 1 a xf 0 例例 1414 2002 年普通高等学校招生全国统一考试 新课程卷理科类 20 已知 函数设 记曲线在点0 a 0 1 x x ax xf a x 2 0 1 xfy 处的切线为 11 xfxMl 求 的方程 l 设 与轴的交点为 证明 若 则lx 0 2 x a x 1 0 2 a x 1 1 a xx 1 21 例例 1515 2003 年普通高等学校招生全国统一考试 江苏卷 21 已知为正整数 na 0 设 1 nn axnyaxy证明 设 1 1 1 nfnnfanaxxxf nn nn n 证明对任意 例例 1616 2004 年高考浙江卷理科 20 设曲线 0 在点 M t e t 处的切 xey x 线 与 x 轴 y 轴所围成的三角形面积为 S t l 求切线 的方程 求 S t 的最大值 l 解 因为所以切线 的斜率为 xx eexf l x e 故切线 的方程为即 l txeey tt 0 1 teyxe tt 令 y 0 得 x t 1 又令 x 0 得 1 tey t 所以 S t 1 1 2 1 tet t t et 2 1 2 1 从而 当 0 1 时 0 当 1 时 0 1 1 2 1 ttetS t t t S t t S 所以 S t 的最大值为 S 1 e 2 例例 1717 2004 年高考湖北卷文科 22 已知1 0 bcf xxb 函数的图象 的图象相切 与函数 2 g xxbxc 求 b 与 c 的关系式 用 c 表示 b 设函数内有极值点 求 c 的取值范围 在xgxfxF 解 依题意 令 2 1 12 b xbxxgxf 故得 21 0 1 4 1 2 21 2 1 2 cbcb cb b g b f 得由于 43 2 22223 cbbxxxFbcxcbbxxxgxfxF 0 0 3 4 1216 0 43 0 0 222 22 的变化如下且有一个实根则若 则 即令 xFxxF cbcbb cbbxxxF x 0 x x0 0 x x F 0 于是不是函数的极值点 0 xx xF 的变化如下 0 0 2121 xFxxxxxF 且有两个不相等的实根则若 x 1 x x1 21 xx 2 x 2 x x F 0 0 由此 的极小值点 21 xFxxxFxx是函数的极大值点是函数 综上所述 当且仅当 0上有极值点在函数时 xF 347 347 0 3473470 321321 21 330 3 4 2 的取值范围是故所求 或解之得 或 或得由 c cc cccccb cbcbcb 说明 说明 本题考查导数 切线 极值等知识及综合运用数学知识解决问题的能力 例例 1818 2004 年高考福建卷文科 22 已知f x 在区间 1 1 3 2 4 32 Rxxaxx 上是增函数 求实数a的值组成的集合 A 设关于x的方程f x 的两个非零实根为x1 x2 试问 是否存在实数 3 3 1 2xx m 使得不等式 m2 tm 1 x1 x2 对任意a A 及 t 1 1 恒成立 若存在 求 m 的取值 范围 若不存在 请说明理由 解 f x 4 2 f x 在 1 1 上是增函数 2 2 xax f x 0 对x 1 1 恒成立 即x2 ax 2 0 对x 1 1 恒成立 设 x x2 ax 2 方法一 1 1 a 2 0 1 a 1 1 1 a 2 0 对x 1 1 只有当a 1 时 f 1 0 以及当a 1 时 f 1 0 A a 1 a 1 方法二 2 a 0 2 a 0 或 1 1 a 2 0 1 1 a 2 0 0 a 1 或 1 a0 x1 x2是方程x2 ax 2 0 的两非零实根 x1 x2 a x1x2 2 从而 x1 x2 21 2 21 4 xxxx 8 2 a 1 a 1 x1 x2 8 2 a 3 要使不等式 m2 tm 1 x1 x2 对任意a A 及 t 1 1 恒成立 当且仅当 m2 tm 1 3 对任意 t 1 1 恒成立 即 m2 tm 2 0 对任意 t 1 1 恒成立 设g t m2 tm 2 mt m2 2 方法一 g 1 m2 m 2 0 g 1 m2 m 2 0 m 2 或 m 2 所以 存在实数 m 使不等式 m2 tm 1 x1 x2 对任意a A 及 t 1 1 恒成立 其取值范围是 m m 2 或 m 2 方法二 当 m 0 时 显然不成立 当 m 0 时 m 0 m 0 或 g 1 m2 m 2 0 g 1 m2 m 2 0 m 2 或 m 2 所以 存在实数 m 使不等式 m2 tm 1 x1 x2 对任意a A 及 t 1 1 恒成立 其 取值范围是 m m 2 或 m 2 说明 说明 本题主要考查函数的单调性 导数的应用和不等式等有关知识 考查数形结合及分类 讨论思想和灵活运用数学知识分析问题和解决问题的能力 例例 1919 20042004 年高考天津卷文科年高考天津卷文科 21 已知函数是 R 上的奇函 3 0 f xaxcxd a 数 当时取得极值 1x f x2 I 求的单调区间和极大值 f x II 证明对任意不等式恒成立 12 x x 1 1 12 4f xf x I 解 由奇函数定义 应有 fxf x xR 即 33 0 axcxdaxcxdd 因此 3 f xaxcx 2 3 fxaxc 由条件 为的极值 必有故 1 2f f x 1 0 f 解得 2 30 ac ac 1 3 ac 因此 3 2 3 333 1 1 1 1 0 f xxx fxxxx ff 当 时 故在单调区间上是增函数 1 x 0fx f x 1 当 时 故在单调区间上是减函数 1 1 x 0fx f x 1 1 当 时 故在单调区间上是增函数 1 x 0fx f x 1 所以 在处取得极大值 极大值为 f x1x 1 2 f II 解 由 I 知 是减函数 且 3 3 1 1 f xxx x 在上的最大值 f x 1 1 1 2 Mf 在上的最小值 f x 1 1 1 2 mf 所以 对任意恒有 12 1 1 x x 12 2 2 4 f xf xMm 说明 说明 本题主要考查函数的单调性及奇偶性 考查运用导数研究函数单调性及极值等基础知 识 考查综合分析和解决问题的能力 例例 2020 20042004 年高考全国卷年高考全国卷 理科理科 22 已知函数f x ln 1 x x g x xlnx 求函数f x 的最大值 设 0 a b 证明 0 g a g b 2g b a ln2 2 ba 解 函数的定义域为 xf 1 令 1 1 1 x xf 0 0 xxf解得 当 当 又 0 01 xfx时 0 0 xfx时 0 0 f 故当且仅当x 0 时 取得最大值 最大值为 0 xf 证法一 2 ln lnln 2 2 ba babbaa ba gbgag 2 ln 2 ln ba b b ba a a 由 结论知 0 1 0 1ln xxxx且 由题设 0 2 1 0 2 0 b ba a ab ba得 因此 2 2 1ln 2 ln a ab a ab ba b 2 2 1ln 2 ln b ba b ba ba b 所以 0 22 2 ln 2 ln baab ba b b ba a a 又 2 ln 2 ln 2 ln 2 ln 2 ln 2 ln 2 2 ab ba b ab ba b b b ba a ba b b ba a a b ba ba a 综上 2 ln 2 2 0ab ba gbgag 证法二 1 ln ln xxgxxxg 设 2 2 xa gxgagxF 则 2 lnln 2 2 xa x xa gxgxF 当 在此内为减函数 0 0 xFax时 0 axF在 当上为增函数 0 axFxFax在因此时 从而 当有极小值 xFax时 aF 因此 即 0 0 bFabaF所以 2 2 0 ba gbgag 设 2ln axxFxG 则 ln ln2ln 2 lnln xax xa xxG 当 因此上为减函数 0 0 xCx时 0 在xG 因为 0 0 bGabaG所以 即 2 ln 2 2 ab ba gbgag 说明说明 本题主要考查导数的基本性质和应用 对数函数性质和平均值不等式等知识以及综合 推理论证的能力 七 强化训练七 强化训练 1 设函数 f x 在处可导 则等于 0 x x xfxxf x lim 00 0 A B C D 0 xf 0 xf 0 xf 0 xf 2 若 则等于 1 3 2 lim 00 0 x xfxxf x 0 xf A B C 3 D 2 3 2 2 3 3 曲线上切线平行于 x 轴的点的坐标是 xxy3 3 A 1 2 B 1 2 C 1 2 D 1 2 或 1 2 4 若函数 f x 的导数为 f x sinx 则函数图像在点 4 f 4 处的切线的倾斜角为 A 90 B 0 C 锐角 D 钝角 5 函数在 0 3 上的最大值 最小值分别是 51232 23 xxxy A 5 15B 5 4C 4 15D 5 16 6 一直线运动的物体 从时间 t 到 t t 时 物体的位移为 s 那么为 t s t 0 lim A 从时间 t 到 t t 时 物体的平均速度 B 时间 t 时该物体的瞬时速度 C 当时间为 t 时该物体的速度D 从时间 t 到 t t 时位移的平均变化率 7 关于函数 下列说法不正确的是 762 23 xxxf A 在区间 0 内 为增函数 B 在区间 0 2 内 为减函数 xf xf C 在区间 2 内 为增函数 xf D 在区间 0 内 为增函数 2 xf 8 对任意 x 有 f 1 1 则此函数为 3 4 xxf A B C D 4 xxf 2 4 xxf1 4 xxf2 4 xxf 9 函数 y 2x3 3x2 12x 5 在 0 3 上的最大值与最小值分别是 A 5 15 B 5 4 C 4 15 D 5 16 10 设 f x 在处可导 下列式子中与相等的是 0 x 0 xf 1 2 x xxfxf x 2 2 lim 00 0 x xxfxxf x lim 00 0 3 4 x xxfxxf x 2 lim 00 0 x xxfxxf x 2 lim 00 0 A 1 2 B 1 3 C 2 3 D 1 2 3 4 11 2003 年普通高等学校招生全国统一考试 上海卷理工农医类 16 f 是定义在区间 c c 上的奇函数 其图象如图所示 令 g af b 则xxx 下 列关于函数 g 的叙述正确的是 x A 若a 0 则函数 g 的图象关于原点对称 x B 若a 1 2 b 0 则方程 g 0 有大于 2 的实根 x C 若a 0 b 2 则方