
导数运算
-modflow
2023年2月15日发(作者:浅灰色rgb)精品文档
§3.1导数的概念及运算
1.函数y=f(x)从x
1
到x
2
的平均变化率
函数y=f(x)从x
1
到x
2
的平均变化率为
fx
2
-fx
1
x
2
-x
1
,若Δx=x
2
-x
1
,Δy=f(x
2
)-f(x
1
),则平
均变化率可表示为
Δy
Δx
.
2.函数y=f(x)在x=x
0
处的导数
(1)定义
称函数y=f(x)在x=x
0
处的瞬时变化率lim
Δx→0
Δy
Δx
=lim
Δx→0
fx
0
+Δx-fx
0
Δx
为函数y=f(x)在x
=x
0
处的导数,记作f′(x
0
)或y′|x=x
0
,即f′(x
0
)=lim
Δx→0
Δy
Δx
=lim
Δx→0
fx
0
+Δx-fx
0
Δx
.
(2)几何意义
函数f(x)在点x
0
处的导数f′(x
0
)的几何意义是在曲线y=f(x)上点(x
0
,f(x
0
))处的切线的斜
率.相应地,切线方程为y-f(x
0
)=f′(x
0
)(x-x
0
).
3.函数f(x)的导函数
称函数f′(x)=lim
Δx→0
fx+Δx-fx
Δx
为f(x)的导函数,导函数有时也记作y′.
4.基本初等函数的导数公式
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原函数导函数
f(x)=c(c为常数)f′(x)=__0__
f(x)=xα(α∈Q*)f′(x)=αxα-1
f(x)=sinxf′(x)=cos_x
f(x)=cosxf′(x)=-sin_x
f(x)=ax(a>0)f′(x)=axln_a
f(x)=exf′(x)=ex
f(x)=log
a
x(a>0,
且a≠1)
f′(x)=
1
xlna
f(x)=lnx
f′(x)=
1
x
5.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)
fx
gx
′=
f′xgx-fxg′x
[gx]2
(g(x)≠0).
1.判断下面结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)f′(x
0
)与(f(x
0
))′表示的意义相同.(×)
(2)求f′(x
0
)时,可先求f(x
0
)再求f′(x
0
).(×)
(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)若f(x)=a3+2ax-x2,则f′(x)=3a2+2x.(×)
(6)函数f(x)=x2lnx的导函数为f′(x)=2x·
1
x
=2.(×)
2.(2013·江西)设函数f(x)在(0,+∞)内可导,且f(ex)=x+ex,则f′(1)=________.
答案2
解析设ex=t,则x=lnt(t>0),
∴f(t)=lnt+t
∴f′(t)=
1
t
+1,
∴f′(1)=2.
3.已知曲线y=x3在点(a,b)处的切线与直线x+3y+1=0垂直,则a的值是()
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A.-1B.±1C.1D.±3
答案B
解析由y=x3知y′=3x2,∴切线斜率k=y′|x=a
=3a2.
又切线与直线x+3y+1=0垂直,∴3a2·(-
1
3
)=-1,
∴即a2=1,a=±1,故选B.
4.如图所示为函数y=f(x),y=g(x)的导函数的图象,那么y=f(x),y=g(x)的图象可能是
()
答案D
解析由y=f′(x)的图象知y=f′(x)在(0,+∞)上单调递减,
说明函数y=f(x)的切线的斜率在(0,+∞)上也单调递减,故可排除A,C.
又由图象知y=f′(x)与y=g′(x)的图象在x=x0
处相交,
说明y=f(x)与y=g(x)的图象在x=x0
处的切线的斜率相同,故可排除B.故选D.
5.已知点P在曲线y=
4
ex+1
上,α为曲线在点P处的切线的倾斜角,则α的取值范围是
________.
答案[
3
4
π,π)
解析∵y=
4
ex+1
,∴y′=
-4ex
ex+12
=
-4ex
e2
x+2ex+1
=
-4
ex+
1
ex
+2
.
∵ex>0,∴ex+
1
ex
≥2,
∴y′∈[-1,0),∴tanα∈[-1,0).
又α∈[0,π),∴α∈[
3π
4
,π).
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题型一利用定义求函数的导数
例1利用导数的定义求函数f(x)=x3在x=x
0
处的导数,并求曲线f(x)=x3在x=x
0
处的切
线与曲线f(x)=x3的交点.
思维启迪掌握导数的定义,理解导数的几何意义是解决本题的关键.
解f′(x
0
)=lim
x→x
0
fx-fx
0
x-x
0
=lim
x→x
0
x3-x3
0
x-x
0
=lim
x→x
0
(x2+xx0
+x2
0
)=3x2
0
.
曲线f(x)=x3在x=x0
处的切线方程为
y-x3
0
=3x2
0
·(x-x
0
),
即y=3x2
0
x-2x3
0
,由
y=x3,
y=3x2
0
x-2x3
0
,
得(x-x0
)2(x+2x
0
)=0,解得x=x
0
,x=-2x
0
.
若x0
≠0,则交点坐标为(x
0
,x3
0
),(-2x
0
,-8x3
0
);若x
0
=0,则交点坐标为(0,0).
思维升华求函数f(x)的导数步骤:
(1)求函数值的增量Δy=f(x
2
)-f(x
1
);
(2)计算平均变化率
Δy
Δx
=
fx
2
-fx
1
x
2
-x
1
;
(3)计算导数f′(x)=lim
Δx→0
Δy
Δx
.
(1)函数y=x+
1
x
在[x,x+Δx]上的平均变化率
Δy
Δx
=________;该函数在x=1
处的导数是________.
(2)若函数y=f(x)在区间(a,b)内可导,且x
0
∈(a,b),则lim
h→0
fx
0
+h-fx
0
-h
h
的值为
()
A.f′(x
0
)B.2f′(x
0
)
C.-2f′(x
0
)D.0
答案(1)1-
1
xx+Δx
0(2)B
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解析(1)∵Δy=(x+Δx)+
1
x+Δx
-x-
1
x
=Δx+
1
x+Δx
-
1
x
=Δx+
-Δx
xx+Δx
.
∴
Δy
Δx
=1-
1
xx+Δx
.y′|
x=1
=lim
Δx→0
Δy
Δx
=0.
(2)lim
h→0
fx
0
+h-fx
0
-h
h
=2×lim
h→0
fx
0
+h-fx
0
-h
2h
=2f′(x0
).
题型二导数的运算
例2求下列函数的导数:
(1)y=ex·lnx;
(2)y=x
x2+
1
x
+
1
x3
;
思维启迪求函数的导数,首先要搞清函数的结构;若式子能化简,可先化简再求导.
解(1)y′=(ex·lnx)′=exlnx+ex·
1
x
=ex(lnx+
1
x
).
(2)∵y=x3+1+
1
x2
,∴y′=3x2-
2
x3
.
思维升华(1)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;
(2)有的函数虽然表面形式为函数的商的形式,但在求导前利用代数或三角恒等变形将函
数先化简,然后进行求导,有时可以避免使用商的求导法则,减少运算量;
求下列函数的导数.
(1)y=(x+1)(x+2)(x+3);
(2)y=sin
x
2
(1-2cos2
x
4
);
解(1)方法一∵y=(x2+3x+2)(x+3)
=x3+6x2+11x+6,
∴y′=3x2+12x+11.
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方法二y′=[(x+1)(x+2)]′(x+3)+(x+1)(x+2)(x+3)′
=[(x+1)′(x+2)+(x+1)(x+2)′](x+3)+(x+1)(x+2)
=(x+2+x+1)(x+3)+(x+1)(x+2)
=(2x+3)(x+3)+(x+1)(x+2)
=3x2+12x+11.
(2)∵y=sin
x
2
(-cos
x
2
)=-
1
2
sinx,
∴y′=(-
1
2
sinx)′=-
1
2
(sinx)′=-
1
2
cosx.
题型三导数的几何意义
例3已知函数f(x)=x3-4x2+5x-4.
(1)求曲线f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;
(2)求经过点A(2,-2)的曲线f(x)的切线方程.
思维启迪由导数的几何意义先求斜率,再求方程,注意点是否在曲线上,是否为切点.
解(1)∵f′(x)=3x2-8x+5,∴f′(2)=1,
又f(2)=-2,
∴曲线f(x)在点(2,f(2))处的切线方程为y-(-2)=x-2,
即x-y-4=0.
(2)设切点坐标为(x
0
,x3
0
-4x2
0
+5x
0
-4),
∵f′(x
0
)=3x2
0
-8x
0
+5,
∴切线方程为y-(-2)=(3x2
0
-8x
0
+5)(x-2),
又切线过点(x0
,x3
0
-4x2
0
+5x
0
-4),
∴x3
0
-4x2
0
+5x
0
-2=(3x2
0
-8x
0
+5)(x
0
-2),
整理得(x0
-2)2(x
0
-1)=0,解得x
0
=2或x
0
=1,
∴经过A(2,-2)的曲线f(x)的切线方程为x-y-4=0,或y+2=0.
思维升华导数几何意义的应用,需注意以下两点:
(1)当曲线y=f(x)在点(x
0
,f(x
0
))处的切线垂直于x轴时,函数在该点处的导数不存在,切
线方程是x=x0
;
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(2)注意区分曲线在某点处的切线和曲线过某点的切线.曲线y=f(x)在点P(x
0
,f(x
0
))处的
切线方程是y-f(x0
)=f′(x
0
)(x-x
0
);求过某点的切线方程,需先设出切点坐标,再依据
已知点在切线上求解.
已知抛物线y=ax2+bx+c通过点P(1,1),且在点Q(2,-1)处与直线y=x-3
相切,求实数a、b、c的值.
解∵y′=2ax+b,
∴抛物线在点Q(2,-1)处的切线斜率为
k=y′|
x=2
=4a+b.
∴4a+b=1.①
又∵点P(1,1)、Q(2,-1)在抛物线上,∴a+b+c=1,②
4a+2b+c=-1.③
联立①②③解方程组,得
a=3,
b=-11,
c=9.
∴实数a、b、c的值分别为3、-11、9.
一审条件挖隐含
典例:(12分)设函数y=x2-2x+2的图象为C
1
,函数y=-x2+ax+b的图象为C
2
,已知过
C
1
与C
2
的一个交点的两切线互相垂直.
(1)求a,b之间的关系;
(2)求ab的最大值.
审题路线图
C
1
与C
2
有交点
↓(可设C
1
与C
2
的交点为(x
0
,y
0
))
过交点的两切线互相垂直
↓(切线垂直隐含着斜率间的关系)
两切线的斜率互为负倒数
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↓导数的几何意义
利用导数求两切线的斜率:
k
1
=2x
0
-2,k
2
=-2x
0
+a
↓等价转换
(2x
0
-2)(-2x
0
+a)=-1①
↓(交点(x
0
,y
0
)适合解析式)
y
0
=x2
0
-2x
0
+2
y
0
=-x2
0
+ax
0
+b
,即2x2
0
-(a+2)x
0
+2-b=0②
↓注意隐含条件方程①②同解
a+b=
5
2
↓消元
ab=a
5
2
-a
=-
a-
5
4
2+
25
16
当a=
5
4
时,ab最大且最大值为
25
16
.
规范解答
解(1)对于C
1
:y=x2-2x+2,有y′=2x-2,[1分]
对于C2
:y=-x2+ax+b,有y′=-2x+a,[2分]
设C1
与C
2
的一个交点为(x
0
,y
0
),
由题意知过交点(x0
,y
0
)的两切线互相垂直.
∴(2x
0
-2)(-2x
0
+a)=-1,
即4x2
0
-2(a+2)x
0
+2a-1=0①
又点(x0
,y
0
)在C
1
与C
2
上,
故有
y
0
=x2
0
-2x
0
+2
y
0
=-x2
0
+ax
0
+b
⇒2x2
0
-(a+2)x
0
+2-b=0②
由①②消去x0
,可得a+b=
5
2
.[6分]
(2)由(1)知:b=
5
2
-a,
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∴ab=a
5
2
-a
=-
a-
5
4
2+
25
16
.[9分]
∴当a=
5
4
时,(ab)
最大值
=
25
16
.[12分]
温馨提醒审题包括两方面内容:题目信息的挖掘、整合以及解题方法的选择;本题切
入点是两条曲线有交点P(x
0
,y
0
),交点处的切线互相垂直,通过审题路线可以清晰看到
审题的思维过程.
方法与技巧
1.f′(x
0
)代表函数f(x)在x=x
0
处的导数值;(f(x
0
))′是函数值f(x
0
)的导数,而函数值f(x
0
)
是一个常量,其导数一定为0,即(f(x0
))′=0.
2.对于函数求导,一般要遵循先化简再求导的基本原则.求导时,不但要重视求导法则的
应用,而且要特别注意求导法则对求导的制约作用,在实施化简时,首先必须注意变换
的等价性,避免不必要的运算失误.
失误与防范
1.利用公式求导时要特别注意除法公式中分子的符号,防止与乘法公式混淆.
2.求曲线切线时,要分清在点P处的切线与过P点的切线的区别,前者只有一条,而后者
包括了前者.
3.曲线的切线与曲线的交点个数不一定只有一个,这和研究直线与二次曲线相切时有差别.
A组专项基础训练
(时间:35分钟,满分:57分)
一、选择题
1.设f(x)=xlnx,若f′(x
0
)=2,则x
0
的值为()
A.e2B.eC.
ln2
2
D.ln2
答案B
解析由f(x)=xlnx得f′(x)=lnx+1.
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根据题意知lnx0
+1=2,所以lnx
0
=1,因此x
0
=e.
2.若函数f(x)=ax4+bx2+c满足f′(1)=2,则f′(-1)等于()
A.-1B.-2C.2D.0
答案B
解析f′(x)=4ax3+2bx,
∵f′(x)为奇函数且f′(1)=2,∴f′(-1)=-2.
3.若曲线y=x4的一条切线l与直线x+4y-8=0垂直,则l的方程为()
A.4x-y-3=0B.x+4y-5=0
C.4x-y+3=0D.x+4y+3=0
答案A
解析切线l的斜率k=4,设y=x4的切点的坐标为(x0
,y
0
),则k=4x3
0
=4,∴x
0
=1,
∴切点为(1,1),
即y-1=4(x-1),整理得l的方程为4x-y-3=0.
4.曲线y=x3在点(1,1)处的切线与x轴及直线x=1所围成的三角形的面积为()
A.
1
12
B.
1
6
C.
1
3
D.
1
2
答案B
解析求导得y′=3x2,所以y′=3x2|
x=1
=3,
所以曲线y=x3在点(1,1)处的切线方程为y-1=3(x-1),
结合图象易知所围成的三角形是直角三角形,
三个交点的坐标分别是(
2
3
,0),(1,0),(1,1),
于是三角形的面积为
1
2
×(1-
2
3
)×1=
1
6
,故选B.
5.已知f
1
(x)=sinx+cosx,f
n+1
(x)是f
n
(x)的导函数,即f
2
(x)=f
1
′(x),f
3
(x)=f
2
′(x),…,f
n
+1
(x)=f
n
′(x),n∈N*,则f
2015
(x)等于()
A.-sinx-cosxB.sinx-cosx
C.-sinx+cosxD.sinx+cosx
答案A
解析∵f
1
(x)=sinx+cosx,
∴f
2
(x)=f
1
′(x)=cosx-sinx,
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∴f
3
(x)=f
2
′(x)=-sinx-cosx,
∴f
4
(x)=f
3
′(x)=-cosx+sinx,
∴f
5
(x)=f
4
′(x)=sinx+cosx,
∴f
n
(x)是以4为周期的函数,
∴f
2015
(x)=f
3
(x)=-sinx-cosx,故选A.
二、填空题
6.已知函数f(x)的导函数为f′(x),且满足f(x)=3x2+2x·f′(2),则f′(5)=________.
答案6
解析对f(x)=3x2+2xf′(2)求导,
得f′(x)=6x+2f′(2).
令x=2,得f′(2)=-12.
再令x=5,得f′(5)=6×5+2f′(2)=6.
7.已知函数y=f(x)及其导函数y=f′(x)的图象如图所示,则曲线y=
f(x)在点P处的切线方程是__________.
答案x-y-2=0
解析根据导数的几何意义及图象可知,曲线y=f(x)在点P处的切
线的斜率k=f′(2)=1,又过点P(2,0),
所以切线方程为x-y-2=0.
8.若函数f(x)=
1
2
x2-ax+lnx存在垂直于y轴的切线,则实数a的取值范围是________.
答案[2,+∞)
解析∵f(x)=
1
2
x2-ax+lnx,∴f′(x)=x-a+
1
x
.
∵f(x)存在垂直于y轴的切线,∴f′(x)存在零点,
x+
1
x
-a=0,∴a=x+
1
x
≥2.
三、解答题
9.求下列函数的导数.
(1)y=xnlgx;
(2)y=
1
x
+
2
x2
+
1
x3
;
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(3)y=
sinx
xn
;
解(1)y′=nxn-
1lgx+xn·
1
xln10
=xn-
1(nlgx+
1
ln10
).
(2)y′=(
1
x
)′+(
2
x2
)′+(
1
x3
)′
=(x-
1)′+(2x-
2)′+(x-
3)′
=-x-
2-4x-
3-3x-
4
=-
1
x2
-
4
x3
-
3
x4
.
(3)y′=(
sinx
xn
)′=
xnsinx′-xn′sinx
x2
n
=
xncosx-nxn-
1sinx
x2
n
=
xcosx-nsinx
xn+
1
.
10.已知曲线y=
1
3
x3+
4
3
.
(1)求曲线在点P(2,4)处的切线方程;
(2)求曲线过点P(2,4)的切线方程.
解(1)∵P(2,4)在曲线y=
1
3
x3+
4
3
上,且y′=x2,
∴在点P(2,4)处的切线的斜率为y′|
x=2
=4.
∴曲线在点P(2,4)处的切线方程为y-4=4(x-2),
即4x-y-4=0.
(2)设曲线y=
1
3
x3+
4
3
与过点P(2,4)的切线相切于点A
x
0
,
1
3
x3
0
+
4
3
,则切线的斜率为y′|x
=x0
=x2
0
.
∴切线方程为y-
1
3
x3
0
+
4
3
=x2
0
(x-x
0
),
即y=x2
0
·x-
2
3
x3
0
+
4
3
.
∵点P(2,4)在切线上,∴4=2x2
0
-
2
3
x3
0
+
4
3
,
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即x3
0
-3x2
0
+4=0,∴x3
0
+x2
0
-4x2
0
+4=0,
∴x2
0
(x
0
+1)-4(x
0
+1)(x
0
-1)=0,
∴(x
0
+1)(x
0
-2)2=0,解得x0
=-1或x
0
=2,
故所求的切线方程为x-y+2=0或4x-y-4=0.
B组专项能力提升
(时间:25分钟,满分:43分)
1.在函数y=x3-9x的图象上,满足在该点处的切线的倾斜角小于
π
4
,且横、纵坐标都为整
数的点的个数是()
A.0B.1C.2D.3
答案A
解析依题意得,y′=3x2-9,令0≤y′<1得3≤x2<
10
3
,
显然满足该不等式的整数x不存在,因此在函数y=x3-9x的图象上,满足在该点处的
切线的倾斜角小于
π
4
,且横、纵坐标都为整数的点的个数是0,选A.
2.若函数f(x)=x2+bx+c的图象的顶点在第四象限,则函数f′(x)的大致图象是()
答案A
解析∵f(x)=x2+bx+c=
x+
b
2
2-
b2
4
+c,
由f(x)的图象的顶点在第四象限得-
b
2
>0,∴b<0.
又f′(x)=2x+b,斜率为正,纵截距为负,故选A.
3.已知曲线C:f(x)=x3-ax+a,若过曲线C外一点A(1,0)引曲线C的两条切线,它们的
倾斜角互补,则a的值为________.
答案
27
8
解析设切点坐标为(t,t3-at+a).
由题意知,f′(x)=3x2-a,
切线的斜率为k=y′|x=t
=3t2-a,①
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所以切线方程为y-(t3-at+a)=(3t2-a)(x-t).②
将点(1,0)代入②式得,-(t3-at+a)=(3t2-a)(1-t),
解之得,t=0或t=
3
2
.
分别将t=0和t=
3
2
代入①式,得k=-a和k=
27
4
-a,
由题意得它们互为相反数得a=
27
8
.
4.设函数f(x)=ax-
b
x
,曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程为7x-4y-12=0.
(1)求f(x)的解析式;
(2)曲线f(x)上任一点处的切线与直线x=0和直线y=x所围成的三角形面积为定值,并
求此定值.
解(1)方程7x-4y-12=0可化为y=
7
4
x-3.
当x=2时,y=
1
2
.又f′(x)=a+
b
x2
,
于是
2a-
b
2
=
1
2
,
a+
b
4
=
7
4
,
解得
a=1,
b=3.
故f(x)=x-
3
x
.
(2)设P(x
0
,y
0
)为曲线上任一点,由y′=1+
3
x2
知曲线在点P(x0
,y
0
)处的切线方程为y-
y
0
=
1+
3
x2
0
(x-x
0
),
即y-
x
0
-
3
x
0
=
1+
3
x2
0
(x-x
0
).
令x=0,得y=-
6
x
0
,
从而得切线与直线x=0的交点坐标为
0,-
6
x
0
.
令y=x,得y=x=2x0
,
从而得切线与直线y=x的交点坐标为(2x0,
2x
0
).
所以点P(x0
,y
0
)处的切线与直线x=0,y=x所围成的三角形的面积为S=
1
2
-
6
x
0
|2x
0
|
=6.
故曲线y=f(x)上任一点处的切线与直线x=0,y=x所围成的三角形面积为定值,且此定
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值为6.
5.设有抛物线C:y=-x2+
9
2
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)设点P的坐标为(x
1
,y
1
),则y
1
=kx
1
,①
y
1
=-x2
1
+
9
2
x
1
-4,②
①代入②得x2
1
+(k-
9
2
)x
1
+4=0.
∵P为切点,∴Δ=(k-
9
2
)2-16=0得k=
17
2
或k=
1
2
.
当k=
17
2
时,x1
=-2,y
1
=-17.
当k=
1
2
时,x1
=2,y
1
=1.
∵P在第一象限,∴所求的斜率k=
1
2
.
(2)过P点作切线的垂线,其方程为y=-2x+5.③
将③代入抛物线方程得x2-
13
2
x+9=0.
设Q点的坐标为(x2
,y
2
),即2x
2
=9,
∴x
2
=
9
2
,y2
=-4.
∴Q点的坐标为(
9
2
,-4).