
考試要求 1.了解導數(shù)的概念、掌握基本初等函數(shù)的導數(shù).2.通過函數(shù)圖象,理解導數(shù)的幾何意義.3.能夠用導數(shù)公式和導數(shù)的運算法則求簡單函數(shù)的導數(shù),能求簡單的復合函數(shù)(形如f(ax+b))的導數(shù).
知識梳理
1.導數(shù)的概念
(1)函數(shù)y=f(x)在x=x0處的導數(shù)記作f′(x0)或.
f′(x0)=eq \(lim,\s\d4(Δx→0)) eq \f(Δy,Δx)=eq \(lim,\s\d4(Δx→0)) eq \f(f?x0+Δx?-f?x0?,Δx).
(2)函數(shù)y=f(x)的導函數(shù)
f′(x)=eq \(lim,\s\d4(Δx→0)) eq \f(f?x+Δx?-f?x?,Δx).
2.導數(shù)的幾何意義
函數(shù)y=f(x)在x=x0處的導數(shù)的幾何意義就是曲線y=f(x)在點P(x0,f(x0))處的切線的斜率,相應的切線方程為y-f(x0)=f′(x0)(x-x0).
3.基本初等函數(shù)的導數(shù)公式
4.導數(shù)的運算法則
若f′(x),g′(x)存在,則有
[f(x)±g(x)]′=f′(x)±g′(x);
[f(x)g(x)]′=f′(x)g(x)+f(x)g′(x);
eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(f?x?,g?x?)))′=eq \f(f′?x?g?x?-f?x?g′?x?,[g?x?]2)(g(x)≠0);
[cf(x)]′=cf′(x).
5.復合函數(shù)的定義及其導數(shù)
復合函數(shù)y=f(g(x))的導數(shù)和函數(shù)y=f(u),u=g(x)的導數(shù)間的關系為y′x=y(tǒng)′u·u′x,即y對x的導數(shù)等于y對u的導數(shù)與u對x的導數(shù)的乘積.
常用結論
1.區(qū)分在點處的切線與過點處的切線
(1)在點處的切線,該點一定是切點,切線有且僅有一條.
(2)過點處的切線,該點不一定是切點,切線至少有一條.
2.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,f?x?)))′=eq \f(-f′?x?,[f?x?]2)(f(x)≠0).
思考辨析
判斷下列結論是否正確(請在括號中打“√”或“×”)
(1)f′(x0)是函數(shù)y=f(x)在x=x0附近的平均變化率.( × )
(2)與曲線只有一個公共點的直線一定是曲線的切線.( × )
(3)f′(x0)=[f(x0)]′.( × )
(4)若f(x)=sin (-x),則f′(x)=cs (-x).( × )
教材改編題
1.函數(shù)f(x)=ex+eq \f(1,x)在x=1處的切線方程為________.
答案 y=(e-1)x+2
解析 f′(x)=ex-eq \f(1,x2),
∴f′(1)=e-1,
又f(1)=e+1,
∴切點為(1,e+1),切線斜率k=f′(1)=e-1,
即切線方程為y-(e+1)=(e-1)(x-1),
即y=(e-1)x+2.
2.已知函數(shù)f(x)=xln x+ax2+2,若f′(e)=0,則a=________.
答案 -eq \f(1,e)
解析 f′(x)=1+ln x+2ax,
∴f′(e)=2ae+2=0,∴a=-eq \f(1,e).
3.若f(x)=ln(1-x)+e1-x,則f′(x)=________.
答案 eq \f(1,x-1)-e1-x
題型一 導數(shù)的運算
例1 (1)(多選)(2022·濟南質(zhì)檢)下列求導運算正確的是( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,ln x)))′=-eq \f(1,xln2x)
B.(x2ex)′=2x+ex
C.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(cs\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,3)))))′=-sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,3)))
D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(1,x)))′=1+eq \f(1,x2)
答案 AD
解析 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,ln x)))′=-eq \f(1,ln2x)·(ln x)′=-eq \f(1,xln2x),
故A正確;
(x2ex)′=(x2+2x)ex,故B錯誤;
eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(cs\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,3)))))′=-2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,3))),故C錯誤;
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(1,x)))′=1+eq \f(1,x2),故D正確.
(2)函數(shù)f(x)的導函數(shù)為f′(x),若f(x)=x2+f′eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3)))sin x,則f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,6)))=________.
答案 eq \f(π2,36)+eq \f(2π,3)
解析 f′(x)=2x+f′eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3)))cs x,
∴f′eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3)))=eq \f(2π,3)+eq \f(1,2)f′eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3))),
∴f′eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3)))=eq \f(4π,3),
∴f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,6)))=eq \f(π2,36)+eq \f(2π,3).
教師備選
1.函數(shù)y=sin 2x-cs 2x的導數(shù)y′等于( )
A.2eq \r(2)cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,4)))
B.cs 2x+sin x
C.cs 2x-sin 2x
D.2eq \r(2)cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,4)))
答案 A
解析 y′=2cs 2x+2sin 2x
=2eq \r(2)cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,4))).
2.(2022·濟南模擬)已知函數(shù)f′(x)=exsin x+excs x,則f(2 021)-f(0)等于( )
A.e2 021cs 2 021 B.e2 021sin 2 021
C.eq \f(e,2) D.e
答案 B
解析 因為f′(x)=exsin x+excs x,
所以f(x)=exsin x+k(k為常數(shù)),
所以f(2 021)-f(0)=e2 021sin 2 021.
思維升華 (1)求函數(shù)的導數(shù)要準確地把函數(shù)拆分成基本初等函數(shù)的和、差、積、商,再利用運算法則求導.
(2)抽象函數(shù)求導,恰當賦值是關鍵,然后活用方程思想求解.
(3)復合函數(shù)求導,應由外到內(nèi)逐層求導,必要時要進行換元.
跟蹤訓練1 (1)若函數(shù)f(x),g(x)滿足f(x)+xg(x)=x2-1,且f(1)=1,則f′(1)+g′(1)等于( )
A.1 B.2 C.3 D.4
答案 C
解析 當x=1時,f(1)+g(1)=0,
∵f(1)=1,得g(1)=-1,
原式兩邊求導,得f′(x)+g(x)+xg′(x)=2x,
當x=1時,f′(1)+g(1)+g′(1)=2,
得f′(1)+g′(1)=2-g(1)=2-(-1)=3.
(2)已知函數(shù)f(x)=ln(2x-3)+axe-x,若f′(2)=1,則a=________.
答案 e2
解析 f′(x)=eq \f(1,2x-3)·(2x-3)′+ae-x+ax·(e-x)′=eq \f(2,2x-3)+ae-x-axe-x,
∴f′(2)=2+ae-2-2ae-2=2-ae-2=1,
則a=e2.
題型二 導數(shù)的幾何意義
命題點1 求切線方程
例2 (1)(2021·全國甲卷)曲線y=eq \f(2x-1,x+2)在點(-1,-3)處的切線方程為__________.
答案 5x-y+2=0
解析 y′=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2x-1,x+2)))′=eq \f(2?x+2?-?2x-1?,?x+2?2)=eq \f(5,?x+2?2),所以y′|x=-1=eq \f(5,?-1+2?2)=5,所以切線方程為y+3=5(x+1),即5x-y+2=0.
(2)已知函數(shù)f(x)=xln x,若直線l過點(0,-1),并且與曲線y=f(x)相切,則直線l的方程為__________.
答案 x-y-1=0
解析 ∵點(0,-1)不在曲線f(x)=xln x上,
∴設切點為(x0,y0).
又f′(x)=1+ln x,
∴直線l的方程為y+1=(1+ln x0)x.
∴由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y0=x0ln x0,,y0+1=?1+ln x0?x0,))解得x0=1,y0=0.
∴直線l的方程為y=x-1,即x-y-1=0.
命題點2 求參數(shù)的值(范圍)
例3 (1)(2022·青島模擬)直線y=kx+1與曲線f(x)=aln x+b相切于點P(1,2),則2a+b等于( )
A.4 B.3 C.2 D.1
答案 A
解析 ∵直線y=kx+1與曲線f(x)=aln x+b相切于點P(1,2),
將P(1,2)代入y=kx+1,
可得k+1=2,解得k=1,
∵ f(x)=aln x+b,∴ f′(x)=eq \f(a,x),
由f′(1)=eq \f(a,1)=1,
解得a=1,可得f(x)=ln x+b,
∵P(1,2)在曲線f(x)=ln x+b上,
∴f(1)=ln 1+b=2,
解得b=2,故2a+b=2+2=4.
(2)(2022·廣州模擬)過定點P(1,e)作曲線y=aex(a>0)的切線,恰有2條,則實數(shù)a的取值范圍是________.
答案 (1,+∞)
解析 由y′=aex,若切點為(x0,),
則切線方程的斜率k==>0,
∴切線方程為y=(x-x0+1),
又P(1,e)在切線上,
∴(2-x0)=e,
即eq \f(e,a)=(2-x0)有兩個不同的解,
令φ(x)=ex(2-x),
∴φ′(x)=(1-x)ex,
當x∈(-∞,1)時,φ′(x)>0;
當x∈(1,+∞)時,φ′(x)0恒成立,
所以x+eq \f(1,x)≥a,又x+eq \f(1,x)≥2,
當且僅當x=eq \f(1,x),即x=1時,等號成立,
故a≤2,所以a的取值范圍是(-∞,2].
思維升華 (1)處理與切線有關的參數(shù)問題,關鍵是根據(jù)曲線、切線、切點的三個關系列出參數(shù)的方程:
①切點處的導數(shù)是切線的斜率;②切點在切線上;③切點在曲線上.
(2)注意區(qū)分“在點P處的切線”與“過點P處的切線”.
跟蹤訓練2 (1)(2022·南平模擬)若直線y=x+m與曲線y=ex-2n相切,則( )
A.m+n為定值 B.eq \f(1,2)m+n為定值
C.m+eq \f(1,2)n為定值 D.m+eq \f(1,3)n為定值
答案 B
解析 設直線y=x+m與曲線y=ex-2n切于點(x0,),
因為y′=ex-2n,所以=1,所以x0=2n,
所以切點為(2n,1),
代入直線方程得1=2n+m,
即eq \f(1,2)m+n=eq \f(1,2).
(2)若函數(shù)f(x)=ln x+2x2-ax的圖象上存在與直線2x-y=0平行的切線,則實數(shù)a的取值范圍是______.
答案 [2,+∞)
解析 直線2x-y=0的斜率k=2,
又曲線f(x)上存在與直線2x-y=0平行的切線,
∴f′(x)=eq \f(1,x)+4x-a=2在(0,+∞)內(nèi)有解,
則a=4x+eq \f(1,x)-2,x>0.
又4x+eq \f(1,x)≥2eq \r(4x·\f(1,x))=4,
當且僅當x=eq \f(1,2)時取“=”.
∴a≥4-2=2.
∴a的取值范圍是[2,+∞).
題型三 兩曲線的公切線
例4 (1)(2022·邯鄲模擬)已知函數(shù)f(x)=xln x,g(x)=x2+ax(a∈R),直線l與f(x)的圖象相切于點A(1,0),若直線l與g(x)的圖象也相切,則a等于( )
A.0 B.-1 C.3 D.-1或3
答案 D
解析 由f(x)=xln x求導得f′(x)=1+ln x,
則f′(1)=1+ln 1=1,于是得函數(shù)f(x)在點A(1,0)處的切線l的方程為y=x-1,
因為直線l與g(x)的圖象也相切,則方程組eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y=x-1,,g?x?=x2+ax,))有唯一解,即關于x的一元二次方程x2+(a-1)x+1=0有兩個相等的實數(shù)根,
因此Δ=(a-1)2-4=0,解得a=-1或a=3,
所以a=-1或a=3.
(2)(2022·韶關模擬)若曲線C1:y=ax2(a>0)與曲線C2:y=ex存在公共切線,則a的取值范圍為________.
答案 eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(e2,4),+∞))
解析 由y=ax2(a>0),得y′=2ax,
由y=ex,得y′=ex,
曲線C1:y=ax2(a>0)與曲線C2:y=ex存在公共切線,
設公切線與曲線C1切于點(x1,axeq \\al(2,1)),
與曲線C2切于點(x2,),
則2ax1=
可得2x2=x1+2,
∴a=,
記f(x)=,
則f′(x)=,
當x∈(0,2)時,f′(x)0,f(x)單調(diào)遞增.
∴當x=2時,f(x)min=eq \f(e2,4).
∴a的取值范圍是eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(e2,4),+∞)).
延伸探究 在本例(2)中,把“存在公共切線”改為“存在兩條公共切線”,則a的取值范圍為________.
答案 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(e2,4),+∞))
解析 由本例(2)知,
∵兩曲線C1與C2存在兩條公共切線,
∴a=有兩個不同的解.
∵函數(shù)f(x)=在(0,2)上單調(diào)遞減,
在(2,+∞)上單調(diào)遞增,且f(x)min=f(2)=eq \f(e2,4),
又x→0時,f(x)→+∞,
x→+∞時,f(x)→+∞,
∴a>eq \f(e2,4).
教師備選
1.若f(x)=ln x與g(x)=x2+ax兩個函數(shù)的圖象有一條與直線y=x平行的公共切線,則a等于( )
A.1 B.2 C.3 D.3或-1
答案 D
解析 設在函數(shù)f(x)=ln x處的切點為(x,y),根據(jù)導數(shù)的幾何意義得到k=eq \f(1,x)=1,
解得x=1,故切點為(1,0),可求出切線方程為y=x-1,此切線和g(x)=x2+ax也相切,
故x2+ax=x-1,
化簡得到x2+(a-1)x+1=0,只需要滿足Δ=(a-1)2-4=0,解得a=-1或a=3.
2.已知曲線y=ex在點(x1,)處的切線與曲線y=ln x在點(x2,ln x2)處的切線相同,則(x1+1)(x2-1)等于( )
A.-1 B.-2 C.1 D.2
答案 B
解析 已知曲線y=ex在點(x1,)處的切線方程為
y-=(x-x1),即
曲線y=ln x在點(x2,ln x2)處的切線方程為y-ln x2=eq \f(1,x2)(x-x2),即y=eq \f(1,x2)x-1+ln x2,
由題意得
得x2=,
-x1=-1+ln x2=-1+=-1-x1,
則=eq \f(x1+1,x1-1).又x2=,
所以x2=eq \f(x1-1,x1+1),
所以x2-1=eq \f(x1-1,x1+1)-1=eq \f(-2,x1+1),
所以(x1+1)(x2-1)=-2.
思維升華 公切線問題,應根據(jù)兩個函數(shù)在切點處的斜率相等,且切點既在切線上又在曲線上,列出有關切點橫坐標的方程組,通過解方程組求解.或者分別求出兩函數(shù)的切線,利用兩切線重合列方程組求解.
跟蹤訓練3 (1)(2022·青島模擬)已知定義在區(qū)間(0,+∞)上的函數(shù)f(x)=-2x2+m,g(x)=-3ln x-x,若以上兩函數(shù)的圖象有公共點,且在公共點處切線相同,則m的值為( )
A.2 B.5 C.1 D.0
答案 C
解析 根據(jù)題意,設兩曲線y=f(x)與y=g(x)的公共點為(a,b),其中a>0,
由f(x)=-2x2+m,可得f′(x)=-4x,則切線的斜率為k=f′(a)=-4a,
由g(x)=-3ln x-x,可得g′(x)=-eq \f(3,x)-1,則切線的斜率為k=g′(a)=-eq \f(3,a)-1,
因為兩函數(shù)的圖象有公共點,且在公共點處切線相同,所以-4a=-eq \f(3,a)-1,
解得a=1或a=-eq \f(3,4)(舍去),
又由g(1)=-1,即公共點的坐標為(1,-1),
將點(1,-1)代入f(x)=-2x2+m,
可得m=1.
(2)已知f(x)=ex(e為自然對數(shù)的底數(shù)),g(x)=ln x+2,直線l是f(x)與g(x)的公切線,則直線l的方程為____________________.
答案 y=ex或y=x+1
解析 設直線l與f(x)=ex的切點為(x1,y1),
則y1=,f′(x)=ex,
∴f′(x1)=,
∴切點為(x1,),
切線斜率k=,
∴切線方程為y-=(x-x1),
即y=·x-x1+,①
同理設直線l與g(x)=ln x+2的切點為(x2,y2),
∴y2=ln x2+2,
g′(x)=eq \f(1,x),
∴g′(x2)=eq \f(1,x2),
切點為(x2,ln x2+2),
切線斜率k=eq \f(1,x2),
∴切線方程為y-(ln x2+2)=eq \f(1,x2)(x-x2),
即y=eq \f(1,x2)·x+ln x2+1,②
由題意知,①與②相同,
∴
把③代入④有=-x1+1,
即(1-x1)(-1)=0,
解得x1=1或x1=0,
當x1=1時,切線方程為y=ex;
當x1=0時,切線方程為y=x+1,
綜上,直線l的方程為y=ex或y=x+1.
課時精練
1.(2022·營口模擬)下列函數(shù)的求導正確的是( )
A.(x-2)′=-2x
B.(xcs x)′=cs x-xsin x
C.(ln 10)′=eq \f(1,10)
D.(e2x)′=2ex
答案 B
解析 (x-2)′=-2x-3,∴A錯;
(xcs x)′=cs x-xsin x,∴B對;
(ln 10)′=0,∴C錯;
(e2x)′=2e2x,∴D錯.
2.(2022·黑龍江哈師大附中月考)曲線y=2cs x+sin x在(π,-2)處的切線方程為( )
A.x-y+π-2=0 B.x-y-π+2=0
C.x+y+π-2=0 D.x+y-π+2=0
答案 D
解析 y′=-2sin x+cs x,
當x=π時,k=-2sin π+cs π=-1,所以在點(π,-2)處的切線方程,由點斜式可得y+2=-1×(x-π),化簡可得x+y-π+2=0.
3.(2022·長治模擬)已知y=f(x)是可導函數(shù),如圖,直線y=kx+2是曲線y=f(x)在x=3處的切線,令g(x)=xf(x),g′(x)是g(x)的導函數(shù),則g′(3)等于( )
A.-1 B.0 C.2 D.4
答案 B
解析 由題圖可知曲線y=f(x)在x=3處切線的斜率等于-eq \f(1,3),
∴f′(3)=-eq \f(1,3),
∵g(x)=xf(x),
∴g′(x)=f(x)+xf′(x),
∴g′(3)=f(3)+3f′(3),
又由題圖可知f(3)=1,
∴g′(3)=1+3×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,3)))=0.
4.已知點A是函數(shù)f(x)=x2-ln x+2圖象上的點,點B是直線y=x上的點,則|AB|的最小值為( )
A.eq \r(2) B.2
C.eq \f(4\r(3),3) D.eq \f(16,3)
答案 A
解析 當與直線y=x平行的直線與f(x)的圖象相切時,切點到直線y=x的距離為|AB|的最小值.f′(x)=2x-eq \f(1,x)=1,
解得x=1或x=-eq \f(1,2)(舍去),
又f(1)=3,
所以切點C(1,3)到直線y=x的距離即為|AB|的最小值,即|AB|min=eq \f(|1-3|,\r(12+12))=eq \r(2).
5.設曲線f(x)=aex+b和曲線g(x)=cs eq \f(πx,2)+c在它們的公共點M(0,2)處有相同的切線,則b+c-a的值為( )
A.0 B.π C.-2 D.3
答案 D
解析 ∵f′(x)=aex,g′(x)=-eq \f(π,2)sin eq \f(πx,2),
∴f′(0)=a,g′(0)=0,∴a=0,
又M(0,2)為f(x)與g(x)的公共點,
∴f(0)=b=2,g(0)=1+c=2,解得c=1,
∴b+c-a=2+1-0=3.
6.(2022·邢臺模擬)設點P是函數(shù)f(x)=2ex-f′(0)x+f′(1)圖象上的任意一點,點P處切線的傾斜角為α,則角α的取值范圍是( )
A.eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(3π,4))) B.eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2)))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3π,4),π))
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2),\f(3π,4))) D.eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2)))∪eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3π,4),π))
答案 B
解析 ∵f(x)=2ex-f′(0)x+f′(1),
∴f′(x)=2ex-f′(0),
∴f′(0)=2-f′(0),f′(0)=1,
∴f(x)=2ex-x+f′(1),
∴f′(x)=2ex-1>-1.
∵點P是曲線上的任意一點,點P處切線的傾斜角為α,
∴tan α>-1.
∵α∈[0,π),
∴α∈eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2)))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3π,4),π)).
7.(多選)已知函數(shù)f(x)的圖象如圖,f′(x)是f(x)的導函數(shù),則下列結論正確的是( )
A.f′(3)>f′(2)
B.f′(3)f′(3)
D.f(3)-f(2)f′(3)>0,
故A錯誤,B正確.
設A(2,f(2)),B(3,f(3)),
則f(3)-f(2)=eq \f(f?3?-f?2?,3-2)=kAB,
由圖知f′(3)
這是一份(新高考)高考數(shù)學一輪復習講練測第3章§3.1導數(shù)的概念及其意義、導數(shù)的運算(含解析),共14頁。試卷主要包含了導數(shù)的運算法則等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份新高考數(shù)學一輪復習講義 第3章 §3.1 導數(shù)的概念及其意義、導數(shù)的運算,共20頁。試卷主要包含了揣摩例題,精練習題,加強審題的規(guī)范性,重視錯題等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份(新高考)高考數(shù)學一輪復習講義第3章§3.1導數(shù)的概念及其意義、導數(shù)的運算(含詳解),共19頁。試卷主要包含了導數(shù)的運算法則等內(nèi)容,歡迎下載使用。
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