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第五章
一元函数的导数及其应用
5.2 导数的运算
第3课时 简单复合函数的导数
学习 目标 1. 了解复合函数概念及其复合过程.
2. 掌握复合函数的求导法则.
新知初探 基础落实
一、 概念表述
1. 一般地,对于两个函数y=f(u)和u=g(x),如果通过中间变量u,y可以表示成x的函数,那么称这个函数为函数y=f(u)和u=g(x)的复合函数,记作_____________.
2. 复合函数y=f(g(x))的导数与函数y=f(u),u=g(x)的导数间的关系为yx′=_____________,即y对x的导数等于_______________________________.
y=f(g(x))
y′u·u′x
y对u的导数与u对x的导数的乘积
×
×
√
×
典例精讲 能力初成
(教材P79例6补充)求下列函数的导数:
简单复合函数的导数
【解答】
探究
1
1-1
(2) y=e2x+1;
【解答】
设y=eu,u=2x+1,则y′x=y′u·u′x=eu·2=2e2x+1.
(3) y=ln (3x-1);
【解答】
【解答】
(教材P79例6补充)求下列函数的导数:
1-1
(1) 求复合函数的导数的步骤:
①分层:选择中间变量,写出构成它的内、外层函数;②分别求导:分别求各层函数对相应变量的导数;③相乘:把上述求导的结果相乘;④变量回代:把中间变量回代.
(2) 求复合函数的导数的注意点:
①内、外层函数通常为基本初等函数;②求每层函数的导数时,注意分清是对哪个变量求导,这是求复合函数导数时的易错点;③逐层求导结束后,对结果进行化简整理,使导数式尽量简洁.
求下列函数的导数:
(1) y=(x2+2x-1)e2-x;
【解答】
y′=(x2+2x-1)′e2-x+(x2+2x-1)(e2-x)′=(2x+2)e2-x+(x2+2x-1)(-e2-x)=(-x2+3)e2-x.
变式
(2) y=2x sin (2x+5);
【解答】
y′=(2x)′sin (2x+5)+2x[sin (2x+5)]′=2sin (2x+5)+4x cos (2x+5).
【解答】
求下列函数的导数:
变式
(1) 曲线f(x)=x+e2x在点(0,f(0))处的切线方程为 ( )
A. y=2x B. y=2x+1
C. y=3x D. y=3x+1
【解析】
因为f(x)=x+e2x,所以f′(x)=1+2e2x,所以f′(0)=1+2=3.又因为f(0)=1,所以曲线f(x)=x+e2x在点(0,f(0))处的切线方程为y=3x+1.
D
1-2
(2) 求曲线f(x)=(2x-2)3在点(2,8)处的切线与x轴、直线x=2所围成的三角形的面积.
【解答】
2
复合函数导数的实际应用
【解答】
探究
2
对三角函数型函数的求导,往往需要利用三角恒等变换公式对函数式进行化简,再进行求导.复合函数的求导法则熟悉后,中间步骤可以省略,即不必再写出函数的复合过程,直接运用公式从外层开始由外到内逐层求导.
随堂内化 及时评价
【解析】
C
【解析】
D
【解析】
B
【解析】
【解析】
【答案】ABD
配套新练案
一、 单项选择题
1. 函数y=cos (2x+1)的导数是 ( )
A. y′=sin (2x+1) B. y′=-2x sin (2x+1)
C. y′=-2sin (2x+1) D. y′=2x sin (2x+1)
C
【解析】
y′=-sin (2x+1)(2x+1)′=-2sin (2x+1).
【解析】
B
【解析】
【答案】D
【解析】
A
【解析】
【答案】AC
【解析】
ACD
三、 填空题
7. 若函数f(x)=eax+ln (x+1),f′(0)=4,则a=___,f′(2)=__________.
【解析】
3
8. 若质点M按规律s(t)=(2t+1)2做直线运动(位移单位:m,时间单位:s),则质点M在t=2时的瞬时速度为_____m/s.
【解析】
因为s(t)=(2t+1)2,所以s′(t)=2(2t+1)·2=8t+4,则质点在t=2时的瞬时速度为s′(2)=8×2+4=20(m/s).
20
【解析】
2x+3y-π=0
四、 解答题
10. 求下列函数的导数:
(1) f(x)=(3x2+1)(2-x);
【解答】
f′(x)=6x(2-x)+(3x2+1)×(-1)=-9x2+12x-1.
(2) f(x)=x2ln (2x);
【解答】
(3) f(x)=ln (2x-1)3.
【解答】
11. 已知函数f(x)=ln (x+1)-ax的图象在x=2处的切线与直线2x+3y+1=0平行.
(1) 求a的值;
【解答】
(2) 求曲线g(x)=f(x)+x上到直线y=x+3距离最小的点的坐标,并求出该最小值.
【解答】
11. 已知函数f(x)=ln (x+1)-ax的图象在x=2处的切线与直线2x+3y+1=0平行.
【解析】
-1
【解析】
4 050
【解析】
谢谢观赏第3课时 简单复合函数的导数
学习 目标 1. 了解复合函数概念及其复合过程. 2. 掌握复合函数的求导法则.
新知初探基础落实
一、 概念表述
1. 一般地,对于两个函数y=f(u)和u=g(x),如果通过中间变量u,y可以表示成x的函数,那么称这个函数为函数y=f(u)和u=g(x)的复合函数,记作__y=f(g(x))_.
2. 复合函数y=f(g(x))的导数与函数y=f(u),u=g(x)的导数间的关系为yx′=__y′u·u′x_,即y对x的导数等于__y对u的导数与u对x的导数的乘积_.
二、 概念辨析:判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”.
(1) [(2x+1)-1]′=-(2x+1)-2 . ( × )
(2) 若f(x)=cos ,则f′=1.( × )
(3) 已知某函数的导数为y′=,则这个函数可能是y=ln . ( √ )
(4) 已知函数y=f(x),满足f(x)=ln (2-3x),则它的导函数y′=(x∈R).( × )
典例精讲能力初成
探究1 简单复合函数的导数
例1 1 (教材P79例6补充)求下列函数的导数:
(1) y=;
【解答】设y=,u=3x-x2,则y′x=y′u·u′x=·(3-2x)=.
(2) y=e2x+1;
【解答】设y=eu,u=2x+1,则y′x=y′u·u′x=eu·2=2e2x+1.
(3) y=ln (3x-1);
【解答】设y=ln u,u=3x-1,则y′x=y′u·u′x=(ln u)′·(3x-1)′=·3=.
(4) y=sin .
【解答】设y=sin u,u=2x+,则y′x=y′u·u′x=(sin u)′·′=cos u·2=2cos .
(1) 求复合函数的导数的步骤:
①分层:选择中间变量,写出构成它的内、外层函数;②分别求导:分别求各层函数对相应变量的导数;③相乘:把上述求导的结果相乘;④变量回代:把中间变量回代.
(2) 求复合函数的导数的注意点:
①内、外层函数通常为基本初等函数;②求每层函数的导数时,注意分清是对哪个变量求导,这是求复合函数导数时的易错点;③逐层求导结束后,对结果进行化简整理,使导数式尽量简洁.
变式 求下列函数的导数:
(1) y=(x2+2x-1)e2-x;
【解答】y′=(x2+2x-1)′e2-x+(x2+2x-1)(e2-x)′=(2x+2)e2-x+(x2+2x-1)(-e2-x)=(-x2+3)e2-x.
(2) y=2x sin (2x+5);
【解答】y′=(2x)′sin (2x+5)+2x[sin (2x+5)]′=2sin (2x+5)+4x cos (2x+5).
(3) y=.
【解答】因为(ln 3x)′=×(3x)′=,所以y′===.
例1 2 (1) 曲线f(x)=x+e2x在点(0,f(0))处的切线方程为( D )
A. y=2x B. y=2x+1
C. y=3x D. y=3x+1
【解析】因为f(x)=x+e2x,所以f′(x)=1+2e2x,所以f′(0)=1+2=3.又因为f(0)=1,所以曲线f(x)=x+e2x在点(0,f(0))处的切线方程为y=3x+1.
(2) 求曲线f(x)=(2x-2)3在点(2,8)处的切线与x轴、直线x=2所围成的三角形的面积.
【解答】设u=2x-2,则f′(x)=(u3)′·u′=6(2x-2)2,所以f′(2)=6×(4-2)2=24,所以曲线y=f(x)在点(2,8)处的切线方程为y-8=24(x-2),即24x-y-40=0,所以切线与x轴的交点是,与直线x=2的交点是(2,8),故所围成的三角形的面积为××8=.
探究2 复合函数导数的实际应用
例2 (教材P80例7补充)某港口在一天24 h内潮水的高度近似满足函数关系S(t)=3sin (0≤t≤24),其中S的单位是m,t的单位是h,求18点时潮水起落的速度.
【解答】因为S′(t)=3cos ×=cos ,所以S′(18)=cos (×18+)=cos =cos =,所以18点时潮水起落的速度是 m/h.
对三角函数型函数的求导,往往需要利用三角恒等变换公式对函数式进行化简,再进行求导.复合函数的求导法则熟悉后,中间步骤可以省略,即不必再写出函数的复合过程,直接运用公式从外层开始由外到内逐层求导.
随堂内化及时评价
1. 设f(x)=sin 2x,则f′等于( C )
A. B.
C. 1 D. -1
【解析】因为f(x)=sin 2x,所以f′(x)=(2x)′cos 2x=2cos 2x,则f′=2cos =1.
2. 函数y=sin 的导数y′=( D )
A. -cos B. cos
C. -sin D. -sin
【解析】因为函数y=sin 可看作由y=sin u,u=-x复合而成,且yu′=(sin u)′=cos u,ux′=′=-1,所以函数y=sin 的导数为y′=yu′ux′=-cos =-sin [-]=-sin .
3. 设f(x)=ln ,则f′(2)等于( B )
A. B.
C. D.
【解析】因为f(x)=ln ,令u(x)=,所以f(u)=ln u.因为f′(u)=,u′(x)=·=,由复合函数的求导法则得f′(x)=·=,所以f′(2)=.
4. 已知函数f(x)=,则f′(3)=___.
【解析】根据题意,函数f(x)==(2x-1),则f′(x)=(2x-1)′××(2x-1)-=,f′(3)=.
5. (多选)下列函数求导正确的是( ABD )
A. 若f(x)=,则f′(x)=-3(3x+1)-
B. 若f(x)=(1-2x)3,则f′(x)=-6(1-2x)2
C. 若f(x)=log2(2x+1),则f′(x)=
D. 若f(x)=cos ,则f′(x)=-sin
【解析】对于A,因为f(x)==2(3x+1)-,所以f′(x)=[2(3x+1)-]′=-3(3x+1)-,故A正确;对于B,因为f(x)=(1-2x)3,所以f′(x)=[(1-2x)3]′=-6(1-2x)2,故B正确;对于C,因为f(x)=log2(2x+1),所以f′(x)=[log2(2x+1)]′=,故C错误;对于D,因为f(x)=cos ,所以f′(x)=′=-sin ,故D正确.
配套新练案
一、 单项选择题
1. 函数y=cos (2x+1)的导数是( C )
A. y′=sin (2x+1)
B. y′=-2x sin (2x+1)
C. y′=-2sin (2x+1)
D. y′=2x sin (2x+1)
【解析】y′=-sin (2x+1)(2x+1)′=-2sin (2x+1).
2. 设f(x)=ln (2x-1),若f(x)在x=x0处的导数 f′(x0)=1,则x0的值为( B )
A. B.
C. 1 D.
【解析】由f(x)=ln (2x-1),得f′(x)=.由f′(x0)==1,解得x0=.
3. 假设某放射性同位素的衰变过程中,其含量P(单位:贝克)与时间t(单位:天)满足函数关系P(t)=P0·2-,其中P0为t=0时该放射性同位素的含量.已知t=15时,该放射性同位素的瞬时变化率为-,则该放射性同位素含量为4.5贝克时衰变所需时间为( D )
A. 20天 B. 30天
C. 45天 D. 60天
【解析】由P(t)=P0·2-得P′(t)=-·P0·2-ln 2.因为t=15时,该放射性同位素的瞬时变化率为-,所以P′(15)=-·P0=-,解得P0=18,则P(t)=18·2-.当该放射性同位素含量为4.5贝克,即P(t)=4.5时,由18·2-=4.5,得2-=,所以-=-2,解得t=60.
4. 设a∈R,函数f(x)=ex+a·e-x的导函数是f′(x),且f′(x)是奇函数.若曲线y=f(x)的一条切线的斜率是,则切点的横坐标为( A )
A. ln 2 B. -ln 2
C. D. -
【解析】对f(x)=ex+a·e-x求导得f′(x)=ex-ae-x.而f′(x)是奇函数,故f′(0)=1-a=0,解得a=1,故f′(x)=ex-e-x.设切点为(x0,y0),则f′(x0)=ex0-e-x0=,解得ex0=2或ex0=-(舍去),所以x0=ln 2.
二、 多项选择题
5. 下列函数求导正确的是( AC )
A. 若f(x)=,则f′(x)=
B. 若f(x)=e2x,则f′(x)=e2x
C. 若f(x)=,则f′(x)=
D. 若f(x)=cos ,则f′(x)=-sin
【解析】若f(x)=,则f′(x)==,故A正确;若f(x)=e2x,则f′(x)=e2x·(2x)′=2e2x,故B错误;若f(x)=,则f′(x)=·(2x-1)-1·(2x-1)′=,故C正确;若f(x)=cos ,则f′(x)=-sin ·′=-2sin (2x-),故D错误.
6. 下列判断正确的是( ACD )
A. 曲线f(x)=ln (x-1)在点(2,0)处的切线的倾斜角是
B. 曲线f(x)=在点(2,1)处的切线的倾斜角是
C. 曲线f(x)=ex-1在点(2,e)处的切线方程是ex-y-e=0
D. 曲线f(x)=(x-1)5在点(2,1)处的切线与直线x+5y=0互相垂直
【解析】对于A,f′(x)=,f′(2)=1,所以倾斜角θ=,故A正确;对于B,f′(x)=-,f′(2)=-1,所以倾斜角θ=,故B错误;对于C,f′(x)=ex-1,f′(2)=e,所以切线方程为ex-y-e=0,故C正确;对于D,f′(x)=5(x-1)4,f′(2)=5,所以D正确.
三、 填空题
7. 若函数f(x)=eax+ln (x+1),f′(0)=4,则a=3,f′(2)=__3e6+_.
【解析】由f(x)=eax+ln (x+1),得f′(x)=aeax+,因为f′(0)=4,所以f′(0)=a+1=4,所以a=3,f′(x)=3e3x+,f′(2)=3e6+.
8. 若质点M按规律s(t)=(2t+1)2做直线运动(位移单位:m,时间单位:s),则质点M在t=2时的瞬时速度为__20_m/s.
【解析】因为s(t)=(2t+1)2,所以s′(t)=2(2t+1)·2=8t+4,则质点在t=2时的瞬时速度为s′(2)=8×2+4=20(m/s).
9. 若点P是曲线y=cos 上一点,直线l为点P处的切线,则直线l的方程为__2x+3y-π=0_.
【解析】因为点P是曲线y=cos 上一点,所以y0=cos=cos =0,所以点P的坐标为.因为y′=-sin (x+),所以斜率k=-×sin=-,所以切线l的方程为y-0=-,即2x+3y-π=0.
四、 解答题
10. 求下列函数的导数:
(1) f(x)=(3x2+1)(2-x);
【解答】f′(x)=6x(2-x)+(3x2+1)×(-1)=-9x2+12x-1.
(2) f(x)=x2ln (2x);
【解答】f′(x)=2x ln (2x)+x2×=x[2ln (2x)+1].
(3) f(x)=ln (2x-1)3.
【解答】因为f(x)=3ln (2x-1),所以f′(x)=.
11. 已知函数f(x)=ln (x+1)-ax的图象在x=2处的切线与直线2x+3y+1=0平行.
(1) 求a的值;
【解答】 由f(x)=ln (x+1)-ax,得f′(x)=-a,因为函数f(x)的图象在x=2处的切线与直线2x+3y+1=0平行,所以f′(2)=-a=-,所以a=1.
(2) 求曲线g(x)=f(x)+x上到直线y=x+3距离最小的点的坐标,并求出该最小值.
【解答】g(x)=ln (x+1),g′(x)=,令g′(x)==1,得x=0,则曲线g(x)在点(0,0)处的切线方程为x-y=0,即点(0,0)到直线y=x+3的距离最小,最小距离d==.
12. 若直线y=2x是曲线f=x的切线,则a=__-1_.
【解析】因为f(x)=x(e2x-a),所以f′(x)=(1+2x)e2x-a.设切点为(t,2t),则即若t=0,则a=-1,则f(x)=x(e2x+1),f′(x)=(1+2x)e2x+1,所以f(0)=0,f′(0)=2,所以f(x)在(0,0)处的切线方程为y=2x,符合题意.若t≠0,则e2t=2+a,则(1+2t)(2+a)=2+a,所以2t(2+a)=0,则a=-2,则此时t无解,不符合题意,故舍去.综上可得a=-1.
13. 已知定义在R上的函数f(x),f′(x)为f(x)的导函数,f′(x)的定义域也是R,f(x)满足f-f=4x-2,则′(i)=__4 050_.
【解析】对f(x+1 013)-f(1 013-x)=4x-2两边同时求导得f′(x+1 013)+f′(1 013-x)=4,即f′(x)+f′(2 026-x)=4,则f′(1)+f′(2 025)=4,f′(2) +f′(2 024)=4,…,f′(1 013)=2,则′(i)=4×1 012+2=4 050.
14. 在对函数y=[f(x)]g(x)求导时可运用对数法:在解析式两边同时取对数,得到ln y=g(x)·ln f(x),然后两边同时求导,得=g′(x)ln f(x)+g(x),于是y′=[f(x)]g(x)·[g′(x)ln f(x)+g(x)·].用此法探求y=(x+1)(x>0)的导数为__y′=[1-ln (x+1)]·(x+1)_.
【解析】由y=(x+1)(x>0),两边同时取对数,得ln y=ln (x+1),两边同时求导,得=ln (x+1)+×=[1-ln (x+1)],所以y′=[1-ln (x+1)]·(x+1).第3课时 简单复合函数的导数
学习 目标 1. 了解复合函数概念及其复合过程. 2. 掌握复合函数的求导法则.
新知初探基础落实
一、 概念表述
1. 一般地,对于两个函数y=f(u)和u=g(x),如果通过中间变量u,y可以表示成x的函数,那么称这个函数为函数y=f(u)和u=g(x)的复合函数,记作_______________.
2. 复合函数y=f(g(x))的导数与函数y=f(u),u=g(x)的导数间的关系为yx′=______________,即y对x的导数等于_______________.
二、 概念辨析:判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”.
(1) [(2x+1)-1]′=-(2x+1)-2 . ( )
(2) 若f(x)=cos ,则f′=1.( )
(3) 已知某函数的导数为y′=,则这个函数可能是y=ln . ( )
(4) 已知函数y=f(x),满足f(x)=ln (2-3x),则它的导函数y′=(x∈R).( )
典例精讲能力初成
探究1 简单复合函数的导数
例1 1 (教材P79例6补充)求下列函数的导数:
(1) y=;
(2) y=e2x+1;
(3) y=ln (3x-1);
(4) y=sin .
(1) 求复合函数的导数的步骤:
①分层:选择中间变量,写出构成它的内、外层函数;②分别求导:分别求各层函数对相应变量的导数;③相乘:把上述求导的结果相乘;④变量回代:把中间变量回代.
(2) 求复合函数的导数的注意点:
①内、外层函数通常为基本初等函数;②求每层函数的导数时,注意分清是对哪个变量求导,这是求复合函数导数时的易错点;③逐层求导结束后,对结果进行化简整理,使导数式尽量简洁.
变式 求下列函数的导数:
(1) y=(x2+2x-1)e2-x;
(2) y=2x sin (2x+5);
(3) y=.
例1 2 (1) 曲线f(x)=x+e2x在点(0,f(0))处的切线方程为( )
A. y=2x B. y=2x+1
C. y=3x D. y=3x+1
(2) 求曲线f(x)=(2x-2)3在点(2,8)处的切线与x轴、直线x=2所围成的三角形的面积.
探究2 复合函数导数的实际应用
例2 (教材P80例7补充)某港口在一天24 h内潮水的高度近似满足函数关系S(t)=3sin (0≤t≤24),其中S的单位是m,t的单位是h,求18点时潮水起落的速度.
对三角函数型函数的求导,往往需要利用三角恒等变换公式对函数式进行化简,再进行求导.复合函数的求导法则熟悉后,中间步骤可以省略,即不必再写出函数的复合过程,直接运用公式从外层开始由外到内逐层求导.
随堂内化及时评价
1. 设f(x)=sin 2x,则f′等于( )
A. B.
C. 1 D. -1
2. 函数y=sin 的导数y′=( )
A. -cos B. cos
C. -sin D. -sin
3. 设f(x)=ln ,则f′(2)等于( )
A. B.
C. D.
4. 已知函数f(x)=,则f′(3)=_______________.
5. (多选)下列函数求导正确的是( )
A. 若f(x)=,则f′(x)=-3(3x+1)-
B. 若f(x)=(1-2x)3,则f′(x)=-6(1-2x)2
C. 若f(x)=log2(2x+1),则f′(x)=
D. 若f(x)=cos ,则f′(x)=-sin
配套新练案
一、 单项选择题
1. 函数y=cos (2x+1)的导数是( )
A. y′=sin (2x+1)
B. y′=-2x sin (2x+1)
C. y′=-2sin (2x+1)
D. y′=2x sin (2x+1)
2. 设f(x)=ln (2x-1),若f(x)在x=x0处的导数 f′(x0)=1,则x0的值为( )
A. B.
C. 1 D.
3. 假设某放射性同位素的衰变过程中,其含量P(单位:贝克)与时间t(单位:天)满足函数关系P(t)=P0·2-,其中P0为t=0时该放射性同位素的含量.已知t=15时,该放射性同位素的瞬时变化率为-,则该放射性同位素含量为4.5贝克时衰变所需时间为( )
A. 20天 B. 30天
C. 45天 D. 60天
4. 设a∈R,函数f(x)=ex+a·e-x的导函数是f′(x),且f′(x)是奇函数.若曲线y=f(x)的一条切线的斜率是,则切点的横坐标为( )
A. ln 2 B. -ln 2
C. D. -
二、 多项选择题
5. 下列函数求导正确的是( )
A. 若f(x)=,则f′(x)=
B. 若f(x)=e2x,则f′(x)=e2x
C. 若f(x)=,则f′(x)=
D. 若f(x)=cos ,则f′(x)=-sin
6. 下列判断正确的是( )
A. 曲线f(x)=ln (x-1)在点(2,0)处的切线的倾斜角是
B. 曲线f(x)=在点(2,1)处的切线的倾斜角是
C. 曲线f(x)=ex-1在点(2,e)处的切线方程是ex-y-e=0
D. 曲线f(x)=(x-1)5在点(2,1)处的切线与直线x+5y=0互相垂直
三、 填空题
7. 若函数f(x)=eax+ln (x+1),f′(0)=4,则a=3,f′(2)=______________.
8. 若质点M按规律s(t)=(2t+1)2做直线运动(位移单位:m,时间单位:s),则质点M在t=2时的瞬时速度为______________m/s.
9. 若点P是曲线y=cos 上一点,直线l为点P处的切线,则直线l的方程为_______________.
四、 解答题
10. 求下列函数的导数:
(1) f(x)=(3x2+1)(2-x);
(2) f(x)=x2ln (2x);
(3) f(x)=ln (2x-1)3.
11. 已知函数f(x)=ln (x+1)-ax的图象在x=2处的切线与直线2x+3y+1=0平行.
(1) 求a的值;
(2) 求曲线g(x)=f(x)+x上到直线y=x+3距离最小的点的坐标,并求出该最小值.
12. 若直线y=2x是曲线f=x的切线,则a=______________.
13. 已知定义在R上的函数f(x),f′(x)为f(x)的导函数,f′(x)的定义域也是R,f(x)满足f-f=4x-2,则′(i)=_______________.
14. 在对函数y=[f(x)]g(x)求导时可运用对数法:在解析式两边同时取对数,得到ln y=g(x)·ln f(x),然后两边同时求导,得=g′(x)ln f(x)+g(x),于是y′=[f(x)]g(x)·[g′(x)ln f(x)+g(x)·].用此法探求y=(x+1)(x>0)的导数为______________.