[核心必知]
1.预习教材,问题导入
根据以下提纲,预习教材P81~P85的内容,回答下列问题.
已知函数:
①y=f(x)=c,②y=f(x)=x,③y=f(x)=x2,
④y=f(x)=,⑤y=f(x)=.
(1)函数y=f(x)=c的导数是什么?
提示:∵===0,
∴y′= =0.
(2)函数②③④⑤的导数分别是什么?
提示:由导数的定义得:(x)′=1,(x2)′=2x,′=-,()′= .
(3)函数②③⑤均可表示为y=xα(α∈Q*)的形式,其导数有何规律?
提示:∵(x)′=1·x1-1,(x2)′=2·x2-1,()′=′=x-1=,∴(xα)′=αxα-1.
2.归纳总结,核心必记
(1)基本初等函数的导数公式
原函数
导函数
f(x)=c(c为常数)
f′(x)=0
f(x)=xα(α∈Q*)
f′(x)=α·xα-1
f(x)=sin x
f′(x)=cos_x
f(x)=cos x
f′(x)=-sin_x
f(x)=ax
f′(x)=axln_a(a>0)
f(x)=ex
f′(x)=ex
f(x)=logax
f′(x)=(a>0,且a≠1)
f(x)=ln x
f′(x)=
(2)导数运算法则
①[f(x)±g(x)]′=f′(x)±g′(x);
②[f(x)·g(x)]′=f′(x)g(x)+f(x)g′(x);
当g(x)=c时,[cf(x)]′=cf′(x).
③′=(g(x)≠0).
[问题思考]
(1)常数函数的导数为0说明什么?
提示:说明常数函数f(x)=c图象上每一点处的切线的斜率都为0,即每一点处的切线都平行(或重合)于x轴.
(2)对于公式“若f(x)=xα(α∈Q*),则f′(x)=αxα-1”,若把“α∈Q*”改为“α∈R”,公式是否仍然成立?
提示:当α∈R时,f′(x)=αxα-1仍然成立.
(3)下面的计算过程正确吗?
′=cos=.
提示:不正确.因为sin=是一个常数,
而常数的导数为零,所以′=0.
(4)若f(x),g(x)都是可导函数,且f(x)≠0,那么下列关系式成立吗?
①[af(x)+bg(x)]′=af′(x)+bg′(x)(a,b为常数);
②′=-.
提示:由导数的运算法则可知,这两个关系式都正确.
[课前反思]
(1)基本初等函数的导数公式有哪些?
;
(2)导数的运算法则有哪些?其适用条件是什么?
.
知识点1
利用导数公式求函数的导数
[思考] 你能说出函数f(x)=c与f(x)=xα、f(x)=sin x与f(x)=cos x、f(x)=ax与f(x)=ex、f(x)=logax与f(x)=ln x的导数公式有什么特点和联系吗?
名师指津:(1)幂函数f(x)=xα中的α可以由Q*推广到任意实数.
(2)正、余弦函数的导数可以记忆为“正余互换,(符号)正同余反”.
(3)指数函数的导数等于指数函数本身乘以底数的自然对数,(ex)′=ex是(ax)′=axln a的特例.
(4)对数函数的导数等于x与底数的自然对数乘积的倒数,(ln x)′=是(logax)′=的特例.
?讲一讲
1.求下列函数的导数:
(1)y=10x;(2)y=lg x;(3)y=logx;
(4)y=;(5)y=2-1.
[尝试解答] (1)y′=(10x)′=10xln 10.
(2)y′=(lg x)′=.
(3)y′=(logx)′==-.
(4)y′=()′=(x)′=x-=.
(5)∵y=2-1
=sin2+2sin cos +cos2-1
=sin x,
∴y′=(sin x)′=cos x.
—————————————————————————————
(1)若给出的函数解析式符合基本初等函数的导数公式,则直接利用公式求导.
(2)若给出的函数解析式不符合导数公式,则通过恒等变换对解析式进行化简或变形后求导,如根式要化成指数幂的形式求导.
?练一练
1.求下列函数的导数:
(1)y=x;(2)y=x;
(3)y=lg 5;(4)y=3lg;
(5)y=2cos2-1.
解:(1)y′=′=xln=-=-e-x.
(2)y′=′=xln ==-10-x ln 10.
(3)∵y=lg 5是常数函数,
∴y′=(lg 5)′=0.
(4)∵y=3 lg=lg x,
∴y′=(lg x)′=.
(5)∵y=2cos2-1=cos x,
∴y′=(cos x)′=-sin x.
知识点2
利用导数的运算法则求导数
?讲一讲
2.(链接教材P84-例2)求下列函数的导数:
(1)y=x3·ex;(2)y=x-sin cos;
(3)y=x2+log3x; (4)y=.
[尝试解答] (1)y′=(x3)′ex+x3(ex)′=3x2ex+x3ex=x2(3+x)ex.
(2)∵y=x-sin x,∴y′=x′-(sin x)′=1-cos x.
(3)y′=(x2+log3x)′=(x2)′+(log3x)′=2x+.
(4)y′=
==.
——————————————————————————
利用导数运算法则求解的策略
(1)分析求导式符合哪种求导法则,每一部分式子是由哪种基本初等函数组合成的,确定求导法则,基本公式.
(2)如果求导式比较复杂,则需要对式子先变形再求导,常用的变形有乘积展开变为和式求导,商式变乘积式求导,三角函数恒等变换后求导等.
(3)利用导数法则求导的原则是尽可能化为和、差,利用和、差的求导法则求导,尽量少用积、商的求导法则求导.
?练一练
2.求下列函数的导数:
(1)y=;
(2)y=xsin x+;
(3)y=+;
(4)y=lg x-.
解:(1)y′=′=
==-.
(2)y′=(xsin x)′+()′
=sin x+xcos x+ .
(3)∵y=+
==-2,
∴y′=′==.
(4)y′=′=(lg x)′-′
=+.
知识点3
利用导数公式研究曲线的切线问题
?讲一讲
3.点P是曲线y=ex上任意一点,求点P到直线y=x的最小距离.
[思考点拨] 将直线y=x向上平移,当直线与曲线y=ex相切时,该切点到直线y=x的距离最小.
[尝试解答]
如图,当曲线y=ex在点P(x0,y0)处的切线与直线y=x平行时,点P到直线y=x的距离最近.
则曲线y=ex在点P(x0,y0)处的切线斜率为1,
又y′=(ex)′=ex,
∴ex0=1,得x0=0,代入y=ex,得y0=1,即P(0,1).
利用点到直线的距离公式得最小距离为.
————————————————————————————
解决有关切线问题的关注点
(1)此类问题往往涉及切点、切点处的导数、切线方程三个主要元素.其他的条件可以进行转化,从而转化为这三个要素间的关系.
(2)准确利用求导法则求出导函数是解决此类问题的第一步,也是解题的关键,务必到准确.
(3)分清已知点是否在曲线上,若不在曲线上,则要设出切点,这是解题时的易错点.
?练一练
3.求过曲线y=cos x上点P且与曲线在这点处的切线垂直的直线方程.
解:∵y=cos x,∴y′=(cos x)′=-sin x,
∴曲线在点P处的切线的斜率为k=y′x==-sin=-,
∴过点P且与切线垂直的直线的斜率为,
∴满足题意的直线方程为y-=,
即x-y+-π=0.
——————————[课堂归纳·感悟提升]———————————————————
1.本节课的重点是基本初等函数的导数公式及导数运算法则,难点是灵活运用导数公式和运算法则解决相关问题.
2.本节课要重点掌握的规律方法
(1)利用导数公式求导数,见讲1;
(2)利用导数运算法则求导数,见讲2;
(3)利用导数运算研究曲线的切线问题,见讲3.
3.本节课的易错点是导数公式(ax)′=axln a和(logax)′=以及运算法则[f(x)·g(x)]′与′的区别.
课下能力提升(十五)
[学业水平达标练]
题组1 利用导数公式求函数的导数
1.给出下列结论:
①(cos x)′=sin x;②′=cos ;③若y=,则y′=-;④′= .
其中正确的个数是( )
A.0 B.1 C.2 D.3
解析:选B 因为(cos x)′=-sin x,所以①错误.sin =,而′=0,所以②错误.′===,所以③错误.′=-==x-=,所以④正确.
2.已知f(x)=xα(α∈Q*),若f′(1)=,则α等于( )
A. B.
C. D.
解析:选D ∵f(x)=xα,
∴f′(x)=αxα-1.
∴f′(1)=α=.
题组2 利用导数的运算法则求导数
3.函数y=sin x·cos x的导数是( )
A.y′=cos2x+sin2x B.y′=cos2x-sin2x
C.y′=2cos x·sin x D.y′=cos x·sin x
解析:选B y′=(sin x·cos x)′=cos x·cos x+sin x·(-sin x)=cos2x-sin2x.
4.函数y=的导数为________.
解析:y′=′=
==.
答案:
5.已知函数f(x)=axln x,x∈(0,+∞),其中a为实数,f′(x)为f(x)的导函数.若f′(1)=3,则a的值为________.
解析:f′(x)=a=a(1+ln x).
由于f′(1)=a(1+ln 1)=a,又f′(1)=3,所以a=3.
答案:3
6.求下列函数的导数.
(1)y=sin x-2x2;(2)y=cos x·ln x;(3)y=.
解:(1)y′=(sin x-2x2)′=(sin x)′-(2x2)′=cos x-4x.
(2)y′=(cos x·ln x)′
=(cos x)′·ln x+cos x·(ln x)′
=-sin x·ln x+.
(3)y′=′
=
=
=.
题组3 利用导数公式研究曲线的切线问题
7.曲线y=x2+在点(1,2)处的切线方程为________.
解析:因为y′=2x-,所以在点(1,2)处的切线方程的斜率为y′|x=1=2×1-=1,所以切线方程为y-2=x-1,即x-y+1=0.
答案:x-y+1=0
8.若曲线f(x)=x·sin x+1在x=处的切线与直线ax+2y+1=0互相垂直,则实数a=________.
解析:因为f′(x)=sin x+xcos x,所以f′=sin +cos =1.又直线ax+2y+1=0的斜率为-,所以根据题意得1×=-1,解得a=2.
答案:2
9.已知a∈R,设函数f(x)=ax-ln x的图象在点(1,f(1))处的切线为l,则l在y轴上的截距为________.
解析:因为f′(x)=a-,所以f′(1)=a-1,又f(1)=a,所以切线l的方程为y-a=(a-1)(x-1),令x=0,得y=1.
答案:1
10.在平面直角坐标系xOy中,点P在曲线C:y=x3-10x+13上,且在第一象限内,已知曲线C在点P处的切线的斜率为2,求点P的坐标.
解:设点P的坐标为(x0,y0),因为y′=3x2-10,所以3x-10=2,解得x0=±2.又点P在第一象限内,所以x0=2,又点P在曲线C上,所以y0=23-10×2+13=1,所以点P的坐标为(2,1).
[能力提升综合练]
1.f0(x)=sin x,f1(x)=f′0(x),f2(x)=f′1(x),…,fn+1(x)=f′n(x),n∈N,则f2 017(x)=( )
A.sin x B.-sin x C.cos x D.-cos x
解析:选C 因为f1(x)=(sin x)′=cos x,f2(x)=(cos x)′=-sin x,f3(x)=(-sin x)′=-cos x,f4(x)=(-cos x)′=sin x,f5(x)=(sin x)′=cos x,所以循环周期为4,因此f2 017(x)=f1(x)=cos x.
2.已知曲线y=-3ln x的一条切线的斜率为,则切点的横坐标为( )
A.3 B.2 C.1 D.
解析:选A 因为y′=-,所以根据导数的几何意义可知,-=,解得x=3(x=-2不合题意,舍去).
3.曲线y=-在点M处的切线的斜率为( )
A.- B. C.- D.
解析:选B y′=
=,把x=代入得导数值为,即为所求切线的斜率.
4.已知直线y=3x+1与曲线y=ax3+3相切,则a的值为( )
A.1 B.±1
C.-1 D.-2
解析:选A 设切点为(x0,y0),则y0=3x0+1,且y0=ax+3,所以3x0+1=ax+3…①.对y=ax3+3求导得y′=3ax2,则3ax=3,ax=1…②,由①②可得x0=1,所以a=1.
5.设a为实数,函数f(x)=x3+ax2+(a-3)x的导函数为f′(x),且f′(x)是偶函数,则曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程为____________.
解析:f′(x)=3x2+2ax+a-3,∵f′(x)是偶函数,∴a=0,
∴f(x)=x3-3x,f′(x)=3x2-3,∴f(2)=8-6=2,f′(2)=9,
∴曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程为y-2=9(x-2),即9x-y-16=0.
答案:9x-y-16=0
6.设f(x)=x(x+1)(x+2)…(x+n),则f′(0)=________.
解析:令g(x)=(x+1)(x+2)…(x+n),
则f(x)=xg(x),
求导得f′(x)=x′g(x)+xg′(x)=g(x)+xg′(x),
所以f′(0)=g(0)+0×g′(0)=g(0)=1×2×3×…×n.
答案:1×2×3×…×n
7.已知曲线y=x+ln x在点(1,1)处的切线与曲线y=ax2+(a+2)x+1相切,则a=________.
解析:法一:∵y=x+ln x,
∴y′=1+,y′x=1=2.
∴曲线y=x+ln x在点(1,1)处的切线方程为y-1=2(x-1),
即y=2x-1.
∵y=2x-1与曲线y=ax2+(a+2)x+1相切,
∴a≠0(当a=0时曲线变为y=2x+1与已知直线平行).
由消去y,得ax2+ax+2=0.
由Δ=a2-8a=0,解得a=8.
法二:同法一得切线方程为y=2x-1.
设y=2x-1与曲线y=ax2+(a+2)x+1相切于点(x0,ax+(a+2)x0+1).
∵y′=2ax+(a+2),
∴y′x=x0=2ax0+(a+2).
由解得
答案:8
8.设f(x)=x3+ax2+bx+1的导数f′(x)满足f′(1)=2a,f′(2)=-b,其中常数a,b∈R.求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程.
解:因为f(x)=x3+ax2+bx+1,所以f′(x)=3x2+2ax+b.
令x=1,得f′(1)=3+2a+b,又f′(1)=2a,3+2a+b=2a,解得b=-3,令x=2得f′(2)=12+4a+b,
又f′(2)=-b,所以12+4a+b=-b,解得a=-.
则f(x)=x3-x2-3x+1,从而f(1)=-.
又f′(1)=2×=-3,所以曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y-=-3(x-1),即6x+2y-1=0.
9.已知两条直线y=sin x,y=cos x,是否存在这两条曲线的一个公共点,使在这一点处,两条曲线的切线互相垂直?并说明理由.
解:不存在.由于y=sin x,y=cos x,设两条曲线的一个公共点为P(x0,y0),所以两条曲线在P(x0,y0)处的斜率分别为k1=y′x=x0=cos x0,k2=y′x=x0=-sin x0.
若使两条切线互相垂直,必须使cos x0·(-sin x0)=-1,即sin x0·cos x0=1,也就是sin 2x0=2,这是不可能的,所以两条曲线不存在公共点,使在这一点处的两条切线互相垂直.
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[学业水平达标练]
题组1 利用导数公式求函数的导数
1.给出下列结论:
①(cos x)′=sin x;②′=cos ;③若y=,则y′=-;④′= .
其中正确的个数是( )
A.0 B.1 C.2 D.3
解析:选B 因为(cos x)′=-sin x,所以①错误.sin =,而′=0,所以②错误.′===,所以③错误.′=-==x-=,所以④正确.
2.已知f(x)=xα(α∈Q*),若f′(1)=,则α等于( )
A. B.
C. D.
解析:选D ∵f(x)=xα,
∴f′(x)=αxα-1.
∴f′(1)=α=.
题组2 利用导数的运算法则求导数
3.函数y=sin x·cos x的导数是( )
A.y′=cos2x+sin2x B.y′=cos2x-sin2x
C.y′=2cos x·sin x D.y′=cos x·sin x
解析:选B y′=(sin x·cos x)′=cos x·cos x+sin x·(-sin x)=cos2x-sin2x.
4.函数y=的导数为________.
解析:y′=′=
==.
答案:
5.已知函数f(x)=axln x,x∈(0,+∞),其中a为实数,f′(x)为f(x)的导函数.若f′(1)=3,则a的值为________.
解析:f′(x)=a=a(1+ln x).
由于f′(1)=a(1+ln 1)=a,又f′(1)=3,所以a=3.
答案:3
6.求下列函数的导数.
(1)y=sin x-2x2;(2)y=cos x·ln x;(3)y=.
解:(1)y′=(sin x-2x2)′=(sin x)′-(2x2)′=cos x-4x.
(2)y′=(cos x·ln x)′
=(cos x)′·ln x+cos x·(ln x)′
=-sin x·ln x+.
(3)y′=′
=
=
=.
题组3 利用导数公式研究曲线的切线问题
7.曲线y=x2+在点(1,2)处的切线方程为________.
解析:因为y′=2x-,所以在点(1,2)处的切线方程的斜率为y′|x=1=2×1-=1,所以切线方程为y-2=x-1,即x-y+1=0.
答案:x-y+1=0
8.若曲线f(x)=x·sin x+1在x=处的切线与直线ax+2y+1=0互相垂直,则实数a=________.
解析:因为f′(x)=sin x+xcos x,所以f′=sin +cos =1.又直线ax+2y+1=0的斜率为-,所以根据题意得1×=-1,解得a=2.
答案:2
9.已知a∈R,设函数f(x)=ax-ln x的图象在点(1,f(1))处的切线为l,则l在y轴上的截距为________.
解析:因为f′(x)=a-,所以f′(1)=a-1,又f(1)=a,所以切线l的方程为y-a=(a-1)(x-1),令x=0,得y=1.
答案:1
10.在平面直角坐标系xOy中,点P在曲线C:y=x3-10x+13上,且在第一象限内,已知曲线C在点P处的切线的斜率为2,求点P的坐标.
解:设点P的坐标为(x0,y0),因为y′=3x2-10,所以3x-10=2,解得x0=±2.又点P在第一象限内,所以x0=2,又点P在曲线C上,所以y0=23-10×2+13=1,所以点P的坐标为(2,1).
[能力提升综合练]
1.f0(x)=sin x,f1(x)=f′0(x),f2(x)=f′1(x),…,fn+1(x)=f′n(x),n∈N,则f2 017(x)=( )
A.sin x B.-sin x C.cos x D.-cos x
解析:选C 因为f1(x)=(sin x)′=cos x,f2(x)=(cos x)′=-sin x,f3(x)=(-sin x)′=-cos x,f4(x)=(-cos x)′=sin x,f5(x)=(sin x)′=cos x,所以循环周期为4,因此f2 017(x)=f1(x)=cos x.
2.已知曲线y=-3ln x的一条切线的斜率为,则切点的横坐标为( )
A.3 B.2 C.1 D.
解析:选A 因为y′=-,所以根据导数的几何意义可知,-=,解得x=3(x=-2不合题意,舍去).
3.曲线y=-在点M处的切线的斜率为( )
A.- B. C.- D.
解析:选B y′=
=,把x=代入得导数值为,即为所求切线的斜率.
4.已知直线y=3x+1与曲线y=ax3+3相切,则a的值为( )
A.1 B.±1
C.-1 D.-2
解析:选A 设切点为(x0,y0),则y0=3x0+1,且y0=ax+3,所以3x0+1=ax+3…①.对y=ax3+3求导得y′=3ax2,则3ax=3,ax=1…②,由①②可得x0=1,所以a=1.
5.设a为实数,函数f(x)=x3+ax2+(a-3)x的导函数为f′(x),且f′(x)是偶函数,则曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程为____________.
解析:f′(x)=3x2+2ax+a-3,∵f′(x)是偶函数,∴a=0,
∴f(x)=x3-3x,f′(x)=3x2-3,∴f(2)=8-6=2,f′(2)=9,
∴曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程为y-2=9(x-2),即9x-y-16=0.
答案:9x-y-16=0
6.设f(x)=x(x+1)(x+2)…(x+n),则f′(0)=________.
解析:令g(x)=(x+1)(x+2)…(x+n),
则f(x)=xg(x),
求导得f′(x)=x′g(x)+xg′(x)=g(x)+xg′(x),
所以f′(0)=g(0)+0×g′(0)=g(0)=1×2×3×…×n.
答案:1×2×3×…×n
7.已知曲线y=x+ln x在点(1,1)处的切线与曲线y=ax2+(a+2)x+1相切,则a=________.
解析:法一:∵y=x+ln x,
∴y′=1+,y′x=1=2.
∴曲线y=x+ln x在点(1,1)处的切线方程为y-1=2(x-1),
即y=2x-1.
∵y=2x-1与曲线y=ax2+(a+2)x+1相切,
∴a≠0(当a=0时曲线变为y=2x+1与已知直线平行).
由消去y,得ax2+ax+2=0.
由Δ=a2-8a=0,解得a=8.
法二:同法一得切线方程为y=2x-1.
设y=2x-1与曲线y=ax2+(a+2)x+1相切于点(x0,ax+(a+2)x0+1).
∵y′=2ax+(a+2),
∴y′x=x0=2ax0+(a+2).
由解得
答案:8
8.设f(x)=x3+ax2+bx+1的导数f′(x)满足f′(1)=2a,f′(2)=-b,其中常数a,b∈R.求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程.
解:因为f(x)=x3+ax2+bx+1,所以f′(x)=3x2+2ax+b.
令x=1,得f′(1)=3+2a+b,又f′(1)=2a,3+2a+b=2a,解得b=-3,令x=2得f′(2)=12+4a+b,
又f′(2)=-b,所以12+4a+b=-b,解得a=-.
则f(x)=x3-x2-3x+1,从而f(1)=-.
又f′(1)=2×=-3,所以曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y-=-3(x-1),即6x+2y-1=0.
9.已知两条直线y=sin x,y=cos x,是否存在这两条曲线的一个公共点,使在这一点处,两条曲线的切线互相垂直?并说明理由.
解:不存在.由于y=sin x,y=cos x,设两条曲线的一个公共点为P(x0,y0),所以两条曲线在P(x0,y0)处的斜率分别为k1=y′x=x0=cos x0,k2=y′x=x0=-sin x0.
若使两条切线互相垂直,必须使cos x0·(-sin x0)=-1,即sin x0·cos x0=1,也就是sin 2x0=2,这是不可能的,所以两条曲线不存在公共点,使在这一点处的两条切线互相垂直.