高考數(shù)學(xué)導(dǎo)學(xué)練系列 導(dǎo)數(shù)及其應(yīng)用教案 蘇教版
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1、導(dǎo)數(shù)及其應(yīng)用 考綱導(dǎo)讀 1.了解導(dǎo)數(shù)概念的某些實(shí)際背景(如瞬時(shí)速度,加速度,光滑曲線切線的斜率等);掌握函數(shù)在一點(diǎn)處的導(dǎo)數(shù)的定義和導(dǎo)數(shù)的幾何意義;理解導(dǎo)函數(shù)的概念. 2. 熟記八個(gè)基本導(dǎo)數(shù)公式(c,(m為有理數(shù)), 的導(dǎo)數(shù));掌握兩個(gè)函數(shù)和、差、積、商的求導(dǎo)法則,了解復(fù)合函數(shù)的求導(dǎo)法則,會(huì)求某些簡(jiǎn)單函數(shù)的導(dǎo)數(shù). 3.理解可導(dǎo)函數(shù)的單調(diào)性與其導(dǎo)數(shù)的關(guān)系;了解可導(dǎo)函數(shù)在某點(diǎn)取得極值的必要條件和充分條件(導(dǎo)數(shù)在極值點(diǎn)兩側(cè)異號(hào));會(huì)求一些實(shí)際問題(一般指單峰函數(shù))的最大值和最小值. 知識(shí)網(wǎng)絡(luò) 高考導(dǎo)航 導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用價(jià)值極高,主要涉及函數(shù)單調(diào)性、極大(?。┲?,以及最大
2、(?。┲档龋龅接嘘P(guān)問題要能自覺地運(yùn)用導(dǎo)數(shù). 第1課時(shí) 變化率與導(dǎo)數(shù)、導(dǎo)數(shù)的計(jì)算 基礎(chǔ)過關(guān) 1.導(dǎo)數(shù)的概念:函數(shù)y=的導(dǎo)數(shù),就是當(dāng)Δ0時(shí),函數(shù)的增量Δy與自變量的增量Δ的比的 ,即= = . 2.導(dǎo)函數(shù):函數(shù)y=在區(qū)間(a, b)內(nèi) 的導(dǎo)數(shù)都存在,就說在區(qū)間( a, b )內(nèi) ,其導(dǎo)數(shù)也是(a ,b )內(nèi)的函數(shù),叫做的 ,記作或,函數(shù)的導(dǎo)函數(shù)在時(shí)的函數(shù)值 ,就是在處的導(dǎo)數(shù). 3.導(dǎo)數(shù)的幾何意義:設(shè)函數(shù)y=在點(diǎn)處可導(dǎo),那么它在該點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)等于函數(shù)所表示曲線在相應(yīng)點(diǎn)處的
3、 . 4.求導(dǎo)數(shù)的方法 (1) 八個(gè)基本求導(dǎo)公式 = ; = ;(n∈Q) = , = = , = = , = (2) 導(dǎo)數(shù)的四則運(yùn)算 = = = ,= (3) 復(fù)合函數(shù)的導(dǎo)數(shù) 設(shè)在點(diǎn)x處可導(dǎo),在點(diǎn)處可導(dǎo),則復(fù)合函數(shù)在點(diǎn)x處可導(dǎo), 且= ,即. 典型例題 例1.求函數(shù)y=在x0到x0+Δx之間的平均變
4、化率. 解 ∵Δy= 變式訓(xùn)練1. 求y=在x=x0處的導(dǎo)數(shù). 解 例2. 求下列各函數(shù)的導(dǎo)數(shù): (1) (2) (3) (4) 解 (1)∵ ∴y′ (2)方法一 y=(x2+3x+2)(x+3)=x3+6x2+11x+6,∴y′=3x2+12x+11. 方法二 = =(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. (3)∵y= ∴ (4) , ∴ 變式訓(xùn)練2:求y=tanx
5、的導(dǎo)數(shù). 解 y′ 例3. 已知曲線y= (1)求曲線在x=2處的切線方程; (2)求曲線過點(diǎn)(2,4)的切線方程. 解 (1)∵y′=x2,∴在點(diǎn)P(2,4)處的切線的斜率k=|x=2=4. ∴曲線在點(diǎn)P(2,4)處的切線方程為y-4=4(x-2),即4x-y-4=0. (2)設(shè)曲線y=與過點(diǎn)P(2,4)的切線相切于點(diǎn), 則切線的斜率k=|=. ∴切線方程為即 ∵點(diǎn)P(2,4)在切線上,∴4= 即∴ ∴(x0+1)(x0-2)2=0,解得x0=-1或x0=2, 故所求的切線方程為4x-y-4=0或x-y+2=0. 變式訓(xùn)練3
6、:若直線y=kx與曲線y=x3-3x2+2x相切,則k= . 答案 2或 例4. 設(shè)函數(shù) (a,b∈Z),曲線在點(diǎn)處的切線方程為y=3. (1)求的解析式; (2)證明:曲線上任一點(diǎn)的切線與直線x=1和直線y=x所圍三角形的面積為定值,并求出此定值. (1)解 , 于是解得或 因?yàn)閍,bZ,故 (2)證明 在曲線上任取一點(diǎn). 由知,過此點(diǎn)的切線方程為 . 令x=1,得,切線與直線x=1交點(diǎn)為. 令y=x,得,切線與直線y=x的交點(diǎn)為. 直線x=1與直線y=x的交點(diǎn)為(1,1). 從而所圍三角形的面積為. 所以,所圍三角形的面積為定值2.
7、 變式訓(xùn)練4:偶函數(shù)f(x)=ax4+bx3+cx2+dx+e的圖象過點(diǎn)P(0,1),且在x=1處的切線方程為y=x-2,求y=f(x)的解析式. 解 ∵f(x)的圖象過點(diǎn)P(0,1),∴e=1. ① 又∵f(x)為偶函數(shù),∴f(-x)=f(x). 故ax4+bx3+cx2+dx+e=ax4-bx3+cx2-dx+e. ∴b=0,d=0. ② ∴f(x)=ax4+cx2+1. ∵函數(shù)f(x)在x=1處的切線方程為y=x-2,∴可得切點(diǎn)為(1,-1). ∴a+c+1=-1. ③
8、 ∵=(4ax3+2cx)|x=1=4a+2c,∴4a+2c=1. ④ 由③④得a=,c=.∴函數(shù)y=f(x)的解析式為 小結(jié)歸納 1.理解平均變化率的實(shí)際意義和數(shù)學(xué)意義。 2.要熟記求導(dǎo)公式,對(duì)于復(fù)合函數(shù)的導(dǎo)數(shù)要層層求導(dǎo). 3.搞清導(dǎo)數(shù)的幾何意義,為解決實(shí)際問題,如切線、加速度等問題打下理論基礎(chǔ). 第2課時(shí) 導(dǎo)數(shù)的概念及性質(zhì) 基礎(chǔ)過關(guān) 1. 函數(shù)的單調(diào)性 ⑴ 函數(shù)y=在某個(gè)區(qū)間內(nèi)可導(dǎo),若>0,則為 ;若<0,則為 .(逆命題不成立) (2) 如果在某個(gè)區(qū)間內(nèi)恒有,則 . 注:連續(xù)函數(shù)在開區(qū)間
9、和與之相應(yīng)的閉區(qū)間上的單調(diào)性是一致的. (3) 求可導(dǎo)函數(shù)單調(diào)區(qū)間的一般步驟和方法: ① 確定函數(shù)的 ; ② 求,令 ,解此方程,求出它在定義區(qū)間內(nèi)的一切實(shí)根; ③ 把函數(shù)的間斷點(diǎn)(即的無(wú)定義點(diǎn))的橫坐標(biāo)和上面的各個(gè)實(shí)根按由小到大的順序排列起來(lái),然后用這些點(diǎn)把函數(shù)的定義區(qū)間分成若干個(gè)小區(qū)間; ④ 確定在各小開區(qū)間內(nèi)的 ,根據(jù)的符號(hào)判定函數(shù)在各個(gè)相應(yīng)小開區(qū)間內(nèi)的增減性. 2.可導(dǎo)函數(shù)的極值 ⑴ 極值的概念 設(shè)函數(shù)在點(diǎn)附近有定義,且對(duì)附近的所有點(diǎn)都有 (或 ),則稱為函數(shù)的一個(gè)極大(?。┲担Q為極大(?。┲迭c(diǎn).
10、 ⑵ 求可導(dǎo)函數(shù)極值的步驟: ① 求導(dǎo)數(shù); ② 求方程=0的 ; ③ 檢驗(yàn)在方程=0的根左右的符號(hào),如果在根的左側(cè)附近為正,右側(cè)附近為負(fù),那么函數(shù)y=在這個(gè)根處取得 ;如果在根的左側(cè)附近為負(fù),右側(cè)為正,那么函數(shù)y=在這個(gè)根處取得 . 3.函數(shù)的最大值與最小值: ⑴ 設(shè)y=是定義在區(qū)間[a ,b ]上的函數(shù),y=在(a ,b )內(nèi)有導(dǎo)數(shù),則函數(shù)y=在[a ,b ]上 有最大值與最小值;但在開區(qū)間內(nèi) 有最大值與最小值. (2) 求最值可分兩步進(jìn)行: ① 求y=在(a ,b )內(nèi)的 值; ② 將y=的各
11、 值與、比較,其中最大的一個(gè)為最大值,最小的一個(gè)為最小值. (3) 若函數(shù)y=在[a ,b ]上單調(diào)遞增,則為函數(shù)的 ,為函數(shù)的 ;若函數(shù)y=在[a ,b ]上單調(diào)遞減,則為函數(shù)的 ,為函數(shù)的 . 典型例題 例1. 已知f(x)=ex-ax-1. (1)求f(x)的單調(diào)增區(qū)間; (2)若f(x)在定義域R內(nèi)單調(diào)遞增,求a的取值范圍; (3)是否存在a,使f(x)在(-∞,0]上單調(diào)遞減,在[0,+∞)上單調(diào)遞增?若存在,求出a的值;若不存在,說明理由. 解:=ex-a. (1)若a≤0,=ex-a≥0恒
12、成立,即f(x)在R上遞增. 若a>0,ex-a≥0,∴ex≥a,x≥lna.∴f(x)的單調(diào)遞增區(qū)間為(lna,+∞). (2)∵f(x)在R內(nèi)單調(diào)遞增,∴≥0在R上恒成立. ∴ex-a≥0,即a≤ex在R上恒成立. ∴a≤(ex)min,又∵ex>0,∴a≤0. (3)方法一 由題意知ex-a≤0在(-∞,0]上恒成立. ∴a≥ex在(-∞,0]上恒成立.∵ex在(-∞,0]上為增函數(shù). ∴x=0時(shí),exx-a≥0在[0,+∞)上恒成立. ∴a≤ex在[0,+∞)上恒成立.∴a≤1,∴a=1. 方法二 由題意知,x=0為f(x)的極小值點(diǎn).∴=0
13、,即e0-a=0,∴a=1. 變式訓(xùn)練1. 已知函數(shù)f(x)=x3-ax-1. (1)若f(x)在實(shí)數(shù)集R上單調(diào)遞增,求實(shí)數(shù)a的取值范圍; (2)是否存在實(shí)數(shù)a,使f(x)在(-1,1)上單調(diào)遞減?若存在,求出a的取值范圍;若不存在,說明理由; (3)證明:f(x)=x3-ax-1的圖象不可能總在直線y=a的上方. (1)解 由已知=3x2-a,∵f(x)在(-∞,+∞)上是單調(diào)增函數(shù), ∴=3x2-a≥0在(-∞,+∞)上恒成立,即a≤3x2對(duì)x∈R恒成立. ∵3x2≥0,∴只需a≤0,又a=0時(shí),=3x2≥0, 故f(x)=x3-1在R上是增函數(shù),則a≤0.
14、
(2)解 由=3x2-a≤0在(-1,1)上恒成立,得a≥3x2,x∈(-1,1)恒成立.
∵-1 15、x)在[-3,1]上的最大值和最小值.
解 (1)由f(x)=x3+ax2+bx+c,得=3x2+2ax+b,
當(dāng)x=1時(shí),切線l的斜率為3,可得2a+b=0 ①
當(dāng)x=時(shí),y=f(x)有極值,則=0,可得4a+3b+4=0 ②
由①②解得a=2,b=-4.由于切點(diǎn)的橫坐標(biāo)為x=1,∴f(1)=4.
∴1+a+b+c=4.∴c=5.
(2)由(1)可得f(x)=x3+2x2-4x+5,∴=3x2+4x-4,
令=0,得x=-2,x=.
當(dāng)x變化時(shí),y,y′的取值及 16、變化如下表:
x
-3
(-3,-2)
-2
1
y′
+
0
-
0
+
y
8
單調(diào)遞增
↗
13
單調(diào)遞減
↘
單調(diào)遞增
↗
4
∴y=f(x)在[-3,1]上的最大值為13,最小值為
變式訓(xùn)練2. 函數(shù)y=x4-2x2+5在區(qū)間[-2,2]上的最大值與最小值.
解 先求導(dǎo)數(shù),得y′=4x3-4x,令y′=0,即4x31=-1,x2=0,x3=1.
導(dǎo)數(shù)y′的正負(fù)以及f(-2),f(2)如下表:
x
-2
(-2,-1)
-1
(-1,0)
0
(0,1)
1
(1,2)
2
y′
17、
-
0
+
0
-
0
+
y
13
↘
4
↗
5
↘
4
↗
13
從上表知,當(dāng)x=±2時(shí),函數(shù)有最大值13,當(dāng)x=±1時(shí),函數(shù)有最小值4.
例3. 已知函數(shù)f(x)=x2e-ax (a>0),求函數(shù)在[1,2]上的最大值.
解 ∵f(x)=x2e-ax(a>0),∴=2xe-ax+x2·(-a)e-ax=e-ax(-ax2+2x).
令>0,即e-ax(-ax2+2x)>0,得0 18、ax=f(1)=e-a.
②當(dāng)1≤≤2,即1≤a≤2時(shí),
f(x)在上是增函數(shù),在上是減函數(shù),
∴f(x)max=f=4a-2e-2.
③當(dāng)>2時(shí),即02時(shí),f(x)的最大值為e-a.
變式訓(xùn)練3. 設(shè)函數(shù)f(x)=-x(x-a)2(x∈R),其中a∈R.
(1)當(dāng)a=1時(shí),求曲線y=f(x)在點(diǎn)(2,f(2))處的切線方程;
(2)當(dāng)a≠ 19、0時(shí),求函數(shù)f(x)的極大值和極小值.
解:(1)當(dāng)a=1時(shí),f(x)=-x(x-1)2=-x3+2x2-x,
f(2)=-2,=-3x2+4x-1,
-12+8-1=-5,
∴當(dāng)a=1時(shí),曲線y=f(x)在點(diǎn)(2,f(2))處的切線方程為
5x+y-8=0.
(2)f(x)=-x(x-a)2=-x3+2ax2-a2x,
=-3x2+4ax-a2=-(3x-a)(x-a),
令=0,解得x=或x=a.
由于a≠0,以下分兩種情況討論.
①若a>0,當(dāng)x變化時(shí),的正負(fù)如下表:
x
(-∞,)
(,a)
a
(a,+∞)
-
0
+ 20、
0
-
f(x)
↘
↗
0
↘
因此,函數(shù)f(x)在x=處取得極小值f(),
且f()=-
函數(shù)f(x)在x=a處取得極大值f(a),且f(a)=0.
②若a<0,當(dāng)x變化時(shí),的正負(fù)如下表:
x
(-∞,a)
a
(a,)
(,+∞)
-
0
+
0
-
f(x)
↘
0
↗
-
↘
因此,函數(shù)f(x)在x=a處取得極小值f(a),且f(a)=0;
函數(shù)f(x)在x=處取得極大值f(),
且f()=-.
例4. 某分公司經(jīng)銷某種品牌產(chǎn)品,每件產(chǎn)品的成本為3元,并且每件產(chǎn)品需向總公司交a元(3≤a 21、≤5)的管理費(fèi),預(yù)計(jì)當(dāng)每件產(chǎn)品的售價(jià)為x元(9≤x≤11)時(shí),一年的銷售量為(12-x)2萬(wàn)件.(1)求分公司一年的利潤(rùn)L(萬(wàn)元)與每件產(chǎn)品的售價(jià)x的函數(shù)關(guān)系式;
(2)當(dāng)每件產(chǎn)品的售價(jià)為多少元時(shí),分公司一年的利潤(rùn)L最大,并求出L的最大值Q(a).
解 (1)分公司一年的利潤(rùn)L(萬(wàn)元)與售價(jià)x的函數(shù)關(guān)系式為:L=(x-3-a)(12-x)2,x∈[9,11].
(2) =(12-x)2-2(x-3-a)(12-x)=(12-x)(18+2a-3x).
令=0得x=6+a或x=12(不合題意,舍去).
∵3≤a≤5,∴8≤6+a≤.
在x=6+a兩側(cè)L′的值由正變負(fù). 22、
所以①當(dāng)8≤6+a<9即3≤a<時(shí),Lmax=L(9)=(9-3-a)(12-9)2=9(6-a).
②當(dāng)9≤6+a≤,即≤a≤5時(shí),
Lmax=L(6+a)=(6+a-3-a)[12-(6+a)]2=4(3-a)3.
所以
答 若3≤a<,則當(dāng)每件售價(jià)為9元時(shí),分公司一年的利潤(rùn)L最大,最大值Q(a)=9(6-a)(萬(wàn)元);若≤a≤5,則當(dāng)每件售價(jià)為(6+a)元時(shí),分公司一年的利潤(rùn)L最大,最大值Q(a)= (萬(wàn)元).
變式訓(xùn)練4:某造船公司年造船量是20艘,已知造船x艘的產(chǎn)值函數(shù)為R(x)=3 700x+45x2-10x3(單位:萬(wàn)元),成本函數(shù)為C(x)=460x+5 23、000(單位:萬(wàn)元),又在經(jīng)濟(jì)學(xué)中,函數(shù)f(x)的邊際函數(shù)Mf(x)定義為Mf(x)=f(x+1)-f(x).
(1)求利潤(rùn)函數(shù)P(x)及邊際利潤(rùn)函數(shù)MP(x);(提示:利潤(rùn)=產(chǎn)值-成本)
(2)問年造船量安排多少艘時(shí),可使公司造船的年利潤(rùn)最大?
(3)求邊際利潤(rùn)函數(shù)MP(x)的單調(diào)遞減區(qū)間,并說明單調(diào)遞減在本題中的實(shí)際意義是什么?
解:(1)P(x)=R(x)-C(x)=-10x3+45x2+3 240x-5 000(x∈N*,且1≤x≤20);
MP(x)=P(x+1)-P(x)=-30x2+60x+3 275 (x∈N*,且1≤x≤19).
(2)=-30x2+90x 24、+3 240=-30(x-12)(x+9),
∵x>0,∴=0時(shí),x=12,
∴當(dāng)0 25、0(<0)的x的取值范圍.
導(dǎo)數(shù)及其應(yīng)用單元檢測(cè)題
一、選擇題
1.曲線y=ex在點(diǎn)(2,e2)處的切線與坐標(biāo)軸所圍三角形的面積為( )
A.e22 C.e2 D.
2.如果函數(shù)y=f(x)的圖象如圖所示,那么導(dǎo)函數(shù)y=的圖象可能是 ( )
3.設(shè)f(x)=x2(2-x),則f(x)的單調(diào)增區(qū)間是 ( )
A.(0, B.(+∞) C.(-∞,0) D.(-∞,0)∪(,+∞) 26、
4.設(shè)a∈R,若函數(shù)y=ex+ax,x∈R有大于零的極值點(diǎn),則 ( )
A.a<-1 B.a>-1 C.a<- D.a>-
5.已知函數(shù)y=f(x)=x3+px2+qx的圖象與x軸切于非原點(diǎn)的一點(diǎn),且y極小值=-4,那么p、q的值分別為 ( )
A.6,9 B.9,6 C.4,2 D.8,6
6.已知x≥0,y≥0,x+3y=9,則x2y的最大值為 ( )
A.36 B.18
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