当前位置:首页>文档>第3章§3.1 导数的概念及其意义、导数的运算_2.2025数学总复习_2023年新高考资料_一轮复习_2023新高考一轮复习讲义+课件_2023年高考数学一轮复习讲义(新高考)

第3章§3.1 导数的概念及其意义、导数的运算_2.2025数学总复习_2023年新高考资料_一轮复习_2023新高考一轮复习讲义+课件_2023年高考数学一轮复习讲义(新高考)

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第3章§3.1 导数的概念及其意义、导数的运算_2.2025数学总复习_2023年新高考资料_一轮复习_2023新高考一轮复习讲义+课件_2023年高考数学一轮复习讲义(新高考)
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§3.1 导数的概念及其意义、导数的运算 考试要求 1.了解导数的概念、掌握基本初等函数的导数.2.通过函数图象,理解导数的几 何意义.3.能够用导数公式和导数的运算法则求简单函数的导数,能求简单的复合函数(形如 f(ax+b))的导数. 知识梳理 1.导数的概念 (1)函数y=f(x)在x=x 处的导数记作 f ′ ( x )或 . 0 0 f′(x)=lim =lim . 0 (2)函数y=f(x)的导函数 f′(x)=lim . 2.导数的几何意义 函数y=f(x)在x=x 处的导数的几何意义就是曲线y=f(x)在点P(x ,f(x))处的切线的斜率, 0 0 0 相应的切线方程为 y - f ( x ) = f ′ ( x )( x - x ). 0 0 0 3.基本初等函数的导数公式 基本初等函数 导函数 f(x)=c(c为常数) f′(x)=0 f(x)=xα(α∈Q,且α≠0) f′(x)= αx α - 1 f(x)=sin x f′(x)=cos_x f(x)=cos x f′(x)= - si n_x f(x)=ax(a>0,且a≠1) f′(x)= a x ln _a f(x)=ex f′(x)= e x f(x)=log x(a>0,且a≠1) f′(x)= af(x)=ln x f′(x)= 4.导数的运算法则 若f′(x),g′(x)存在,则有 [f(x)±g(x)]′= f ′ ( x )± g ′ ( x ) ; [f(x)g(x)]′= f ′ ( x ) g ( x ) + f ( x ) g ′ ( x ) ; ′=(g(x)≠0); [cf(x)]′= cf ′ ( x ) . 5.复合函数的定义及其导数 复合函数y=f(g(x))的导数和函数y=f(u),u=g(x)的导数间的关系为y′= y ′ · u ′ ,即y对 x u x x的导数等于y对u的导数与u对x的导数的乘积. 常用结论 1.区分在点处的切线与过点处的切线 (1)在点处的切线,该点一定是切点,切线有且仅有一条. (2)过点处的切线,该点不一定是切点,切线至少有一条. 2.′=(f(x)≠0). 思考辨析 判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”) (1)f′(x)是函数y=f(x)在x=x 附近的平均变化率.( × ) 0 0 (2)与曲线只有一个公共点的直线一定是曲线的切线.( × ) (3)f′(x)=[f(x)]′.( × ) 0 0 (4)若f(x)=sin (-x),则f′(x)=cos (-x).( × ) 教材改编题 1.函数f(x)=ex+在x=1处的切线方程为________. 答案 y=(e-1)x+2 解析 f′(x)=ex-, ∴f′(1)=e-1, 又f(1)=e+1, ∴切点为(1,e+1),切线斜率k=f′(1)=e-1, 即切线方程为y-(e+1)=(e-1)(x-1), 即y=(e-1)x+2. 2.已知函数f(x)=xln x+ax2+2,若f′(e)=0,则a=________. 答案 - 解析 f′(x)=1+ln x+2ax, ∴f′(e)=2ae+2=0,∴a=-.3.若f(x)=ln(1-x)+e1-x,则f′(x)=________. 答案 -e1-x 题型一 导数的运算 例1 (1)(多选)(2022·济南质检)下列求导运算正确的是( ) A.′=- B.(x2ex)′=2x+ex C.′=-sin D.′=1+ 答案 AD 解析 ′=-·(ln x)′=-, 故A正确; (x2ex)′=(x2+2x)ex,故B错误; ′=-2sin,故C错误; ′=1+,故D正确. (2)函数f(x)的导函数为f′(x),若f(x)=x2+f′sin x,则f =________. 答案 + 解析 f′(x)=2x+f′cos x, ∴f′=+f′, ∴f′=, ∴f =+. 教师备选 1.函数y=sin 2x-cos 2x的导数y′等于( ) A.2cos B.cos 2x+sin x C.cos 2x-sin 2x D.2cos 答案 A 解析 y′=2cos 2x+2sin 2x =2cos. 2.(2022·济南模拟)已知函数f′(x)=exsin x+excos x,则f(2 021)-f(0)等于( ) A.e2 021cos 2 021 B.e2 021sin 2 021 C. D.e 答案 B解析 因为f′(x)=exsin x+excos x, 所以f(x)=exsin x+k(k为常数), 所以f(2 021)-f(0)=e2 021sin 2 021. 思维升华 (1)求函数的导数要准确地把函数拆分成基本初等函数的和、差、积、商,再利 用运算法则求导. (2)抽象函数求导,恰当赋值是关键,然后活用方程思想求解. (3)复合函数求导,应由外到内逐层求导,必要时要进行换元. 跟踪训练1 (1)若函数f(x),g(x)满足f(x)+xg(x)=x2-1,且f(1)=1,则f′(1)+g′(1)等于( ) A.1 B.2 C.3 D.4 答案 C 解析 当x=1时,f(1)+g(1)=0, ∵f(1)=1,得g(1)=-1, 原式两边求导,得f′(x)+g(x)+xg′(x)=2x, 当x=1时,f′(1)+g(1)+g′(1)=2, 得f′(1)+g′(1)=2-g(1)=2-(-1)=3. (2)已知函数f(x)=ln(2x-3)+axe-x,若f′(2)=1,则a=________. 答案 e2 解析 f′(x)=·(2x-3)′+ae-x+ax·(e-x)′=+ae-x-axe-x, ∴f′(2)=2+ae-2-2ae-2=2-ae-2=1, 则a=e2. 题型二 导数的几何意义 命题点1 求切线方程 例2 (1)(2021·全国甲卷)曲线y=在点(-1,-3)处的切线方程为__________. 答案 5x-y+2=0 解析 y′=′==,所以y′| ==5,所以切线方程为y+3=5(x+1),即5x-y+2=0. x=-1 (2)已知函数f(x)=xln x,若直线l过点(0,-1),并且与曲线y=f(x)相切,则直线l的方程为 __________. 答案 x-y-1=0 解析 ∵点(0,-1)不在曲线f(x)=xln x上, ∴设切点为(x,y). 0 0 又f′(x)=1+ln x, ∴直线l的方程为y+1=(1+ln x)x. 0 ∴由解得x=1,y=0. 0 0∴直线l的方程为y=x-1,即x-y-1=0. 命题点2 求参数的值(范围) 例3 (1)(2022·青岛模拟)直线y=kx+1与曲线f(x)=aln x+b相切于点P(1,2),则2a+b等 于( ) A.4 B.3 C.2 D.1 答案 A 解析 ∵直线y=kx+1与曲线f(x)=aln x+b相切于点P(1,2), 将P(1,2)代入y=kx+1, 可得k+1=2,解得k=1, ∵ f(x)=aln x+b,∴ f′(x)=, 由f′(1)==1, 解得a=1,可得f(x)=ln x+b, ∵P(1,2)在曲线f(x)=ln x+b上, ∴f(1)=ln 1+b=2, 解得b=2,故2a+b=2+2=4. (2)(2022·广州模拟)过定点P(1,e)作曲线y=aex(a>0)的切线,恰有2条,则实数a的取值范 围是________. 答案 (1,+∞) 解析 由y′=aex,若切点为(x, ), 0 则切线方程的斜率k= = >0, ∴切线方程为y= (x-x+1), 0 又P(1,e)在切线上, ∴ (2-x)=e, 0 即= (2-x)有两个不同的解, 0 令φ(x)=ex(2-x), ∴φ′(x)=(1-x)ex, 当x∈(-∞,1)时,φ′(x)>0; 当x∈(1,+∞)时,φ′(x)<0, ∴φ(x)在(-∞,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减, ∴φ(x) =φ(1)=e, max 又x→-∞时,φ(x)→0; x→+∞时,φ(x)→-∞, ∴0<1,即实数a的取值范围是(1,+∞). 教师备选 1.已知曲线f(x)=x3-x+3在点P处的切线与直线x+2y-1=0垂直,则P点的坐标为( ) A.(1,3) B.(-1,3) C.(1,3)或(-1,3) D.(1,-3) 答案 C 解析 设切点P(x,y), 0 0 f′(x)=3x2-1, 又直线x+2y-1=0的斜率为-, ∴f′(x)=3x-1=2, 0 ∴x=1, ∴x=±1, 0 又切点P(x,y)在y=f(x)上, 0 0 ∴y=x-x+3, 0 0 ∴当x=1时,y=3; 0 0 当x=-1时,y=3. 0 0 ∴切点P为(1,3)或(-1,3). 2.(2022·哈尔滨模拟)已知M是曲线y=ln x+x2+(1-a)x上的任一点,若曲线在M点处的 切线的倾斜角均是不小于的锐角,则实数a的取值范围是( ) A.[2,+∞) B.[4,+∞) C.(-∞,2] D.(-∞,4] 答案 C 解析 因为y=ln x+x2+(1-a)x, 所以y′=+x+1-a,因为曲线在M点处的切线的倾斜角均是不小于的锐角, 所以y′≥tan =1对于任意的x>0恒成立, 即+x+1-a≥1对任意x>0恒成立, 所以x+≥a,又x+≥2, 当且仅当x=,即x=1时,等号成立, 故a≤2,所以a的取值范围是(-∞,2]. 思维升华 (1)处理与切线有关的参数问题,关键是根据曲线、切线、切点的三个关系列出 参数的方程: ①切点处的导数是切线的斜率;②切点在切线上;③切点在曲线上. (2)注意区分“在点P处的切线”与“过点P处的切线”.跟踪训练2 (1)(2022·南平模拟)若直线y=x+m与曲线y=ex-2n相切,则( ) A.m+n为定值 B.m+n为定值 C.m+n为定值 D.m+n为定值 答案 B 解析 设直线y=x+m与曲线y=ex-2n切于点(x, ), 0 因为y′=ex-2n,所以 =1,所以x=2n, 0 所以切点为(2n,1), 代入直线方程得1=2n+m, 即m+n=. (2)若函数f(x)=ln x+2x2-ax的图象上存在与直线2x-y=0平行的切线,则实数a的取值 范围是______. 答案 [2,+∞) 解析 直线2x-y=0的斜率k=2, 又曲线f(x)上存在与直线2x-y=0平行的切线, ∴f′(x)=+4x-a=2在(0,+∞)内有解, 则a=4x+-2,x>0. 又4x+≥2=4, 当且仅当x=时取“=”. ∴a≥4-2=2. ∴a的取值范围是[2,+∞). 题型三 两曲线的公切线 例4 (1)(2022·邯郸模拟)已知函数f(x)=xln x,g(x)=x2+ax(a∈R),直线l与f(x)的图象相切 于点A(1,0),若直线l与g(x)的图象也相切,则a等于( ) A.0 B.-1 C.3 D.-1或3 答案 D 解析 由f(x)=xln x求导得f′(x)=1+ln x, 则f′(1)=1+ln 1=1,于是得函数f(x)在点A(1,0)处的切线l的方程为y=x-1, 因为直线l与g(x)的图象也相切,则方程组有唯一解,即关于 x的一元二次方程x2+(a-1)x +1=0有两个相等的实数根, 因此Δ=(a-1)2-4=0,解得a=-1或a=3, 所以a=-1或a=3. (2)(2022·韶关模拟)若曲线C :y=ax2(a>0)与曲线C :y=ex存在公共切线,则a的取值范围 1 2 为________. 答案解析 由y=ax2(a>0),得y′=2ax, 由y=ex,得y′=ex, 曲线C :y=ax2(a>0)与曲线C :y=ex存在公共切线, 1 2 设公切线与曲线C 切于点(x,ax), 1 1 与曲线C 切于点(x, ), 2 2 则2ax= 1 可得2x=x+2, 2 1 ∴a= , 记f(x)= , 则f′(x)= , 当x∈(0,2)时,f′(x)<0,f(x)单调递减; 当x∈(2,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增. ∴当x=2时,f(x) =. min ∴a的取值范围是. 延伸探究 在本例(2)中,把“存在公共切线”改为“存在两条公共切线”,则a的取值范 围为________. 答案 解析 由本例(2)知, ∵两曲线C 与C 存在两条公共切线, 1 2 ∴a= 有两个不同的解. ∵函数f(x)= 在(0,2)上单调递减, 在(2,+∞)上单调递增,且f(x) =f(2)=, min 又x→0时,f(x)→+∞, x→+∞时,f(x)→+∞, ∴a>.教师备选 1.若f(x)=ln x与g(x)=x2+ax两个函数的图象有一条与直线y=x平行的公共切线,则a等 于( ) A.1 B.2 C.3 D.3或-1 答案 D 解析 设在函数f(x)=ln x处的切点为(x,y),根据导数的几何意义得到k==1, 解得x=1,故切点为(1,0),可求出切线方程为y=x-1,此切线和g(x)=x2+ax也相切, 故x2+ax=x-1, 化简得到x2+(a-1)x+1=0,只需要满足Δ=(a-1)2-4=0,解得a=-1或a=3. 2.已知曲线y=ex在点(x , )处的切线与曲线y=ln x在点(x ,ln x)处的切线相同,则(x 1 2 2 1 +1)(x-1)等于( ) 2 A.-1 B.-2 C.1 D.2 答案 B 解析 已知曲线y=ex在点(x, )处的切线方程为 1 y- = (x-x),即 1 曲线y=ln x在点(x,ln x)处的切线方程为y-ln x=(x-x),即y=x-1+ln x, 2 2 2 2 2 由题意得 得x= , 2 - x=-1+ln x=-1+ =-1-x, 1 2 1 则 =.又x= , 2 所以x=, 2 所以x-1=-1=, 2 所以(x+1)(x-1)=-2. 1 2 思维升华 公切线问题,应根据两个函数在切点处的斜率相等,且切点既在切线上又在曲线 上,列出有关切点横坐标的方程组,通过解方程组求解.或者分别求出两函数的切线,利用 两切线重合列方程组求解. 跟踪训练3 (1)(2022·青岛模拟)已知定义在区间(0,+∞)上的函数f(x)=-2x2+m,g(x)= -3ln x-x,若以上两函数的图象有公共点,且在公共点处切线相同,则m的值为( )A.2 B.5 C.1 D.0 答案 C 解析 根据题意,设两曲线y=f(x)与y=g(x)的公共点为(a,b),其中a>0, 由f(x)=-2x2+m,可得f′(x)=-4x,则切线的斜率为k=f′(a)=-4a, 由g(x)=-3ln x-x,可得g′(x)=--1,则切线的斜率为k=g′(a)=--1, 因为两函数的图象有公共点,且在公共点处切线相同,所以-4a=--1, 解得a=1或a=-(舍去), 又由g(1)=-1,即公共点的坐标为(1,-1), 将点(1,-1)代入f(x)=-2x2+m, 可得m=1. (2)已知f(x)=ex(e为自然对数的底数),g(x)=ln x+2,直线l是f(x)与g(x)的公切线,则直线 l的方程为____________________. 答案 y=ex或y=x+1 解析 设直线l与f(x)=ex的切点为(x,y), 1 1 则y= ,f′(x)=ex, 1 ∴f′(x)= , 1 ∴切点为(x, ), 1 切线斜率k= , ∴切线方程为y- = (x-x), 1 即y= ·x-x + ,① 1 同理设直线l与g(x)=ln x+2的切点为(x,y), 2 2 ∴y=ln x+2, 2 2 g′(x)=, ∴g′(x)=, 2 切点为(x,ln x+2), 2 2 切线斜率k=, ∴切线方程为y-(ln x+2)=(x-x), 2 2 即y=·x+ln x+1,② 2 由题意知,①与②相同, ∴把③代入④有 =-x+1, 1 即(1-x)( -1)=0, 1 解得x=1或x=0, 1 1 当x=1时,切线方程为y=ex; 1 当x=0时,切线方程为y=x+1, 1 综上,直线l的方程为y=ex或y=x+1. 课时精练 1.(2022·营口模拟)下列函数的求导正确的是( ) A.(x-2)′=-2x B.(xcos x)′=cos x-xsin x C.(ln 10)′= D.(e2x)′=2ex 答案 B 解析 (x-2)′=-2x-3,∴A错; (xcos x)′=cos x-xsin x,∴B对; (ln 10)′=0,∴C错; (e2x)′=2e2x,∴D错. 2.(2022·黑龙江哈师大附中月考)曲线y=2cos x+sin x在(π,-2)处的切线方程为( ) 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+cos x, 当x=π时,k=-2sin π+cos π=-1,所以在点(π,-2)处的切线方程,由点斜式可得y+2 =-1×(x-π),化简可得x+y-π+2=0. 3.(2022·长治模拟)已知y=f(x)是可导函数,如图,直线y=kx+2是曲线y=f(x)在x=3处 的切线,令g(x)=xf(x),g′(x)是g(x)的导函数,则g′(3)等于( )A.-1 B.0 C.2 D.4 答案 B 解析 由题图可知曲线y=f(x)在x=3处切线的斜率等于-, ∴f′(3)=-, ∵g(x)=xf(x), ∴g′(x)=f(x)+xf′(x), ∴g′(3)=f(3)+3f′(3), 又由题图可知f(3)=1, ∴g′(3)=1+3×=0. 4.已知点A是函数f(x)=x2-ln x+2图象上的点,点B是直线y=x上的点,则|AB|的最小 值为( ) A. B.2 C. D. 答案 A 解析 当与直线y=x平行的直线与f(x)的图象相切时,切点到直线y=x的距离为|AB|的最小 值.f′(x)=2x-=1, 解得x=1或x=-(舍去), 又f(1)=3, 所以切点C(1,3)到直线y=x的距离即为|AB|的最小值,即|AB| ==. min 5.设曲线f(x)=aex+b和曲线g(x)=cos +c在它们的公共点M(0,2)处有相同的切线,则b+ c-a的值为( ) A.0 B.π C.-2 D.3 答案 D 解析 ∵f′(x)=aex,g′(x)=-sin , ∴f′(0)=a,g′(0)=0,∴a=0, 又M(0,2)为f(x)与g(x)的公共点, ∴f(0)=b=2,g(0)=1+c=2,解得c=1, ∴b+c-a=2+1-0=3. 6.(2022·邢台模拟)设点P是函数f(x)=2ex-f′(0)x+f′(1)图象上的任意一点,点P处切线 的倾斜角为α,则角α的取值范围是( ) A. B.∪ C. D.∪ 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. ∵点P是曲线上的任意一点,点P处切线的倾斜角为α, ∴tan α>-1. ∵α∈[0,π), ∴α∈∪. 7.(多选)已知函数f(x)的图象如图,f′(x)是f(x)的导函数,则下列结论正确的是( ) A.f′(3)>f′(2) B.f′(3)f′(3) D.f(3)-f(2)f′(3)>0, 0 0 故A错误,B正确. 设A(2,f(2)),B(3,f(3)), 则f(3)-f(2)==k , AB 由图知f′(3)0,故D不是凸函数. 9.(2022·马鞍山模拟)若曲线f(x)=xcos x在x=π处的切线与直线ax-y+1=0平行,则实 数a=________. 答案 -1 解析 因为f(x)=xcos x, 所以f′(x)=cos x-xsin x, f′(π)=cos π-π·sin π=-1, 因为函数在x=π处的切线与直线ax-y+1=0平行,所以a=f′(π)=-1. 10.已知函数f(x)=+excos x,若f′(0)=-1,则a=________. 答案 2 解析 f′(x)=+excos x-exsin x =+excos x-exsin x, ∴f′(0)=-a+1=-1,则a=2. 11.(2022·宁波镇海中学质检)我国魏晋时期的科学家刘徽创立了“割圆术”,实施“以直代 曲”的近似计算,用正n边形进行“内外夹逼”的办法求出了圆周率π的精度较高的近似值, 这是我国最优秀的传统科学文化之一.借用“以直代曲”的近似计算方法,在切点附近,可 以用函数图象的切线近似代替在切点附近的曲线来近似计算.设 f(x)= ,则f′(x)= ________,其在点(0,1)处的切线方程为________. 答案 y=1 解析 ∵f(x)= , 故f′(x)=(x2)′ = , 则f′(0)=0.故曲线y=f(x)在点(0,1)处的切线方程为y=1. 12.已知函数f(x)=x3-ax2+x(a∈R),若曲线y=f(x)存在两条垂直于y轴的切线,则a的取 值范围为____________________.答案 (-∞,-1)∪(3,+∞) 解析 因为f(x)=x3-ax2+x(a∈R), 所以f′(x)=3x2-2ax+a+1,因为曲线y=f(x)存在两条垂直于y轴的切线, 所以关于x的方程f′(x)=3x2-2ax+a+1=0有两个不等的实根, 则Δ=4a2-12>0,即a2-2a-3>0, 解得a>3或a<-1, 所以a的取值范围是(-∞,-1)∪(3,+∞). 13.拉格朗日中值定理又称拉氏定理,是微积分学中的基本定理之一,它反映了函数在闭区 间上的整体平均变化率与区间某点的局部变化率的关系,其具体内容如下:若 f(x)在[a,b] 上满足以下条件:①在[a,b]上图象连续,②在(a,b)内导数存在,则在(a,b)内至少存在一 点c,使得f(b)-f(a)=f′(c)(b-a)(f′(x)为f(x)的导函数).则函数f(x)=xex-1在[0,1]上这样的 c点的个数为( ) A.1 B.2 C.3 D.4 答案 A 解析 函数f(x)=xex-1, 则f′(x)=(x+1)ex-1, 由题意可知,存在点c∈[0,1], 使得f′(c)==1, 即(1+c)ec-1=1, 所以ec-1=,c∈[0,1],作出函数y=ec-1和y=的图象,如图所示, 由图象可知,函数y=ec-1和y=的图象只有一个交点, 所以ec-1=,c∈[0,1]只有一个解,即函数f(x)=xex-1在[0,1]上c点的个数为1. 14.(2021·新高考全国Ⅰ)若过点(a,b)可以作曲线y=ex的两条切线,则( ) A.eb0, 0 0 0 则切线方程为y-b= (x-a),由 得 (1-x+a)=b,则由题意知关于x 的方程 (1-x+a)=b有两个不同的解. 0 0 0 设f(x)=ex(1-x+a), 则f′(x)=ex(1-x+a)-ex=-ex(x-a), 由f′(x)=0得x=a, 所以当x0,f(x)单调递增, 当x>a时,f′(x)<0,f(x)单调递减, 所以f(x) =f(a)=ea(1-a+a)=ea, max 当x0, 所以f(x)>0,当x→-∞时,f(x)→0, 当x→+∞时,f(x)→-∞, 函数f(x)=ex(1-x+a)的大致图象如图所示, 因为f(x)的图象与直线y=b有两个交点,所以00)有两解, 令f(k)=ln k--1, 则f′(k)=-=, 故当f′(k)>0时,04, 所以f(k)在(0,4)上单调递增,在(4,+∞)上单调递减, 故f(k) =f(4)=ln 4--1=2ln 2-2, max 所以只需满足m<2ln 2-2即可.