本大节的重点是根据导数定义求简单函数的导数的方法. 利用导数判别可导函数极值的方法.
利用导数的符号判断函数的增减性及极(最)值:
极值和最大(小)值的判定,其中关键是可导函数极值的判定,通过判定可导函数的极值,可加深对可导函数单调性与其导数的关系的了解;并且,掌握了可导函数极值的判别法,再学习可导函数最大(小)值的判定,就不成问题了.
(1)研究函数的单调性:设函数y=f(x)在某区间可导,若f′(x)>0,则f(x)为增函数;若f′(x)<0,则f(x)为减函数;如果f′(x)=0,则f(x)为常值函数.
(2)研究函数的极(最)值:设函数在点x0附近有定义,如果对x0附近所有的点,都有f(x)>f(x0)(或f(x)<f(x0)),我们就说f(x0)是函数f(x)的一个极大值(或极小值).若x0是f(x)的一个极值点,且f(x)是可导函数,则f′(x0)=0,如果函数f(x)在点x0处连续,且f′(x)在x0的两侧异号,那么x0就是函数f(x)的极值点.
(3)函数f(x)在[a,b]上最大值与最小值的求法.
①求出f(x)在(a,b)内的极值;
②将各极值与f(a),f(b)比较,其中最大的一个为最大值,最小的一个为最小值.
难点是对导数概念的理解和导数的应用.
导数是建立在极限基础上,并用极限定义的基本概念,它在微积分中有极其重要的地位,导数即函数的变化率,它可直接反映出许多实际问题中函数变化的快慢程度,所以学习时要善于联系导数概念的某些实际背景(例如瞬时速度,加速度,光滑曲线的切线的斜率等). 利用导数的符号判断函数的增减性,是导数几何意义在研究曲线变化规律时的一个应用,它充分体现了数形结合的思想.
导数的方法涉及导数定义、常用求导公式、四则运算法则和复合函数求导法则等求导方法,因此重点应为导数的概念与计算,学习时应熟练掌握以下求导法:直接利用法则与公式求导、复合函数求导.在求导过程中应熟记导数公式与运算法则,重点掌握复合函数的求导方法. 求一些实际问题的最大值与最小值是本大节的难点,在掌握可导函数极值的判别法之后,判定可导函数的最大(小)值并不困难,但在遇到一些实际问题时,可能会出现障碍,这里关键是能根据实际问题,建立适当的函数关系.
1、导数的定义
设函数y=f(x)在点x=x0及其附近有定义,当自变量x在x0处有改变量△x(△x可正可负),则函数y相应地有改变量△y=f(x0+△x)-f(x0),这两个改变量的比
叫做函数y=f(x)在x0到x0+△x之间的平均变化率.
如果当△x→0时,
有极限,我们就说函数y=f(x)在点x0处可导,这个极限叫做f(x)在点x0处的导数(即瞬时变化率,简称变化率),记作f′(x0)或
,即
函数f(x)在点x0处的导数就是函数平均变化率当自变量的改变量趋向于零时的极限.如果极限不存在,我们就说函数f(x)在点x0处不可导.
2、求导数的方法
由导数定义,我们可以得到求函数f(x)在点x0处的导数的方法:
(1)求函数的增量△y=f(x0+△x)-f(x0);
(2)求平均变化率
;
(3)取极限,得导数
3、导数的几何意义
函数y=f(x)在点x0处的导数的几何意义,就是曲线y=f(x)在点P(x0,f(x0))处的切线的斜率f′(x0).
相应地,切线方程为y-y0= f′(x0)(x-x0).
4、几种常见函数的导数
函数y=C(C为常数)的导数 C′=0.
函数y=xn(n∈Q)的导数 (xn)′=nxn-1
函数y=sinx的导数 (sinx)′=cosx
函数y=cosx的导数 (cosx)′=-sinx
5、函数四则运算求导法则
和的导数 (u+v)′=u′+v′
差的导数 (u-v)′= u′-v′
积的导数 (u·v)′=u′v+uv′
商的导数
.
6、复合函数的求导法则
一般地,复合函数y=f[φ(x)]对自变量x的导数y′x,等于已知函数对中间变量u=φ(x)的导数y′u,乘以中间变量u对自变量x的导数u′x,即y′x=y′u·u′x.
7、对数、指数函数的导数
(1)对数函数的导数
①
;
②
.
其中(1)式是(2)式的特殊情况,当a=e时,(2)式即为(1)式.
(2)指数函数的导数
①(ex)′=ex
②(ax)′=axlna
其中(1)式是(2)式的特殊情况,当a=e时,(2)式即为(1)式.
[例1]求下列函数的导数:

分析:
从这两个函数的形式结构来看,都是商的形式,如果直接套用商的求导法则,运算量较大,但从形式上看,可以转化为和的形式.
解:
(1)

(2)
点评:
(1)不加分析,盲目套用公式,会给运算带来不便,甚至错误,如(2)的求导形式较为复杂,用商的求导法则之后,还需通分化简.
(2)先化简,再求导实施求导运算的基本方法,是化难为易、化繁为简的基本原则和策略.
[例2]已知f(x)的导数f′(x)=3x2-2(a+1)x+a-2且f(0)=2a,求不等式f(x)<0的解集.
分析:
欲求f(x)<0的解集,必须根据条件先确定f(x)的表达式,逆用导数运算法则,可得f(x)=x3-(a+1)x2+(a-2)x+b,确定a,b值即可.
解:


令(x+1)(x-2)(x-a)<0,则:
(1)当a<-1时,不等式解集为(-∞,a)∪(1,2)
(2)当a=-1时,不等式解集为(-∞,-1)∪(-1,2)
(3)当-1<a<2时,不等式解集为(-∞,-1)∪(a,2)
(4)当a=2时,不等式解集为(-∞,-1);
(5)当a>2时,不等式解集为(-∞,-1)∪(2,a)
点评:
已知导数求原函数的法则,是导数运算法则的逆用,可以培养逆向思维能力,应加注意,根据导数求原来函数时,不是惟一的,这是因为常数的导数为0的缘故.
[例3] 如果函数f(x)=ax5-bx3+c(a≠0)在x=±1时有极值,极大值为4,极小值为0,试求a,b,c的值.
[分析]
可通过求导确定可疑点,注意利用已知极值点x=±1所确定的相关等式,在判断y′的符号时,必须对a进行分类计论.
[解答]
y′=5ax4-3bx2,令y′=0,即5ax4-3bx2=0,x2(5ax2-3b)=0,
∵ x=±1是极值点,∴ 5a(±1)2-3b=0.
又x2=0,∴ 可疑点为x=0,x=±1.
若a>0,y′=5ax2(x2-1).
当x变化时,y′,y的变化情况如下表: