高考数学一轮复习 13.1 导数的概念与运算教案

*第十三章导数
●网络体系总览
●考点目标定位
1.理解导数的定义，会求多项式函数的导数.
2.理解导数的物理、几何意义，会求函数在某点处切线的斜率和物体运动到某点处的瞬时速度.
3.会用导数研究多项式函数的单调性，会求多项式函数的单调区间.
4.理解函数极大（小）值的概念，会用导数求多项式、函数的极值及在闭区间上的最值，会求一些简单的实际问题的最大（小）值.
●复习方略指南
在本章的复习过程中应始终把握对导数概念的认识、计算及应用这条主线.复习应侧重概念、公式、法则在各方面的应用，应淡化某些公式、法则的理论推导.
课本只给出了两个简单函数的导数公式，我们只要求记住这几个公式，并会应用它们求有关函数的导数即可.
从2000年高考开始，导数的知识已成为高考考查的对象，特别是导数的应用是高考必考的重要内容之一，题型涉及选择题、填空题与解答题，要给予充分的重视.但是，本章内容是限定选修内容，试题难度不大，要重视基本方法和基础知识；做练习题时要控制好难度，注意与函数、数列、不等式相结合的问题.
13.1 导数的概念与运算
●知识梳理
1.用定义求函数的导数的步骤. （1）求函数的改变量Δy ； （2）求平均变化率
x
y ∆∆. （3）取极限，得导数f '（x 0）=0
lim
→∆x x
y ∆∆. 2.导数的几何意义和物理意义
几何意义：曲线f （x ）在某一点（x 0，y 0）处的导数是过点（x 0，y 0）的切线斜率. 物理意义：若物体运动方程是s =s （t ），在点P （i 0，s （t 0））处导数的意义是t =t 0处的瞬时速度.
3.求导公式
(c )'=0，(x n )'=n ·x n －1
（n ∈N *）. 4.运算法则 如果f （x ）、g （x ）有导数，那么［f （x ）±g （x ）]'=f '（x ）±g ′（x ），［c ·f （x ）]'= c f '（x ）.
●点击双基
1.若函数f （x ）=2x 2
－1的图象上一点（1，1）及邻近一点（1+Δx ，1+Δy ），则x
y ∆∆等于
A.4
B.4x
C.4+2Δx
D.4+2Δx 2
解析：Δy =2（1+Δx ）2－1－1=2Δx 2
+4Δx ，
x
y
∆∆=4+2Δx . 答案：C
2.对任意x ，有f '（x ）=4x 3
，f （1）=－1，则此函数为
A.f （x ）=x 4
－2 B.f （x ）=x 4
+2
C.f （x ）=x 3
D.f （x ）=－x 4
解析：筛选法. 答案：A
3.如果质点A 按规律s =2t 3
运动，则在t =3 s 时的瞬时速度为
A.6
B.18
C.54
D.81
解析：∵s ′=6t 2
，∴s ′|t =3=54. 答案：C
4.若抛物线y =x 2
－x +c 上一点P 的横坐标是－2，抛物线过点P 的切线恰好过坐标原点，则c 的值为________.
解析：∵y ′=2x －1，∴y ′|x =－2=－5.
又P （－2，6+c ），∴2
6-+c
=－5.
∴c =4. 答案：4
5.设函数f （x ）=（x －a ）（x －b ）（x －c ）（a 、b 、c 是两两不等的常数），则
)(a f a '+)(b f b '+)
(c f c
'=________. 解析：∵f （x ）=x 3－（a +b +c ）x 2
+（ab +bc +ca ）x －abc ，
∴f '（x ）=3x 2
－2（a +b +c ）x +ab +bc +ca . 又f '（a ）=（a －b ）（a －c ），同理f '（b ）=（b －a ）（b －c ）， f '
（c ）=（c －a ）（c －b ）. 代入原式中得值为0. 答案：0 ●典例剖析
【例1】 （1）设a ＞0，f （x ）=ax 2
+bx +c ，曲线y =f （x ）在点P （x 0，f （x 0））处切线的倾斜角的取值范围为［0，
4
π
］，则P 到曲线y =f （x ）对称轴距离的取值范围为 A.［0，
a 1］ B.［0，a
21］ C.［0，|
a
b
2|］ D.［0，|
a
b 21
-|］ （2）（2004年全国，3）曲线y =x 3
－3x 2
+1在点（1，－1）处的切线方程为
A.y =3x －4
B.y =－3x +2
C.y =－4x +3
D.y =4x －5 （3）（2004年重庆，15）已知曲线y =31x 3+3
4
，则过点P （2，4）的切线方程是______.
（4）（2004年湖南，13）过点P （－1，2）且与曲线y =3x 2
－4x +2在点M （1，1）处的切
线平行的直线方程是______.
剖析：本题的各小题都是考查导数的几何意义的，导数的几何意义是曲线在该点处的切线的斜率.
解析：（1）∵过P （x 0，f （x 0））的切线的倾斜角的取值范围是［0，4
π
］， ∴P 到曲线y =f （x ）对称轴x =－
a b 2的距离d =x 0－（－a b 2）=x 0+a
b 2. 又∵f '（x 0）=2ax 0+b ∈［0，1］，
∴x 0∈［
a b 2-，a b 21-］.∴d =x 0+a b 2∈［0，a
21
］. （2）∵点（1，－1）在曲线上，y ′=3x 2
－6x ，
∴切线斜率为3×12
－6×1=－3.
∴所求切线方程为y +1=－3（x －1）. （3）∵P （2，4）在y =31x 3+3
4
上，
又y ′=x 2，∴斜率k =22
=4.
∴所求直线方程为y －4=4（x －2），4x －y －4=0. （4）y ′=6x －4，∴切线斜率为6×1－4=2. ∴所求直线方程为y －2=2（x +1），即2x －y +4=0. 答案：（1）B （2）B （3）4x －y －4=0 （4）2x －y +4=0
评述：利用导数的几何意义，求切线的斜率是导数的一个基本应用. 思考讨论
导数除用来求切线的斜率外，还有哪些方面的应用?
答：导数的应用较广，如求函数的单调区间，求函数的极值、最值等.
【例2】 曲线y =x 3
在点（3，27）处的切线与两坐标轴所围成的三角形面积是多少?
剖析：求出切线的方程后再求切线与坐标轴的交点.
解：曲线在点（3，27）处切线的方程为y =27x －54，此直线与x 轴、y 轴交点分别为（2，0）和（0，－54），
∴切线与坐标轴围成的三角形面积是S =
2
1
×2×54=54. 评述：求切线的斜率是导数的一个基本应用.
【例3】 已知曲线C ：y =x 3－3x 2
+2x ，直线l ：y =kx ，且直线l 与曲线C 相切于点（x 0，y 0）（x 0≠0），求直线l 的方程及切点坐标.
剖析：切点（x 0，y 0）既在曲线上，又在切线上，由导数可得切线的斜率.联立方程组解之即可.
解：∵直线过原点，则k =0
0x y
（x 0≠1）.
由点（x 0，y 0）在曲线C 上，则y 0=x 03
－3x 02
+2x 0， ∴0
0x y =x 02
－3x 0+2. 又y ′=3x 2
－6x +2，
∴在（x 0，y 0）处曲线C 的切线斜率应为k =f '（x 0）=3x 02
－6x 0+2. ∴x 02
－3x 0+2=3x 02
－6x 0+2.
整理得2x 02
－3x 0=0. 解得x 0=
2
3
（∵x 0≠0）. 这时，y 0=－83，k =－4
1
.
因此，直线l 的方程为y =－
41x ，切点坐标是（23，－8
3
）. 评述：对于高次函数凡涉及到切线或其单调性的问题时，要有求导意识.
【例4】 证明：过抛物线y =a （x －x 1）·（x －x 2）（a ≠0，x 1<x 2）上两点A （x 1，0）、B （x 2，0）的切线，与x 轴所成的锐角相等.
剖析：利用与x 轴所成的锐角和倾斜角之间的关系，只要求出切线的斜率进行比较即可. 解：y ′=2ax －a （x 1+x 2），
y ′|1x x ==a （x 1－x 2），即k A =a （x 1－x 2），y ′|2x x ==a （x 2－x 1），即k B =a （x 2－x 1）.
设两条切线与x 轴所成的锐角为α、β，则tan α=|k A |=|a （x 1－x 2）|， tan β=|k B |=|a （x 2－x 1）|，故tan α=tan β. 又α、β是锐角，则α=β.
评述：由tan α=tan β不能直接得α=β，还必须有α、β为锐角时（或在同一单调区间上时）才能得α=β.
●闯关训练 夯实基础
1.函数f （x ）=（x +1）（x 2
－x +1）的导数是
A.x 2
－x +1 B.（x +1）（2x －1）
C.3x 2
D.3x 2
+1
解析：∵f （x ）=x 3
+1，
∴f '（x ）=3x 2
.
答案：C
2.曲线y =f （x ）在点（x 0，f （x 0））处的切线方程为3x +y +3=0，则 A. f '（x 0）>0 B. f '（x 0）<0 C. f '（x 0）=0 D. f '（x 0）不存在 解析：由题知f '（x 0）=－
3.
答案：B
3.函数f （x ）=ax 3+3x 2
+2，若f '（－1）=4，则a 的值等于________. 解析： f '（x ）=3ax 2
+6x ，从而使3a －6=4，∴a =3
10. 答案：
3
10 4.曲线y =2x 2
+1在P （－1，3）处的切线方程是________________. 解析：点P （－1，3）在曲线上，k =f '（－1）=－4，y －3=－4（x +1），4x +y +1=0. 答案：4x +y +1=0
5.已知曲线y =x 2－1与y =3－x 3
在x =x 0处的切线互相垂直，求x 0.
解：在x =x 0处曲线y =x 2－1的切线斜率为2x 0，曲线y =3－x 3的切线斜率为－3x 02
.
∵2x 0·（－3x 02
）=－1，∴x 0=36
1.
答案： 361
6.点P 在曲线y =x 3
－x +
3
2
上移动，设点P 处切线的倾斜角为α，求α的范围. 解：∵tan α=3x 2－1， ∴tan α∈［－1，+∞）.
当tan α∈［0，+∞）时，α∈［0，2
π）； 当tan α∈［－1，0）时，α∈［4
3π
，π）. ∴α∈［0，
2π）∪［4
3π，π）. 培养能力 7.曲线y =－x 2
+4x 上有两点A （4，0）、B （2，4）.求： （1）割线AB 的斜率k AB 及AB 所在直线的方程；
（2）在曲线AB 上是否存在点C ，使过C 点的切线与AB 所在直线平行?若存在，求出C 点的坐标；若不存在，请说明理由.
解：（1）k AB =
4
20
4--=－2， ∴y =－2（x －4）.
∴所求割线AB 所在直线方程为2x +y －8=0.
（2）y '=－2x +4，－2x +4=－2，得x =3，y =－32
+3×4=3. ∴C 点坐标为（3，3），所求切线方程为2x +y －9=0. 8.有点难度哟！
若直线y =3x +1是曲线y =x 3
－a 的一条切线，求实数a 的值.
解：设切点为P （x 0，y 0），对y =x 3
－a 求导数是
y '=3x 2，∴3x 02
=3.∴x 0=±1.
（1）当x =1时，
∵P （x 0，y 0）在y =3x +1上， ∴y =3×1+1=4，即P （1，4）.
又P （1，4）也在y =x 3
－a 上，
∴4=13
－a .∴a =－3. （2）当x =－1时，
∵P （x 0，y 0）在y =3x +1上，
∴y =3×（－1）+1=－2，即P （－1，－2）.
又P （－1，－2）也在y =x 3
－a 上，
∴－2=（－1）3
－a .∴a =1.
综上可知，实数a 的值为－3或1.
9.确定抛物线方程y =x 2
+bx +c 中的常数b 和c ，使得抛物线与直线y =2x 在x =2处相切. 解：y '=2x +b ，k =y ′|x =2=4+b =2，
∴b =－2.
又当x =2时，y =22
+（－2）×2+c =c ， 代入y =2x ，得c =4. 探究创新
10.有点难度哟！
曲线y =x 3+3x 2
+6x －10的切线中，求斜率最小的切线方程.
解：y '=3x 2+6x +6=3（x +1）2
+3，
∴x =－1时，
切线最小斜率为3，此时，y =（－1）3+3×（－1）2
+6（－1）－10=－14. ∴切线方程为y +14=3（x +1），即3x －y －11=0. ●思悟小结
1.理解导数的定义及几何和物理方面的意义是解题的关键.
2.非多项式函数要化成多项式函数求导.
3.要注意含有参数的函数的导数的写法及研究在不定点处切线问题时切点的设法. ●教师下载中心 教学点睛 1.f '（x 0）=0lim
→x x x f x x ∆-∆+)
()(00的几种等价形式：
f '（x 0）=0lim
x x →0
0)
()(x x x f x f -- =0
lim →h h x f h x f )
()(00-+
=0
lim
→h h
h x f x f )
()(00--
2.曲线C ：y =f （x ）在其上一点P （x 0，f （x 0））处的切线方程为 y －f （x 0）=f '（x 0）（x －x 0）.
3.若质点的运动规律为s =s （t ），则质点在t =t 0时的瞬时速度为v =s '（t 0）.这就是导数的物理意义.
4.直线与曲线相切，并不一定只有一个公共点，当曲线是二次曲线时，由解析几何知，直线与曲线相切，有且只有一个公共点，即切点.
拓展题例
【例题】 曲线y =x 2+1上过点P 的切线与曲线y =－2x 2
－1相切，求点P 的坐标.
解：设P （x 0，y 0），由题意知曲线y =x 2
+1在P 点的切线斜率为k =2x 0，切线方程为y =2x 0x +1－x 02，而此直线与曲线y =－2x 2
－1相切，
∴切线与曲线只有一个交点，即方程2x 2+2x 0x +2－x 02
=0的判别式
Δ=4x 02－2×4×（2－x 02
）=0.
解得x 0=±
332，y 0=3
7. ∴P 点的坐标为（332，3
7）或（－
32
3，
3
7
）.。