导数的几何意义

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[解] 设 y=f(x),则 f′(x)=Δlixm→0fx+ΔΔxx-fx=Δlixm→0 x+ΔΔxx2-x2=2x,设 P(x0,y0)是满足条件的点.
(1)因为切线与直线 y=4x-5 平行,所以 2x0=4,解得 x0=2,故 y0=4,即 P(2,4).
∴ΔΔxy=
21+Δx2+2-2 Δx
= Δx[
42Δ1x++Δ2xΔ2x+22+2]=
21+4+Δx2Δ2+x 2+2,
∴k=Δlixm→0ΔΔxy=Δlixm→0 21+4+Δx2Δ2+x 2+2= 2+42+2=1.
∴tanα=1,∴α=45°.
即在 P 点处的切线的倾斜角等于 45°,在点 P 处的切线方
A.a=1,b=1 B.a=-1,b=1 C.a=1,b=-1 D.a=-1,b=-1 答案:A
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解析:y′=lim Δx→0
x+Δx2+ax+Δx+b-x2+ax+b Δx
=Δlixm→02x+aΔΔxx+Δx2=2x+a,
因为曲线 y=x2+ax+b 在点(0,b)处的切线 l 的方程是
x-y+1=0,所以切线 l 的斜率 k=1=y′|x=0,且点(0,b)
在切线 l 上,于是有00+-ab=+11=0 ,解得ab==11 .
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4.已知曲线 y=1x,则 y=1x在点(2,21)处的切线方程为 ________.
解析:∵Δlixm→0f2+ΔΔxx-f2=Δlixm→02+1ΔΔxx-12 =Δlixm→022-+1Δx=-41=k. ∴直线方程为 y-12=-14(x-2)即 x+4y-4=0. 答案:x+4y-4=0
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[点拨] 解此类题的步骤为:①先设切点坐标(x0,y0); ②求导函数 f′(x);③求切线的斜率 f′(x0);④由斜率间的 关系列出关于 x0 的方程,解方程求 x0;⑤由于点(x0,y0)在 曲线 y=f(x)上,将 x0 代入求 y0,得切点坐标.本题运用了 函数与方程的数学思想.
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1.设 f′(x0)=0,则曲线 y=f(x)在点(x0,f(x0))处的切线
()
A.不存在
B.与 x 轴平行或重合
C.与 x 轴垂直
D.与 x 轴斜交
解析:根据导数的几何意义知切线斜率为 0.
答案:B
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2.函数 y=f(x)在点 x0 处的导数 f′(x0)的几何意义是
_曲___线__y_=__f__x_在__点___P__x_0_,__f_x_0__处__的__切___线__斜__率______.
相应地,曲线 y=f(x)在点 P(x0,f(x0))处的切线方程为
__y_-__f_x_0__=__f_′__x__0__x_-__x_0______________________.
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(2)求所给点(x0,y0)不是切点的切线方程的步骤如下: 第一步:设出切点坐标; 第二步:利用导数的几何意义及切点坐标写出切线的参 数方程; 第三步:将点(x0,y0)的坐标代入参数方程求出参数; 第四步:写出直线方程.
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3.1.3 导数的几何意义
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理解导数的几何意义,会求曲线上某一点处的切线方 程,理解导数的概念并会运用导数的概念求函数的导数.重 点是:导数的几何意义及其简单应用.难点是:对导数几何 意义的理解.
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[解] (1)由 y=13x3 得,Δy=13(x+Δx)3-13x3 =13[3x2Δx+3x(Δx)2+(Δx)3],ΔΔxy=13[3x2+3xΔx+(Δx)2], 当 Δx 无限趋近于 0 时,13[3x2+3xΔx+(Δx)2]无限趋近于 x2, ∴f′(x)=x2,f′(2)=4, ∴点 P 处的切线的斜率等于 4. (2)在点 P 处的切线方程是 y-83=4(x-2), 即 12x-3y-16=0.
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5.已知曲线 y= 2x2+2上一点 P(1,2),用导数的定义 求在点 P 处的切线的倾斜角和切线方程.
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解:Δy=f(1+Δx)-f(1)= 21+Δx2+2- 2×1+2.
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[点拨] 求曲线的切线要注意“过点 P 的切线”与在 “P 点处的切线”的差异:过点 P 的切线中,点 P 不一定是 切点,点 P 也不一定在曲线上;而在点 P 处的切线,点 P 必为切点.
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(3)导函数也简称导数,所以
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(4)函数 y=f(x)在 x0 处的导数 f′(x0)就是导函数 f′(x) 在 x=x0 处的函数值,即 f′(x0)=f′(x)|x=x0 .
程为 y-2=x-1,即 x-y+1=0.
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1.导数的几何意义与物理意义 (1)导数的几何意义:函数 y=f(x)在点 x0 处的导数的几 何意义是曲线 y=f(x)在点 P(x0,f(x0))处的切线的斜率. (2)导数的物理意义: 如果把函数 y=f(x)看作是物体的运动方程(也叫做位移 公式,自变量 x 表示时间),那么导数 f′(x0)表示运动物体 在时刻 x0 的速度,即在 x0 的瞬时速度,即: v0=f′(x0)=Δlixm→0ΔΔxy.
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求切点坐标 例 2 在曲线 y=x2 上取一点,使得在该点处的切线. (1)平行于直线 y=4x-5; (2)垂直于直线 2x-6y+5=0; (3)倾斜角为 135°.
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[分析] 先求其导函数 f′(x),再设切点(x0,y0),由导 数的几何意义知切点(x0,y0)处的切线的斜率为 f′(x0),然后 根据题意列方程解关于 x0 的方程即可求出 x0,又点(x0,y0) 在曲线 y=x2 上,代入求 y0 就可得出答案.
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(2)因为切线与直线 2x-6y+5=0 垂直,所以 2x0·13=- 1,得 x0=-32,故 y0=94,即 P(-23,94).
(3)因为切线的倾斜角为 135°,所以其斜率为-1,即 2x0 =-1,得 x0=-21,故 y0=41,即 P(-21,41).
3.如果把 y=f(x)看做是物体的运动方程,那么,导数
f′(x0)表示__运__动__物___体__在__时__刻___x_0_的__速__度_______,这就是导数
的物理意义.
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4.利用导数的几何意义,求函数 y=f(x)在点(x0,f(x0)) 处的切线方程的一般方法,可分两步:
(2)“导函数”:如果对于函数 f(x)在开区间(a,b)内每 一个确定的值 x0,都对应着一个导数 f′(x0),这样就在开区 间(a,b)内构成一个新的函数,我们把这一新函数叫做 f(x) 在开区间(a,b)内的导函数,记作 f′(x)或 y′.
即 f′(x)=y′=Δlixm→0ΔΔxy=Δlixm→0fx+ΔΔxx-fx.
求切线方程 例1 已知曲线 y=13x3 上一点 P(2,83), 如图,求: (1)点 P 处的切线的斜率; (2)点 P 处的切线方程.
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[分析] 求过某点的切线方程,首先应判断该点是否在 曲线上,若在曲线上,点为切点,根据导数的定义,求出曲 线在该点处的导数(即为切线的斜率),而后由点斜式建立方 程;若点不在曲线上,应设出切点(x0,y0),列出关于 x0,y0 的方程组,求 x0,y0 进而求出直线方程.
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2.“函数 f(x)在点 x0 处的导数”、“导函数”、“导 数”三者之间的区别与联系
(1)“函数 f(x)在一点处的导数”,就是在该点的函数的 改变量与自变量的改变量的比的极限,它是一个数值,不是 变数.
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所以,求函数在一点处的导数,一般是先求出函数的导 函数,再计算这点的导函数值.
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3.利用导数的几何意义求曲线切线方程 利用导数的几何意义求曲线的切线方程时,分所给点是 切点和不是切点两种情况求解. (1)求所给点(x0,y0)为切点,求过该点的切线方程的步 骤如下: 第一步:求出函数 y=f(x)在点 x0 处的导数 f′(x0); 第二步:根据直线点斜式方程, 得切线方程:y-y0=f′(x0)(x-x0).
练 1 已知曲线 C:y=x3,求曲线 C 上横坐标为 2 的点 的切线方程.
[解] 将 x=2 代入曲线 C 的方程得 y=8, ∴切点 P(2,8). ∵y′=Δlixm→0ΔΔxy=Δlixm→0x+ΔΔxx3-x3 =Δlixm→03x2·Δx+3xΔxΔx2+Δx3 =Δlixm→0[3x2+3x·Δx+(Δx)2]=3x2,∴y′|x=2=12, ∴过 P 点的切线方程为 y-8=12(x-2), 即 12x-y-16=0.
2. 设曲线 y=ax2 在点(1,a)处的切线与直线 2x-y-6
=0 平行,则 a=( )
A.1
1 B.2
C.-21
D.-1
解析:lim Δx→0
a1+ΔΔxx2-a=Δlixm→0
(a·Δx+2a)=2,∴a=1.
答案:A
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3. (2010·全国卷Ⅱ)若曲线 y=x2+ax+b 在点(0,b)处的 切线方程是 x-y+1=0,则( )
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1.导数 f′(x0)表示_函__数___f_x__在__x_=__x_0_处__的___瞬__时__变__化__率_, 反映了函数 f(x)__在__x_=__x_0_附__近__的___变__化__情__况__________.
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练2 已知曲线 y=x2-1 与 y=x3+1 在 x0 处的切线互相垂直, 求 x0 的值.
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[解] 求函数 y=x2-1 在 x0 处的导数,Δy=(x+Δx)2-1 -x2+1=2x·Δx+(Δx)2.
先求出函数 y=fx在点 x0 处的导数 f′x0 根据点斜式得切线方程为 y-y0=f′x0x-x0
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思考探究 能否认为过曲线上一点 P 的切线有且只有一条并且以这 点为切点? 提示:这种说法不正确.过曲 线上一点的切线可能不止一条,这 点也不一定是切点.如图:l1 与 l2 均是曲线的切线且均过 P 点,但 l1 与曲线的切点并非点 P.
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