导数在高中数学解题中的应用
导数在高中数学解题中的应用
随着高中数学改革的进一步深化，高中数学教学中更多地突出知识的实用性和简洁性.导数是高中数学新教材中重要的知识之一，体现了现代数学思想.这几年的高考命题趋势表明：导数已经由以往的“配角”上升到“主角”，成为分析问题和解决问题的重要工具.将导数与传统内容结合，不仅能加强能力的考查力度，而且也使试题具有更广泛的实践意义.导数知识在研究解决实际问题中有着广泛的应用，主要应用于研究函数的单调区间、最值以及曲线的切线、某些不等式的证明等问题，所以，在高中教学中越来越显现出其重要性.导数对中学数学也有重要的指导作用.下面举
例探讨导数在解题中的应用.当然，导数解决的问题还很多，我在这里仅举了其中几个例子.
一、利用导数求函数的最值
求函数的最值是高中数学的重点，也是难点，是高考经常要考查的内容之一，它涉及函数知识的很多方面，用导数解决这类问题可以使解题过程简单化，步骤清晰，也容易掌握，从而进一步明确了函数的性质.
一般的，函数f（x）在闭区间[a，b]上可导，则f（x）在[a，b]上的最值求法：
（1）求函数f（x）在（a，b）上的极值点；
（2）计算f（x）在极值点和端点的函数值；
（3）比较f（x）在极值点和端点的函数值，最大的是最大值，最小的是最小值.
例1.求函数f（x）=x3-3x在[-3，2]上的最大值和最小值.
分析：先求出f（x）的极值点，然后比较极值点与区间端点的函数值，即可得该函数在区间[-3，2]上的最大值和最小值.
解：由于f′（x）=3x2-3=3（x2-1）=3（x+1）（x-1），则，
当x∈[-3，-1）或x∈（1，2]时，f′（x）>0，所以[-3，-1]，[1，2]为函数f（x）的单调增区间；当x∈（-1，1）时，f′（x）<0，所以[-1，1]为函数f（x）的单调减区间.
又因为f（-3）=-18，f（-1）=2，f（1）=-2，f（2）=2，所以，当x=-3时，
f（x）取得最小值-18；当x=-1或2时，f（x）取得最大值2.
二、利用导数判别函数的单调性
函数的单调性是函数的最基本性质之一，是研究函数所要掌握的最基本的知识.用单调性的定义来处理单调性问题有很强的技巧性，较难掌握好，而用导数知识来判断函数的单调性简便而且快捷.
令f′（x）=0得x=1，又当x=0时导数不存在；以0和1为分界点将f（x）的定义域（-∞，+∞）分成三个区间（-∞，0），（0，1），（1，+∞）.
先将f（x）在各区间内单调增减性列表如下：
由此可见，f（x）的单调增区间为（-∞，0），（1，+∞），单调
减区间为（0，1）.
三、用导数证明不等式
利用导数研究函数的单调性，再由单调性来证明不等式是函数、导数、不等式综合中的一个难点，也是近几年高考的热点.其主要思想是构造辅助函数，把不等式的证明转化为利用导数研究函数的单调性或求最值，从而证得不等式.
例3.当x∈（0，π）时，证明不等式sinx<x成立.
证明：设f（x）=sinx-x，则有
f′（x）=cosx-1
由已知得x∈（0，π），则有
f′（x）<0. .
因为f（x）=sinx-x在x∈（0，π）内单调递减，而f（0）=0，所以
f（x）=sinx-x<f（0）=0，
故当有x∈（0，π）时，sinx<x成立.
一般的，证明f（x）<g（x），x∈（a，b），可以构造函数f（x）=f（x）-g（x），
如果f′（x）<0，则f（x）在（a，b）上是减函数，同时若f （a）≤0，由减函数的定义可知，x∈（a，b）时，有f（x）<0，即证明了f（x）<g（x）.
四、导数在求曲线的切线中的应用
导数的几何意义：如果函数f（x）的导数存在，则的函数f（x）在x=x0处的导数即为该函数在点（x0，f（x0））切线的斜率.利用这个我们可以求出曲线的切线方程.
例4.已知曲线l∶y=x2-2x+a，求过点p（2，-1）的曲线l的切线方程.
解：因y=x2-2x+a，所以y′=2x-2，
则当x=2时，y=a，y′=2.
①当a=-1时，点p（2，-1）在曲线l上，故过点p的曲线l的切线方程为y-（-1）=2（x-2），即2x-y-5=0，
②当a≠-1时，点p不在l上，设曲线l过点p的切线的切点是（x0，y0），
则切线方程为y-y0=（2x0-2）（x-x0）且点p（2，-1）在此切线方程上，
所以有-1-y0=（2x0-2）（2-x0），即y0=2x20-6x0+3.
又y0=x20-2x0+a，
则有x20-2x0+a=2x20-6x0+3，即x20-4x0+（3-a）=0，
δ=16-4（3-a）=4（a+1），
当a<-1时，δ<0，切线不存在.
五、利用导数解决数列问题
数列是高中数学中的一个重要部分，而数列求和是中学阶段数列部分的重要内容之一，有许多初等解决方法.事实上数列可看作
是自变量为正整数的特殊的函数，所以可以利用数列和函数的关系，再运用导数来解决数列求和的有关问题.
例5.求和：1+2x+3x2+…+nxn-1（其中x≠0，x≠1）.
（作者单位陕西省定边县职教中心）。
论导数在高中数学中的应用
对 州
论导数在高中数学中的应用
周 萍
吉 林省德惠市德惠实验 中学 摘要 ： 在 高 中数 学中导数部分 的知识是相 当重要 的部分 ， （ 三） 利用导数求不等式 它是 高中数 学后继课程的基础也是 高考 中的热点 问题 ，蕴含 函数与不等式 的结合 出题是 高中数学 中比较常见 的 ， 这 着丰 富的数学思想 ， 在数 学解题 中的运 用广泛。 在 高中数 学中 种题型乍一看解决起来 比较 困难但是运用导数来解决就 比较 我们来看一个类型题。 引入导数增添 了高中数 学的活力 ，让数学题 目的解答 变得更 简单 ， 加灵活、 简单 。 本文主要 是对导数在 高 中数 学 中的应 用进行探 例： 对 于 函数 ｆ （ ｘ ） ＝ ｘ ｘ —ａ ） （ ｘ —ｂ ） ， 其中 Ｏ ＜ ａ ＜ ｂ ， 设ｆ （ ｘ ） 在 Ｘ ＝ Ｓ ， ｘ ＝ ｔ 取 到极值， 其中 ｓ ＜ ｔ ， 求证： Ｏ ＜ ｓ ＜ ａ ＜ ｔ ＜ ｂ 。 索， 希 望能够在 导数 的学习和使用 中起到一定的作用。 关键词 ： 高中数 学 导数 解题 证明： 首先求 ｆ （ ｘ ） 导数， 得： （ ｘ ） ＝ ３ ｘ ２ —２ （ ａ ＋ ｂ ） ｘ ＋ ａ ｂ 由ｆ （ ｘ ） 在 Ｘ ＝ ８和 ｘ ＝ ｔ 取到极值 ， 知： ｓ ， ｔ 是 二次方程 ｆ ， （ ｘ ） ＝ Ｏ 导数 是新课 改下新增 的内容 ，这一 内容在高中数学 的比 的两实根， 重越来越 多 ，导数 在数学 中的引入加深 了学生对于 函数 的理 又： ｆ ｔ （ ０ ） ＝ ａ ｂ ＞ Ｏ ｆ （ ａ ） ＝ ａ 一ａ ｂ ＝ ａ （ ａ －ｂ ） ＜ ０ ｆ （ ａ ） ＝ ｂ 。 一ａ ｂ ＝ ｂ （ ｂ － １ ＞ ０ 解， 激发 了学生 的创新思维 ， 并且 能够 引导 学生将数学知识运 ａ 即ｆ ， （ ｘ ） 在区间 （ ０ ， ａ ） （ ａ ， ｂ ） 内分别有一个实根， 用到实际生 活中极大地激 发了学生对 于学习数学 的积极性 。 由ｓ ＜ ｔ ， ｓ ， ｔ 都是方程 ｆ （ ｘ ） ＝ ０的两实根， 得出： Ｏ ＜ ｓ ＜ ａ ＜ ｔ ＜ ｂ 。 但是 对于初学 者来说 ， 导数的学习还是有一定 的难度 的 ， 所 以 二． 导数在 几何解题中的运用 必须 弄清导数 的定 义及其性质 ，并且慢慢地将 其运用到实际 解题 中去 ， 这样才能实现对导数的透彻理解。 在人教版高 中数 对 于一些几何 问题 的解决如果运用普通 的方法显得非 常 学中就有 “ 导数及其 运用 ” 一章 ， 在本文 中笔者 结合着课 本 内 麻 烦 ， 有时我们可以巧妙地运用导数来解决 。 我们 看下 面的一 容对 导数在高 中数学 中的运用进行一个新角度 的总结 。 个 例子 。 导数在代数解题中的运用 例： 用一条不限长度的钢丝 围成一个长方形 的框架 其长 、 （ 一） 小于等于 ８ ｍ） ， 那么 当其 长宽各 最 大面积是多少 ？ 在高 中数学 的学 习中会遇到判断 函数单调性 或是求 函数 为多少 时面积最大 ， 分析： 我们读 完题 目可 以看 出这是一个求最大值 的问题 ， 单调 区间的问题 ， 对于这个问题 利用导数 是特别容易解决 的， 正 如人教版高 中数学 中“ 导数及其 运用” 一章 中的“ 导数 在研 我们可 以将思维转 向函数 的导数上去解 决。 究 函数 中的应用 ” 一节就是运用导数 来解 决函数问题 的内容 ， 解： 设长方形 的宽 为 ｘ ｍ， 那么其长为 ２ ｘ ｍ ， 其中 ０ ＜ ｘ ≤８ ， 由 这是 因为 导数有这样 的性质 ， 对 于 函数 ｙ ＝ ｆ （ ｘ ） 在 某个 区间（ ａ ， 题 意可 得 ： ｂ ） 上， 如果 ｆ （ ｘ ） ＞ ０ ， 那 么函数 ｙ ＝ ｆ （ ｘ ） 在这个 区间上是单调 递增 长方形 的面积 Ｓ ＝ ２ ｘ ￣ ，ｓ ＝ ４ ｘ ，对 于 ｓ 来说 ， ｓ 始终都是大 的， 如果 ｆ ， （ ｘ ） ＜ ０ ， 那么 函数 ｙ ＝ ｆ （ ｘ ） 在这个 区间上是单 调递减 的， 于 ０的，所 以函数 ｓ是一个单调递增 的函数所 以当 ｘ ＝ ８时面 如果 ｆ （ ｘ １ ＝ ０ ， 那么 函数 ｙ － ｆ ｉ （ ｘ ） 是 常数 函数 ， 根 据导数 的这一 性 积有最 大值 ， 即宽为 ８ ｍ， 长为 １ ６ ｍ ， 最大面积 为 １ ２ ８ ｍ 。 质， 对于函数单调性的求解 就非 常容 易了。 三． 导 数在高中数学应用中要注意的问题 在导数部分 的教学过程中 ，要 注意一些问题把握教学要 例： 对于函数 ｘ ） ＝ｘ ３ ＋ ３ ｘ ２ ＋ ６ ｘ求其单调区间。 分析 ： 对于这一道题 目， 我们观察发 现它 的最高次 幂是 ３ 求， 很好地抓住教学 的重难点 。 首先在导数的定义理解上要让 次， 直接运用函数图像 去观察函数 的单调 区间是十分 困难 的， 学生有一个详实 的了解 ， 明确导数 的涵义 ， 然后是对于导数 的 由于其是可导 的所 以我们就可 以运用导数的性质来求解。 各种性质 的学 习， 在导数 的运用 中都是利用导数 的性质 的 ， 所 以对 于导数 的各种性 质要让学生 “ 知其然知 其所 以然 ” ， 记牢 解： 函数 ｘ １ 的导数为 ｆ ＇ （ ｘ ） ＝ ３ ｘ ２ ＋ ６ ｘ ， 当ｆ ， （ ｘ ） ＞ Ｏ时 ， ｘ ＞ Ｏ或 ｘ ＜ 一 ２ ， 即 函数 ｆ （ ｘ ） 在（ 一 ∞， 一 ２ ） ， （ ０ ， ＋ 这些性质并且理解这些性质 ， 最后就是运用导数进行解题 了 ， ∞） 上是单调递增 的； 运用导数去解题本身就是一种 比较便捷 的方法 ，在运用 的过 当ｆ （ ｘ ） ＜ ０时 ， 一 ２ ＜ ｘ ＜ Ｏ ， 即函数 ｆ （ ｘ ） 在（ 一 ２ ， ０ ） 上是 单调递减 程 中要避免学生又讲简单问题 复杂化 ，保证 学生能够巧妙地 运用导数来解题 。另外 ， 在导数知识 的学 习中 ， 要注意知识 的 的。 （ 二） 利 用 导 数 求 函数 的极 值 关联性与连续性 ， 学会让知识形成一个线形的系统。 在 高 中数 学 中还 经常 出现求 函数 在某 个 区间 的极 值 问 结语 ： 题 ，通过对导数的性质研究我们知道对于 函数 的导数在 区间 导数在高 中数学的地位重要 ， 由以上笔者 的分析 ， 可 以看 内如果两侧的符号不 同那么这个 函数在这个 区间上就存 在着 出运用导数可 以解决高中数学 中的许 多问题 ，这使原本枯燥 极大值或极小值 ，这就其实我们在求解 函数 的最值 时可 以通 的数学有 了乐趣 ， 原本 困难 的数学变得简单 ， 能够激发学生 的 过对于导数进行分析 。 学 习兴趣 ， 不失为一种不可多得 的数学学习方法。 例： 求 函数 ｆ （ ｘ ） 一ｘ ３ ＋ ３ ｘ ２ ＋ ９ ｘ在单调区间【 １ ， ５ ］ 上的最大值 。 参考文献 ： ［ １ 】 常利军． 探析 导数在高 中数学 中的应用 叨． 语数外 学 分析 ： 这个题 目给出了函数解析式要求 区间上 的最大值 ， 我们根据函数导数的性质便 可以轻松 地计算 出其最 。 习． ２ ０ １ ３ （ ０ ５ ） ． ［ ２ 】 吴龙福． 例析 导数在 高 中数学题 目解答 中的典型性应 解： 函数 ｘ ） 的导数为 ｆ （ ｘ ） 一３ ｘ ２ ＋ ６ ｘ ＋ ９ ， 所 以在 区间（ 一 １ ， ３ ） 上是单调 递增 的 ， 即ｆ ， （ ｘ ） ＞ ０ ； 在 区间（ 一 ｏ 。 ， 一 １ ） ， （ ３ ， ＋ 。 。 ） 上是单 用【 Ｊ ］ ． 数学大世界． ２ ０ １ ２ （ １ １ ） ． ［ ３ 】 漆建 哲． 导数在 高 中数学解题 中的应用分析 ［ Ｊ ］ ． 语数 调递减的 ， 即ｆ ， （ ｘ ） ＜０ ， 所 以我们得 出， 对于区间［ １ ， ５ 】 在【 １ ， ３ 】 范 围 内ｆ ， （ ｘ ） ＞ ０ ， 即是递增 的 ， 在［ ３ ， ５ 】 范 围内 ｆ （ ｘ ） ＜０ ， 即是递减 的 ， 所 外学习． ２ ０ １ ３ （ ０ ７ ） ． 以在 ｘ ＝ ３ 处取得最 大值 ， 即ｆ ３ ） ＝ ６ ３ 。
导数在高中数学解题中的应用实践研究
导数是高中数学教学的一个重要知识点，作为微积分知识的重要基础组成，导数的概念和相关方法是解决函数问题、曲线线性方程问题等数学问题的重要方法选择。
因此，虽然导数是选修教学的组成部分，但是导数在数学解题方面的效用是十分明显的，要加强导数相关知识的认识，并且将其有效的应用到各种相关数学问题的解决过程中。
一、导数相关概念知识的梳理导数是指当自变量的增量无限趋近于零的时候，因变量的增量与自变量增量之间的极限关系。
实质上，导数从根本上就是一个求极限的过程。
导数在高中数学问题解决过程中，主要应用在函数问题和实际问题解决方面。
高中数学教师在数学教学过程中要有意识的对学生的导数概念、知识和相关应用进行引导，即便在教材安排方面，导数的教学是被放在选修里面，但是导数在数学问题解决方面的重要应用应当引起教师和学生的特别关注。
二、导数在高中数学解题过程中的具体应用实践分析（一）导数在高中函数问题解决方面的应用分析函数问题是高中数学教学的重要问题，并且函数问题涉及的范围很广，出题的形式多样，是很多学生在高中数学学习方面遇到的困难知识点。
不同的函数问题涉及到的解决方法是多种多样的，但是导数在函数问题解决方面的应用无疑是为学生更好的解答函数问题提供了一种新的途径和方式，并且与其他解题方法相比，导数解答函数问题显得更加简单、便捷。
1、导数在函数最值问题的应用最值问题是高中函数问题最常见的内容之一，不论是在平时的练习还是在考试中，最值问题都是必然要考到的问题。
导数在解决函数最值方面能够提供相对便捷和简单的解题方式。
其中二次函数的最值问题是最典型的、最常见的函数最值问题，与利用数形结合的方式来解答最值的方式相比，导数方法显得更加便捷和有效。
下面以一道例题说明导数在最值问题解答中的应用。
题目：已知函数f（x）=-x2-2x+3在[a，2]上的最大值为154，求a的值。
这是一道最值问题的变形，根本仍然是函数的最值问题。
如果利用图形结合或者是一元二次方程根的求解方式，这道题的解决是比较麻烦的。
导数在高中数学中的应用
导数在高中数学课程中的应用新乡市一中数学组 李凤德[摘 要]导数是联系高等数学与初等数学的纽带，高中阶段引进导数的学习有利于学生更好地理解函数的性态，掌握函数思想，搞清曲线的切线问题，学好其他学科并发展学生的思维能力．因而在中学数学教学及解题过程中，可以利用导数思想解决诸如函数（解析式、值域、最（极）值、单调区间等）问题、切线问题、不等式问题、数列问题以及实际应用等问题．[关键词]导数 新课程 应用一、 知识地位分析导数是高中数学新教材中新增的知识之一,体现了现代数学思想，在研究函数性质时，有独到之处。
纵观2010年各地的新课程高考试卷，大多数以一个大题的形式考察这部分内容。
内容主要是与单调性、最值、切线这三方面有关。
今年是我省新教材实施的第一届高考，虽然去年已然考察这方面的内容，但作为新教材的新增内容，仍应引起我们足够的重视。
复习中注重导数在解决科技、经济、社会中的某些实际问题中的应用。
二、 导数在解题中的应用导数作为高中新教材的新增内容之一，它给高中数学增添了新的活力，特别是导数广泛的应用性，为解决函数、切线、不等式、数列、实际等问题带来了新思路、新方法，为我们展现出了一道亮丽的风景线，也使它成为新教材高考试题的热点和命题新的增长点．这几年的高考命题趋势表明：导数已经由以往的“配角”地位上升到“主角”，成为分析问题和解决问题的重要工具．将导数与传统内容结合，不仅能加强能力的考查力度，而且也使试题具有更广泛的实践意义．下面举例探讨导数的应用．（一）利用导数解决函数问题⒈利用导数求函数的解析式用解析式表示函数关系，便于研究函数的性质，而利用导数求函数的解析式，函数的一些基本性质就会显得更加的明了．例1 设函数d cx bx ax y +++=23的图像与y 轴交点为P 点，且曲线在P 点处的切线方程为0412=--y x ，若函数在2=x 处取得极值0，试确定函数的解析式．解 因为函数d cx bx ax y +++=23的图像与y 轴交点为P 点，所以P 点的坐标为()d ,0，又曲线在P 点处的切线方程为412-=x y ，P 点坐标适合方程，从而4-=d ，又切线斜率12=k ，故在0=x 处的导数120='=x y ，而c bx ax y ++='232，c y x ='=0，从而12=c ，又函数在2=x 处取得极值0，所以⎩⎨⎧=++=++．，020********b a b a 解得2=a ，9-=b ，所以所求函数解析式为4129223-+-=x x x y ． ⒉利用导数求函数的值域求函数的值域是中学数学中的重点，也是难点，方法因题而异，不易掌握．但是，如果采用导数来求解，则较为容易，且一般问题都可行．例2 求函数212)(+-+=x x x f 的值域．分析 先确定函数的定义域，然后根据定义域判断)(x f '的正负，进而求出函数)(x f 的值域．解 显然，)(x f 定义域为[)∞+-，21，由于 12221222221121)(+++-+=+-+='x x x x x x x f ， 又 1222721222++++=+-+x x x x x ， 可见当21->x 时，0)(>'x f ．所以212)(+-+=x x x f 在[)∞+-，21上是增函数．而26)21(-=-f ，所以函数212)(+-+=x x x f 的值域是)⎡+∞⎣，． ⒊利用导数求函数的最（极）值求函数的最（极）值是高中数学的重点，也是难点，是高考经常要考查的内容之一，它涉及到了函数知识的很多方面，用导数解决这类问题可以使解题过程简化，步骤清晰，也容易掌握，从而进一步明确了函数的性态．一般地，函数)(x f 在闭区间[]b a ,上可导，则)(x f 在[]b a ,上的最值求法：(1) 求函数)(x f 在()b a ,上的极值点；(2) 计算)(x f 在极值点和端点的函数值；(3) 比较)(x f 在极值点和端点的函数值，最大的是最大值，最小的是最小值．例3 求函数x x x f 3)(3-=在[]233，-上的最大值和最小值． 分析 先求出)(x f 的极值点，然后比较极值点与区间端点的函数值，即可得该函数在区间[]233，-上的最大值和最小值． 解 由于)1)(1(3)1(333)(22-+=-=-='x x x x x f ，则当[)1,3--∈x 或(]23,1∈x 时，0)(>'x f ，所以[]13--，，[]231，为函数)(x f 的单调增区间；当()1,1-∈x 时，0)(<'x f ，所以[]11，-为函数)(x f 的单调减区间． 又因为18)3(-=-f ，2)1(=-f ，2)1(-=f ，9)23(-=f ，所以，当3-=x 时，)(x f 取得最小值18-；当1-=x 时，)(x f 取得最大值2．⒋利用导数求函数的单调区间函数的单调性是函数的一个重要性质，是研究函数时经常要注意的一个性质．函数的单调性与函数的导数密切相关，运用导数知识来讨论函数单调性时，结合导数的几何意义，只需考虑)(x f '的正负即可，当0)(>'x f 时，)(x f 单调递增；当0)(<'x f 时，)(x f 单调递减．此方法简单快捷而且适用面广．例4 求x x x f 3)(3+=的单调区间．分析 应先确定函数)(x f 的定义域，再利用导数讨论其单调区间．解 显然，)(x f 定义域为()()+∞⋃∞-,00,，又2222)1)(1)(1(333)(x x x x x x x f -++=-='， 由0)(>'x f ，得1-<x 或1>x ；又由0)(<'x f ，得01<<-x 或10<<x ，所以)(x f的增区间为()1-∞-，和()∞+，1，减区间为()01，-和()10，． （二）利用导数解决切线问题⒈求过某一点的切线方程此种题型分为点在曲线上和点在曲线外两种情况，)(0x f '的几何意义就是曲线在点))(,(00x f x P 处切线的斜率，过P 点的切线方程为))(()(000x x x f x f y -'=-，但应注意点))(,(00x f x P 在曲线)(x f y =上，否则易错． 例5(2009·衡阳模拟)求曲线f (x )＝x 3－3x 2＋2x 过原点的切线方程．解 f ′(x )＝3x 2－6x ＋2.设切线的斜率为k .分析 此类题型为点不在曲线上求切线方程，应先设出切点坐标，表示出切线方程，把已知点代入方程，求出切点坐标后，再求切线方程．(2009·衡阳模拟)求曲线f (x )＝x 3－3x 2＋2x 过原点的切线方程．解 f ′(x )＝3x 2－6x ＋2.设切线的斜率为k .(1)当切点是原点时k ＝f ′(0)＝2，所以所求曲线的切线方程为y ＝2x .(2)当切点不是原点时，设切点是(x 0，y 0)，则有y 0＝x 30－3x 20＋2x 0，k ＝f ′(x 0)＝3x 20－6x 0＋2，①又k ＝y 0x 0＝x 20－3x 0＋2，② 由①②得x 0＝32，k ＝y 0x 0＝－14. ∴所求曲线的切线方程为y ＝－14x .⒉求两曲线切线方程例6 已知抛物线x x y C 221+=：和a x y C +-=22：，如果直线l 同时是1C 和2C 的切线，称l 是1C 和2C 的公切线，求公切线l 的方程．分析 本题也可用常规方法求解，但运算量大，过程烦琐，而利用导数知识无疑为解决这类问题提供了新的，简捷的方法，即先分别求出两曲线的切线，利用它们是同一直线来建立关系求解．解 由x x y C 221+=：，得22+='x y ，所以曲线1C 在点)2,(1211x x x P +的切线方程是))(22()2(11121x x x x x y -+=+-， 即211)22(x x x y -+=．(1)由a x y +-=2，得x y 2-='，所以曲线2C 在点),(222a x x Q +-的切线方程是)(2)(2222x x x a x y --=+--， 即a x x x y ++-=2222．(2)若l 是过P 与Q 的公切线，则(1)(2)表示的是同一直线，所以⎩⎨⎧+=--=+．，a x x x x 222121222 消去2x ，得0122121=+++a x x ， 由题意知0)1(244=+⨯-=∆a ，所以21-=a ，则2121-==x x ，即点P 与Q 重合，此时曲线1C 和2C 有且仅有一条公切线，且公切线方程为014=+-y x ．（三）利用导数解决不等式问题纵观这几年的高考，凡涉及到不等式证明的问题，其综合性强、思维量大，因此历来是高考的难点．利用导数证明不等式，就是利用不等式与函数之间的联系，直接或间接等价变形后，结合不等式的结构特征，构造相应的函数．通过导数运算判断出函数的单调性，将不等式的证明转化为函数问题．例7 求证：不等式)1(2)1ln(222x x x x x x +-<+<-在()+∞∈,0x 上成立． 分析 通过作差，构造函数)2()1ln()(21x x x x f --+=， 和)1ln()1(2)(22x x x x x f +-+-=， 再通过对)(1x f 和)(2x f 求导来判断．证明 构造函数)2()1ln()(21x x x x f --+=，则01111)(21>+=+-+='x x x x x f ． 得知)(1x f y =在[)∞+，0上单调递增，又因为0>x ，所以0)0()(11=>f x f ，即2)1ln(2x x x ->+成立． 又构造函数)1ln()1(2)(22x x x x x f +-+-=，则 0)1(4211)1(42441)(222222>+=+-+-+-='x x x x x x x x f ． 得知)(2x f y =在[)∞+，0上单调递增，又因为0>x ，所以0)0()(22=>f x f ，即)1ln()1(22x x x x +>+-成立． 综上所述，原命题成立．（四）利用导数解决数列问题数列是高中数学中的一个重要部分，而数列求和是中学阶段数列部分的重要内容之一，有许多初等解决方法．事实上数列可看作是自变量为正整数的特殊的函数，所以可以利用数列和函数的关系，再运用导数来解决数列求和的有关问题．例8 求和：12321-++++n nx x x (其中0≠x ，1≠x )．解 注意到1-n nx 是n x 的导数，即1)(-='n n nx x ，可先求数列{}n x 的前n 和x x x x x x x x x n n n--=--=+++11)1(12 ， 然后等式两边同时对x 求导，有12321-++++n nx x x2121)1(1)1()1()1]()1(1[x x n nx x x x x x n n n n n -++-=--+-+-=++．例9 求和：n n n n n n nC C C C )1(32321---+- ．解 因为n n n n n n nn x C x C x C x C x )1(1)1(33221--+-+-=- ． 上式两边对x 求导，有123211)1(2)1(---++-+-=--n n n n n n n n x nC x C x C C x n ，再令1=x ，可以得到0)1(32321=---+-n n n n n n nC C C C ．（五）利用导数解决实际问题利用导数，不仅可以解决函数、切线、不等式、数列问题，而且还可以解决一些实际应用问题．学习的最终目的，是要求学生具有运用导数知识解决实际问题的意识、思想方法以及能力．近几年，高考越来越注重对实际问题的考查，比如最优化问题、最低成本问题等，而利用导数解决这些问题非常方便．例10 甲乙两个村子在一条河的同侧，甲村位于河岸的岸边A 处，乙村位于离河岸km 40的B 处，乙村到河岸的垂足D 与A 相距km 50．两村要在岸边合建一个供水站C ，从供水站到甲村、乙村的水管费用分别为千米元/3a 、千米元/5a ，问供水站C 建在何处才能使水管费用最省？(图1)分析 本题难点是如何把实际问题中所涉及的几个变量转化成函数关系式．技巧与方法主要有：根据题设条件作出图形，分析各已知条件之间的关系，借助图形的特征，合理选择这些条件间的联系方式，适当选定变化，构造相应的函数关系，随后用导数的知识来解决问题．解 如图1，设点C 距点D xkm ，则 x AC -=50，40=BD ，2240+=x BC ．总的水管费用为22405)50(3)(++-=x a x a x f (500<<x )． 又224053)(++-='x axa x f ，令0)(='x f ，则30=x ．在()500，上，)(x f 只有一个极值点，根据实际问题的意义，知30=x 处取得最小值，此时2050=-=x AC ．所以供水站C 建在距甲村km 20处才能使水管费用最省．三、 结束语 A B C Dx 图1导数及其应用是微积分学的重要组成部分，是解决许多问题的有力工具，它全面体现了数学的价值：既给学生提供了一种新的方法，又给学生提供了一种重要的思想．总之，开设导数不仅促进学生全面认识了数学的价值，而且发展了学生的辩证思维能力，也为今后进一步学好微积分打下基础．因此，在高中阶段为学生开设导数及其应用具有深刻的意义．。
高中数学一元函数的导数及其应用
高中数学一元函数的导数及其应用
一元函数的导数是描述函数变化率的一个重要概念，它在高中数学中占有重要地位。
本文将从以下几个方面来介绍一元函数的导数及其应用。
1. 导数的定义及其运算法则
首先，我们需要了解导数的定义及其运算法则。
导数的定义是：函数$f(x)$在$x_0$处的导数为$f'(x_0)=limlimits_{Delta
xto0}dfrac{f(x_0+Delta x)-f(x_0)}{Delta x}$。
而导数的运算法则包括：常数求导法则、和差求导法则、积法求导法则、商法求导法则、复合函数求导法则以及反函数求导法则等。
2. 导数的图像及其性质
导数的图像是很有特点的，对于一些数学问题，我们可以通过导数图像来解决。
在本文中，我们将介绍导数图像的性质，如导数曲线的斜率、升降区间、极值和拐点等。
3. 极值与最值问题
极值与最值问题是高中数学中的一个重要问题，它跟导数密切相关。
在本文中，我们将介绍如何通过导数来求得函数的极值与最值，并讲解极值与最值的应用。
4. 函数图像的绘制
函数图像的绘制是高中数学中的一个必修内容，它要求我们能够通过导数来判断函数的升降性、极值和拐点等，从而画出函数的图像。
在本文中，我们将介绍如何通过导数来刻画函数图像的特点，并讲解
函数图像的绘制方法。
总之，本文的目的是让读者对一元函数的导数及其应用有一个全面的认识，从而更好地掌握高中数学的相关知识。
高中数学 第5章 一元函数的导数及其应用 5.3 导数在研究函数中的应用 5.3.2 第1课时 函数
5.3.2 函数的极值与最大(小)值第1课时函数的极值与导数学习目标核心素养1.了解极大值、极小值的概念．(难点)2．了解函数在某点取得极值的必要条件和充分条件．(重点、易混点)3．会用导数求函数的极大值、极小值．(重点)1.通过极值点与极值概念的学习，体现了数学抽象的核心素养．2．借助函数极值的求法，提升学生的逻辑推理、数学运算的核心素养.“横看成岭侧成峰，远近高低各不同”．请同学们思考：“山势有什么特点？”由此联想庐山的连绵起伏形成好多的“峰点”与“谷点”．这就是我们这节课研究的函数的极值．1．极值点与极值(1)极小值点与极小值若函数y＝f (x)在点x＝a的函数值f (a)比它在点x＝a附近其他点的函数值都小，f ′(a)＝0，而且在点x＝a附近的左侧f ′(x)＜0，右侧f ′(x)＞0，就把点a叫做函数y＝f (x)的极小值点，f (a)叫做函数y＝f (x)的极小值．(2)极大值点与极大值若函数y＝f (x)在点x＝b的函数值f (b)比它在点x＝b附近其他点的函数值都大，f ′(b)＝0，而且在点x＝b附近的左侧f ′(x)＞0，右侧f ′(x)＜0，就把点b叫做函数y＝f (x)的极大值点，f (b)叫做函数y＝f (x)的极大值．(3)极大值点、极小值点统称为极值点；极大值、极小值统称为极值．思考：导数为0的点一定是极值点吗？[提示]不一定，如f (x)＝x3，f ′(0)＝0，但x＝0不是f (x)＝x3的极值点．所以，当f ′(x0)＝0时，要判断x＝x0是否为f (x)的极值点，还要看f ′(x)在x0两侧的符号是否相反．2．求可导函数y＝f (x)的极值的方法解方程f ′(x)＝0，当f ′(x0)＝0时：(1)如果在x0附近的左侧f ′(x)＞0，右侧f ′(x)＜0，那么f (x0)是极大值；(2)如果在x0附近的左侧f ′(x)＜0，右侧f ′(x)＞0，那么f (x0)是极小值．1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)极大值一定比极小值大．( )(2)每一个函数都至少有一个极大值或极小值．( )(3)若f ′(x0)＝0，则x0一定是极值点．( )(4)单调函数不存在极值．( )[提示](1)极大值不一定比极小值大，∴(1)错误；(2)有的函数可能没有极值．∴(2)错；(3)若f ′(x0)＝0，只有导函数的变号零点，x0才是极值点，故(3)错误；(4)正确．[答案](1)×(2)×(3)×(4)√2．函数f (x)的定义域为R，导函数f ′(x)的图象如图所示，则函数f (x)( )A．无极大值点，有四个极小值点B．有三个极大值点，两个极小值点C．有两个极大值点，两个极小值点D．有四个极大值点，无极小值点C[设y＝f ′(x)的图象与x轴的交点从左到右横坐标依次为x1，x2，x3，x4，则f (x)在x＝x1，x＝x3处取得极大值，在x＝x2，x＝x4处取得极小值．]3．(多选题)下列四个函数中，在x＝0处取得极值的函数是( )A．y＝x3B．y＝x2＋1C．y＝|x| D．y＝2xBC[对于A，y′＝3x2≥0，∴y＝x3单调递增，无极值；对于B，y′＝2x，x＞0时y′＞0，x＜0时y′＜0，∴x＝0为极值点；对于C，根据图象，在(0，＋∞)上单调递增，在(－∞，0)上单调递减，∴C 符合；对于D ，y ＝2x单调递增，无极值．故选BC.]4．函数f (x )＝x ＋2cos x 在⎣⎢⎡⎦⎥⎤0，π2上的极大值点为( )A ．0B ．π6C ．π3D ．π2B [f ′(x )＝1－2sin x ．令f ′(x )＝0，∵x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤0，π2，∴x ＝π6，x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫π6，π2时f ′(x )＜0，x ∈⎝⎛⎭⎪⎫0，π6时，f ′(x )＞0.∴x ＝π6是f (x )在⎣⎢⎡⎦⎥⎤0，π2上的极大值点．]不含参数的函数求极值(1)y ＝x 3－3x 2－9x ＋5； (2)y ＝x 3(x －5)2.[解] (1)∵y ′＝3x 2－6x －9，令y ′＝0，即3x 2－6x －9＝0，解得x 1＝－1，x 2＝3. 当x 变化时，y ′，y 的变化情况如下表：x (－∞，－1)－1 (－1，3) 3 (3，＋∞)y ′ ＋ 0 － 0 ＋ y↗极大值↘极小值↗当x ＝3时，函数y ＝f (x )有极小值，且f (3)＝－22. (2)y ′＝3x 2(x －5)2＋2x 3(x －5) ＝5x 2(x －3)(x －5)．令y ′＝0，即5x 2(x －3)(x －5)＝0，解得x 1＝0，x 2＝3，x 3＝5.当x 变化时，y ′与y 的变化情况如下表：x (－∞，0)0 (0，3) 3 (3，5) 5 (5，＋∞)y ′ ＋ 0 ＋ 0 － 0 ＋ y↗无极↗极大值↘极小值0↗值108∴x ＝0不是y 的极值点；x ＝3是y 的极大值点，y 极大值＝f (3)＝108； x ＝5是y 的极小值点，y 极小值＝f (5)＝0.一般地，求函数y ＝fx 的极值的步骤1求出函数的定义域及导数f ′x ； 2解方程f ′x ＝0，得方程的根x 0可能不止一个；3用方程f ′x＝0的根，顺次将函数的定义域分成若干个开区间，可将x ，f ′x ，f x 在每个区间内的变化情况列在同一个表格中；4由f ′x 在各个开区间内的符号，判断f x在f ′x ＝0的各个根处的极值情况：如果左正右负，那么函数f x 在这个根处取得极大值； 如果左负右正，那么函数fx 在这个根处取得极小值；如果导数值在这个根左右两侧同号，那么这个根不是极值点.[跟进训练]1．求函数f (x )＝3x 3－3x ＋1的极值． [解] f ′(x )＝9x 2－3， 令f ′(x )＝0，得x 1＝－33，x 2＝33. 当x 变化时，f ′(x )，f (x )的变化情况如下表：x ⎝⎛⎭⎪⎫－∞，－33－33⎝ ⎛⎭⎪⎫－33，3333 ⎝ ⎛⎭⎪⎫33，＋∞ f ′(x ) ＋ 0 － 0 ＋ f (x )↗极大值↘极小值↗根据上表可知x 1＝－33为函数f (x )＝3x 3－3x ＋1的极大值点，极大值为f ⎛⎪⎫－3＝1＋233； x 2＝33为函数f (x )＝3x 3－3x ＋1的极小值点，极小值为f ⎝ ⎛⎭⎪⎫33＝1－233.含参数的函数求极值【例2】 已知函数f (x )＝16x 3－20ax 2＋8a 2x －a 3，其中a ≠0，求f (x )的极值． [思路探究] 求导―→解f ′x ＝0―→比较极值点大小 ―→进行讨论求极值[解] ∵f (x )＝16x 3－20ax 2＋8a 2x －a 3，其中a ≠0，∴f ′(x )＝48x 2－40ax ＋8a 2＝8(6x 2－5ax ＋a 2)＝8(2x －a )(3x －a )， 令f ′(x )＝0，得x 1＝a 2，x 2＝a3.①当a ＞0时，a 3＜a2，则随着x 的变化，f ′(x )，f (x )的变化情况如下表：x ⎝ ⎛⎭⎪⎫－∞，a 3 a3⎝ ⎛⎭⎪⎫a 3，a 2a2⎝ ⎛⎭⎪⎫a 2，＋∞f ′(x ) ＋ 0 － 0 ＋ f (x )↗极大值↘极小值↗∴当x ＝a3时，函数f (x )取得极大值，为f ⎝ ⎛⎭⎪⎫a 3＝a327；当x ＝a2时，函数f (x )取得极小值，为f ⎝ ⎛⎭⎪⎫a 2＝0. ②当a ＜0时，a 2＜a3，则随着x 的变化，f ′(x )，f (x )的变化情况如下表：x ⎝ ⎛⎭⎪⎫－∞，a 2 a2⎝ ⎛⎭⎪⎫a 2，a 3a3⎝ ⎛⎭⎪⎫a 3，＋∞f ′(x ) ＋ 0 － 0 ＋ f (x )↗极大值↘极小值↗∴当x ＝a2时，函数f (x )取得极大值，为f ⎝ ⎛⎭⎪⎫a 2＝0；当x ＝a3时，函数f (x )取得极小值，为f ⎝ ⎛⎭⎪⎫a 3＝a327.综上，当a ＞0时，函数f (x )在x ＝a 3处取得极大值a 327，在x ＝a2处取得极小值0；当a ＜0时，函数f (x )在x ＝a 2处取得极大值0，在x ＝a 3处取得极小值a 327.函数极值的注意点1求函数的极值需严格按照求函数极值的步骤进行，重点考虑两个问题：一是函数的定义域，注意判断使导数值为0的点是否在定义域内，如果不在定义域内，需要舍去；二是检查导数值为0的点的左右两侧的导数值是否异号，若异号，则该点是极值点，否则不是极值点.2求解析式中含有参数的函数极值时，有时需要用分类讨论的思想才能解决问题.讨论的依据有两种：一是看参数是否对f ′x 的零点有影响，若有影响，则需要分类讨论；二是看f ′x 在其零点附近的符号的确定是否与参数有关，若有关，则需要分类讨论.[跟进训练]2．若函数f (x )＝x －a ln x (a ∈R )，求函数f (x )的极值． [解] 函数f (x )的定义域为(0，＋∞)，f ′(x )＝1－a x ＝x －ax.(1)当a ≤0时，f ′(x )＞0，函数f (x )在(0，＋∞)上单调递增，函数f (x )无极值． (2)当a ＞0时，令f ′(x )＝0，解得x ＝a .当0＜x ＜a 时，f ′(x )＜0；当x ＞a 时，f ′(x )＞0.∴f (x )在x ＝a 处取得极小值，且f (a )＝a －a ln a ，无极大值． 综上可知，当a ≤0时，函数f (x )无极值；当a ＞0时，函数f (x )在x ＝a 处取得极小值a －a ln a ，无极大值．由极值求参数的值或取值范围322A ．4或－3B ．4或－11C ．4D ．－3(2)若函数f (x )＝12x 2＋(a －1)x －a ln x 没有极值，则( )A ．a ＝－1B ．a ≥0C ．a ＜－1D ．－1＜a ＜0[思路探究] (1)由f ′(1)＝0且f (1)＝10.求解a ，b ，注意检验极值的存在条件． (2)求导分解因式主要对参数分类讨论．(按根的大小)(1)C (2)A [(1)∵f (x )＝x 3＋ax 2＋bx ＋a 2，∴f ′(x )＝3x 2＋2ax ＋b .由题意得⎩⎪⎨⎪⎧f ′1＝3＋2a ＋b ＝0，f 1＝1＋a ＋b ＋a 2＝10，即⎩⎪⎨⎪⎧2a ＋b ＝－3，a ＋b ＋a 2＝9，解得⎩⎪⎨⎪⎧a ＝－3b ＝3，或⎩⎪⎨⎪⎧a ＝4，b ＝－11，当⎩⎪⎨⎪⎧a ＝－3b ＝3，时，f ′(x )＝3x 2－6x ＋3＝3(x －1)2≥0，故函数f (x )单调递增，无极值，不符合题意．∴a ＝4.故选C.(2)f ′(x )＝(x －1)⎝ ⎛⎭⎪⎫a x＋1，x ＞0，当a ≥0时，a x＋1＞0，令f ′(x )＜0，得0＜x ＜1； 令f ′(x )＞0，得x ＞1.f (x )在x ＝1处取极小值． 当a ＜0时，方程a x＋1＝0必有一个正数解x ＝－a ，①若a ＝－1，此正数解为x ＝1，此时f ′(x )＝x －12x≥0，f (x )在(0，＋∞)上单调递增，无极值．②若a ≠－1，此正数解为x ≠1，f ′(x )＝0必有2个不同的正数解，f (x )存在2个极值．综上，a ＝－1.故选A.]已知函数极值求参数的方法对于已知可导函数的极值求参数的问题，解题的切入点是极值存在的条件：极值点处的导数值为0，极值点两侧的导数值异号.1已知可导函数的极值求参数问题的解题步骤： ①求函数的导数f ′x ；②由极值点的导数值为0，列出方程组，求解参数. 注意：求出参数后，一定要验证是否满足题目的条件. 2对于函数无极值的问题，往往转化为f ′x ≥0或f ′x ≤0在某区间内恒成立的问题，此时需注意不等式中的等号是否成立.[跟进训练]3．若x ＝2是函数f (x )＝x (x －m )2的极大值点，求函数f (x )的极大值．[解] ∵f ′(x )＝(x －m )(3x －m )，且f ′(2)＝0， ∴(m －2)(m －6)＝0，即m ＝2或m ＝6. (1)当m ＝2时，f ′(x )＝(x －2)(3x －2)， 由f ′(x )＞0得x ＜23或x ＞2；由f ′(x )＜0得23＜x ＜2.∴x ＝2是f (x )的极小值点，不合题意，故m ＝2舍去． (2)当m ＝6时，f ′(x )＝(x －6)(3x －6)， 由f ′(x )＞0得x ＜2或x ＞6； 由f ′(x )＜0得2＜x ＜6.∴x ＝2是f (x )的极大值，∴f (2)＝2×(2－6)2＝32. 即函数f (x )的极大值为32.极值问题的综合应用1．如何画出函数f (x )＝2x 3－3x 2－36x ＋16的大致图象．[提示] f ′(x )＝6x 2－6x －36＝6(x 2－x －6)＝6(x －3)(x ＋2)． 由f ′(x )＞0得x ＜－2或x ＞3，∴函数f (x )的递增区间是(－∞，－2)和(3，＋∞)． 由f ′(x )＜0得－2＜x ＜3， ∴函数f (x )的递减区间是(－2，3)．由已知得f (－2)＝60，f (3)＝－65，f (0)＝16.∴结合函数单调性及以上关键点画出函数f (x )大致图象如图所示． 2．当a 变化时，方程2x 3－3x 2－36x ＋16＝a 有几解？[提示] 方程2x 3－3x 2－36x ＋16＝a 解的个数问题可转化为函数y ＝a 与y ＝2x 3－3x 2－36x ＋16的图象有几个交点的问题，结合探究点1可知：(1)当a ＞60或a ＜－65时， 方程2x 3－3x 2－36x ＋16＝a 有且只有一解； (2)当a ＝60或a ＝－65时，方程2x 3－3x 2－36x ＋16＝a 有两解； (3)当－65＜a ＜60时，方程2x 3－3x 2－36x ＋16＝a 有三解．【例4】 已知函数f (x )＝x 3－3x ＋a (a 为实数)，若方程f (x )＝0有三个不同实根，求实数a 的取值范围．[思路探究] 求出函数的极值，要使f (x )＝0有三个不同实根，则应有极大值大于0，极小值小于0，由此可得a 的取值范围．[解] 令f ′(x )＝3x 2－3＝3(x ＋1)(x －1)＝0， 解得x 1＝－1，x 2＝1. 当x <－1时，f ′(x )>0； 当－1<x <1时，f ′(x )<0；当x >1时，f ′(x )>0.所以当x ＝－1时，f (x )有极大值f (－1)＝2＋a ； 当x ＝1时，f (x )有极小值f (1)＝－2＋a . 因为方程f (x )＝0有三个不同实根，所以y ＝f (x )的图象与x 轴有三个交点，如图．由已知应有⎩⎪⎨⎪⎧2＋a >0，－2＋a <0，解得－2<a <2，故实数a 的取值范围是(－2，2)．1．(改变条件)本例中，若方程f (x )＝0恰有两个根，则实数a 的值如何求解？ [解] 由例题知，函数的极大值f (－1)＝2＋a ，极小值f (1)＝－2＋a ， 若f (x )＝0恰有两个根，则有2＋a ＝0，或－2＋a ＝0， 所以a ＝－2或a ＝2.2．(改变条件)本例中，若方程f (x )＝0有且只有一个实根，求实数a 的范围． [解] 由例题可知，要使方程f (x )＝0有且只有一个实根， 只需2＋a ＜0或－2＋a ＞0， 即a ＜－2或a ＞2.3．(变条件、变结论)讨论方程ln xx＝a 的根的情况．[解] 令f (x )＝ln x x ，则定义域为(0，＋∞)，f ′(x )＝1－ln xx2. 令f ′(x )＝0，得x ＝e.当x 变化时，f ′(x )与f (x )的变化情况如下表：x (0，e) e (e ，＋∞)f ′(x ) ＋ 0 － f (x )↗1e↘因此，x ＝e 是函数f (x )的极大值点，极大值为f (e)＝1e ，函数f (x )没有极小值点．其图象如图．∴当0＜a ＜1e 时，ln xx ＝a 有两个不同的根；当a ＝1e 或a ≤0时，ln xx ＝a 只有一个根；当a ＞1e 时，ln x x＝a 没有实数根．利用导数求函数零点的个数1利用导数可以判断函数的单调性； 2研究函数的极值情况；3在上述研究的基础上突出函数的大致图象；4直观上判断函数的图象与x 轴的交点或两个图象的交点的个数.若含有参数，则需要讨论极值的正负.1．若函数y ＝f (x )在区间(a ，b )内有极值，那么y ＝f (x )在(a ，b )内绝不是单调函数，即在某区间上单调函数没有极值．2．已知函数的极值情况，逆向应用确定函数的解析式，研究函数性质时，需注意两点：(1)常根据极值点处导数为0和极值两个条件列方程组，利用待定系数法求解．(2)因为函数在一点的导数值等于零不是此点为极值点的充要条件，所以利用待定系数法求解后必须验证极值点的合理性．3．已知函数零点(方程根)的个数，求参数取值范围的三种常用的方法：(1)直接法，直接根据题设条件构建关于参数的不等式，再通过解不等式确定参数范围；(2)分离参数法，先将参数分离，转化成求函数值域问题加以解决；(3)数形结合法，先对解析式变形，在同一平面直角坐标系中，画出函数的图象，然后数形结合求解．一是转化为两个函数y＝g(x)，y＝h(x)的图象的交点个数问题，画出两个函数的图象其交点的个数就是函数零点的个数，二是转化为y＝a，y＝g(x)的图象的交点个数问题．1．函数f (x)的定义域为R，它的导函数y＝f ′(x)的部分图象如图所示，则下面结论错误的是( )A．在(1，2)上函数f (x)为增函数B．在(3，4)上函数f (x)为减函数C．在(1，3)上函数f (x)有极大值D．x＝3是函数f (x)在区间[1，5]上的极小值点D[由题图可知，当1＜x＜2时，f ′(x)＞0，当2＜x＜4时，f ′(x)＜0，当4＜x＜5时，f ′(x)＞0，∴x＝2是函数f (x)的极大值点，x＝4是函数f (x)的极小值点，故A，B，C正确，D 错误．]2．设函数f (x)＝x e x，则( )A．x＝1为f (x)的极大值点B．x＝1为f (x)的极小值点C．x＝－1为f (x)的极大值点D．x＝－1为f (x)的极小值点D [令f ′(x )＝e x ＋x ·e x ＝(1＋x )e x ＝0，得x ＝－1.当x ＜－1时，f ′(x )＜0；当x ＞－1时，f ′(x )＞0.故当x ＝－1时，f (x )取得极小值．]3．已知函数f (x )＝x 3＋3ax 2＋3(a ＋2)x ＋1既有极大值又有极小值，则实数a 的取值范围是________．(－∞，－1)∪(2，＋∞) [f ′(x )＝3x 2＋6ax ＋3(a ＋2)，∵函数f (x )既有极大值又有极小值，∴方程f ′(x )＝0有两个不相等的实根，∴Δ＝36a 2－36(a ＋2)＞0，即a 2－a －2＞0，解得a ＞2或a ＜－1.]4．已知函数f (x )＝2e f ′(e)ln x －x e，则函数f (x )的极大值为________． 2ln 2 [f ′(x )＝2e f ′e x －1e ，故f ′(e)＝2e f ′e e －1e， 解得f ′(e)＝1e ，所以f (x )＝2ln x －x e ，f ′(x )＝2x －1e. 由f ′(x )＞0得0＜x ＜2e ，f ′(x )＜0得x ＞2e.所以函数f (x )在(0，2e)单调递增，在(2e ，＋∞)单调递减，故f (x )的极大值为f (2e)＝2ln 2e －2＝2ln 2.]。
导数在高中数学中的应用
Ｌ ． ５ 所以此切线的斜率为 ２ ’Ｙ ． ＮＮＮＮＮ￣ Ｎ ６ ） 和（ Ｘ ｏ ， Ｘ ｇ ） ， 所
，
４ ｘ＋４的极值．
３
【 解析 】先求导数，得 ’ ＝ｘ 一４．
以
。
一
’
令 ’ ＝Ｏ 得 ＝－ ２ｘ ｚ＝２ ・
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４ ａ一１ ６， 即 ５≤ 口≤ ７．
’ ． ．
、
ａ 的 取 值 范 围 是『 ５ ， ７ ］ ・
方法提 升：利 用导数判断函数的单调性的步骤是 ： （ １ ）确定 ， （ ） 的定
例１ ． 求抛 物线
过点（ ， ６ ） 的 切线方 程
义域；（ ２ ） 求导数， （ ） ；（ ３ ） 在函 数厂 （ ） 的定义域内解不等式厂 （ ） ＞ － ０
２ ０ １ ４ 生 旦箜 塑（ 王） Ｑ ， 型！ ： （ ！ １ １教 技 巧
体验与惊喜，调动 学生学习积极性 ，活化课堂 ，使高三的复习课不再枯燥。 （ 三 ）注重交流，培养学生良好 的解题 习惯 。教师要经常与学生进行平 等交谈 ， 方式是可以多种多样的，比如从其爱好兴趣 开始 ，也可 以从其最近的 困 惑开始 ，了解其思想上、学习上存在的问题，帮助其分析原 因，制定学习计 划 ，清除紧张心理 ，适 当鼓励。尽量使其弃掉沉 重的思想包袱 ，轻松 自信地
投入到数学学习 中。
耜 国
特点，让他们对一些重要的数学思想方法 的运用进行模仿性 的学 习，熟练后 再进一步提高。 多讲通解通法和常用技巧 ， 注意速度训练， 分析问题 既要 “ 由 因导果 ”，也要 “ 执果索因”，暴露过程，激活思维；注重数形结合 ，适当 增加直观教学 ，训练作图能力，培养想象力；揭示实际问题的空间形式和数 量关系 ，培养 “ 建模 ”能力。 课堂教学 中对于学案的设计，一定要侧重于例题与练习相结合，即一例 练 ，以这样一种循序渐进的方法，逐步提 高文科生的数 学思维能力。 另外 ， 根据文科生不愿动笔 以及容易忘得 问题也应进行专项训练 ，例如复习知识点 的时候要经常 “ 回头 ”，鼓励学生多动笔多运算。 文科生数学的老大难问题 ，并不都在于学生本身，进入高中以后教材 的抽
高中数学 第5章 一元函数的导数及其应用 5.3 导数在研究函数中的应用 5.3.2 第3课时 导数
第3课时导数在函数有关问题及实际生活中的应用学习目标核心素养1.能用导数解决函数的零点问题．2．体会导数在解决实际问题中的作用．3．能利用导数解决简单的实际问题．(重点、难点)1.借助用导数解决函数的零点问题，培养直观想象的核心素养．2．通过学习用导数解决生活中的优化问题，培养数学建模的核心素养．3．借助实际问题的求解，提升逻辑推理及数学运算的核心素养.学校或班级举行活动，通常需要张贴海报进行宣传．现让你设计一张如图所示的竖向张贴的海报，要求版心面积为128 dm2，上、下两边各空2 dm，左右两边各空1 dm.如何设计海报的尺寸，才能使四周空心面积最小？1．函数图象的画法函数f (x)的图象直观地反映了函数f (x)的性质．通常，按如下步骤画出函数f (x)的图象：(1)求出函数f (x)的定义域；(2)求导数f ′(x)及函数f ′(x)的零点；(3)用f ′(x)的零点将f (x)的定义域划分成若干个区间，列表给出f ′(x)在各区间上的正负，并得出f (x)的单调性与极值；(4)确定f (x)的图象所经过的一些特殊点，以及图象的变化趋势；(5)画出f (x)的大致图象．2．用导数解决优化问题的基本思路思考：解决生活中优化问题应注意什么？[提示] (1)在建立函数模型时，应根据实际问题确定出函数的定义域．(2)求实际问题的最大(小)值时，一定要从问题的实际意义去考查，不符合实际意义的应舍去，如：长度、宽度应大于0，销售价为正数等．1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)用导数研究实际问题要先求定义域． ( ) (2)方程x e x＝2有两个不相等的实数根．( )(3)做一个容积为256 m 3的方底无盖水箱，所用材料最省时，它的高为4 m ． ( ) [提示] (2)令y ＝x e x，，则y ′＝e x(x ＋1)．由于x ＞－1时，y ′＞0，x ＜－1时，y ′＜0.∴x ＝－1时y ＝x e x取到最小值－1e.结合单调性及变化趋势画出如图所示，由图可以看出y ＝x e x 与y ＝2只有一个交点，故方程只有一个解．(3)设底的边长为x m ，则高为256x 2.那么需材料的面积为x 2＋4x ×256x 2＝x 2＋4×256x.令y＝x 2＋4×256x ，∴y ′＝2x －4×256x2.令y ′＝0得x ＝8.又x ＞8时y ′＞0，x ＜8时y ′＜0，∴x ＝8时用料最省，这时高h ＝25682＝4(m)．[答案] (1)√ (2)× (3)√2．炼油厂某分厂将原油精炼为汽油，需对原油进行冷却和加热，如果第x 小时，原油温度(单位：℃)为f (x )＝13x 3－x 2＋8(0≤x ≤5)，那么原油温度的瞬时变化率的最小值是( )A ．8B ．203 C ．－1 D ．－8C [由题意，f ′(x )＝x 2－2x ＝(x －1)2－1， ∵0≤x ≤5，∴x ＝1时，f ′(x )的最小值为－1， 即原油温度的瞬时变化率的最小值是－1.]3．已知某生产厂家的年利润y (单位：万元)与年产量x (单位：万件)的函数关系式为y ＝－13x 3＋81x －234，则使该生产厂家获取最大年利润的年产量为( )A ．13万件B ．11万件C ．9万件D ．7万件C [由题意得，y ′＝－x 2＋81，令y ′＝0，解得x ＝9或x ＝－9(舍去)． 当0＜x ＜9时，y ′＞0；当x ＞9时，y ′＜0. 故当x ＝9时，y 取得极大值，也是最大值．]4．某产品的销售收入y 1(万元)关于产量x (千台)的函数关系式为y 1＝17x 2，生产成本y 2(万元)关于产量x (千台)的函数关系式为y 2＝2x 3－x 2，已知x ＞0，为使利润最大，应生产该产品________千台．6 [由题意，利润y ＝y 1－y 2＝17x 2－(2x 3－x 2)＝18x 2－2x 3(x ＞0)．y ′＝36x －6x 2，由y ′＝36x －6x 2＝6x (6－x )＝0，得x ＝6(x ＝0舍去)， 当x ∈(0，6)时，y ′＞0，当x ∈(6，＋∞)时，y ′＜0， ∴函数在(0，6)上为增函数，在(6，＋∞)上为减函数． 则当x ＝6时，y 有最大值．]利用导数研究函数的图象【例1】 函数y ＝x 3ex (其中e 为自然对数的底数)的大致图象是( )B [法一：由函数y ＝x 3e x 可知，当x ＝0时，y ＝0，排除C ；当x ＜0时，y ＜0，排除A ；y ′＝3x 2e x －x 3e x ex 2＝x 23－xex， 当x ＜3时，y ′＞0，当x ＞3时，y ′＜0， ∴函数在(0，＋∞)上先增后减．故选B.法二：由函数y ＝x 3e x 可知，当x ＝0时，y ＝0，排除C ；当x ＜0时，y ＜0，排除A ；当x →＋∞时，y →0.故选B.]由解析式研究图象常用的方法根据解析式判断函数的图象时，综合应用各种方法：如判断函数的奇偶性，定义域、特殊值和单调性，有时还要用导数研究函数的极值点，甚至最值等.[跟进训练]1．函数f (x )＝e x 2－2x 2的图象大致为( )A [∵f (x )＝f (－x )，当x ＞0时，f ′(x )＝e x 2·2x －4x ，令f ′(x )＝0，则2x (e x 2－2)＝0⇒x ＝ln 2∈(0，1)，且f (ln 2)＝2－2ln 2＞0，∴当x ＞0时，f (x )＞0，且只有一个极值点，∴排除B ，C ，D.故选A.]用导数研究方程的根【例2】 设函数f (x )＝x 22－k ln x ，k ＞0.(1)求f (x )的单调区间和极值；(2)证明：若f (x )存在零点，则f (x )在区间(1，e]上仅有一个零点．[思路探究] (1)对函数f (x )求导，根据导数的正负确定函数的单调区间和极值； (2)根据(1)中函数的单调性和极值分析函数图象，得出最值，进而得出函数存在零点时k 的取值范围，由此结合零点存在性定理进行证明．[解] (1)由f (x )＝x 22－k ln x (k ＞0)得f ′(x )＝x －k x ＝x 2－kx，由f ′(x )＝0解得x ＝k .f (x )与f ′(x )在区间(0，＋∞)上的变化情况如下表：x (0，k ) k(k ，＋∞)f ′(x ) － 0＋f (x )↘k 1－ln k2↗所以f (x )的单调递减区间是(0，k )，单调递增区间是(k ，＋∞)，f (x )在x ＝k 处取得极小值f (k )＝k 1－ln k2，无极大值．(2)证明：由(1)知，f (x )在区间(0，＋∞)上的最小值为f (k )＝k 1－ln k2.因为f (x )存在零点，所以k 1－ln k2≤0，从而k ≥e.当k ＝e 时，f (x )在区间(1，e)上单调递减，且f (e)＝0， 所以x ＝e 是f (x )在区间(1，e]上的唯一零点．当k ＞e 时，f (x )在区间(0，e)上单调递减，且f (1)＝12＞0，f (e)＝e －k2＜0，所以f (x )在区间(1，e]上仅有一个零点．综上可知，若f (x )存在零点，则f (x )在区间(1，e]上仅有一个零点．与函数零点有关的问题与函数零点有关的问题，往往利用导数研究函数的单调性和极值点，并结合特殊点判断函数的大致图象，讨论图象与x 轴的位置关系.或者转化为两个熟悉函数的图象交点问题确定参数的取值范围.[跟进训练]2．若方程a x＝x (a ＞0，a ≠1)有两个不等实根，求实数a 的取值范围．[解] 由a x＝x 知x ＞0，故x ·ln a －ln x ＝0⇒ln a ＝ln x x，令f (x )＝ln x x(x ＞0)，则f ′(x )＝1－ln xx2. 当x ∈(0，e)时，f ′(x )＞0，f (x )单调递增；当x ∈(e，＋∞)时，f ′(x )＜0，f (x )单调递减，故当x ＝e 时，f (x )取得最大值f (e)＝1e ，即ln a ＜1e，即a ＜e 1e .画出函数y ＝a x(a ＞0，a ≠1)与y ＝x 的图象(图略)，结合图象可知，若方程a x ＝x (a ＞0，a ≠1)有两个不等实根，则a ＞1.综上可知，实数a 的取值范围为⎝ ⎛⎭⎪⎫1，e 1e .导数在生活实际问题中应用【例3】 为了在夏季降温和冬季供暖时减少能源损耗，房屋的屋顶和外墙需要建造隔热层．某幢建筑物要建造可使用20年的隔热层，每厘米厚的隔热层建造成本为6万元．该建筑物每年的能源消耗费用C (单位：万元)与隔热层厚度x (单位：cm)满足关系：C (x )＝k3x ＋5(0≤x ≤10)，若不建隔热层，每年能源消耗费用为8万元．设f (x )为隔热层建造费用与20年的能源消耗费用之和．(1)求k 的值及f (x )的表达式；(2)隔热层修建多厚时，总费用f (x )达到最小？并求最小值． [思路探究] (1)由C (0)＝8可求k 的值从而求出f (x )的表达式． (2)求函数式f (x )的最小值．[解] (1)由题设，每年能源消耗费用为C (x )＝k3x ＋5(0≤x ≤10)，再由C (0)＝8，得k ＝40，因此C (x )＝403x ＋5.而建造费用为C 1(x )＝6x .最后得隔热层建造费用与20年的能源消耗费用之和为 f (x )＝20C (x )＋C 1(x )＝20×403x ＋5＋6x ＝8003x ＋5＋6x (0≤x ≤10)．(2)f ′(x )＝6－ 2 4003x ＋52，令f ′(x )＝0，即2 4003x ＋52＝6，解得x ＝5或x ＝－253(舍去)．当0<x <5时，f ′(x )<0，当5<x <10时，f ′(x )>0，故x ＝5是f (x )的最小值点，对应的最小值为f (5)＝6×5＋80015＋5＝70. 当隔热层修建5 cm 厚时，总费用达到最小值70万元．求解优化问题中的最小值问题的思路在实际生活中关于用料最省、费用最低、损耗最小、用时最短等问题，一般情况下都需要利用导数求解相应函数的最小值.若求出极值点注意根据实际意义舍去不合适的极值点后，函数在该点附近满足“左减右增”，则此时唯一的极小值就是所求的函数的最小值.[跟进训练]3．已知A ，B 两地相距200千米，一只船从A 地逆水航行到B 地，水速为8千米/时，船在静水中的航行速度为v 千米/时(8＜v ≤v 0)．若船每小时航行所需的燃料费与其在静水中的航行速度的平方成正比，当v ＝12千米/时时，船每小时航行所需的燃料费为720元．为了使全程燃料费最省，船在静水中的航行速度v 应为多少？[解] 设船每小时航行所需的燃料费为y 1元，比例系数为k (k ＞0)，则y 1＝kv 2.∵当v ＝12时，y 1＝720，∴720＝k ·122，得k ＝5，则y 1＝5v 2.设全程燃料费为y 元，由题意，得y ＝y 1·200v －8＝1 000v2v －8，∴y ′＝2 000v v －8－1 000v 2v －82＝1 000v 2－16 000vv －82.令y ′＝0，解得v ＝0(舍去)或v ＝16.若v 0≥16，当v ∈(8，16)时，y ′＜0，y 为减函数；当v ∈(16，v 0]时，y ′＞0，y 为增函数．故当v ＝16千米/时时，y 取得极小值，也是最小值，此时全程燃料费最省．若v 0＜16，则v ∈(8，v 0]，且y ′＜0，y 在(8，v 0]上为减函数．故当v ＝v 0时，y 取得最小值，此时全程燃料费最省．综上可得，若v 0≥16，则当v ＝16千米/时时，全程燃料费最省，为32 000元；若v 0＜16，则当v ＝v 0时，全程燃料费最省，为1 000v 2v 0－8元．角度2 利润最大、效率最高问题 [探究问题]1．在实际问题中，如果在定义域内函数只有一个极值点，则函数在该点处取最值吗？ [提示] 根据函数的极值与单调性的关系可以判断，函数在该点处取最值，并且极小值点对应最小值，极大值点对应最大值．2．你能列举几个有关利润的等量关系吗？ [提示] (1)利润＝收入－成本． (2)利润＝每件产品的利润×销售件数．【例4】 某商场销售某种商品的经验表明，该商品每日的销售量y (单位：千克)与销售价格x (单位：元/千克)满足关系式y ＝ax －3＋10(x －6)2，其中3＜x ＜6，a 为常数，已知销售价格为5元/千克时，每日可售出该商品11千克．(1)求a 的值；(2)若该商品的成本为3元/千克，试确定销售价格x 的值，使商场每日销售该商品所获得的利润最大．[思路探究] (1)根据x ＝5时，y ＝11求a 的值．(2)把每日的利润表示为销售价格x 的函数，用导数求最大值． [解] (1)因为x ＝5时，y ＝11，所以a2＋10＝11，a ＝2.(2)由(1)知，该商品每日的销售量y ＝2x －3＋10(x －6)2， 所以商场每日销售该商品所获得的利润f (x )＝(x －3)⎣⎢⎡⎦⎥⎤2x －3＋10x －62＝2＋10(x －3)(x －6)2，3＜x ＜6， 从而，f ′(x )＝10[(x －6)2＋2(x －3)(x －6)] ＝30(x －4)·(x －6)，于是，当x 变化时，f ′(x )，f (x )的变化情况如下表：x (3，4) 4 (4，6) f ′(x ) ＋ 0 － f (x )↗极大值42↘由上表可得，x ＝4是函数f (x )在区间(3，6)内的极大值点，也是最大值点， 所以，当x ＝4时，函数f (x )取得最大值，且最大值等于42.故当销售价格为4元/千克时，商场每日销售该商品所获得的利润最大．利润最大问题是生活中常见的一类问题，一般根据“利润＝收入－成本”建立函数关系式，再利用导数求最大值．解此类问题需注意两点：①价格要大于或等于成本，否则就会亏本；②销量要大于0，否则不会获利．[跟进训练]4．某电子公司开发一种智能手机的配件，每个配件的成本是15元，销售价是20元，月平均销售a 件，通过改进工艺，每个配件的成本不变，质量和技术含金量提高，市场分析的结果表明，如果每个配件的销售价提高的百分率为x (0＜x ＜1)，那么月平均销售量减少的百分率为x 2，记改进工艺后该电子公司销售该配件的月平均利润是y (元)．(1)写出y 与x 的函数关系式；(2)改进工艺后，试确定该智能手机配件的售价，使电子公司销售该配件的月平均利润最大．[解] (1)改进工艺后，每个配件的销售价为20(1＋x )元，月平均销售量为a (1－x 2)件， 则月平均利润y ＝a (1－x 2)·[20(1＋x )－15](元)， ∴y 与x 的函数关系式为y ＝5a (1＋4x －x 2－4x 3)(0＜x ＜1)． (2)y ′＝5a (4－2x －12x 2)，令y ′＝0，得x 1＝12，x 2＝－23(舍)，当0＜x ＜12时，y ′＞0；12＜x ＜1时，y ′＜0，∴函数y ＝5a (1＋4x －x 2－4x 3)(0＜x ＜1)在x ＝12时取得极大值也是最大值，故改进工艺后，每个配件的销售价为20×⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋12＝30元时， 该电子公司销售该配件的月平均利润最大．1．运用零点存在性定理求解零点存在或者零点个数问题的关键是寻找合适的零点区间．本题还可以采取分离变量法把零点个数问题转化为函数图象的交点个数问题．2．利用导数解决优化问题，往往归结为函数的最大值或最小值问题． 解题的一般方法如下：(1)设出变量找出函数关系式，确定定义域；(2)若函数f (x )在定义域内只有一个极值点x 0，则不需与端点处函数值比较，f (x 0)即是所求的最大值或最小值．3．“恒成立”问题的解决往往要转化为函数的最值问题．1．某箱子的体积与底面边长x 的关系为V (x )＝x 2⎝ ⎛⎭⎪⎫60－x 2(0<x <60)，则当箱子的体积最大时，箱子底面边长为( )A ．30B ．40C ．50D ．60 B [V ′(x )＝－32x 2＋60x ＝－32x (x －40)，因为0＜x ＜60，所以当0＜x ＜40时，V ′(x )>0， 此时V (x )单调递增；当40<x <60时，V ′(x )<0，此时V (x )单调递减，所以V (40)是V (x )的极大值，即当箱子的体积最大时，箱子底面边长为40.]2．设函数f (x )的导函数为f ′(x )，若f (x )为偶函数，且在(0，1)上存在极大值，则f ′(x )的图象可能为( )C[根据题意，f (x)为偶函数，则其导数f ′(x)为奇函数，结合函数图象可以排除B、D.又由于函数f (x)在(0，1)上存在极大值，则其导数图象在(0，1)上存在零点，且零点左侧导数值符号为正，右侧导数值符号为负，结合选项可以排除A，只有C选项符合题意，故选C.]3．若方程x3－3x＋m＝0在[0，2]上有解，则实数m的取值范围是( )A．[－2，2] B．[0，2]C．[－2，0] D．(－∞，－2)∪(2，＋∞)A[方程x3－3x＋m＝0在[0，2]上有解，则－m＝x3－3x，x∈[0，2]，求实数m的取值范围可转化为求函数的值域问题．令y＝x3－3x，x∈[0，2]，则y′＝3x2－3，令y′＞0，解得x＞1，因此函数在[0，1)上单调递减，在(1，2]上单调递增，又x＝1时，y＝－2；x＝2时，y＝2；x＝0时，y＝0，∴函数y＝x3－3x，x∈[0，2]的值域是[－2，2]，故－m∈[－2，2]，∴m∈[－2，2]，故选A.]4．电动自行车的耗电量y与速度x之间的关系为y＝13x3－392x2－40x(x＞0)，为使耗电量最小，则其速度应定为________．40[由题设知y′＝x2－39x－40，令y′＞0，解得x＞40或x＜－1，故函数y＝13x3－392x2－40x(x＞0)在[40，＋∞)上递增，在(0，40]上递减．∴当x＝40时，y取得最小值．由此得为使耗电量最小，则其速度应定为40.]。
导数在高中数学函数中的应用体会
导数在高中数学函数中的应用体会
作为一个AI，我无法体验和感受，但我可以通过统计数据和常见的实际例子来说明导数在高中数学函数中的应用。
1. 反应函数变化速率
导数可以用来反应函数在某一个点上的变化速率，即函数在该点处的斜率。
通过求导，我们可以得到函数的变化速率，进而用于解决实际问题，比如求切线的斜率、求最速降线等等。
2. 解决最值问题
导数可以用于解决函数取值的最大值和最小值问题。
具体的方法是，对函数求导，求得导函数的零点，即为函数的极值点，然后通过比较极值点和函数在区间端点的值，找到函数的最大值和最小值。
3. 求曲线长度和面积
导数可以用于求曲线长度和曲面积。
具体的方法是，将曲线或曲面分割成无数个极小的线段或面元，然后对这些线段或面元的长度或面积进行求和，最终得到曲线或曲面的长度或面积。
通过上述应用，我们可以看到，导数不仅是高中数学函数的重要概念，更是在实际生活中具有广泛的应用价值。
论导数在高中数学解题中的应用
论导数在高中数学解题中的应用冯仰超(江苏省徐州市第七中学㊀２２１０１１)摘㊀要:导数是研究函数变化规律的重要工具ꎬ是高考的必考知识点.教学中为提高学生运用导数解答数学习题的能力ꎬ应注重常见习题类型的总结ꎬ为学生讲解相关的解题思路ꎬ并与学生一起分析㊁解答ꎬ使学生掌握应用导数解题的方法ꎬ提高解题正确率.关键词:高中数学ꎻ导数ꎻ解题ꎻ应用中图分类号:Ｇ６３２㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:１００８－０３３３(２０２１)２４－０００４－０２收稿日期:２０２１－０５－２５作者简介:冯仰超(１９８３.６－)ꎬ男ꎬ江苏省邳州人ꎬ中学一级教师ꎬ从事高中数学教学研究.㊀㊀数学教学中为使学生能够灵活应用导数知识解答相关习题ꎬ应注重为学生细致的讲解导数的意义ꎬ使其牢记一些函数的求导公式ꎬ尤其应结合具体例题为其讲解导数的具体应用ꎬ为其高效的解题带来启示.㊀㊀一㊁用于求解参数范围求解参数的取值范围是高中数学的一类重要题型.应用导数解答该类习题时应认真审题ꎬ确定要求解的问题属于恒成立还是存在性问题.另外ꎬ解答该类习题常规思路是分离参数ꎬ具体是先分离参数还是求导后再分离参数需要视情况而定.比如下面的习题就是求导后再分离参数ꎬ因此ꎬ教学中应提醒学生应具体问题具体分析ꎬ不能局限于思维定势.例１㊀若曲线ｙ＝ｌｎｘ＋ａｘ２(ａ为常数)不存在斜率为负的切线ꎬ则实数ａ的取值范围为(㊀㊀).Ａ.(－１２ꎬ＋ɕ)㊀㊀Ｂ.[－１２ꎬ＋ɕ)Ｃ.(０ꎬ＋ɕ)Ｄ.[０ꎬ＋ɕ)该题目难度并不大ꎬ考查学生对切线概念的理解.解题的关键在于能够正确转化题干中的 不存在斜率为负的切线 这一条件.即ꎬ转化为在ｘ>０时曲线的导数ｙᶄȡ０恒成立.对曲线方程求导得到ｙᶄ＝１ｘ＋２ａｘꎬ即问题转化为在(０ꎬ＋ɕ)上１ｘ＋２ａｘȡ０恒成立.分离参数得到ａȡ－１２ｘ２ꎬ显然ｆ(ｘ)＝－１２ｘ２在定义域上单调递减ꎬ又ｆ(ｘ)<０ꎬ因此ꎬａȡ０ꎬ正确选项为Ｄ.㊀㊀二㊁用于比较数值大小导数在高中数学解题中应用广泛ꎬ其也可用于比较数值大小.该类习题题型复杂多变ꎬ部分习题求导后便可分析出结果ꎬ但部分习题则需要二次求导以判断原函数的单调性.为使学生掌握运用二次求导解题的思路ꎬ教学中应注重筛选与讲解相关例题.如以下例题:例２㊀若函数ｆ(ｘ)＝ｓｉｎｘｘꎬ０<ｘ１<ｘ２<πꎬ设ａ＝ｆ(ｘ１)ꎬｂ＝ｆ(ｘ２)ꎬ则ａ㊁ｂ的大小关系为(㊀㊀).Ａ.ａ>ｂ㊀Ｂ.ａ<ｂ㊀Ｃ.ａ＝ｂ㊀Ｄ.不确定题目涉及的函数为较复杂ꎬ无法直接判断其单调性.需要对其求导ꎬ通过分析导数能够确定其单调性ꎬ如不能需要继续进行二次求导.由ｆ(ｘ)＝ｓｉｎｘｘꎬ求导得到ｆᶄ(ｘ)＝ｘｃｏｓｘ－ｓｉｎｘｘ２.接下来需要判断ｆᶄ(ｘ)在给定区间上的正负.令ｇ(ｘ)＝ｘｃｏｓｘ－ｓｉｎｘꎬ发现依然无法判断其正负.接下来继续对其求导ꎬｇᶄ(ｘ)＝－ｘｓｉｎｘ＋ｃｏｓｘ－ｃｏｓｘ＝－ｘｓｉｎｘꎬ显然在(０ꎬπ)上ｇᶄ(ｘ)<０ꎬ表明ｇ(ｘ)为减函数ꎬ即ꎬｇ(ｘ)<ｇ(０)＝０ꎬ即ｆᶄ(ｘ)<０ꎬ函数ｆ(ｘ)单调递减ꎬ又因为０<ｘ１<ｘ２<πꎬ则ｆ(ｘ１)>ｆ(ｘ２)ꎬ即ａ>ｂꎬ正确答案为Ａ.４Copyright©博看网 . All Rights Reserved.㊀㊀三㊁用于判断函数图像运用导数研究函数的图像是导数最为基础的应用.解答该类习题需要对导数与函数之间的关系有个深入的认识.即根据导函数的取值的正负可判断原函数的单调性.而根据导函数的变化趋势ꎬ则可进一步判断出原函数斜率的变化ꎬ更为细致的勾勒出原函数的图像.为使学生掌握相关解题技巧ꎬ可与学生一起分析如下习题:例３㊀如图１所示ꎬ为函数ｙ＝ｆ(ｘ)ꎬｙ＝ｇ(ｘ)的导函数的图像ꎬ那么ｙ＝ｆ(ｘ)ꎬｙ＝ｇ(ｘ)的图像可能是(㊀㊀).图１该题目要求根据导函数判断原函数的图像ꎬ属于导数的灵活应用题目.解答该题需要深入理解导函数的图像与原函数的关系.观察图１内容可知ꎬｙ＝ｆ(ｘ)的导函数随着ｘ的值增大而减小ꎬ表示原函数随着ｘ的增大斜率逐渐变小ꎬ图像上凸.ｙ＝ｇ(ｘ)的导函数随着ｘ的值增大而增大ꎬ表示原函数随着ｘ的增大斜率逐渐变大ꎬ图像下凹ꎬ此时可排除Ａ㊁Ｃ.又因为在ｘ＝ｘ０处两个导函数相交ꎬ即在拐点处原函数具有大小相等的斜率.观察Ｂ㊁Ｄ两项中函数的图像ꎬ可将Ｂ项排除ꎬ故正确答案为Ｄ.㊀㊀四㊁用于求解函数极值求解函数极值时ꎬ为保证解题的正确性应遵循一定的解题步骤ꎬ先根据已知条件判断函数的定义域范围ꎬ而后对函数进行求导.令导函数的值为零求解其根.如含有参数需要对根的大小情况进行讨论ꎬ判断函数单调性找到函数的极值点ꎬ将极值点代入求解即可.为使学生感受解题过程ꎬ教学中可为学生讲解如下习题:例４㊀设ｆ(ｘ)＝(ｘ－ｔ１)(ｘ－ｔ２)(ｘ－ｔ３)ꎬ其中ｔ１ꎬｔ２ꎬｔ３ɪＲꎬ且ｔ１ꎬｔ２ꎬｔ３为公差为ｄ的等差数列.若ｄ＝３ꎬ求ｆ(ｘ)的极值.该题目是函数与数列的结合习题ꎬ考查学生灵活运用所学解题的综合能力.解题时需要吃透题意ꎬ充分运用已知条件ꎬ结合导数知识进行分析解答.因ｔ１ꎬｔ２ꎬｔ３为公差为ｄ的等差数列ꎬ且ｄ＝３ꎬ因此ꎬｔ１＝ｔ２－３ꎬｔ３＝ｔ２＋３ꎬ则ｆ(ｘ)＝(ｘ－ｔ２＋３)(ｘ－ｔ２)(ｘ－ｔ２－３)＝ｘ３－３ｔ２ｘ２＋(３ｔ２２－９)ｘ－ｔ２３＋９ｔ２ꎬ对其求导得到ｆᶄ(ｘ)＝３ｘ２－６ｔ２ｘ＋３ｔ２２－９.令ｆᶄ(ｘ)＝０解得ｘ１＝ｔ２－３ꎬｘ２＝ｔ２＋３.当ｘ变化时ꎬｆᶄ(ｘ)㊁ｆ(ｘ)的变化情况如下表:㊀ｘ(－ɕꎬｘ１)ｘ１(ｘ１ꎬｘ２)ｘ２(ｘ２ꎬ＋ɕ)ｆᶄ(ｘ)＋０－０＋ｆ(ｘ)极大值极小值㊀㊀由表可知当ｘ＝ｘ１＝ｔ２－３时ꎬｆ(ｘ)取得极大值ꎬ即ｆ(ｔ２－３)＝(３－３)ˑ３ˑ(－３－３)＝６３ꎻ当ｘ＝ｘ２＝ｔ２＋３时ꎬｆ(ｘ)取得极小值ꎬ即ꎬｆ(ｔ２＋３)＝(３＋３)ˑ３ˑ(３－３)＝－６３.综上ｆ(ｘ)的极大值为６３㊁极小值为－６３.导数在高中数学中占有重要地位ꎬ是解答函数问题的重要工具.为提高学生灵活运用导数解题的能力ꎬ教学中应围绕具体习题为学生认真讲解解答过程.同时ꎬ鼓励学生多进行训练㊁反思㊁总结ꎬ不断深化对导数知识的认识与理解ꎬ真正做到融会贯通.㊀㊀参考文献:[１]李树凡.导数在高中数学解题中的应用分析[Ｊ].数学学习与研究ꎬ２０２０(０４):３６.[２]李世明.高中数学解题中的导数应用研究[Ｊ].数学学习与研究ꎬ２０１９(１１):１３５.[３]郎朝林.导数在高中数学解题中的应用实践研究[Ｊ].中国农村教育ꎬ２０１９(０５):７９.[４]谯洪斌.导数在高中数学解题中的应用探究[Ｊ].新课程研究(上旬刊)ꎬ２０１９(０２):５２－５３.[责任编辑:李㊀璟]５Copyright©博看网 . All Rights Reserved.。
浅谈导数在高中数学解题中的应用
浅谈导数在高中数学解题中的应用摘要：高中数学课程中导数属于重要的部分,具有抽象性的特点,学生很难理解、学习,一味采用传统的教学手段和措施,会导致教学的有效性降低。
因此,高中数学教师在课堂中应该重点开展导数教学指导工作,为了能够提升课堂教学的有效性,应该重点指导学生学习定义、概念知识,借助网络技术与多媒体技术等简化抽象化的内容,使得学生在学习导数知识期间可以在教师的指导之下深入掌握导数基本知识和内涵,杜绝课程教学的错误,提升整体教育指导的有效性。
关键词：高中数学;导数教学;有效性;提升策略;引言：通过研究导数的正负可掌握曲线的单调性情况,并能实现对曲线极值、最值的判断。
高中数学解题教学中,为提高学生应用导数解答数学问题的意识与能力,授课中结合具体例题,做好导数的应用讲解。
一、提升高中数学导数教学有效性的意义常规的教学工作中教师采用传统“满堂灌”的手段,难以为学生全面、系统化讲解抽象性的高中数学导数知识,不利于学生对知识内容的理解和学习。
而在新时期的环境下,数学教师借助有效的对策提升导数教学有效性,可以为学生营造良好的导数知识学习环境、氛围,利用多媒体设备、网络信息技术等为学生直观展现抽象的导数知识、概念,使得学生在学习数学导数知识期间,掌握其中的概念知识与内涵部分,增强对知识内容的自主分析能力、自主探究能力与深入理解能力,具有非常重要的意义,是改善高中生数学导数知识学习现状、学习能力的重要举措。
二、提升高中数学导数教学有效性的措施高中数学教师在导数教学工作中应该将提升教学有效性作为主要的目的,探索更多丰富的教学手段、有效的教学举措,培养学生导数知识的学习能力与研究能力。
具体的措施为:（一）用于求解函数最值运用导数求解函数的最值时需要在定义域内判断函数的单调性,确定函数的极值。
而后结合定义域是否取到端点,比较端点值、各极值大小关系后确定其最值。
为保证解题的正确性需要学生加深对极值、最值的正确理解,即,极值不一定是最值,极值的个数可以有若干个,而且极小值可以大于极大值。