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导数是微积分的初步知识,是研究函数、解决实际问题的有力工具。近年来高考数学试题无论在了解导数概念的实际背景、理解导数的几何意义方面考查,还是在研究函数中的应用方面,都把导数的应用作为各省市高考数学的压轴题。
一、利用导数的定义解题
例1、(北京卷12)如图,函数f(x)的图像是折线段ABC,其中A、B、C的坐标分别为(0,4)、(2,0)、(6,4),则:f(f(0))=2;1im =-2。(用数字作答)
点评:只有深刻理解概念的本质,才能灵活应用概念解题。解决这类问题的关键是等价变形,使极限式转化为导数定义的结构形式。
二、利用导数研究平面曲线的切线
函数在某一点处的导数的几何意义,求解与切线有关的问题,尤其是利用导数求曲线的方程,近几年的高考试题比比皆是。
例2、(2009福建卷理)若曲线f(x)=ax3+1nx存在垂直于y轴的切线,则实数a的取值范围是______。
答案:(-∞,0)
解析:由题意可知f′(x)=2ax2+ 。又因为存在垂直于y轴的切线,
所以2ax2+ =0a=-(x>0)a∈(-∞,0)。
评注:理解导数的几何意义是解决本例的关键。
三、利用导数研究函数的单调性
例3、(2009安徽卷理)已知函数f(x)=x- +a(2-1nx),(a>0),讨论f(x)的单调性。
解:f(x)的定义域是(0,+∞),f′(x)=1+- =。
设g(x)=x2-ax+2,二次方程g(x)=0的判别式△=a2-8。
① 当△=a2-8<0,即00都有f′(x)>0,此时f(x)在(0,+∞)上是增函数。
② 当△=a2-8=0,即a=2 2时,仅对x= 2有f′(x)=0,对其余的x>0都有f′(x)>0,此时f(x)在(0,+∞)上也是增函数。
③ 当△=a2-8>0,即a>2 2时,方程g(g)=0有两个不同的实根x1= 、x2= ,0 x(0,x1) x1 (x1,x2) x2(x2,+∞)
f′(x) + 0- 0+
f(x) 单调递增极大单调递减极小单调递增
此时f(x)在(0,)上单调递增,在(,)上单调递减, 在(,+∞)上单调递增。
评注:应用导数求函数的单调区间或研究函数单调性问题,特别是导函数中含字母参数时,往往要分类讨论。
四、利用导数求解函数极(最)值或判断函数的零点
例4、(2009天津卷理)设函数f(x)= x-1nx(x>0),则y=f(x)______。
A、在区间( ,1)、(1,e)内均有零点
B、在区间( ,1)、(1,e)内均无零点
C、在区间( ,1)内有零点,在区间(1,e)内无零点
D、在区间( ,1)内无零点,在区间(1,e)内有零点
解析:由题得f′(x)= - =,令f′(x)>0得x>3,令f′(x)<0得00,故选择D。
评注:本题考查导数的应用,基础题。
五、实际应用问题
例5、(2009湖南卷理)某地建一座桥,两端的桥墩已建好,这两墩相距m米,余下的工程只需要建两端桥墩之间的桥面和桥墩,经预测,一个桥墩的工程费用为256万元,距离为x米的相邻两墩之间的桥面工程费用为(2+ x)x万元。假设桥墩等距离分布,所有桥墩都视为点,且不考虑其他因素,记余下工程的费用为y万元。
(Ⅰ)试写出y关于x的函数关系式。
(Ⅱ)当m=640米时,需新建多少个桥墩才能使y最小?
解:(Ⅰ)设需要新建n个桥墩,(n+1)x=m,即n= -1。
所以y=f(x)=256n+(n+1)(2+ x)x=256( -1)+ (2+ x)x
=+m x+2m-256。
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,f′(x)=+ mxq=(xq-512)。
令f′(x)=0,得xq=512,所以x=64。
当0 当640,f(x)在区间(64,640)内为增函数;
所以f(x)在x=64处取得最小值。
此时,n= -1=-1=9。
故需新建9个桥墩才能使y最小。
评注:对问题提供的信息资料进行整理,将实际问题抽象为数学问题,建立数学模型,即建立目标函数是解决该问题的关键,也是第二问能够用导数知识分析问题和解决问题的关键一环。
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”
一、利用导数的定义解题
例1、(北京卷12)如图,函数f(x)的图像是折线段ABC,其中A、B、C的坐标分别为(0,4)、(2,0)、(6,4),则:f(f(0))=2;1im =-2。(用数字作答)
点评:只有深刻理解概念的本质,才能灵活应用概念解题。解决这类问题的关键是等价变形,使极限式转化为导数定义的结构形式。
二、利用导数研究平面曲线的切线
函数在某一点处的导数的几何意义,求解与切线有关的问题,尤其是利用导数求曲线的方程,近几年的高考试题比比皆是。
例2、(2009福建卷理)若曲线f(x)=ax3+1nx存在垂直于y轴的切线,则实数a的取值范围是______。
答案:(-∞,0)
解析:由题意可知f′(x)=2ax2+ 。又因为存在垂直于y轴的切线,
所以2ax2+ =0a=-(x>0)a∈(-∞,0)。
评注:理解导数的几何意义是解决本例的关键。
三、利用导数研究函数的单调性
例3、(2009安徽卷理)已知函数f(x)=x- +a(2-1nx),(a>0),讨论f(x)的单调性。
解:f(x)的定义域是(0,+∞),f′(x)=1+- =。
设g(x)=x2-ax+2,二次方程g(x)=0的判别式△=a2-8。
① 当△=a2-8<0,即00都有f′(x)>0,此时f(x)在(0,+∞)上是增函数。
② 当△=a2-8=0,即a=2 2时,仅对x= 2有f′(x)=0,对其余的x>0都有f′(x)>0,此时f(x)在(0,+∞)上也是增函数。
③ 当△=a2-8>0,即a>2 2时,方程g(g)=0有两个不同的实根x1= 、x2= ,0
f′(x) + 0- 0+
f(x) 单调递增极大单调递减极小单调递增
此时f(x)在(0,)上单调递增,在(,)上单调递减, 在(,+∞)上单调递增。
评注:应用导数求函数的单调区间或研究函数单调性问题,特别是导函数中含字母参数时,往往要分类讨论。
四、利用导数求解函数极(最)值或判断函数的零点
例4、(2009天津卷理)设函数f(x)= x-1nx(x>0),则y=f(x)______。
A、在区间( ,1)、(1,e)内均有零点
B、在区间( ,1)、(1,e)内均无零点
C、在区间( ,1)内有零点,在区间(1,e)内无零点
D、在区间( ,1)内无零点,在区间(1,e)内有零点
解析:由题得f′(x)= - =,令f′(x)>0得x>3,令f′(x)<0得0
评注:本题考查导数的应用,基础题。
五、实际应用问题
例5、(2009湖南卷理)某地建一座桥,两端的桥墩已建好,这两墩相距m米,余下的工程只需要建两端桥墩之间的桥面和桥墩,经预测,一个桥墩的工程费用为256万元,距离为x米的相邻两墩之间的桥面工程费用为(2+ x)x万元。假设桥墩等距离分布,所有桥墩都视为点,且不考虑其他因素,记余下工程的费用为y万元。
(Ⅰ)试写出y关于x的函数关系式。
(Ⅱ)当m=640米时,需新建多少个桥墩才能使y最小?
解:(Ⅰ)设需要新建n个桥墩,(n+1)x=m,即n= -1。
所以y=f(x)=256n+(n+1)(2+ x)x=256( -1)+ (2+ x)x
=+m x+2m-256。
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,f′(x)=+ mxq=(xq-512)。
令f′(x)=0,得xq=512,所以x=64。
当0
所以f(x)在x=64处取得最小值。
此时,n= -1=-1=9。
故需新建9个桥墩才能使y最小。
评注:对问题提供的信息资料进行整理,将实际问题抽象为数学问题,建立数学模型,即建立目标函数是解决该问题的关键,也是第二问能够用导数知识分析问题和解决问题的关键一环。
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