高中数学导数与积分知识点.doc

高中数学教案—导数、定积分
一．课标要求：
1．导数及其应用
（1）导数概念及其几何意义
① 通过对大量实例的分析，经历由平均变化率过渡到瞬时变化率的过程，了解导数概念的实际背景，知道瞬时变化率就是导数，体会导数的思想及其内涵；
②通过函数图像直观地理解导数的几何意义。
（2）导数的运算
① 能根据导数定义求函数y=c，y=x，y=x2，y=x3，y=1/x，y=x 的导数；
② 能利用给出的基本初等函数的导数公式和导数的四则运算法则求简单函数的导数，能求简单的复合函数（仅限于形如f（ax+b））的导数；
③ 会使用导数公式表。
（3）导数在研究函数中的应用
① 结合实例，借助几何直观探索并了解函数的单调性与导数的关系；能利用导数研究函数的单调性，会求不超过三次的多项式函数的单调区间；
② 结合函数的图像，了解函数在某点取得极值的必要条件和充分条件；会用导数求不超过三次的多项式函数的极大值、极小值，以及闭区间上不超过三次的多项式函数最大值、最小值；体会导数方法在研究函数性质中的一般性和有效性。
（4）生活中的优化问题举例
例如，使利润最大、用料最省、效率最高等优化问题，体会导数在解决实际问题中的作用。
（5）定积分与微积分基本定理
① 通过实例（如求曲边梯形的面积、变力做功等），从问题情境中了解定积分的实际背景；借助几何直观体会定积分的基本思想，初步了解定积分的概念；
② 通过实例（如变速运动物体在某段时间内的速度与路程的关系），直观了解微积分基本定理的含义。
（6）数学文化
收集有关微积分创立的时代背景和有关人物的资料，并进行交流；体会微积分的建立在人类文化发展中的意义和价值。具体要求见本《标准》中"数学文化"的要求。
二．命题走向
导数是高中数学中重要的内容，是解决实际问题的强有力的数学工具，运用导数的有关知识，研究函数的性质：单调性、极值和最值是高考的热点问题。在高考中考察形式多种多样，以选择题、填空题等主观题目的形式考察基本概念、运算及导数的应用，也经常以解答题形式和其它数学知识结合起来，综合考察利用导数研究函数的单调性、极值、最值.
三．要点精讲
1．导数的概念
函数y=f(x),如果自变量x在x处有增量，那么函数y相应地有增量=f（x+）－f（x），比值叫做函数y=f（x）在x到x+之间的平均变化率，即=。
如果当时，有极限，我们就说函数y=f(x)在点x处可导，并把这个极限叫做f（x）在点x处的导数，记作f’（x）或y’|。
即f（x）==。
说明：
（1）函数f（x）在点x处可导，是指时，有极限。如果不存在极限，就说函数在点x处不可导，或说无导数。
（2）是自变量x在x处的改变量，时，而是函数值的改变量，可以是零。
由导数的定义可知，求函数y=f（x）在点x处的导数的步骤（可由学生来归纳）：
（1）求函数的增量=f（x+）－f（x）；
（2）求平均变化率=；
（3）取极限，得导数f’(x)=。
2．导数的几何意义
函数y=f（x）在点x处的导数的几何意义是曲线y=f（x）在点p（x，f（x））　　处的切线的斜率。也就是说，曲线y=f（x）在点p（x，f（x））处的切线的斜率是f’（x）。相应地，切线方程为y－y=f/（x）（x－x）。
3．常见函数的导出公式．
　（１）（C为常数）　　　　（２）
　（３）　　　　　　　（４）
4．两个函数的和、差、积的求导法则
法则1：两个函数的和(或差)的导数,等于这两个函数的导数的和(或差)，
即： (
法则2：两个函数的积的导数,等于第一个函数的导数乘以第二个函数,加上第一个
函数乘以第二个函数的导数，即：
若C为常数,则.即常数与函数的积的导数等于常数乘以函数的导数：
法则3两个函数的商的导数，等于分子的导数与分母的积，减去分母的导数与分子的积，再除以分母的平方：‘=（v0）。
形如y=f的函数称为复合函数。复合函数求导步骤：分解——求导——回代。法则：y＇|= y＇| ·u＇|
5．导数的应用
（1）一般地，设函数在某个区间可导，如果，则为增函数；如果，则为减函数；如果在某区间内恒有，则为常数；
（2）曲线在极值点处切线的斜率为0，极值点处的导数为0；曲线在极大值点左侧切线的斜率为正，右侧为负；曲线在极小值点左侧切线的斜率为负，右侧为正；
（3）一般地，在区间[a，b]上连续的函数f在[a，b]上必有最大值与最小值。①求函数ƒ在(a，b)内的极值； ②求函数ƒ在区间端点的值ƒ(a)、ƒ(b)； ③将函数ƒ 的各极值与ƒ(a)、ƒ(b)比较，其中最大的是最大值，其中最小的是最小值。
6．定积分
（1）概念
设函数f(x)在区间[a，b]上连续，用分点a＝x0<x1<…<xi－1<xi<…xn＝b把区间[a，b]等分成n个小区间，在每个小区间[xi－1，xi]上取任一点ξi（i＝1，2，…n）作和式In＝(ξi)△x（其中△x为小区间长度），把n→∞即△x→0时，和式In的极限叫做函数f(x)在区间[a，b]上的定积分，记作：，即＝(ξi)△x。
这里，a与b分别叫做积分下限与积分上限，区间[a，b]叫做积分区间，函数f(x)叫做被积函数，x叫做积分变量，f(x)dx叫做被积式。
基本的积分公式：＝C；＝＋C（m∈Q， m≠－1）；dx＝ln＋C；＝＋C；＝＋C；＝sinx＋C；＝－cosx＋C（表中C均为常数）。
（2）定积分的性质
①（k为常数）；
②；
③（其中a＜c＜b。
（3）定积分求曲边梯形面积
由三条直线x＝a，x＝b（a<b），x轴及一条曲线y＝f（x）(f(x)≥0)围成的曲边梯的面积。
如果图形由曲线y1＝f1(x)，y2＝f2(x)（不妨设f1(x)≥f2(x)≥0），及直线x＝a，x＝b（a<b）围成，那么所求图形的面积S＝S曲边梯形AMNB－S曲边梯形DMNC＝。
四．典例解析
题型1：导数的概念
例1．已知s=，（1）计算t从3秒到3.1秒 、3.001秒 、 3.0001秒….各段内平均速度；（2）求t=3秒是瞬时速度。
解析：（1）指时间改变量；
　　　　指时间改变量。
　　　　。
其余各段时间内的平均速度，事先刻在光盘上，待学生回答完第一时间内的平均速度后，即用多媒体出示，让学生思考在各段时间内的平均速度的变化情况。
（2）从（1）可见某段时间内的平均速度随变化而变化，越小，越接近于一个定值，由极限定义可知，这个值就是时，的极限，
V==
=（6+=3g=29.4(米/秒)。
例2．求函数y=的导数。
解析：，
，
=-。
点评：掌握切的斜率、 瞬时速度，它门都是一种特殊的极限，为学习导数的定义奠定基础。
题型2：导数的基本运算
例3．（1）求的导数；
（2）求的导数；
（3）求的导数；
（4）求y=的导数；
（5）求y＝的导数。
解析：（1）,
（2）先化简,

（3）先使用三角公式进行化简.

（4）y’==；
（5）y＝－x＋５－
y’＝３*（x）＇－x＇＋５＇－９）＇＝３*－１＋０－９*（－）＝。
点评：（1）求导之前，应利用代数、三角恒等式等变形对函数进行化简，然后求导，这样可以减少运算量，提高运算速度，减少差错；（2）有的函数虽然表面形式为函数的商的形式，但在求导前利用代数或三角恒等变形将函数先化简，然后进行求导．有时可以避免使用商的求导法则，减少运算量。
例4．写出由下列函数复合而成的函数：
（1）y=cosu,u=1+ （2）y=lnu, u=lnx
解析：（1）y=cos(1+)；
（2）y=ln(lnx)。
点评：通过对y=（3x-2展开求导及按复合关系求导，直观的得到=..给出复合函数的求导法则，并指导学生阅读法则的证明。
题型3：导数的几何意义
例5．（1）若曲线的一条切线与直线垂直，则的方程为（ ）
A． B． C． D．
（2）过点（－1，0）作抛物线的切线，则其中一条切线为（ ）
（A） （B） （C） （D）
解析：（1）与直线垂直的直线为，即在某一点的导数为4，而，所以在(1，1)处导数为4，此点的切线为，故选A；
（2），设切点坐标为，则切线的斜率为2，且，于是切线方程为，因为点（－1，0）在切线上，可解得＝0或－4，代入可验正D正确，选D。
点评：导数值对应函数在该点处的切线斜率。
例6．（1）半径为r的圆的面积S(r)＝r2,周长C(r)=2r，若将r看作(0，＋∞)上的变量，则(r2)`＝2r ，式可以用语言叙述为：圆的面积函数的导数等于圆的周长函数。对于半径为R的球，若将R看作(0，＋∞)上的变量，请你写出类似于的式子： ；式可以用语言叙述为： 。
（2）曲线和在它们交点处的两条切线与轴所围成的三角形面积是 。
解析：（1）V球＝，又 故式可填，用语言叙述为“球的体积函数的导数等于球的表面积函数。”；
（2）曲线和在它们的交点坐标是(1，1)，两条切线方程分别是y=－x+2和y=2x－1，它们与轴所围成的三角形的面积是。
点评：导数的运算可以和几何图形的切线、面积联系在一起，对于较复杂问题有很好的效果。
题型4：借助导数处理单调性、极值和最值
例7．（1）对于R上可导的任意函数f（x），若满足（x－1）³0，则必有（ ）
A．f（0）＋f（2）<2f（1） B. f（0）＋f（2）£2f（1）
C．f（0）＋f（2）³2f（1） D. f（0）＋f（2）>2f（1）
（2）函数的定义域为开区间，导函数在内的图象如图所示，则函数在开区间内有极小值点（　 ）
A．1个 B．2个 C．3个 D． 4个
（3）已知函数。（Ⅰ）设，讨论的单调性；（Ⅱ）若对任意恒有，求的取值范围。
解析：（1）依题意，当x³1时，f¢（x）³0，函数f（x）在（1，＋¥）上是增函数；当x<1时，f¢（x）£0，f（x）在（－¥，1）上是减函数，故f（x）当x＝1时取得最小值，即有f（0）³f（1），f（2）³f（1），故选C；
（2）函数的定义域为开区间，导函数在内的图象如图所示，函数在开区间内有极小值的点即函数由减函数变为增函数的点，其导数值为由负到正的点，只有1个，选A。
（3）：(Ⅰ)f(x)的定义域为(－∞,1)∪(1,+∞).对f(x)求导数得 f '(x)= e－ax。
(ⅰ)当a=2时, f '(x)= e－2x, f '(x)在(－∞,0), (0,1)和(1,+ ∞)均大于0, 所以f(x)在(－∞,1), (1,+∞).为增函数；
(ⅱ)当0<a<2时, f '(x)>0, f(x)在(－∞,1), (1,+∞)为增函数.；
(ⅲ)当a>2时, 0<<1, 令f '(x)=0 ,解得x1= － , x2= ；
当x变化时, f '(x)和f(x)的变化情况如下表:
x
(－∞, －)
(－,)
(,1)
(1,+∞)
f '(x)
＋
－
＋
＋
f(x)
↗
↘
↗
↗
f(x)在(－∞, －), (,1), (1,+∞)为增函数, f(x)在(－,)为减函数。
(Ⅱ)(ⅰ)当0<a≤2时, 由(Ⅰ)知: 对任意x∈(0,1)恒有f(x)>f(0)=1；
(ⅱ)当a>2时, 取x0= ∈(0,1),则由(Ⅰ)知 f(x0)<f(0)=1；
(ⅲ)当a≤0时, 对任意x∈(0,1),恒有 >1且e－ax≥1，
得：f(x)= e－ax≥ >1. 综上当且仅当a∈(－∞,2]时,对任意x∈(0,1)恒有f(x)>1。
点评：注意求函数的单调性之前，一定要考虑函数的定义域。导函数的正负对应原函数增减。
例8．（1）在区间上的最大值是（ ）
(A)－2 (B)0 (C)2 (D)4
（2）设函数f(x)= （Ⅰ）求f(x)的单调区间；（Ⅱ）讨论f(x)的极值。
解析：（1），令可得x＝0或2（2舍去），当－1£x<0时，>0，当0<x£1时，<0，所以当x＝0时，f（x）取得最大值为2。选C；
（2）由已知得，令，解得 。
（Ⅰ）当时，，在上单调递增；
当时，，随的变化情况如下表：

0

+
0

0

极大值

极小值

从上表可知，函数在上单调递增；在上单调递减；在上单调递增。
（Ⅱ）由（Ⅰ）知，当时，函数没有极值；当时，函数在处取得极大值，在处取得极小值。
点评：本小题主要考查利用导数研究函数的最大值和最小值的基础知识，以及运用数学知识解决实际问题的能力。
题型5：导数综合题
例9．设函数分别在处取得极小值、极大值.平面上点的坐标分别为、，该平面上动点满足,点是点关于直线的对称点.求
(I)求点的坐标；
(II)求动点的轨迹方程.
解析： (Ⅰ)令解得；
当时,， 当时,，当时，。
所以,函数在处取得极小值,在取得极大值,故,。
所以, 点A、B的坐标为。
（Ⅱ） 设，，
，
，所以。
又PQ的中点在上，所以，消去得。
点评：该题是导数与平面向量结合的综合题。
例10．已知函数,数列{}满足:证明:(ⅰ)；(ⅱ)。
证明: （I）．先用数学归纳法证明，ｎ＝1,2,3,…
(i).当n=1时,由已知显然结论成立。
(ii).假设当n=k时结论成立,即。
因为0<x<1时，,所以f(x)在(0,1)上是增函数。
又f(x)在[0,1]上连续，从而.故n=k+1时,结论成立。
由(i)、(ii)可知，对一切正整数都成立。
又因为时，，所以，综上所述。
（II）．设函数，，
由（I）知，当时，，
从而所以g (x)在(0,1)上是增函数。
又g (x)在[0,1]上连续,且g (0)=0，所以当时，g (x)>0成立。
于是．故。
点评：该题是数列知识和导数结合到一块。
题型6：导数实际应用题
例11．请您设计一个帐篷。它下部的形状是高为1m的正六棱柱，上部的形状是侧棱长为3m的正六棱锥（如右图所示）。试问当帐篷的顶点O到底面中心的距离为多少时，帐篷的体积最大？
本小题主要考查利用导数研究函数的最大值和最小值的基础知识，以及运用数学知识解决实际问题的能力。
解析：设OO1为x m,则由题设可得正六棱锥底面边长为（单位：m）。
于是底面正六边形的面积为（单位：m2）：
。
帐篷的体积为（单位：m3）：

求导数，得；
令解得x=-2(不合题意，舍去),x=2。
当1<x<2时，,V(x)为增函数；当2<x<4时，,V(x)为减函数。
所以当x=2时,V(x)最大。
答：当OO1为2m时，帐篷的体积最大。
点评：结合空间几何体的体积求最值，理解导数的工具作用。
例12．已知函数f(x)=x+ x，数列｜x｜(x＞0)的第一项x＝1，以后各项按如下方式取定：曲线x=f(x)在处的切线与经过（0，0）和（x,f (x)）两点的直线平行（如图）求证：当n时，
(Ⅰ)x
（Ⅱ）。
证明：（I）因为所以曲线在处的切线斜率
因为过和两点的直线斜率是所以.
（II）因为函数当时单调递增，而
，
所以，即因此
又因为令则
因为所以
因此 故
点评：本题主要考查函数的导数、数列、不等式等基础知识，以及不等式的证明，同时考查逻辑推理能力。
题型7：定积分
例13．计算下列定积分的值
（1）；（2）；（3）；（4）；
解析：（1）

（2）因为，所以；
（3）

（4）

例14．（1）一物体按规律x＝bt3作直线运动，式中x为时间t内通过的距离，媒质的阻力正比于速度的平方．试求物体由x＝0运动到x＝a时，阻力所作的功。
（2）抛物线y=ax2＋bx在第一象限内与直线x＋y=4相切．此抛物线与x轴所围成的图形的面积记为S．求使S达到最大值的a、b值，并求Smax．
解析：（1）物体的速度。
媒质阻力，其中k为比例常数，k>0。
当x=0时，t=0；当x=a时，，
又ds=vdt，故阻力所作的功为：

（2）依题设可知抛物线为凸形，它与x轴的交点的横坐标分别为x1=0，x2=－b/a，所以(1)
又直线x＋y=4与抛物线y=ax2＋bx相切，即它们有唯一的公共点，
由方程组
得ax2＋(b＋1)x－4=0，其判别式必须为0，即(b＋1)2＋16a=0．
于是代入（1）式得：
，；　
令S'(b)=0；在b＞0时得唯一驻点b=3，且当0＜b＜3时，S'(b)＞0；当b＞3时，S'(b)＜0．故在b=3时，S(b)取得极大值，也是最大值，即a=－1，b=3时，S取得最大值，且。
点评：应用好定积分处理平面区域内的面积。
五．思维总结
1．本讲内容在高考中以填空题和解答题为主
主要考查：
（1）函数的极限；
（2）导数在研究函数的性质及在解决实际问题中的应用；
（3）计算曲边图形的面积和旋转体的体积。
2．考生应立足基础知识和基本方法的复习，以课本题目为主，以熟练技能，巩固概念为目标。