逍遥学能 2013-01-21 10:45
2013年普通高考数学科一轮复习精品学案
第38讲 导数、定积分
一．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，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和充分条；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；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化发展中的意义和价值。具体要求见本《标准》中"数学化"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，综合考察利用导数研究函数的单调性、极值、最值，估计2013年高考继续以上面的几种形式考察不会有大的变化：
（1）考查形式为：选择题、填空题、解答题各种题型都会考察，选择题、填空题一般难度不大，属于高考题中的中低档题，解答题有一定难度，一般与函数及解析几何结合，属于高考的中低档题；
（2）2013年高考可能涉及导数综合题，以导数为数学工具考察：导数的物理意义及几何意义，复合函数、数列、不等式等知识。
定积分是新标教材新增的内容，主要包括定积分的概念、微积分基本定理、定积分的简单应用，由于定积分在实际问题中非常广泛，因而2013年的高考预测会在这方面考察，预测2013年高考呈现以下几个特点：
（1）新标考察，难度不会很大，注意基本概念、基本性质、基本公式的考察及简单的应用；高考中本讲的题目一般为选择题、填空题，考查定积分的基本概念及简单运算，属于中低档题；
（2）定积分的应用主要是计算面积，诸如计算曲边梯形的面积、变速直线运动等实际问题要很好的转化为数学模型。
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： ‘= （v 0）。
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ANB－S曲边梯形DNC＝ 。
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)=2 r，若将r看作(0，＋∞)上的变量，则( r2)`＝2 r ○1，○1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○1的式子： ○2；○2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○2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） 0，则必有（ ）
A．f（0）＋f（2）2f（1） B. f（0）＋f（2）2f（1）
C．f（0）＋f（2）2f（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x1时，f（x）0，函数f（x）在（1，＋）上是增函数；当x1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）f（1），f（2）f（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)= ax2+2－a(1－x)2 e－ax。
(?)当a=2时, f '(x)= 2x2(1－x)2 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；
(?)当0<a<2时, f '(x)>0, f(x)在(－∞,1), (1,+∞)为增函数.；
(?)当a>2时, 0<a－2a<1, 令f '(x)=0 ,解得x1= － a－2a, x2= a－2a ；
当x变化时, f '(x)和f(x)的变化情况如下表:
x(－∞, －a－2a)
(－a－2a,a－2a)(a－2a,1)(1,+∞)
f '(x)＋－＋＋
f(x)????
f(x)在(－∞, －a－2a), (a－2a,1), (1,+∞)为增函数, f(x)在(－a－2a,a－2a)为减函数。
(Ⅱ)(?)当0<a≤2时, 由(Ⅰ)知: 对任意x∈(0,1)恒有f(x)>f(0)=1；
(?)当a>2时, 取x0= 12 a－2a∈(0,1),则由(Ⅰ)知 f(x0)<f(0)=1；
(?)当a≤0时, 对任意x∈(0,1),恒有1+x1－x >1且e－ax≥1，
得：f(x)= 1+x1－xe－ax≥1+x1－x >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－1x0时， 0，当0x1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：
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．（06湖南卷）已知函数 ,数列{ }满足: 证明:(?) ；(?) 。
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
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，以本题目为主，以熟练技能，巩固概念为目标。