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高中数学中导数的工具作用及大众数学

导数及其应用是新课程中增加的一个重要内容,是高考中的一个热点。导数在研究函数的变化率,解决函数的单调性、极值和最值等方面有很大的作用,这种作用不仅体现在解决函数问题提供了有效的途径,还在于使学生掌握一种科学的语言和工具,能够加深对函数的深刻理解和直观认识。
既然是工具,一是具有针对性(针对某些问题),二是通常有较为固定的使用方法(相似的模式和步骤),三是对工具越熟悉,运用就越得心应手。下面我就几道例题谈一谈自己的一点体会,以期抛砖引玉。
例1:已知抛物线c1:y=x2+2x和c2:y=-x2+a,如果直线L同时是c1和c2的切线,称L是c1和c2的公切线,公切线上两个切点之间的线段,称为公切线段。
(1)a取什么值时,c1和c2有且仅有一条公切线?写出公切线方程;
(2)若c1和c2有两条公切线,证明相应的两条公切线段互相平分。
分析:这是一道与曲线的切线相关的问题,与曲线的切线相关常常需要考虑切点与斜率,这样就与导数联系起来了。
解:设L与c1的切点是(x1,x21+2x1),L与c2的切点是(x2,-x22+a),则利用导数分别求出c1和c2的切线方程:y=(2x1+2)-x21,y=-2x2x+x22+a。
∵L是c1和c2的公切线,
∴ 2x1+2=-2x2
-x21=x22+a
∴ x1+x2=-1
x21+x22=-a
若只有一条公切线,则x1=x2=-,进而a=-,L:y=x-。
若有两条公切线,则由x1+x2=-1, 推出y1+y2=a-1,所以公切线段的中点(-)与k、b无关,所以公切线段互相平分。
例2:已知f(x)=ax3+bx2+cx+d在区间[-1,0],[4,5]上有相同的单调性,
在区间[-1,0],[0,2]上有相反的单调性,且f(x)=0有三个实根α,2,β。
(1)求C;
(2)求|α-β|。
分析:这是一道与函数的单调性、极值相关的问题,与单调性、极值相关常常可与导数联系。
解:①∵f(x)在区间[-1,0],[0,2]上有相反的单调性。
∴x=0是f(x)的一个极值点,故f′(0)=0,
∴C=0
②依题知:f′(x)=0x=0、x=-2b/3a
∵f(x)在区间 [0,2]、[4,5]上有相反的单调性。
∴2≤-2b/3a≤4,∴-6≤b/a≤-3
设f(x)=a(x-α)(x-2)(x-β)α+β=-b/a-2,α·β=-d/2a
又f(2)=08a+2b +d=0d=-4(b+2a)
∴|α-β|==
∵-6≤b/a≤-3
∴当b/a=-6时,|α-β|=
当b/a=-3时,|α-β|=3
∴3≤|α-β|≤
例3:已知f(x)=-x2+8x,g(x)=6lnx+m。
(1)求f(x)在区间[t,t+1]上的最大值h(t);
(2)是否存在实数m,使得y= f(x)的图像与y=g(x)的图像有且只有三个不同的交点?若存在,求出m的取值范围,若不存在,说明理由。
分析:这是一道与函数的最值、图像相关的问题,与最值、图像相关常常可与导数联系。
解:①f(x)=-x2+8x,令f′(x)=0x=4。
当t+1<4,即t<3时,f(x)在区间[t,t+1]上递增,h(t)=f(t+1)=-t2+6t+7;
当t≤4≤t+1,即3≤t≤4时,h(t)= f(4)= 16;
当t>4时,f(x)在区间[t,t+1]上递减,h(t)=f(t)=-t2+8t。
综上所述:
-t2+6t+7 (t<3)
h(t)=   16 (3≤t≤4)
-t2+8t (t>4)
②函数y=f(x)的图像与y=g(x)的图像有且只有三个不同交点,即函数φ(x)=g(x)-f(x)的图像与X轴正半轴有且只有三个不同交点。
令φ(x)=x2-8x+6lnx+m,φ′(x)=2x-8+
(x>0)
当x∈(0,1)时,φ′(x)>0,φ(x)是增函数;
当x∈(1,3)时,φ′(x)<0,φ(x)是减函数;
当x∈(3,+∞)时,φ′(x)>0,φ(x)是增函数;
当x=1或x=3时,φ′(x)=0。
∴φ(x)极大值=φ(1)=m-7
φ(x)极小值=φ(3)=m+6ln3-15
当x无限接近0时,v<0,当x充分大时,φ(x)>0,
∴要使函数φ(x)的图像与X轴正半轴有且只有三个不同交点,必须且只需
φ(x)极大值=φ(1)=m-7>0
φ(x)极小值=φ(3)=m+6ln3-15<0
即7∴存在实数m,使得y= f(x)的图像与y=g(x)的图像有且只有三个不同的交点。
从上面几道例题中,可以看出:
(一)导数的工具性主要体现在:(1)求曲线的切线斜率,进而求曲线的切线方程;(2)求函数的单调性;(3)求函数的最值和极值;(4)作出函数的简图,进而判断曲线的形状及相关性质;(5)判断方程的根的范围等。
(二)常见方法与格式:求导、解f′(x)=0、判断单调性或构造函数后再如此进行,是常见的步骤。这样,有时候能使思维具有一般性,常于“山重水复疑无路”的境地中,欣逢“柳暗花明又一村”。
(三)曾经的数学是聪明人的学问,因为它的抽象、严谨、深奥,而披上神密的面纱,带有魔术色彩,使许多人望而生畏,望而却步,而现在的教育思想是除了尖端知识由精英学习、补充、发展外,主要的还是将数学作为一种培养和提高人的思维能力,使人聪明,有利于生活的大众数学,因此,数学教学中题型、方法的归纳显得尤其重要。
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