大一高数上PPT课件第二章.ppt
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1、第第第第 二二二二 章章章章 导导导导 数数数数 与与与与 微微微微 分分分分1.变速直线运动的瞬时速度变速直线运动的瞬时速度 设有一质点作变速直线运动设有一质点作变速直线运动,其运动方程为其运动方程为求求:质点在质点在时刻的瞬时速度时刻的瞬时速度一、问题的提出一、问题的提出时时 刻瞬时速度刻瞬时速度变化不大变化不大,所以质点在所以质点在若若t很小很小,在在t 时间内速度时间内速度2.若质点作变速直线运动若质点作变速直线运动 1.若质点作匀速直线运动若质点作匀速直线运动s0由于速度是连续变化的由于速度是连续变化的,分析:分析:可以近似地用平均速度可以近似地用平均速度 代替代替瞬时速度瞬时速度
2、于是当于是当时时,的极限即为的极限即为越小越小,近似的程度越好近似的程度越好,称为曲线称为曲线 L 上点上点 P 处的切线处的切线.2 曲线的切线的斜率曲线的切线的斜率切线的一般定义切线的一般定义:设设 P 是曲线是曲线 L 上的一个定点上的一个定点,Q 是曲线是曲线 L 上的另一个点上的另一个点,过点过点 P 与点与点 Q 作一条直线作一条直线 PQ,称称 PQ 为曲线为曲线 L 的的 割线割线,当点当点 Q 沿着曲线沿着曲线 L 趋向定点趋向定点 P 时时,割线割线 PQ 的极限位置的极限位置 PT,LPQT设曲线设曲线 L 的方程为的方程为 y=f(x),越接近于越接近于 k,x 越小越
3、小,Q 越接近于越接近于 P,PQ 越接近于越接近于 PT,切线的倾角为切线的倾角为 ,则有则有:分析分析:如图如图,割线的倾角为割线的倾角为,求此曲线上点求此曲线上点 P 处的切线斜率处的切线斜率 k.LPQT曲线在曲线在 P 处的切线斜率为处的切线斜率为:趋于趋于 0 时的极限时的极限.即即:函数的增量与自变量增量之比函数的增量与自变量增量之比,当自变量的增量当自变量的增量LPQT称为曲线称为曲线 L 上点上点 P 处的切线处的切线2 2 曲线的切线的斜率曲线的切线的斜率切线的一般定义切线的一般定义:设设 P 是曲线是曲线 L 上的一个定点上的一个定点,Q 是曲线是曲线 L 上的另一个点上
4、的另一个点,过点过点 P 与点与点 Q 作一条直线作一条直线 PQ,称称 PQ 为曲线为曲线 L 的的 割线割线,当点当点 Q 沿着曲线沿着曲线 L 趋向定点趋向定点 P 时时,割线割线 PQ 的极限位置的极限位置 PTLPQT设曲线设曲线 L 的方程为的方程为 y=f(x),越接近于越接近于 k,x 越小越小,Q 越接近于越接近于 P,PQ 越接近于越接近于 PT,切线的倾角为切线的倾角为 ,则有则有:分析分析:如图如图,割线的倾角为割线的倾角为,求此曲线上点求此曲线上点 P 处的切线斜率处的切线斜率 k.LPQT曲线在曲线在 P 处的切线斜率为处的切线斜率为:趋于趋于 0 时的极限时的极限
5、.即即:函数的增量与自变量增量之比函数的增量与自变量增量之比,当自变量的增量当自变量的增量LPQT二、导数的定义二、导数的定义 定义定义 设函数设函数y=f(x)在点在点 x0的某个邻域内有定义。如的某个邻域内有定义。如果极限果极限存在,则称函数存在,则称函数f(x)在点在点x0处可导,且称此极限值为函数处可导,且称此极限值为函数f(x)在点在点x0处的导数,记为处的导数,记为 f (x0),即即 如果上述极限不存在,则称函数如果上述极限不存在,则称函数f(x)在点在点x0处不可导。处不可导。但如果上述极限是无穷大,则我们也称函数但如果上述极限是无穷大,则我们也称函数y f(x)在在点点x0处
6、的导数为无穷大处的导数为无穷大导数的其它符号:导数的其它符号:函数的导数:函数的导数:导数的其它定义式:导数的其它定义式:。例例1求函数求函数y x2在点在点x 2处的导数。处的导数。方法二方法二 解:解:方法一方法一函数在一区间上的导数:函数在一区间上的导数:如果函数如果函数 f(x)在区间在区间 I 内每一点都可导,则称内每一点都可导,则称f(x)在在区间区间 I 内可导,这时,对于区间内可导,这时,对于区间 I 内每一点内每一点 x,都有一都有一个确定的导数值与它对应,这就定义了一个新的函数,个确定的导数值与它对应,这就定义了一个新的函数,这个函数称为函数这个函数称为函数y f(x)的导
7、函数,简称为导数,记作的导函数,简称为导数,记作导函数的定义式:导函数的定义式:f (x0)与与f (x)之间的关系:之间的关系:定义定义 设函数设函数y f(x)在在x0的某邻域内有定义的某邻域内有定义,为为f(x)在点在点x0处的左导数,记作处的左导数,记作f (x0)。为为f(x)在点在点x0处的右导数,记作处的右导数,记作f (x0)。左右导数:左右导数:如果函数如果函数f(x)在开区间在开区间(a,b)内可导,且右导数内可导,且右导数f (a)和左导数和左导数f (b)都存在,就说都存在,就说f(x)有闭区间有闭区间a,b上上可导。可导。显显然然,当当且且仅仅当当函函数数在在一一点点
8、的的左左、右右导导数数存存在在且且相相等时,函数在该点才是可导的。等时,函数在该点才是可导的。导数与左右导数的关系:导数与左右导数的关系:左右导数:左右导数:函数在闭区间上的可导性:函数在闭区间上的可导性:步骤步骤:三、由定义求导数举例三、由定义求导数举例 例例2求函数求函数f(x)C(C为常数)的导数。为常数)的导数。解:解:即即 (C)0。1.常数的导数:常数的导数:(C)0.例例3 例例4 解:解:解:解:2.幂函数的导数:幂函数的导数:例例5 5解解更一般地更一般地例如例如,2.幂函数的导数:幂函数的导数:例例6求函数求函数f(x)sin x的导数。的导数。cos x。类似地可求得类似
9、地可求得(cos x)sin x。即即(sin x)cos x。解:解:3.正弦余弦函数的导数:正弦余弦函数的导数:(sin x)cos x,(cos x)sin x。例例7求函数求函数f(x)ax(a0,a 1)的导数。的导数。4.指数函数的导数:指数函数的导数:(a x)a x ln a,(e x)e x。例例8求对数函数求对数函数y log ax的导数。的导数。解:解:5.对数函数的导数:对数函数的导数:四、导数的几何意义四、导数的几何意义a aOxyy=f(x)f(x0)x0M切线切线T法线法线切线方程为:切线方程为:y y0 f (x0)(x x0)。法线方程为:法线方程为:函数函数
10、 y f(x)在点在点x0处的导数处的导数 f (x0)在几何上表示曲线在几何上表示曲线y f(x)在点在点M(x0,f(x0)处的切线的斜率,即处的切线的斜率,即f (x0)tan a a,其中其中a a是切线的倾角。是切线的倾角。例例 9 9 求等边双曲线求等边双曲线 xy1 在点在点2),21(处的切线的处的切线的 斜率,并写出在该点处的切线方程和法线方程斜率,并写出在该点处的切线方程和法线方程五、函数的可导性与连续性的关系五、函数的可导性与连续性的关系 如如果果函函数数y f(x)在在点点x0处处可可导导,则则它它在在点点x0处处一一定定连连续。续。这是因为这是因为注意:注意:这个定理
11、的逆定理不成立,即函数这个定理的逆定理不成立,即函数y f(x)在点在点x0处处连续,但在点连续,但在点x0处不一定可导。处不一定可导。这是因为函数在点这是因为函数在点x 0处导数为无穷大:处导数为无穷大:xyO连续但不可导的函数:连续但不可导的函数:例例10 函数函数3)(xxfy 在区间在区间内连续,内连续,但在点但在点x 0处不可导。处不可导。(,)hhhfhfhh0lim)0()0(lim300。这是因为这是因为 例例11函数函数y|x|在区间在区间(,)内连续,但在点内连续,但在点 x 0处不可导。处不可导。连续但不可导的函数:连续但不可导的函数:例例1212解解2.2 求导法则求导
12、法则 两个可导函数之和两个可导函数之和(差差)的导数等这两个函数的导数的导数等这两个函数的导数的和的和(差差):u(x)v(x)u(x)v(x)。两个可导函数乘积的导数等于前一因子的导数乘以两个可导函数乘积的导数等于前一因子的导数乘以后一因子,加上后一因子的导数乘以前一因子:后一因子,加上后一因子的导数乘以前一因子:u(x)v(x)u(x)v(x)u(x)v(x)。两个可导函数之商的导数等于分子的导数乘以分母两个可导函数之商的导数等于分子的导数乘以分母减去分母的导数乘以分子,再除以分母的平方:减去分母的导数乘以分子,再除以分母的平方:一、函数的和、差、积、商的求导法则一、函数的和、差、积、商的
13、求导法则求导法则的推广:求导法则的推广:(u v w)u v w,(uvw)u vw uv w uvw。特殊情况:特殊情况:(Cu)Cu。1.函数的和、差、积、商的求导法则:函数的和、差、积、商的求导法则:u(x)v(x)u(x)v(x),u(x)v(x)u(x)v(x)u(x)v(x),2.2.求导举例求导举例 例例1 解:解:例例2y e x(sin x cos x),求求y。2e x cos x。解:解:y(e x)(sin x cos x)e x(sin x cos x)e x(sin x cos x)e x(cos x sin x)例例3y tan x,求求y。即即 (tan x)s
14、ec2x。解:解:例例4y sec x,求求y。即即 (sec x)sec x tan x。用类似方法,还可求得:用类似方法,还可求得:(cot x)csc2x,(csc x)csc x cot x。解:解:3.3.求导公式小结求导公式小结1 1(C)0,2(x m m)m mx m m 1,其中其中m m为常数,为常数,3(sin x)cos x,(cos x)sin x,4(a x)a x ln a,特殊地特殊地(e x)e x,(tan x)sec2x,(cot x)csc2x,(sec x)sec x tan x,(csc x)csc x cot x,二、反函数的求导法则二、反函数的求
15、导法则 如果函数如果函数x j (y)在某区间在某区间Iy内单调、可导且内单调、可导且j(y)0,那么它的反函数那么它的反函数y f(x)在对应区间在对应区间Ix内内也可导,并且也可导,并且 简要证明:简要证明:因为因为y f(x)连续,所以当连续,所以当D Dx0时,时,D Dy0。)(1)(yxfj=.即即 反函数的导数等于直接函数导数的倒数反函数的导数等于直接函数导数的倒数.例例1求求(arcsin x)及及(arccos x)。解:解:因为因为y arcsin x是是x sin y的反函数,所以的反函数,所以 例例2求求(arctan x)及及(arccot x)。解:解:因为因为y
16、arctan x是是x tan y的反函数,所以的反函数,所以(1)(C)0,(2)(xm m)m m xm m 1,(3)(sin x)cos x,(4)(cos x)sin x,(5)(tan x)sec2x,(6)(cot x)csc2x,(7)(sec x)sec x tan x,(8)(csc x)csc x cot x,(9)(ax)ax ln a,(10)(ex)ex,基本初等函数的导数公式小结:基本初等函数的导数公式小结:,(16)三、复合函数的求导法则三、复合函数的求导法则利用上述公式及法则初等函数求导问题可完全解利用上述公式及法则初等函数求导问题可完全解决决.注意注意:初等
17、函数的导数仍为初等函数初等函数的导数仍为初等函数.复合函数的求导法则:复合函数的求导法则:例例3 3y=lntan x,求求dxdy。解:解:函数函数y=lntan x是由是由y=ln u,u=tan x复合而成,复合而成,对复合函数求导法则比较熟练以后,就不必对复合函数求导法则比较熟练以后,就不必再写出中间变量。再写出中间变量。复合函数求导法则可以推广到多个函数的复合。复合函数求导法则可以推广到多个函数的复合。例例7y lncos(e x),求求dxdy。例例8xey1sin,求求dxdy。解:解:y (sin nx)sin nx+sin nx (sin nx)ncos nx sin nx+
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