研究一個函數,就是研究這個函數的性質和其圖象的特點。函數的重要性質主要涉及到函數的單調性、奇偶性、對稱性、最值、極值、極值點、零點、定義域、值域、切線、漸近線等。
導數作為研究函數的重要工具,主要用來幫助研究函數的單調性、極值、最值、切線、尋找與x軸垂直的漸近線、以及結合導數值的正負畫出函數的大緻圖象。下面分别簡單加以介紹。
第一,研究可導函數的單調性。
如果一個函數可導,則在某個區間上根據導數值的正負大緻有以下幾種情況。
1.導數值恒大于等于零(導數值等于零的點的個數有限)。此時,原函數在這個區間上是嚴格遞增的函數。
2.導數值恒小于等于零(導數值等于零的點的個數有限)。此時,原函數在這個區間上是嚴格遞減的函數。
3.導函數值恒為零。此時,原函數在這個區間上是一個常函數。
第二,研究可導函數的極值。
函數的極值不同于函數的最值,它刻畫一個函數在函數局部(兩端點和間斷點除外)上的性質。
1.如果函數在局部某個點P的左側導數值大于0,右側導數值小于0,則原函數在點P附近“左增右減”,則函數圖象在點P附近最高,點P處對應的函數值即為函數極大值,同時把點P的橫坐标稱為函數的一個極大值點。
2.如果函數在局部某個點P的左側導數值小于0,右側導數值大于0,則原函數在點P附近“左減右增”,則函數圖象在點P附近最高,點P處對應的函數值即為函數極大值,同時把點P的橫坐标稱為函數的一個極大值點。
第三,研究可導函數的最值和值域。
求函數的值域離不開求函數的最值,而可導函數的最值和極值間有着密切的聯系。函數極值與函數最值的區别和聯系主要有以下幾點。
1.如果一個函數可導,則函數的極值不一定是函數的最值,函數的最值也不一定是函數的極值。
2.可導函數的最值往往在這個函數的所有極值和端點處的函數中取得。
3.如果一個可導函數的最值在其定義域的内部取得(不在端點和間斷點處取得),則此時的函數的最值也一定是函數的一個極值。
正是基于以上的事實,所以我們在求一個可導函數的最值時,隻需要求出這個可導函數在區間端點處函數值、間斷點處函數值、所有的極值,然後把它們比較大小,它們中的最大值就是這個函數的最大值,它們中的最小值就是這個函數的最小值。
第四,研究可導函數的切線。
求可導函數的切線方程往往需要求出這條切線的斜率。可導函數的導數值與切線斜率的關系就是,可導函數在切點處的導數值就等于在這個切點處的切線的斜率值。所以,求切線的斜率時,隻要先求出原函數的導函數,然後再求出導函數在切點處對應的導數值即可。
第五,研究可導函數的漸近線。
直接用導數工具求函數的漸近線,主要是求漸近線與坐标系中的x軸垂直的漸近線。因為這類漸近線的斜率不存在,對應的導函數值在此處取到“無窮大”(正無窮大或負無窮大)。
基于上面這個原理,在不知道函數圖象的前提下求其類漸近線時,可以在求出其導函數後,找導函數值為無窮大的點。
第六,結合導數值的正負畫出函數的大緻圖象
求出一個函數的定義域後,以函數的導數為工具,找出函數的極值點、零點、端點後,結合導數的正負判斷出函數的單調區間,然後用光滑曲線(一次函數除外)連結各點後得到函數的大緻圖象。
結合導數作圖的功能非常強大,它可以幫我們畫出很多常見的基本函數之外的函數圖象。
導數作為研究函數性質的一個簡單、快捷的工具,在研究函數的過程中起着非常重要的作用,有時甚至是不可替代的作用。
想要用好“導數”這個研究函數的重要工具,一方面,要從本質上理解導函數與原函數的關系、導函數的幾何意義(切線斜率)等。另一方面,一定要準确、熟練地掌握求一個函數的導函數的重要公式和運算法則。
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