函数f ( x ) 在某点x 0 的导数
定义式:x → x 0 lim x − x 0 f ( x ) − f ( x 0 ) = f ′ ( x 0 )
增量式:Δ x → 0 lim Δ x f ( x 0 + Δ x ) − f ( x 0 ) = f ′ ( x 0 )
引入:x − x 0 = Δ x , x = x 0 + Δ x
Δ x 可换成其余字母, h, t …
整体思想 Δ x ∼ □
Δ x → 0 ,谁趋于0,谁就是Δ x
引申公式 :
Δ x → 0 lim c Δ x f ( x 0 + a Δ x ) − f ( x 0 + b Δ x ) = c a − b ⋅ f ′ ( x 0 )
这个公式,在选择填空中,f直接不要,然后做差;谁消失了,乘上谁的导数
现在x 0 消失了,乘上x 0 导数
c Δ x x 0 + a Δ x − ( x 0 + b Δ x ) = Δ x ( a − b ) Δ x ⋅ f ′ ( x 0 )
另一种理解:
Δ x 看成一个整体
f ′ ( x 0 ) = Δ x → 0 lim Δ x f ( x 0 + Δ x ) − f ( x 0 ) − > ⎩ ⎨ ⎧ f ′ ( x 0 ) = lim m → 0 m f ( x 0 + m ) − f ( x 0 ) f ′ ( x 0 ) = lim a → 0 a f ( x 0 + a ) − f ( x 0 ) f ′ ( x 0 ) = lim a → 0 3 a f ( x 0 + 3 a ) − f ( x 0 )
定义式
lim a → 0 a f ( x 0 + 3 a ) − f ( x 0 )
第一种办法:a x 0 + 3 a − x 0 发现x 0 消失了,所以再乘上x 0 的导数。
a x 0 + 3 a − x 0 f ′ ( x 0 ) = 3 f ′ ( x 0 )
第二种方法:
a → 0 lim 3 a f ( x 0 + 3 a ) − f ( x 0 ) ⋅ 3 = f ′ ( x 0 ) ⋅ 3 = 3 f ′ ( x 0 )
前提 f ( x ) 在x 0 处可导,
lim a → 0 2 a f ( x 0 + a ) − f ( x 0 − a )
第一种方法:2 a x 0 + a − x 0 + a ⋅ f ′ ( x 0 ) = f ′ ( x 0 )
第二种方法:图像理解
也就是这条切线的斜率,也就是x 0 处的导数值,但是,反过来不能推 。
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第一种题型 整体思想
用整体思想,直接套公式
已知f(x)在 x = x 0 可导,则lim h → 0 h f ( x 0 + h ) − f ( x 0 ) =
f(x)在 x = x 0 可导,则f ′ ( x 0 ) 存在
h → 0 ∴ h = Δ x , lim Δ x → 0 Δ x f ( x 0 + Δ x ) − f ( x 0 ) = f ′ ( x 0 )
或者直接用引申公式
lim Δ x → 0 c Δ x f ( x 0 + a Δ x ) − f ( x 0 + b Δ x ) = c a − b ⋅ f ′ ( x 0 ) , 1 1 − 0 ⋅ f ′ ( x 0 ) = f ′ ( x 0 )
设f(x)在x=a处可导,则lim Δ x → 0 Δ x f ( a + Δ x ) − f ( a − Δ x ) =
还是一样用引申公式,找Δ x 前的系数
1 1 − ( − 1 ) ⋅ f ′ ( a ) = 2 f ′ ( a )
那么同样第二种方法:
直接去掉f,Δ x a + Δ x − a + Δ x ⋅ f ′ ( a ) = 2 f ′ ( a )
设f ′ ( 0 ) = a ,则lim Δ x → 0 Δ x f ( − Δ x ) − f ( 0 ) =
直接f去掉Δ x − Δ x − 0 发现0没了,Δ x − Δ x − 0 ⋅ f ′ ( 0 ) = − f ′ ( 0 )
∴ lim Δ x → 0 Δ x f ( − Δ x ) − f ( 0 ) = − a
设f ′ ( x 0 ) = − 1 ,则lim x → 0 f ( x 0 − 2 x ) − f ( x 0 − x ) x =
Δ x 看成一个整体
取倒数
Δ x → 0 lim Δ x f ( x 0 − 2Δ x ) − f ( x 0 − Δ x ) 1
Δ x → 0 lim 1 − 2 − ( − 1 ) ⋅ f ′ ( x 0 ) 1
Δ x → 0 lim − 1 ⋅ f ′ ( x 0 ) 1
∵ f ′ ( x 0 ) = − 1
Δ x → 0 lim − 1 ⋅ − 1 1 = 1
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第二种题型 求某点导数
lim x → x 0 x − x 0 f ( x ) − f ( x 0 ) = f ′ ( x 0 )
利用导数定义,求函数再某点的导数。
f(x)为复杂的多项式乘积形式。
L e t f ( x ) = x ( x − 1 ) ( x − 2 ) ⋯ ( x − 2010 ) . F in d f ′ ( 0 ) =
f ′ ( 0 ) = x → 0 lim x − 0 f ( x ) − f ( 0 )
x → 0 lim x x ( x − 1 ) ( x − 2 ) ⋯ ( x − 2010 ) − 0 = x → 0 lim x x ( x − 1 ) ( x − 2 ) ⋯ ( x − 2010 )
x → 0 lim x x ( x − 1 ) ( x − 2 ) ⋯ ( x − 2010 ) = x → 0 lim ( x − 1 ) ( x − 2 ) ⋯ ( x − 2010 )
也就是
( − 1 ) ⋅ ( − 2 ) ⋯ ( − 2010 ) = ( − 1 ) 2010 1 ⋅ 2 ⋯ 2010 = 2010 !
第三种题型 已知导数求极限
已知f(x)某点导数,求相关极限;根据导数定义,凑出相关极限
设f(x)在R上连续,且f(x)=0,f ′ ( 0 ) = 2 ,求lim x → 0 x f ( e x − 1 )
已知f(x)在x=0处连续 ,且f(0)=0,f ′ ( 0 ) = 2 ,求lim x → 0 t a n x 2 f ( 1 − c o s x )
f ′ ( 0 ) = 2 = lim x → 0 x − 0 f ( x ) − f ( 0 ) = lim x → 0 x f ( x )
∴ lim x → 0 x f ( x ) = 2 = lim □ → 0 □ f ( □ )
利用等价x → 0 , tan □ ∼ □
lim x → 0 t a n x 2 f ( 1 − c o s x ) = lim x → 0 x 2 f ( 1 − c o s x ) = lim x → 0 ( 1 − c o s x ) x 2 f ( 1 − c o s x ) ( 1 − c o s x )
lim x → 0 ( 1 − c o s x ) f ( 1 − c o s x ) ⋅ x 2 ( 1 − c o s x ) = lim x → 0 2 x 2 ( 1 − c o s x )
用等价x → 0 , 1 − cos x ∼ 2 1 x 2
lim x → 0 2 x 2 2 1 x 2 = 1
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第四种题型 已知极限 求导数
已知函数极限,求相关导数
已知f(x)在x=a处连续,且lim x → a x − a f ( x ) = 2 求f ′ ( a ) 及f(a)
lim x → a x − a f ( x ) = 2 极限存在,可以看出这个式子一定是0 0 型,如果是 0 c 结果就为∞ 。
∴ f ( x ) → 0
lim x → a f ( x ) = f ( a ) = 0
f ′ ( a ) = x → a lim x − a f ( x ) − f ( a ) = x → a lim x − a f ( x ) − 0 = x → a lim x − a f ( x )
f ′ ( a ) = lim x → a x − a f ( x ) = 2
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函数的和、差、积、商的求导法则
如果函数u = u ( x ) 及v = v ( x ) 都在点x具有导数 (这两个函数在该点x可导 ),那么它们的和、差、积、商(除分母为零的点外)都在点x具有导数
[ u ( x ) v ( x ) ] ′ = u ′ ( x ) v ( x ) + u ( x ) v ′ ( x ) ;
设 f ( x ) = 3 x 2 sin x ,求 f ′ ( x ) f ′ ( x ) = ( x 3 2 ⋅ sin x ) ′ = 3 2 x − 3 1 sin x + x 3 2 cos x = 3 2 x 3 1 1 sin x + x 3 2 cos x 注意到 x 3 1 = 0 ∴ 上式只在 x = 0 成立 f ′ ( x ) = x → 0 lim x f ( x ) − f ( 0 ) = x → 0 lim x x 3 2 sin x = x → 0 lim x 3 2 = 0 综上 f ′ ( x ) = { 3 2 x − 3 1 sin x + x 3 2 cos x , 0 , x = 0 x = 0
切线问题
函数f ( x ) = x 4 − 2 x 3 的图像在点( 1 , f ( 1 )) 处的切线方程为()
f ( 1 ) = 1 4 − 2 ⋅ 1 3 = − 1
也就是在点(1,-1)
k = f ′ ( 1 )
k = f ′ ( 1 ) = 4 − 6 = 2
斜率有了,坐标有了,列点斜式。
常见导函数推导
求函数y = x n (n为正整数的导数)
求增量
Δ y = f ( x + Δ x ) − f ( x ) =
( sec x ) ′ = sec x tan x
( sec x ) ′ = ( cos x 1 ) ′ = cos 2 x 0 ⋅ cos x − 1 ⋅ ( − sin x ) = cos 2 x sin x = sec x tan x
左右导数
可导的必要条件:可导函数必连续
证明(了解):f ′ ( x 0 ) 存在,lim x → x 0 x − x 0 f ( x ) − f ( x 0 ) = A ,极限值为常数,分母趋于0,推得分子也趋于0(零比零型)。
f ( x ) − f ( x 0 ) → 0 , → f ( x ) = f ( x 0 )
lim x → x 0 f ( x ) = f ( x 0 )
也就是函数连续的定义。
“ 可导 ” ⇒ { 连续 ⇔ 左极限 = 右极限 = 函数值 左导 = 右导
严格证明
证明: f ( x ) 在 x 0 处可导 即 x → x 0 lim x − x 0 f ( x ) − f ( x 0 ) = A 存在 ∴ x → x 0 lim f ( x ) − f ( x 0 ) = 0 又 ∵ 连续的定义 f ( x 0 ) = x → x 0 lim f ( x ) 移项 x → x 0 lim [ f ( x ) − f ( x 0 )] = 0 得证
连续是可导的分子。分子零比零不能确定整个分式极限存在。
可导函数必连续,但是连续的函数不一定可导。
f ( x ) = ∣ x ∣
在x=0处,f(0)=0
x → 0 + lim ∣ x ∣ = x → 0 + lim x = 0 x → 0 − lim ∣ x ∣ = x → 0 − lim − x = 0
极限值等于函数值所以f ( x ) = ∣ x ∣ 连续。
但是
x → 0 + lim x − 0 f ( x ) − f ( 0 ) = x → 0 + lim x ∣ x ∣ = x → 0 + lim x x = 1 x → 0 − lim x − 0 f ( x ) − f ( 0 ) = x → 0 − lim x ∣ x ∣ = x → 0 − lim x − x = − 1
左导数不等于右导数,所以f ( x ) = ∣ x ∣ 不可导。
设f ( x ) = { e x , x > 0 sin a x + b , x ≤ 0 在x=0处可导,求a,b
函数在x=0处可导,那么函数就一定在x=0处连续 。
f(0)=b
x → 0 − lim f ( x ) = x → 0 − lim ( sin a x + b ) = b x → 0 + lim f ( x ) = x → 0 + lim e x = 1
连续→ 函数值等于左右极限∴ f ( 0 ) = b = b = 1
得到b=1。
函数在x=0处可导,那么左导数等于右导数。
f − ′ ( 0 ) = f + ′ ( 0 )
x → 0 , e x − 1 ∼ x
f ′ ( 0 ) = x → 0 − lim x − 0 f ( x ) − f ( 0 ) = x → 0 − lim x sin a x + 1 − 1 = x → 0 − lim x a x = a f + ′ ( 0 ) = x → 0 + lim x − 0 f ( x ) − f ( 0 ) = x → 0 + lim x e x − 1 = 1
∴ a = 1
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函数不可导的情况
左导 = 右导 ,即尖点处
导数为∞
Drawing 2026-03-30 14.18.49.excalidraw ⚠ Switch to EXCALIDRAW VIEW in the MORE OPTIONS menu of this document. ⚠ You can decompress Drawing data with the command palette: ‘Decompress current Excalidraw file’. For more info check in plugin settings under ‘Saving’
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谈论函数y = ∣ x ∣ 在x=0处的可导性
x → 0 + lim x − 0 f ( x ) − f ( 0 ) x → 0 − lim x − 0 f ( x ) − f ( 0 ) ∴ f − ′ ( 0 ) = x → 0 + lim x ∣ x ∣ = x → 0 − 1 lim x x = 1 = x → 0 − lim x ∣ x ∣ = x → 0 lim − x − x = − 1 = f + ′ ( 0 ) ⇒ f ′ ( 0 ) 不存在
讨论y = x 3 1 在x=0处的可导性
两种方法,第一种先导后代
y ′ = 3 1 ⋅ x − 3 2 = 3 1 ⋅ x 3 2 1
当lim x → 0 3 1 ⋅ x 3 2 1 = ∞
所以函数在x=0处不可导
第二种利用定义:
f ′ ( 0 ) = x → 0 lim x − 0 f ( x ) − f ( 0 ) = x → 0 lim x − 0 x 3 1 − 0 = x → ∞ lim x 3 2 1 = ∞
讨论函数y = x 2 ∣ x − 1∣ 在x=1处的可导性
f − ′ ( 1 ) = x → 1 − lim x − 1 f ( x ) − f ( 1 ) = x → 1 − lim x − 1 x 2 ∣ x − 1∣ − 0 x → 1 − lim x − 1 x 2 ⋅ − ( x − 1 ) = x → 1 − lim − x 2 = − 1
f + ′ ( 1 ) = x → 1 + lim x − 1 f ( x ) − f ( 1 ) = x → 1 + lim x − 1 x 2 ∣ x − 1∣ − 0 x → 1 + lim x − 1 x 2 ( x − 1 ) = x → 1 + lim x 2 = 1
左右导数不相等,所以f ′ ( 1 ) 不存在。
可导的充分条件
哪个可以推出f ( x 0 ) 可导,也就是左导等于右导
⎩ ⎨ ⎧ f − ′ ( x 0 ) = lim x → x 0 − x − x 0 f ( x ) − f ( x 0 ) = lim h → 0 − h f ( x 0 + h ) − f ( x 0 ) f + ′ ( x 0 ) = lim x → x 0 + x − x 0 f ( x ) − f ( x 0 ) = lim h → 0 + h f ( x 0 + h ) − f ( x 0 ) f − ′ ( x 0 ) = f + ′ ( x 0 )
这种题目要仔细读题,看什么可以推出什么;下面就是说,f(x)在点 x 0 处可导的 一个充分条件 是什么(问选项)?
即问:什么能推出导数存在。
若f ( x ) 在点x 0 处可导,
f ( x ) 在x 0 处连续。([在该点]可导必连续,连续不一定可导)
f ( x ) 在x 0 的某个领域 处处有定义
第二点即:
存在一个δ > 0 ,使得在区间x 0 − δ , x 0 + δ ) 中的每一个x,它所应的f ( x ) 都有定义(不会出现无意义、分母为 0、开根号负数等情况)
若f ( x ) 在点x 0 处可导,不能推出:
f ( x ) 在点x 0 的某个领域处处可导
f ( x ) 在点x 0 的某个领域处处连续
错误
反例
令f ( x ) = x 2 D ( x ) ,其中(狄利克雷函数 )
D ( x ) = { 1 , 0 , x ∈ Q ( 有理数 ) x ∈ Q c ( 无理数 )
证明https://www.bilibili.com/video/BV1Y2DGYoEEw/
极限推出导数存在的情况
h → 0 − lim h f ( x 0 + h ) − f ( x 0 ) = f − ′ ( x 0 ) h → 0 + lim h f ( x 0 + h ) − f ( x 0 ) = f + ′ ( x 0 ) h → − ∞ lim h [ f ( x 0 + h 1 ) − f ( x 0 ) ] = f − ′ ( x 0 ) n → ∞ lim n [ f ( x 0 ) + n 1 − f ( x 0 ) ] = f + ′ ( x 0 ) h → 0 lim h 2 f ( x 0 + h 2 ) − f ( x 0 ) = f + ′ ( x 0 )
例题
不可导点结论(绝对值)
令 ∣ □ ∣ = 0 ⇒ x = x 0 为不可导点
但是绝对值前面乘上跟绝对值里面一样的内容,x = x 0 又可导
y = ( x − 1 ) ∣ x − 1∣
y = { ( x − 1 ) ( x − 1 ) , x ≥ 1 − ( x − 1 ) ( x − 1 ) , x < 1 即 y = { ( x − 1 ) 2 , x ≥ 1 − ( x − 1 ) 2 , x < 1
f − ′ ( 1 ) f + ′ ( 1 ) f − ′ ( 1 ) = x → 1 − lim x − 1 f ( x ) − f ( 1 ) = x → 1 − lim x − 1 − ( x − 1 ) 2 − 0 = x → 1 − lim − ( x − 1 ) = 0 = x → 1 + lim x − 1 f ( x ) − f ( 1 ) = x − 1 ( x − 1 ) 2 = x → 1 + lim x − 1 = 0 = f + ′ ( 1 ) ∴ f ′ ( 1 ) 存在
函数f ( x ) = ( x 2 − x − 2 ) ∣ x 3 − x ∣ 不可导点的个数为几个?
令 ∣ □ ∣ = 0 = ∣ x ( x 2 − 1 ) ∣ = ∣ x ( x + 1 ) ( x − 1 ) ∣ x 0 = 0 , x 1 = − 1 , , x 2 = 1 绝对值前面的数 ( x 2 − x − 2 ) = ( x − 2 ) ( x + 1 ) x 3 = 2 , x 4 = − 1 发现 x 4 = x 1 所以不可导点为 x = 0 , x = 1 ( 两个 )
函数 f ( x ) = ( x 2 + x − 2 ) x 2 − x 不可导点的个数是
Let ∣ x 2 − x ∣ = 0 = ∣ x ( x − 1 ) ∣ x 0 = 0 , x 1 = 1 Moreover x 2 + x − 2 = ( x + 2 ) ( x − 1 ) x 3 = 1 Find x 3 = x 1 不可导点有 1 个
反函数求导
反函数的求法
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什么是反函数?
x = f ( y ) 的反函数是y = g ( x ) ,记作y = f − 1 ( x ) 。例如x = y 的反函数是y = x 2
反函数求导:( 反函数 ) ′ = ( 原函数 ) ′ 1 ,即d x d y = d y d x 1
简单证明:
一个反函数y = g ( x ) 对它进行求导,也就是d x d y = lim Δ x → 0 Δ x Δ y 。它的原函数x = f ( y ) 进行求导,d y d x = lim Δ y → 0 Δ y Δ x
∵ y = f − 1 ( x ) 可导 , ∴ y = f − 1 ( x ) 连续 ∴ Δ y → 0 ⇔ Δ x → 0
∴ d x d y = Δ x → 0 lim Δ x Δ y = Δ y → 0 lim Δ x Δ y = y → 0 lim Δ y Δ x 1
求y = arcsin x
x = sin y ( sin y ) ′ = d y d x = cos y ∴ y ′ = cos y 1 = 1 − sin 2 y 1 又 ∵ x = sin y ∴ y ′ = 1 − x 2 1
已知y = arctan x ,求y ′
原函数为tan y = x
对原函数求导( tan y ) ′ = sec 2 y
又因为c o s 2 θ 1 = sec 2 θ
因为1 + tan 2 x = sec 2 x = ( c o s x 1 ) 2
改写原式:( tan y ) ′ = sec 2 y = 1 + tan 2 y
所以y x ′ = ( t a n y ) y ′ 1 = s e c 2 y 1 = 1 + t a n 2 y 1 = 1 + x 2 1
已知f(x)的导数f ′ ( x ) = ( 1 + x + x 2 ) 2 2 + 1 ,f(-1)=1,且f ( x ) 与ϕ ( x ) 互为反函数,求ϕ ′ ( 1 )
公式
ϕ ′ ( x ) = f ′ ( x ) 1
由题可知f ( x ) 过,(-1,1),那么ϕ ( x ) 过(1,-1)
那么
ϕ ′ ( 1 ) = f ′ ( − 1 ) 1 = − 1
分段函数求导
求导原则:
分段点两侧,直接求导
中间分段点处,用定义求导
若f ( x ) = { x 2 , x ≥ 0 x , x < 0 ,以下错误 的是
A.f − ′ ( 0 ) = 1
B.f + ′ ( 0 ) = 0
C.f ′ ( 0 ) 不存在
D.f ′ ( x ) = { 2 x , x ≥ 0 1 , x < 0
A:f − ′ ( 0 ) = lim x → 0 − x − 0 f ( x ) − f ( 0 ) = lim x → 0 − x − 0 x − 0 = 1
B:f + ′ ( 0 ) = lim x → 0 + x − 0 f ( x ) − f ( 0 ) = lim x → 0 + x − 0 x 2 − 0 = lim x → 0 + x = 0
C: ∵ f − ′ ( 0 ) = f + ′ ( 0 ) ⇒ f ′ ( 0 ) 不存在
D:所以D选项错误 ,这个函数在分段点的导数不存在 。
正确求导的结果为
f ′ ( x ) = ⎩ ⎨ ⎧ 2 x . 不存在 , 1 , x > 0 x = 0 x < 0
另一种方法:
先对x = 0 处求导
{ 2 x , x > 0 1 , x < 0
f − ′ ( 0 ) = 1 , f + ′ ( 0 ) = 2 ⋅ 0 = 0
由于f − ′ ( 0 ) = f + ′ ( 0 )
所以f(x)在x=0处不可导。
函数f ( x ) = e ∣ x − 3∣ 在[-5,5]上的最大值为
∣ x − 3∣ = ⎩ ⎨ ⎧ x − 3. x − 3 , 3 − x , x − 3 > 0 x − 3 = 0 x − 3 < 0
即
∣ x − 3∣ = ⎩ ⎨ ⎧ x − 3. x − 3 , 3 − x , x > 3 x = 3 x < 3
所以
⎩ ⎨ ⎧ e x − 3 , x > 3 e x − 3 , x = 3 e 3 − x , x < 3
对函数进行求导
{ e x − 3 , x > 3 − e 3 − x , x < 3
现在判断函数在x=3处的导数值
f − ′ ( 3 ) = − e 3 − 3 = − 1 , f + ′ ( 3 ) = e 3 − 3 = 1
发现f − ′ ( 3 ) = f + ′ ( 3 )
所以函数在x=3处不可导
总结求导后的情况
f ′ ( x ) = ⎩ ⎨ ⎧ e x − 3 , − e 3 − x , 不可导 , x > 3 x < 3 x = 3
x [ − 5 , 3 ) 3 ( 3 , 5 ] f ′ ( x ) - 不可导 + f ( x ) 递减 极小值 递增
f ( − 5 ) = e 8 f ( 3 ) = e 0 = 1 f ( 5 ) = e 2
函数的最大值为e 8
另一种解决思路:
⎩ ⎨ ⎧ e x − 3 , x > 3 e x − 3 , x = 3 e 3 − x , x < 3
如何判断求导后的函数在x=3处可不可导
f + ′ ( 3 ) = x → 3 + lim x − 3 f ( x ) − f ( 3 ) = x → 3 + lim x − 3 e x − 3 − 1
利用等价x → 0 , e x − 1 ∼ x
x → 3 + lim x − 3 x − 3 = 1
再求左导
f − ′ ( 3 ) = x → 3 − lim x − 3 f ( x ) − f ( 3 ) = x → 3 − lim x − 3 e 3 − x − 1 x → 3 − lim 1 e 3 − x ⋅ ( − 1 ) = x → 3 − lim − e 3 − x = − 1
分段函数在某点的导数
总结(分段函数在某点是否可导):
先看连续,如果在函数x0处不连续(直接不可导)
如果分段函数两端都是初等函数 (且处处可导),把等号(分段点 )去掉,直接对分段点两端求导,再代入x0比较左导和右导
如果不是就用导数定义做。
复杂函数求导题目
若f ( x ) = 2 a x 2 且f ′ ( x ) = 8 x 求a
用常数倍求导法则:( C ⋅ u ) ′ = C ⋅ u ′
f ′ = ( 2 a x 2 ) ′ = 2 a ⋅ ( x 2 ) ′ = 2 a 2 x = 4 a x
由题意得:4 a x = 8 x
∴ a = 2
设y = ln 1 + x 1 − x ,求y ′
原式 = ln ( 1 + x 1 − x ) 2 1 = 2 1 ln ( 1 + x 1 − x ) 2 1 ⋅ [ ln ( 1 − x ) − ln ( 1 + x )] ∴ y ′ = 2 1 [ 1 − x 1 ⋅ ( − 1 ) − 1 + x 1 ]
求y = arctan x 2 + 2 x
y = arctan u u = v v = x 2 + 2 x
y ′ = 1 + x 2 + 2 x 1 ⋅ [ ( x 2 + 2 x ) 2 1 ] ′ , [ ( x 2 + 2 x ) 2 1 ] ′ = 2 1 ( x 2 + 2 x ) − 2 1 ⋅ ( 2 x + 2 ) 整理得 2 1 ⋅ x 2 + 2 x 2 x + 2 ∴ 原式 y ′ = 1 + x 2 + 2 x 1 ⋅ 2 1 ⋅ x 2 + 2 x 2 x + 2 2 ( x + 1 ) 2 x 2 + 2 x 2 ( x + 1 ) = ( x + 1 ) x 2 + 2 x 1
设y = ( x + 1 ) 5 x + 2 ( 3 − x ) 4 ,求y ′
函数为多个函数乘积、商或幂的形式。
采用对数求导法。
ln y = ln ( x + 1 ) 5 x + 2 ( 3 − x ) 4 ln y = ln ( x + 2 ) + ln ( 3 − x ) 4 − ln ( x + 1 ) 5 ln y = ln ( ( x + 2 ) 2 1 ) + ln ( 3 − x ) 4 − ln ( x + 1 ) 5 ln y = 2 1 ln ( x + 2 ) + ln ( 3 − x ) 4 − ln ( x + 1 ) 5 y 1 y ′ = 2 1 ⋅ x + 2 1 − 4 ( ln ( 3 − x ) ′ ) + 5 ( ln ( x + 1 ) ′ ) y 1 y ′ = 2 ( x + 2 ) 1 − 3 − x 4 + x + 1 5 y ′ = y ( 2 ( x + 2 ) 1 − 3 − x 4 + x + 1 5 ) 即 y ′ = ( x + 1 ) 5 x + 2 ( 3 − x ) 4 ( 2 ( x + 2 ) 1 − 3 − x 4 + x + 1 5 )
参数方程求导
形如{ y = f ( t ) x = g ( t ) ,如果求d x d y ,那么d x d y = d t d x d t d y = ( x t ′ y t ′ )
上面是一阶导的公式。
二阶导
d x 2 d 2 y = x ( t ) ′ ( d x d y ) t ′ = x 对 t 求导 一阶导 对 t 求导
曲线{ x = t 2 y = 4 t 在t=1处的导数为:
d x d y = x ′ ( t ) y ′ ( t )
其中y ( t ) ′ = 4 , x ( t ) ′ = 2 t
∴ d x d y = 2 t 4 = 2 t
所以t=1时,导数为2
求曲线{ x = 2 e t y = e − t ,在点(2,1)处的切线方程 和法线方程 。
令t=0, x = 2 e 0 = 2 , y = e 0 = 1 所以t等于0时,曲线经过点(2,1)
∴ d x d y = x t ′ y t ′ = 2 e t e − t ( − 1 )
把t=0代入
∴ k 法 = 2
接下来就算直线就行了。
求参数方程{ x = a cos 3 θ y = a sin 3 θ 所确定的导数d x d y , d x 2 d 2 y
注意:sin 3 θ = ( sin θ ) 3
y ( θ ) ′ = a 3 sin 2 θ cos θ x ( θ ) ′ = a 3 cos 2 θ ( − sin θ ) ∴ d x d y = x ( θ ) ′ y ( θ ) ′ = − a 3 cos 2 θ sin θ a 3 sin 2 θ cos θ
− a 3 c o s 2 θ s i n θ a 3 s i n 2 θ c o s θ = − c o s θ s i n θ = − tan θ
接下来算二阶导
又 ( d x d y ) ′ = ( − tan θ ) ′ = − se c 2 θ ∴ d x 2 d 2 y = x ′ ( θ ) ( d x d y ) ′ = a ⋅ 3 cos 2 θ ⋅ ( − sin θ ) − sec 2 θ 3 a 1 ⋅ cos 2 θ 1 ⋅ sin θ 1 ⋅ sec 2 θ 3 a 1 ⋅ sec 2 θ ⋅ csc θ ⋅ sec 2 θ 3 a 1 ⋅ sec 4 ⋅ csc θ
求曲线{ x = 1 + t 2 y = t 3 在点(5,8)处的切线方程
切点(5,8)为点(x,y)的取值,即x=5,y=8,不是参数t的值。
{ 5 = 1 + t 2 8 = t 3 { 4 = t 2 8 = t 3 解得 t = 2
d x d y = ( 1 + t 2 ) ′ ( t 3 ) ′ = 2 t 3 t 2 = 2 3 t
k 切 = d x d y x = 5 y = 8 = d x d y t = 2 = 3
隐函数求导
形如y = f ( x ) 称为显函数。如:y = e x , y = x 2 。(不正规的记:左边单独一个y,右边是x相关函数)
隐函数:不是y = f ( x ) 形式的函数。(不正规的记:非显即隐)
显函数:y = x 2 + 1
隐函数:y − x 2 − 1 = 0 , y = e x y
求导方法:
公式法
注意一定要先化成标准形式
对题干的函数移向 :(比如:用方程左边-右边)
得到F ( x , y ) = 0
求偏导,F x :对x求导,y看作是常数;再对F y :对y求导,x看作是常数
套公式(注意:上x,下面y):
d x d y = − F y F x
设函数y = y ( x ) ,由y 2 − 2 x y + 9 = 0 ,求y ′
y = y ( x ) 表示:变量y,是由x决定的函数。
令F ( x , y ) = y 2 − 2 x y + 9
∵ F x = − 2 y ( 把只有 x 的部分求导 ) , F y = 2 y − 2 x
∴ y ′ = d x d y = F y − F x = 2 y − 2 x − ( − 2 y ) = y − x y
设y 2 + sin ( 2 x − y ) = x 确定隐函数y = y ( x ) ,求d x d y
令F ( x , y ) = y 2 + sin ( 2 x − y ) − x
∵ F x = cos ( 2 x − y ) ⋅ 2 − 1 = 2 cos ( 2 x − y ) − 1 F y = 2 y + cos ( 2 x − y ) ⋅ ( − 1 ) ∴ d x d y = − 2 y − cos ( 2 x − y ) 2 cos ( 2 x − y ) − 1
求下面隐函数的导数
y = cos ( x + y )
令F ( x , y ) = y − cos ( x + y )
F x = 对 − cos ( x + y ) 求偏导 = sin ( x + y ) ⋅ 1 F y = 1 + sin ( x + y ) ⋅ 1 ∴ y ′ = − 1 + sin ( x + y ) sin ( x + y )
设y = x e y ,求y ′
首先先移向:F ( x , y ) = y − x e y
对x求偏导(把 y 当常数)
F x = 0 − e y = − e y
再对y求偏导(把x当常数)
F y = 1 − x e y
∴ y ′ = − F y F x = − 1 − x e y − e y = 1 − x e y e y
复合函数求导法则
两边同时对x进行求导,注意y=f(x)
y 2 − 2 x y + 9 = 0 ,求y ′
d x d ( y 2 ) − d x d ( 2 x y ) + d x d ( 9 ) = d x d ( 0 )
d x d ( y 2 ) = 2 y ⋅ y ′
d x d ( 2 x y ) = d x d ( 2 x ⋅ y ) = 2 y + 2 x ⋅ y ′
d x d ( 9 ) = 0
2 y ⋅ y ′ − 2 y − 2 x y ′ = 0 y ⋅ y ′ − y − x y ′ = 0 y ′ ( y − x ) = y y ′ = ( y − x ) y
已知函数e y + x y − e = 0 ,求d x d y
两边同时对x求导,注意y=f(x)
e y ⋅ y ′ + 1 ⋅ y + x y ′ = 0 e y ⋅ y ′ + y + x y ′ = 0 e y ⋅ y ′ + x y ′ = − y y ′ ( e y + x ) = − y y ′ = − e y + x y
y 5 + 2 y − x − 3 x 7 = 0 , 求 d x d y
5 y 4 y ′ + 2 ⋅ 1 ⋅ y ′ − 1 − 21 x 6 = 0 5 y 4 y ′ + 2 y ′ − 1 − 21 x 6 = 0 5 y 4 y ′ + 2 y ′ = 21 x 6 + 1 y ′ ( 5 y 4 + 2 ) = 21 x 6 + 1 y ′ = 5 y 4 + 2 1 + 21 x 6
16 x 2 + 9 y 2 = 1 ,求 d x d y
16 1 2 x + 9 1 2 y y ′ = 0 8 x 1 + 9 2 y y ′ = 0 y ′ = − 16 y 9 x
题目
已知函数x − y + 2 1 sin y = 0 ,求y ′′
先求一阶导1 − y ′ + 2 1 y ′ cos y = 0
y ′ ( − 1 + 2 1 cos y ) = − 1 y ′ = − 2 1 cos y − 1 1 y ′ = 2 1 cos y − 1 − 1 y ′ = 2 − cos y 2
∴ y ′ = 2 − c o s y 2
y ′′ = [ 2 ⋅ ( 2 − cos y ) − 1 ] ′ 2 ⋅ ( − 1 ) ( 2 − cos y ) − 2 sin y ⋅ y ′ − 2 ⋅ ( 2 − cos y ) 2 1 sin y 2 − cos y 2 ( 2 − cos y ) 3 − 4 sin y
幂指函数求导
左右两边同取对数
对于y = u v 这种类型的解决方式
求y = x s i n x 的导数
左右两边同取对数:ln y = ln x s i n x
即:ln y = sin x ln x
然后两边同时求导
注意:左边是一个复合函数的求导y 1 ⋅ y ′ = cos x ⋅ ln x + sin x ⋅ x 1
y ′ = y ⋅ [ cos x ln x + x sin x ] y ′ = x s i n x ( cos x ln x + x sin x )
求y = ( 1 + x x ) x ( x > 0 ) 的导数
两边同取对数得
ln y = ln ( 1 + x x ) x ln y = x ln 1 + x x ln y = x [ ln x − ln ( 1 + x )]
现在用复合函数求导法则(跟求隐函数的导数一样),两边对x进行求导
y 1 y ′ = ln x − ln ( 1 + x ) + x ( x 1 − 1 + x 1 ) y ′ = y ( ln 1 + x x + 1 − 1 + x x )
回代y
y ′ = ( 1 + x x ) x ( ln 1 + x x + 1 − 1 + x x )
公式变形法
u v = e v ⋅ l n u = e l n u v
求y = x x 的导数
∵ y = x x = e x l n x ∴ y ′ = e x l n x ⋅ ( 1 ⋅ ln x + x ⋅ x 1 ) y ′ = e x l n x ( ln x + x ⋅ x 1 ) 代回 e x l n x y ′ = x x ( ln x + 1 )
y = x l n x ( x > 0 ) 求导
第一种方法,两边同取对数
ln y = ln ( x l n x ) ln y = ln x ⋅ ln x = ( ln x ) 2 两边对 x 进行求导 y 1 y ′ = 2 ln x ⋅ x 1 y ′ = y ( 2 ln x ⋅ x 1 ) 代回 y y ′ = x l n x x − 1 2 ln x y ′ = x l n x − 1 2 ln x
第二种公式:
y = e l n ( x l n x ) = e l n x ⋅ l n x y = e ( l n x ) 2 进行求导 y ′ = e ( l n x ) 2 ⋅ 2 ln x ⋅ x 1 代回 y y ′ = x l n x ⋅ x − 1 2 ln x y ′ = x l n x − 1 2 ln x
两种方式的选用
遇到单个y = u v 两种方法都可。
遇到单个y = u v ,行连乘、除、根号复合型,首选对数求导
遇到y = u v ± g ( n ) ,只能选u v = e v l n u
设y = x − 3 ( x − 1 ) ( x − 2 ) ,求y ′
y = ( x − 3 ( x − 1 ) ( x − 2 ) ) 2 1 ln y = 2 1 ln x − 3 ( x − 1 ) ( x − 2 ) ln y = 2 1 [ ln ( x − 1 ) + ln ( x − 2 ) − ln ( x − 3 )] y 1 y ′ = 2 1 ( x − 1 1 + x − 2 1 − x − 3 1 ) y ′ = 2 y ( x − 1 1 + x − 2 1 − x − 3 1 ) y ′ = 2 1 x − 3 ( x − 1 ) ( x − 2 ) ( x − 1 1 + x − 2 1 − x − 3 1 )
y = x x 1 + 1 ,求y ′
遇到y = u v ± g ( n ) ,只能选u v = e v l n u
∵ x x 1 = e x 1 l n x ∴ y = e x 1 l n x + 1 故 y ′ = e x 1 l n x ⋅ ( − x 2 1 ln x + x 2 1 ) y ′ = x x 1 ⋅ x 2 1 ( 1 − ln x )
导数与单调性
设函数f(x)在[a,b]上连续,(a,b)可导,则有
如果在(a,b)内f ( x ) ≥ 0 ,则函数f ( x ) 在[a,b]内单调增加 ;如果在(a,b)内f ( x ) > 0 ,则函数f ( x ) 在[a,b]内严格单调增加
如果在(a,b)内f ( x ) ≤ 0 ,则函数f ( x ) 在[a,b]内单调递减 ;如果在(a,b)内f ( x ) < 0 ,则函数f ( x ) 在[a,b]内严格单调递减
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Text Elements
x
y
单调增加
严格单调增加
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求导后判断导函数的正负。
会画图象直接解决,不会画就代特殊值
求f ( x ) = 2 x + 3 3 x 2
第一步:确定原函数的定义域 x ∈ R
又f ( x ) = 2 x + 3 ⋅ x 3 2
∴ f ′ ( x ) = 2 + 3 ⋅ 3 2 x − 3 1 = 2 + 2 x − 3 1
f ′ ( x ) = 2 + 2 ⋅ x 3 1 1 2 + 3 x 2 = 3 x 2 3 x + 2
令f ′ ( x ) = 0 得到驻点x = − 1
且x=0为f ′ ( x ) 的无定义点。
x ( − ∞ , − 1 ) -1 (-1,0) 0 ( x , + ∞ ) f ′ ( x ) >0 0 <0 无定义 >0 f ( x ) 递增 递减 0 递增 首先( − ∞ , − 1 ) 这个区间,直接代一个特殊值− ∞ ,可以求极限,但没必要。
再判断( − 1 , 0 ) 这个区间,代-0.5,分母是-,分子为+,所以整体为-
确定函数y = 2 x 2 − ln x 的单调区间
注意一定要确定定义域:x ∈ ( 0 , + ∞ )
y ′ = x 4 x 2 − 1
令y ′ = 0 ,得到驻点x = 2 1
且导函数在0处无定义
在x ∈ ( 0 , + ∞ ) ,区间( 0 , 2 1 ) 内,导函数的正负由4 x 2 − 1 决定。(可以配方)
4 x 2 − 1 = 4 ( x + 2 1 ) ( x − 2 1 )
可以看出f ( x ) = 4 x 2 − 1 在( − ∞ , − 2 1 ) 处大于0
( − 2 1 , 2 1 ) 处小于0,( 2 1 , + ∞ ) 处大于0
总结一下(结合原函数的定义域):
x ( 0 , 2 1 ) 2 1 ( 2 1 , + ∞ ) f ′ ( x ) - 0 + f ( x ) 递减 递增
判断函数的单调性:
f ( x ) = x 2 e x
f ′ ( x ) = 2 x ⋅ e x + x 2 ⋅ e x = e x ( x 2 + 2 x )
令f ′ ( x ) = 0 = e x ( x 2 + 2 x )
x 2 + 2 x = x ( x + 2 )
所以驻点为:x = − 2 , x = 0 , x = − ∞
x ( − ∞ , − 2 ) ( − 2 , 0 ) ( 0 , + ∞ ) f ′ ( x ) + - + f ( x ) 递增 递减 递增
f ( x ) = x + x 2 − ln x
先看定义域:x ∈ ( 0 , + ∞ )
f ′ ( x ) = 1 + 2 ⋅ ( − x 2 1 ) − x 1
通分后得
f ′ ( x ) = x 2 x 2 − x − 2
x 2 − x − 2 = ( x − 2 ) ( x + 1 )
驻点为:x = 2 , x = − 1
x ( − ∞ , − 1 ) ( − 1 , 2 ) ( 2 , + ∞ ) f ′ ( x ) + - + f ( x ) 递增 递减 递增
结合原函数的定义域后
x ( 0 , 2 ) ( 2 , + ∞ ) f ′ ( x ) - + f ( x ) 递减 递增
函数y = x 3 − 3 x 2 + 7 在区间( − ∞ , 0 ) 和( 0 , 2 ) 内分别是()
y ′ = 3 x 2 − 6 x = 3 ( x 2 − 2 x ) = 3 x ( x − 3 2 )
得到驻点:x 1 = 0 , x 2 = 3 2
因为是选择题,直接带值− ∞ 。代入导函数为正,所以原函数在− ∞ 单调递增 。
再代入2 1 ,导函数为负。所以原函数单调递减 。
函数f ( x ) = e − x 2 的单增区间 为?
f ( x ) f ′ ( x ) ∴ f ′ ( x ) = e x 2 1 = e − x 2 ⋅ ( − x 2 ) ′ = e − x 2 ⋅ ( − 1 ) ⋅ 2 x = − 2 x ⋅ e − x 2
令导函数为0,得到驻点x = 0
x ( − ∞ , 0 ) 0 ( 0 , + ∞ ) f ′ ( x ) + 0 - f ( x ) 递增 递减 综上函数f ( x ) = e − x 2 的单增区间 为( − ∞ , 0 )
单调函数的导数也是单调函数。( )
这句话是错的。
例如函数f ( x ) = x 3 ,在区间( − ∞ , + ∞ ) 一直单调递增
f(x)=x^3
它的导函数 为3 x 2 在( − ∞ , 0 ) 单调递减,( 0 , + ∞ ) 单调递增
证明题
证明:当x > 0 时,x > ln ( 1 + x )
构造函数f ( x ) = x − ln ( 1 + x ) , x ∈ ( − 1 , + ∞ )
求导得:f ′ ( x ) = 1 − 1 + x 1 = 1 + x x
得到驻点x = 0 ,和不可导点x = − 1 ^bf79a7
x ( − 1 , 0 ) 0 ( 0 , + ∞ ) f ′ ( x ) - 0 + f ( x ) 递减 0 递增
不难得出f ′ ( x ) 在( 0 , + ∞ ) 恒为正,所以f ( x ) 一直递增
∴ f ( x ) = x − ln ( 1 + x ) > 0 , ( x > 0 )
x > ln ( 1 + x )
证明:ln ( 1 + x ) ≥ 1 + x a r c t a n x ( x ≥ 0 )
ln ( 1 + x ) ( 1 + x ) ≥ arctan x 令 f ( x ) = ln ( 1 + x ) ( 1 + x ) − arctan x ( x ≥ 0 ) f ′ ( x ) = 1 + x 1 ( 1 + x ) + ln ( 1 + x ) − 1 + x 2 1 f ′ ( x ) = 1 + ln ( 1 + x ) − 1 + x 2 1 > 0 可知 f ( x ) 在 [ 0 , + ∞ ) 单调递增 又 ∵ f ( 0 ) = 0 ∴ f ( x ) = ln ( 1 + x ) ( 1 + x ) − arctan x ≥ 0 ( x ≥ 0 ) ∴ ln ( 1 + x ) ≥ 1 + x arctan x ( x ≥ 0 )
构造f(x)
求f(x)的单调区间,找最值
抄题
当x>0时,证明x > sin x
令 f ( x ) = x − sin x f ′ ( x ) = 1 − cos x ≥ 0 ∴ f ( x ) 在 ( 0 , + ∞ ) 单调递增 ∴ f ( x ) > f ( 0 ) ∴ x − sin x ≥ 0 即 x > sin x ( x > 0 )
当x>0时,证明:x > ln ( 1 + x )
令 f ( x ) = x − ln ( 1 + x ) , x ∈ ( 0 , + ∞ ) f ′ ( x ) = 1 − 1 + x 1 f ′ ( x ) = 1 + x x > 0 f ( x ) min = f ( 0 ) 取不到,且 f ( x ) 单调递增 f ( x ) > f ( 0 ) = 0 ∴ x − ln ( 1 + x ) > 0 , x ∈ ( 0 , + ∞ )
当x>0时,证明:ln ( 1 + x ) > 1 + x x
令 f ( x ) = ln ( 1 + x ) − 1 + x x , x ∈ ( 0 , + ∞ ) f ′ ( x ) = 1 + x 1 − ( 1 + x ) 2 ( 1 + x ) − x = 1 + x 1 − ( 1 + x ) 2 1 = ( 1 + x ) 2 x > 0 ∴ f ( x ) 在 ( 0 , + ∞ ) 单调递增 f ( x ) > f ( 0 ) = 0 ∴ ln ( 1 + x ) − 1 + x x > 0 即 ln ( 1 + x ) > 1 + x x
证明e x ≥ x + 1
令 f ( x ) = e x − x − 1 f ′ ( x ) = e x − 1 令 f ′ ( x ) = 0 得到驻点 x = 0
x ∈ ( − ∞ , 0 ] 0 x ∈ [ 0 , + ∞ ) f ′ ( x ) - 0 + f(x) 递减 极小值 递增 f(0)=1-0-1=0
∴ f ( x ) ≥ f ( 0 ) = 0 ∴ e x − x − 1 ≥ 0 即 e x ≥ x + 1
证明e x ≥ e x
令 f ( x ) = e x − e x f ′ ( x ) = e x − e 令 f ′ ( x ) = 0 得到驻点 x = 1
x ∈ ( − ∞ , 1 ] 1 x ∈ [ 1 , + ∞ ) f ′ ( x ) - 1 + f(x) 递减 极小值 递增
∴ f ( x ) ≥ f ( 1 ) = e − e = 0 ∴ e x − e x ≥ 0 即 e x ≥ e x
证明ln x ≤ x − 1
令 f ( x ) = ln x − x + 1 f ′ ( x ) = x 1 − 1 = x 1 − x 令 f ′ ( x ) = 0 得到驻点 x = 1
− 10 1 − ( − 10 ) = +
x ∈ ( − ∞ , 1 ] 1 x ∈ [ 1 , + ∞ ) f ′ ( x ) + 1 - f(x) 递增 极大值 递减
∴ f ( x ) ≤ f ( 1 ) = 0 − 1 + 1 = 0 ∴ ln x − x + 1 ≤ 0 即 ln x ≤ x − 1
证明ln x ≤ e x
令 f ( x ) = ln x − e x , ( x > 0 ) f ′ ( x ) = x 1 − ( e − 1 x ) ′ f ′ ( x ) = x 1 − e 1 = e x e − x 令 f ′ ( x ) = 0 = e x e − x 得到驻点 x = e
− 10 e e − ( − 10 ) = − □ , 100 e e − 100
x x ∈ ( 0 , e ] e x ∈ [ e , + ∞ ) f ′ ( x ) + 0 - f(x) 递增 极大值 递减
f ( e ) = 1 − 1 = 0 ≥ f ( x ) ln x − e x ≤ 0 即 ln x ≤ e x , ( x > 0 )
判断函数1 − x x 与函数ln 1 − x 1 在x ∈ [ 0 , 0.1 ] 的大小
令 f ( x ) = 1 − x x − ln 1 − x 1 , x ∈ [ 0 , 0.1 ] f ( x ) = 1 − x x + ln ( 1 − x ) f ′ ( x ) = ( 1 − x ) 2 1 − 1 − x 1 f ′ ( x ) = ( 1 − x ) 2 1 − ( 1 − x ) 2 1 − x = ( 1 − x ) 2 x ≥ 0 f ( x ) 在 [ 0 , 0.1 ] 单调递增 , f ( 0 ) = 0 f ( x ) > f ( 0 ) = 0 即 1 − x x − ln 1 − x 1 > 0 1 − x x > ln 1 − x 1
证明:
arcsin x + arccos x arctan x + arccot x = 2 π , x ∈ [ − 1 , 1 ] = 2 π , x ∈ ( − ∞ , + ∞ )
令 f ( x ) = arcsin x + arccos x f ′ ( x ) = 1 − x 2 1 − 1 − x 2 1 = 0 ∵ f ′ ( x ) = 0 ∴ f ( x ) = C ∴ f ( 0 ) = arcsin 0 + arccos 0 = 2 π = C
证明 : 当 x > 0 时 , cos x > 1 − 2 x 2
证明含参不等式
证明:当x>0, 0<a<1时,x a − a x ≤ 1 − a
令 f ( x ) = x a − a x − 1 + a , x ∈ ( 0 , + ∞ ) f ′ ( x ) = a x a − 1 − a 令 f ′ ( x ) = a ( x a − 1 − 1 ) = 0 x a − 1 − 1 = 0 x a − 1 = 1 得到驻点 x = 1
代特殊值x = 2 1 , a = 2 1 ,2 1 − 2 1 = 2 1 1 > 0
x ( 0 , 1 ) 1 ( 0 , + ∞ ) f ′ ( x ) + 0 - f(x) 递增 极大值 递减
∴ f ( x ) ≤ f ( 1 ) = 0 ∴ x a − a x − 1 + a ≤ 0 即 x a − a x ≤ 1 − a
遇到指数幂函数
两边同取对数
证当 x > 4时,2 x > x 2
ln 2 x > ln x 2 x ln 2 > 2 ln x ln 2 > x 2 l n x 2 l n 2 > x l n x 令 f ( x ) = 2 l n 2 − x l n x , x ∈ ( 4 , + ∞ ) f ′ ( x ) = − x 2 x 1 x − l n x = x 2 l n x − 1 > 0 f ( x ) 在 ( 4 , + ∞ ) 单调递增 f ( x ) > f ( 4 ) = 2 l n 2 − 4 l n 4 = 2 l n 2 − 4 l n 2 2 = 2 l n 2 − 4 2 l n 2 = 2 l n 2 − 2 l n 2 = 0 ∴ 2 l n 2 − x l n x > 0 即 2 l n 2 > x l n x ln 2 > x 2 l n x x ln 2 > 2 ln x ln 2 x > ln x 2 ∴ 2 x > x 2
设a > b > e ,证明:a b < b a
令 x = b,即证明:a x < x a ( a > x > e )
式子两边同取对数 ln a x < ln x a x ln a < a ln x a l n a < x l n x 令 f ( x ) = a l n a − x l n x , x ∈ ( e , a ) f ′ ( x ) = − x 2 x 1 ⋅ x − l n x ⋅ 1 = x 2 l n x − 1 > 0 f ( x ) 在 ( e , a ) 单调递增 要证明 a l n a > x l n x ,跟 f ( a ) 和 f ( x ) 有关系 f ( a ) > f ( x ) 0 > f ( x ) 0 > a l n a − x l n x 即 a l n a < x l n x ∴ ln a x < ln x a 令 x = b 即 a b < b a
证明抽象函数
设lim x → 0 x f ( x ) = 1 ,且f ′′ ( x ) > 0 ,证明:f ( x ) ≥ x
求极限先代入,分母为0,极限存在,那么一定是零比零形,
x → 0 lim f ( x ) = 0 又 ∵ f ′′ ( x ) > 0 ∴ f ( x ) 在 x = 0 处可导并且连续 所以 f ( 0 ) = 0
洛必达求极限
x → 0 lim 1 f ′ ( x ) = f ′ ( x ) = 1 f ′ ( 0 ) = x → 0 lim x − 0 f ( x ) − f ( 0 ) = 1
证明:
令 F ( x ) = f ( x ) − x , x ∈ ( − ∞ , + ∞ ) F ′ ( x ) = f ′ ( x ) − 1 令 F ′ ( x ) = 0 f ′ ( x ) = 1 = f ′ ( 0 ) 又 ∵ F ′′ ( x ) = f ′′ ( x ) > 0 ∴ F ′ ( x ) 在 R 上单调递增,只有一个零点 驻点 x = 0
x ( − ∞ , 0 ) 0 ( 0 , + ∞ ) F ′ ( x ) - 0 + F ( x ) 递减 极小值 递增
∴ F ( x ) ≥ F ( 0 ) = f ( 0 ) − 0 = 0 f ( x ) − x ≥ 0 即 f ( x ) ≥ x
极值
极值点的出处
f ′ ( x ) = 0 的点,也就是驻点
f ′ ( x ) 不存在的点(无定义),也就是不可导点
极值的判断:
利用单调性(画图)
利用f ′′ ( x 0 ) 判断(前提f ′ ( x ) = 0 )
f ′′ ( x 0 ) < 0 ⇒ 极大值
f ′′ ( x 0 ) > 0 ⇒ 极小值
求极值的步骤
确定f(x)的定义域
令f ′ ( x ) = 0 ,找到驻点,及f ′ ( x ) 无定义点
利用这些点,分割定义域,成子区间
列表讨论子区间内的单调性,即f ′ ( x ) 的正负性
设f ( x ) = 2 x 3 − 9 x 2 + 12 x − 3 ,求函数的单调区间和极值
函数的定义域为:( − ∞ , ∞ )
∵ f ′ ( x ) = 6 x 2 − 18 x + 12 = 6 ( x 2 − 3 x + 2 )
令f ′ ( x ) = 0 ,即x 2 − 3 x + 2 = 0 = ( x − 1 ) ( x − 2 )
驻点:x 1 = 1 , x 2 = 2
x ( − ∞ , 1 ) 1 (1,2) 2 ( 2 , + ∞ ) f ′ ( x ) + 0 - 0 + f ( x ) 增 极大值 2 减 极小值 1 增
y = x 2 − 8 x + 5 的极小值
令y ′ = 2 x − 8 = 0 ,得到驻点x = 4
又y ′′ = 2 > 0
∴ x = 4 ,代回去是原函数的极小值
f ( 4 ) = − 11
已知f ( x ) = x 3 + a x 2 + b x 在x=1处极小值为-2,则a= ,b=
f(x)在x=1处极小值为-2,可以得出
{ f ( 1 ) = − 2 f ′ ( 1 ) = 0
则f ( 1 ) = 1 + a + b = − 2
f ′ ( 1 ) = f ′ ( x ) x = 1 = 3 x 2 + 2 a x + b x = 1 = 3 + 2 a + b = 0
现在得到两个式子
{ 1 + a + b = − 2 3 + 2 a + b = 0
3+2a+b-1-a-b=2
a=0,b=-3
函数f(x)二阶可导,在x = x 0 处f ′′ < 0 ,又lim x → x 0 x − x 0 f ( x ) = 0 ,则
A. f ( x 0 ) 是极大值
B.f ( x 0 ) 是极小值
C.f ( x 0 ) 不是极值
D.( x 0 , f ( x 0 )) 是拐点
验证:求极限先代入0 f ( x 0 ) = 0 ,因为式子有极限则f ( x 0 ) → 0 ,定形为零比零
洛必达:变量是x,( x − x 0 ) ′ = x ′ − ( x 0 ) ′ = 1 (常数求导为 1 ) ,1 f ′ ( x ) = 0 ,则 f ′ ( x ) = 0
又因为题干给出f ′′ < 0 ,故选A
极值点和驻点的关系
极值点与驻点唯一确定的关系:
可导函数 有极值,则该点一定为驻点
可导函数的理解要到位,在题目中有很多种说明方式。
可导函数说明函数可导,
极值点的出处
f ′ ( x ) = 0 的点,也就是驻点
f ′ ( x ) 不存在的点(无定义),也就是不可导点
f ′ ( x 0 ) 不存在,是f ( x 0 ) 为极值的 条件。
f ′ ( x 0 ) 不存在不一定 有极值
f ( x 0 ) 有极值不一定 是f ′ ( x 0 ) 不存在
所有该题的答案为既不充分也不必要条件。
设f ( x ) 在x = a 处,取得极值则()
A.f ′ ( a ) 一定为0
B.f ′ ( a ) 不存在
C. f(x)可导,则f ′ ( a ) = 0
D. f(x)可导,f(a)为极大值
{ f ′ ( x ) = 0 f ′ ( x ) 不存在
求函数y = x − ln ( x + 1 ) 的极值 ^testquestion02
函数的定义域x ∈ ( − 1 , + ∞ )
y ′ = 1 − x + 1 1 = x + 1 x
令y ′ = 0 ,得到驻点x=0,发现在x=-1时导函数无定义,但是原函数定义域取不到-1。所以舍去x=-1。
∴ f ( x ) min = f ( 0 ) = 0
求最值
求y = x 4 − 8 x 2 + 2 ( − 1 ≤ x ≤ 3 ) 的最值
算最值:首先确定定义域(题目给出了)
再算端点值
f(-1)=-5
f(3)=11
最后算驻点值:y ′ = 4 x 3 − 16 x = 4 x ( x 2 − 4 )
令y ′ = 0 ,驻点x 1 = 0 , x 2 = − 2 ( 舍去 ) , x 3 = 2
f(0)=2
f(2)=-14
∴ f ( x ) ma x = 11 , f ( x ) min = − 14
求函数f ( x ) = x 2 + 1 x 的极大值 , 1/2
f ′ ( x ) = ( x 2 + 1 ) 2 x 2 + 1 − x ( 2 x ) = ( x 2 + 1 ) 2 1 − x 2 令 f ′ ( x ) = 0 驻点 , x = 1 , x = − 1 ,无无定义点
( − ∞ , 1 ) -1 (-1,1) 1 ( 1 , + ∞ ) f ′ ( x ) - 0 + 0 - f(x) 递减 极小值 递增 极大值 递减
∴ f ( 1 ) 为极大值 f ( 1 ) = 1 + 1 1 = 2 1
函数的凹凸性
判断: { f ′′ ( x ) > 0 ⇒ f ( x ) 凹 f ′′ ( x ) < 0 ⇒ f ( x ) 凸
拐点 :曲线凹凸性发生改变的点 。记[ x 0 , f ( x 0 )) ,注意这是一个坐标 。一般拐点为f ′′ ( x ) = 0 或f ′′ ( x ) 不存在
y= \sin x
求f ( x ) = x 4 − 6 x 3 + 12 x 2 − 6 的凹凸区间和拐点
第一步确定定义域:x ∈ ( − ∞ , + ∞ ) (因为是幂函数)
f ′ ( x ) f ′′ ( x ) = 4 x 3 − 18 x 2 + 24 x = 12 x 2 − 36 x + 24 = 12 ( x 2 − 3 x + 2 ) = 12 ( x − 1 ) ( x − 2 )
令f ′′ = 0 得到x 1 = 1 , x 2 = 2
x ( − ∞ , 1 ) 1 (1,2) 2 ( 2 , + ∞ ) f ′′ ( x ) + 0 - 0 + f ( x ) 凹 拐点 凸 拐点 凹 综上:拐点为(1,1)与(2,10)
说明曲线y = x 5 − 5 x 3 + 30 在点(1,11)及点(3,3)附近的凹凸性。
y ′ = 5 x 4 − 15 x 2 y ′′ = 20 x 3 − 30 x = 10 x ( 2 x 2 − 3 ) f ′′ ( 1 ) = 10 ⋅ ( 2 − 3 ) = − 10 < 0 f ′′ ( 3 ) = 30 ⋅ ( 18 − 3 ) > 0
坐标点 x 值f ′′ ( x ) 符号凹凸性 (1,11) 1 - 凸 (Concave Down) (3,3) 3 + 凹 (Concave Up)
拐点
若点(1,2)是曲线y = a x 3 + b x 2 + 4 x 的拐点,求a和b
点(1,2)是曲线的拐点,它一定在曲线上f(1)=2,且二阶导为0
y ′ = 3 a x 2 + 2 b x + 4 y ′′ = 6 a x + 2 b = 0 { f ( 1 ) = a + b + 4 6 a + 2 b = 2 = 0 { a + b = − 2 3 a + b = 0 2 a = 2 a = 1 , b = − 3
曲线y = x 3 5 的拐点(拐点是一个坐标)
y ′ = 3 5 x 3 2 y ′′ = 9 10 x − 3 1 = 9 10 ⋅ 3 x 1 令 y ′′ = 0 得到 x = 0
x ( − ∞ , 0 ) 0 ( 0 , + ∞ ) f ′′ ( x ) - 0 + f ( x ) 凸 拐点 凹
f ( 0 ) = 0 ∴ 拐点为 ( 0 , 0 )
高阶导数
求具体导数
设y = x 2 + 1 + e x ,求y ( 3 ) x = 0
y ′ = 2 x + e x y ′′ = 2 + e x y ( 3 ) = e x
幂函数:x a 求导,不会超过a次;
( x a ) ( a + 1 ) = 0
( x a ) ( a ) = a !
设y = x ( x 2 + 2 x + 1 ) 2 + e 2 x ,求y ( 7 ) x = 0
x ( x 2 + 2 x + 1 ) 2 的最高次为x ⋅ ( x 2 ) 2 = x 7 ,在求导7次后为0
∴ y ( 7 ) = ( e 2 x ) ( 7 ) ( e 2 x ) ′ = 2 e 2 x ( e 2 x ) ′′ = 2 ⋅ 2 ⋅ e 2 x = 2 2 e 2 x ( e 2 x ) ( 3 ) = 2 ⋅ 2 ⋅ 2 ⋅ e 2 x = 2 3 e 2 x ∴ 原式 = ( e 2 x ) ( 7 ) = 2 7 e 2 x
求 n 阶导数
求2到3次导数,找规律
求函数y = x e x 的n阶导数的一般表达式
y ′ = e x + x e x = e x ( 1 + x ) y ′′ = e x ( 1 + x ) + e x = e x ( 2 + x ) y ( 3 ) = e x ( 2 + x ) + e x = e x ( 3 + x ) … y ( n ) = e x ( n + x )
设y = x 4 + x 3 + x 2 + x + 1 ,求y ( 4 ) , y ( 5 )
求四阶导,只有x 4 能抗住。
∵ ( x a ) ( a ) = a ! y ( 4 ) = ( x 4 ) ( 4 ) = 4 ! = 4 × 3 × 2 × 1 = 24 y ( 5 ) = 0
常见n阶导公式
1 ) : 2 ) : 3 ) : 4 ) : 5 ) : [ sin ( a x + b ) ] ( n ) = a n ⋅ sin ( a x + b + n ⋅ 2 π ) [ cos ( a x + b ) ] ( n ) = a n ⋅ cos ( a x + b + n ⋅ 2 π ) ( a x ± b 1 ) ( n ) = ( a x ± b ) ( n + 1 ) a n ⋅ ( − 1 ) n ⋅ n ! ( sin x ) ( n ) = sin ( x + n ⋅ 2 π ) , n ∈ Z + ( Z + 代表正整数 ) ( cos x ) ( n ) = cos ( x + n ⋅ 2 π ) , n ∈ Z +
设y = cos 2 x ,求y ( n )
y = 2 1 + c o s 2 x = 2 1 + 2 1 cos 2 x y ( n ) = ( 2 1 cos 2 x ) ( n ) = 2 1 ( cos 2 x ) ( n ) ( cos 2 x ) ( n ) = 2 n cos ( 2 x + n ⋅ 2 π ) ∴ 2 1 ( cos 2 x ) ( n ) = 2 n − 1 cos ( 2 x + 2 nπ )
求( sin 2 x ) ( n )
( sin 2 x ) ( n ) = 2 n ⋅ sin ( 2 x + n ⋅ 2 π ) , n ∈ Z +
求方程根的个数
讨论k的不同取值情况,确定方程x 3 − 3 x + k = 0 根的个数。
令 f ( x ) = x 3 − 3 x + k , x ∈ R f ′ ( x ) = 3 x 2 − 3 = 3 ( x 2 − 1 ) 驻点 x 1 = 1 , x 2 = − 1
x ( − ∞ , − 1 ) -1 (-1,1) 1 ( 1 , + ∞ ) f ′ ( x ) + 0 - 0 + f ( x ) 递增 极大值 递减 极小值 递增 ![[Drawing 2026-02-01 22.48.47.excalidraw.svg 920]]
当 k + 2 < 0 时,即 k < − 2 有 1 个根 当 k + 2 = 0 时,即 k = − 2 有 2 个根 当 { k + 2 > 0 k − 2 < 0 时 即 − 2 < k < 2 有 3 个根 当 k − 2 = 0 ,即 k − 2 时 有 2 个根 当 k − 2 > 0 时 , 即 k > 2 时 有 1 个根
讨论方程ln x = a x ( a > 0 ) 有几个根。
令 f ( x ) = ln x − a x , x ∈ ( 0 , + ∞ ) f ′ ( x ) = x 1 − a 令 f ′ ( x ) = x 1 − a = 0 x 1 = a 驻点 x = a 1
当 0 > ln a 1 − 1
ln e > ln a 1 e > a 1 a 1 < e a > e 1 时
有0个根
2. 当ln a 1 − 1 = 0
a 1 = e a = e 1
有1个根
3. 当ln a 1 − 1 > 0
a 1 > e 0 < a < e 1 时
有2个根
方程x 5 + 2 x − 5 = 0 的正根个数为?
正根个数:x > 0 的根
令 f ( x ) = x 5 + 2 x − 5 , x ∈ ( 0 , + ∞ ) f ′ ( x ) = 5 x 4 + 2 > 0 ∴ f ( x ) 在 ( 0 , + ∞ ) 单调递增
不管x取多少,只有一个零点,所以f(x)恒有一个正根。
或者用零点定理。
f ( 0 ) = − 5 f ( + ∞ ) = x → + ∞ lim x 5 + 2 x − 5 = + ∞ f ( 0 ) f ( + ∞ ) < 0 由零点定理可知 ∃ ξ ∈ ( 0 , + ∞ ) 使 f ( ξ ) = 0
高考题*
已知单调性反求参数
f ′ ( x ) > 0 ⇒ f ( x ) 单调递增 ⇒ f ′ ( x ) ≥ 0 恒成立
若函数f ( x ) = k x − ln x 在区间( 1 , + ∞ ) 单调递增 ,求k的取值范围
f ′ ( x ) = k − x 1 ≥ 0 k ≥ x 1 令 g ( x ) = x 1 , [ 1 , + ∞ ) g ( x ) 在 [ 1 , + ∞ ) 单调递减 ∴ g ( 1 ) = 1 为极大值 ∴ k ≥ 1
已知函数f ( x ) = a e x − ln x 在区间(1,2)上单调递减 ,求a的取值范围
f ′ ( x ) = a e x − x 1 ≤ 0 a e x ≤ x 1 a ≤ x e x 1 = h ( x ) a ≤ h ( x ) 只需要小于 h ( x ) 的最小值就行了 令 g ( x ) = x e x , [ 1 , 2 ] g ′ ( x ) = e x + x e x = e x ( 1 + x ) g ( x ) 在 [ 1 , 2 ] 单调递增 g ( 2 ) = 2 e 2 为最大值 h ( 2 ) = 2 e 2 1 为最小值 ∴ a ≤ 2 e 2 1
曲率**
导数改变奇偶性
已知f ( x ) 在( − ∞ , + ∞ ) 内是可导函数,则[ f ( x ) − f ( − x ) ] ′ 是什么函数?