研究一个函数,就是研究这个函数的性质和其图象的特点。函数的重要性质主要涉及到函数的单调性、奇偶性、对称性、最值、极值、极值点、零点、定义域、值域、切线、渐近线等。
导数作为研究函数的重要工具,主要用来帮助研究函数的单调性、极值、最值、切线、寻找与x轴垂直的渐近线、以及结合导数值的正负画出函数的大致图象。下面分别简单加以介绍。
第一,研究可导函数的单调性。
如果一个函数可导,则在某个区间上根据导数值的正负大致有以下几种情况。
1.导数值恒大于等于零(导数值等于零的点的个数有限)。此时,原函数在这个区间上是严格递增的函数。
2.导数值恒小于等于零(导数值等于零的点的个数有限)。此时,原函数在这个区间上是严格递减的函数。
3.导函数值恒为零。此时,原函数在这个区间上是一个常函数。
第二,研究可导函数的极值。
函数的极值不同于函数的最值,它刻画一个函数在函数局部(两端点和间断点除外)上的性质。
1.如果函数在局部某个点P的左侧导数值大于0,右侧导数值小于0,则原函数在点P附近“左增右减”,则函数图象在点P附近最高,点P处对应的函数值即为函数极大值,同时把点P的横坐标称为函数的一个极大值点。
2.如果函数在局部某个点P的左侧导数值小于0,右侧导数值大于0,则原函数在点P附近“左减右增”,则函数图象在点P附近最高,点P处对应的函数值即为函数极大值,同时把点P的横坐标称为函数的一个极大值点。
第三,研究可导函数的最值和值域。
求函数的值域离不开求函数的最值,而可导函数的最值和极值间有着密切的联系。函数极值与函数最值的区别和联系主要有以下几点。
1.如果一个函数可导,则函数的极值不一定是函数的最值,函数的最值也不一定是函数的极值。
2.可导函数的最值往往在这个函数的所有极值和端点处的函数中取得。
3.如果一个可导函数的最值在其定义域的内部取得(不在端点和间断点处取得),则此时的函数的最值也一定是函数的一个极值。
正是基于以上的事实,所以我们在求一个可导函数的最值时,只需要求出这个可导函数在区间端点处函数值、间断点处函数值、所有的极值,然后把它们比较大小,它们中的最大值就是这个函数的最大值,它们中的最小值就是这个函数的最小值。
第四,研究可导函数的切线。
求可导函数的切线方程往往需要求出这条切线的斜率。可导函数的导数值与切线斜率的关系就是,可导函数在切点处的导数值就等于在这个切点处的切线的斜率值。所以,求切线的斜率时,只要先求出原函数的导函数,然后再求出导函数在切点处对应的导数值即可。
第五,研究可导函数的渐近线。
直接用导数工具求函数的渐近线,主要是求渐近线与坐标系中的x轴垂直的渐近线。因为这类渐近线的斜率不存在,对应的导函数值在此处取到“无穷大”(正无穷大或负无穷大)。
基于上面这个原理,在不知道函数图象的前提下求其类渐近线时,可以在求出其导函数后,找导函数值为无穷大的点。
第六,结合导数值的正负画出函数的大致图象
求出一个函数的定义域后,以函数的导数为工具,找出函数的极值点、零点、端点后,结合导数的正负判断出函数的单调区间,然后用光滑曲线(一次函数除外)连结各点后得到函数的大致图象。
结合导数作图的功能非常强大,它可以帮我们画出很多常见的基本函数之外的函数图象。
结语
导数作为研究函数性质的一个简单、快捷的工具,在研究函数的过程中起着非常重要的作用,有时甚至是不可替代的作用。
想要用好“导数”这个研究函数的重要工具,一方面,要从本质上理解导函数与原函数的关系、导函数的几何意义(切线斜率)等。另一方面,一定要准确、熟练地掌握求一个函数的导函数的重要公式和运算法则。
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