1. 关于导数(也称作导函数)的定义:假设x0是函数y=f(x)定义域中的一个点,当自变量x在x0处发生一个增量∆x时,函数值y随之产生相应的变化量∆y,其表达式为∆y=f(x0+∆x)-f(x0)。比值∆y/∆x,即[f(x0+∆x)-f(x0)]/∆x,被称为函数y=f(x)在点x0到x0+∆x区间内的平均变化率。如果这个比值的极限存在,那么我们称函数y=f(x)在点x0处是可导的,并将这个极限定义为y=f(x)在x0处的导数,通常记作f´(x0)或者y´|x=x0,其表达式为f´(x0)=lim(∆x→0)[f(x0+∆x)-f(x0)]/∆x。
特别说明:①增量∆x指的是自变量的改变量,它可以是正数也可以是负数,但绝对不能为零。②如果函数y=f(x)的定义域为集合A,而其导函数y=f'(x)的定义域为集合B,那么集合A与集合B之间的关系是A包含于B且等于B。
2. 函数y=f(x)在点x0处连续性与可导性之间的关系:⑴函数y=f(x)在点x0处连续是其在点x0处可导的必要条件,但不是充分条件。可以证明,如果函数y=f(x)在点x0处可导,那么它在该点必定是连续的。事实上,如果我们令x=x0+∆x,那么当x→x0时,相当于∆x→0。因此,lim(∆x→0)f'(x0)=f(x0)。⑵然而,如果函数y=f(x)在点x0处连续,并不能保证它在点x0处一定可导。例如,函数f(x)=|x|在点x0=0处是连续的,但在该点不可导,因为当∆x>0时,∆y/∆x=|∆x|/∆x=1;当∆x<0时,∆y/∆x=|∆x|/∆x=-1,所以极限lim(∆x→0)∆y/∆x不存在。
特别说明:①如果一个函数是可导的奇函数,那么它的导函数是一个偶函数。②如果一个函数是可导的偶函数,那么它的导函数是一个奇函数。
3. 导数的几何意义:函数y=f(x)在点x0处的导数f'(x0)的几何意义是曲线y=f(x)在点(x0,f(x0))处的切线的斜率。换句话说,曲线y=f(x)在点P(x0,f(x0))处的切线的斜率等于f'(x0),而切线的方程可以表示为y-y0=f'(x0)(x-x0)。
4. 导数的四则运算法则:⑴对于函数的和或差,其导数等于各函数导数的和或差,即(u±v)’=u’±v’。如果y=f₁(x)+f₂(x)+…+fn(x),那么y’ = f’₁(x)+f’₂(x)+…+f’n(x)。⑵对于函数的积,其导数等于各函数的导数与另一函数的乘积之和,即(uv)’=vu’+v’u。特别地,如果有一个常数c,那么(cv)’=cv'(c为常数)。⑶对于函数的商,其导数等于分子的导数乘以分母减去分母的导数乘以分子的差的商,再除以分母的平方,即(u/v)’=(vu’-v’u)/v²(其中v≠0)。特别说明:①u和v必须是可导函数。②如果两个函数都是可导的,那么它们的和、差、积、商也必定是可导的;但如果两个函数都不可导,那么它们的和、差、积、商不一定都不可导。例如,设f(x)=2sinx+2/x,g(x)=cosx-2/x,那么f(x)和g(x)在x=0处都不可导,但它们的和f(x)+g(x)=sinx+cosx在x=0处是可导的。
5. 复合函数的求导法则:对于复合函数f[φ(x)],其导数等于外层函数的导数乘以内层函数的导数,即f’x(φ(x))=f'(u)φ'(x)或者y’x=y’u·u’x。这个法则可以推广到具有多个中间变量的复合函数。
6. 函数的单调性:⑴函数单调性的判定方法:假设函数y=f(x)在某个区间内是可导的,如果在该区间内f'(x)始终大于0,那么函数y=f(x)是增函数;如果f'(x)始终小于0,那么函数y=f(x)是减函数。⑵常数的判定方法:如果函数y=f(x)在区间I内处处有f'(x)=0,那么函数y=f(x)是一个常数函数。特别说明:①f(x)>0是f(x)递增的充分条件,但不是必要条件。例如,函数y=2x³在(-∞,+∞)上并不是在所有点都有f(x)>0,有一个例外点即x=0时f(x) = 0。同样,f(x)<0是f(x)递减的充分非必要条件。②一般地,如果f(x)在某区间内只在有限个点处为零,而在其余各点均为正(或负),那么f(x)在该区间上仍然是单调增加(或单调减少)的。
7. 极值的判别方法:极值是指函数在某一点x0附近的所有的点,都有f(x)<f(x0)(极大值)或者f(x)>f(x0)(极小值)。当函数f(x)在点x0处连续时,如果在x0附近的左侧f'(x)>0,右侧f'(x)<0,那么f(x0)是极大值;如果在x0附近的左侧f'(x)<0,右侧f'(x)>0,那么f(x0)是极小值。也就是说,x0是极值点的充分条件是x0两侧导数异号,而不是f'(x)=0。此外,函数不可导的点也可能是函数的极值点。当然,极值是一个局部概念,极值点的大小关系是不确定的,即有可能极大值比极小值小(函数在某一点附近的点不同)。
特别说明:①如果点x0是可导函数f(x)的极值点,那么f'(x0)=0。但反过来不一定成立。对于可导函数,其一点x0是极值点的必要条件是若函数在该点可导,则导数值为零。例如,函数y=f(x)=x³,x=0使f'(x)=0,但x=0不是极值点。②例如,函数y=f(x)=|x|,在点x=0不可导,但点x=0是函数的极小值点。
8. 极值与最值的区别:极值是在局部范围内对函数值进行比较,而最值是在整个区间上对函数值进行比较。
特别说明:函数的极值点一定是有意义的。
9. 常见函数的导数:I.C’=0(C为常数) (sinx)’=cosx (arcsinx)’=1/√(1-x²) (xⁿ)’=nx(n-1)次方(n∈R) (cosx)’=-sinx (arccosx)’=-1/√(1-x²) II. (ln x)’=1/x (log a x)’=1/xlogae (arctanx)’=1/(x²+1) (e的x次方)’= e的x次方 (a的x次方)’=a的x次方lna (arc cotx)’=-1/(x²+1) III. 求导的常见方法:①常用结论:(ln|x|)’=1/x。②对于形如y=(x-a₁)(x-a₂)…(x-an)或者y=(x-a₁)(x-a₂)…(x-an)/(x-b₁)(x-b₂)…(x-bn)的函数,可以两边同时取自然对数,从而将问题转化为求代数和的形式。③对于无理函数或者形如y=x的x次方的函数,可以取自然对数后再变形为y=lnx,对两边求导后可得y/y=lnx+x*1/x=>y’=ylnx+y=>y’=x的x次方lnx+x的x次方。