师:同学们好,欢迎来到数学课堂。请大家拿出课本和草稿本,进入今天的学习。上节课我们学习了5种常见函数的导数公式,通过导函数的定义,也就是函数变化率的极限值,推导出了它们的导数。我们一起来回顾一下。第一个,y = c,这是常数函数,它的导数为0。第二个,y = x,导数是1。第三个,y = x2,导数是2x。第四个,y = 1/x,导数是 -1/x2。第五个,y = √x,导数是1/(2√x)。根据这些导函数,我们能方便地分析函数在各点处的导数情况。由此可见,导函数对研究函数性质非常重要。但这些只是常见函数,像y = x3这样的幂函数、y = 3?这样的指数函数、y = log?x这样的对数函数,它们的导函数怎么求呢?同学们想想,如果仍用导函数定义去求,这些函数相对复杂,变化率的计算也更复杂,还要求极限值,而同学们还没系统学习极限知识,所以用定义求导比较困难。仅靠之前学的5个常见函数导数公式是不够的。本节课我们就来学习基本初等函数的导数公式以及运算法则。请同学们把课本翻到第14页,课本上直接给出了8个基本初等函数的导数公式,大家先认真看一看。
师:好,同学们,我们看黑板,一起来分析这些公式。第一个,f(x) = c,c是常数,这是常数函数,导数为0,上节课我们已经分析过了。第二个,f(x) = x?,?是非零有理数,这是幂函数,它的导数等于?乘以x的? - 1次方。大家有没有发现,上节课学的5个常见函数,第一个是这里的常数函数,后面四个都是它的特例。我们来验证一下。x的导数,即x1的导数,当? = 1时,1乘以x的1 - 1次方,也就是x?,结果为1。x2的导数,当? = 2时,2乘以x的2 - 1次方,就是2x。1/x的导数,即x?1的导数, - 1乘以x的 - 1 - 1次方,是 - x?2,也就是 - 1/x2。√x的导数,即x^(1/2)的导数,当? = 1/2时,1/2乘以x的1/2 - 1次方,就是x^(-1/2),结果为1/(2√x)。这样就用幂函数导数公式验证了上节课几个常见函数的导函数。
师:好,下面继续看。第三个,f(x) = sinx,这是正弦函数,它的导数等于cosx,即sinx的导数是cosx。第四个,f(x) = cosx,它的导函数是 - sinx,也就是余弦函数的导函数是正弦函数的相反数。再看第五个,f(x) = a?,这是指数函数,它的导函数等于a?乘以lna,同学们要记好。第六个,f(x) = e?,这是以e为底的指数函数,显然是第五个的特例。当a = e时,代入第五个公式,因为lne = 1,所以它的导函数就等于e?,即e?的导函数还是它本身。同学们,以后会发现这个函数很好记。
师:我们再看第7个,f(x) = log?x,这是对数函数,它的导数是1/(x·lna),这个难记一点,同学们要特别记好。第八个,f(x) = lnx,这是自然对数,是第7个的特例。当a = e代入后,分母就是x,所以它的导函数就是1/x,即lnx的导数是1/x,而1/x的导数是 - 1/x2,同学们不要搞混了。这样我们就给出了8个基本初等函数的导数公式,这些公式都能用定义证明,但这里不做要求,同学们记住并会用就行。好,下面请大家动手求一下刚才提到的几个函数的导函数。
师:好,我们来看第一个,x3,这是幂函数,用公式2求导,3乘以x的3 - 1次方,结果是3x2。第二个,3?,是指数函数,用公式5,它的导函数等于3?乘以ln3。第三个,log?x,用公式7,导函数是1/(x·ln3)。同学们,求出来了吗?这些公式看起来有点多,为方便大家记忆,我们把这8个导数公式分成几类。第一类是公式1和公式2,分别是常数函数和幂函数;第二类是公式3和公式4,都是三角函数;第三类是公式5和公式6,是指数函数;第四类是公式7和公式8,是对数函数,这样记起来就方便多了。好,下面我们来看一个跟导数有关的实际问题。假设某国家在20年期间年均通货膨胀率为5%,物价p与时间t的函数关系为p(t) = p?·(1 + 5%)?,其中p?为t = 0时的物价。假定某种商品p? = 1,那么在第十个年头,这种商品价格上涨的速度大约是多少?同学们,我们要先理解第十个年头商品价格上涨速度的数学含义,它实际上就是这个函数在t = 10时的导数值,也就是导函数在t = 10时的取值。下面我们来求它的导函数。
师:当p? = 1时,函数解析式是1.05?,这是指数函数,根据指数函数导数公式,它的导函数等于1.05?乘以ln1.05。再把t = 10代入,用计算器可得其值约为0.08。也就是说,第十个年头,这种商品价格约以0.08元/年的速度上涨。好了,下面我们把例题修改一下。
师:如果上述商品p? = 5,那么在第十个年头,这种商品价格上涨的速度大约又是多少?显然,我们还是要求出它的导函数。当p? = 5时,函数变为5×1.05?。同学们想一想,还能用导数公式直接求导吗?不行,为什么呢?因为此时它不再是指数函数,而是指数型函数,没有现成公式求导。那怎么办呢?我们可以把这个函数看作两个函数乘积的形式,一个是f(t) = 5,一个是g(t) = 1.05?。要求p关于t的导数,就可以求f(t) = 5与g(t) = 1.05?乘积的导数。下面我们来探讨如何求两个函数乘积的导函数,这就要用到导数的运算法则。请同学们把课本翻到第15页,看一下给出的导数运算法则。
师:好,同学们,看大屏幕,下面的导数运算法则能帮助我们解决两个函数加减乘除的求导问题。我们一起来分析。第一个,[f(x) ± g(x)]' = f'(x) ± g'(x),这是两个函数加减的导数法则。注意,左边是两个函数相加的导数,右边就是这两个导函数之和;左边是两个函数相减的导数,右边就是这两个导函数之差。我们再看第二个,[f(x)·g(x)]' = f'(x)·g(x) + f(x)·g'(x),这个复杂一点,不是简单的f'(x)·g'(x),要记好,是第一个函数的导数乘以第二个函数,再加第一个函数乘以第二个函数的导数。大家可以这样记,结果是两个乘积之和,每个乘积一个是函数的导数,一个是原函数。当然,对谁先求导没关系,因为是和的形式,也可以是f(x)·g'(x) + f'(x)·g(x)。
