师:同学们好,欢迎来到数学课堂。这节课我们一起复习导数的概念及导数的几何意义,我将通过两个问题和大家深入探讨。请带着你们的导数知识,跟我一起进入课堂。
第一个问题,若 s 表示某物体的运动路程,t 为运动时间,s 和 t 的函数关系式为(s = t^{2}),(s^\prime|{t = 1})的实际意义是什么?如何用定义计算(s^\prime|{t = 1})?
我们先看(s^\prime|_{t = 1})的实际意义。在物理学中,路程关于时间的函数导数是瞬时速度,所以它表示该物体在(t = 1)秒末的瞬时速度。
接着看如何用定义计算(s^\prime|{t = 1})。回顾用定义求函数在某点处导数的步骤,分为三步:
第一步做差,求(\Delta s=(1 + \Delta t)^{2}-1^{2}),化简后得到(\Delta s = \Delta t^{2}+2\Delta t)。
第二步作比,求平均变化率(\frac{\Delta s}{\Delta t}),化简后为(\Delta t + 2)。
第三步取极限,(s^\prime|{t = 1}=\lim\limits_{\Delta t \to 0}(\Delta t + 2)),结果是(2)。这三个步骤大家要掌握好。
在这个问题基础上,我们继续思考三个新问题:
思考一,把(s = t^{2})视为常用函数(f(x)=x^{2}),已知(y = f(x))在(x = 1)处的导数(f^\prime(1)=2),(f^\prime(1))的几何意义是什么?
思考二,求函数(f(x)=x^{2})在点((1,1))处的切线方程。
思考三,求函数(f(x)=x^{2})过点((\frac{5}{2},6))的切线方程。大家思考一下,我们马上逐一解决。
先看第一个问题,(f^\prime(1))的几何意义。画出图像可知,它表示函数对应的图像在该点处切线的斜率,即(f^\prime(1))为曲线(f(x)=x^{2})在(x = 1)处切线的斜率。
再看思考二,求函数在点((1,1))处切线方程。回顾利用导数的几何意义求函数切线方程的步骤:
第一步,求函数(y = f(x))在点(x_0)处的导数。本题中(f^\prime(1)=2),即斜率(k = f^\prime(1)=2)。
第二步,根据点斜式方程(y - y_0 = f^\prime(x_0)(x - x_0)),这里(x_0 = 1),(y_0 = 1),斜率(k = 2),则直线方程为(y - 1 = 2(x - 1)),整理得(y = 2x - 1)。
来看思考三,求函数(f(x)=x^{2})过点((\frac{5}{2},6))的切线方程。有同学可能会像前面一样,直接求(f^\prime(\frac{5}{2}))作为斜率,然后根据点斜式方程得到结果,这样对吗?不对。为什么呢?因为((\frac{5}{2},6))这个点不在曲线(f(x)=x^{2})上,肯定不是切点。这种情况下,我们通常先设出切点。
设该切线过抛物线上的切点坐标为((x_0,x_0^{2})),求斜率(k = f^\prime(x_0)),用定义处理(过程略),计算结果是(2x_0),所以切线斜率为(2x_0)。由点斜式方程可得(y - x_0^{2}=2x_0(x - x_0))。此时(x_0)是设的,需要求出来。因为切线过点((\frac{5}{2},6)),将其代入切线方程,整理后得到关于(x_0)的一元二次方程,不难解得(x_0 = 2)或者(x_0 = 3)。这样就得到两个切点((2,4))和((3,9)),从而得到切线方程为(y = 4x - 4)或者(y = 6x - 9)。这里正确解法得到两条切线方程,而错误解法只有一条。通过图像可以直观看到,类似问题要注意点是否在曲线上,如果不在,要设出切点,借助函数关系式(f(x_0))。
通过问题一,我们复习了导数相关知识,提到导数的物理意义、几何意义,学会求函数在某点处切线方程以及过某点处切线方程,注意“在”和“过”的区别,“在”说明该点一定是切点,“过”则该点不一定是切点。
