导数在高中数学函数中的应用

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  摘 要:导数是高中数学的重要组成部分,在我们学习函数时,也需要利用导数求解函数问题。本文将结合个人的学习经历及认识,探讨导数知识在高中数学函数中的重要性,在此基础上,研究导数知识在高中数学函数中的具体应用,包括应用导数知识判断函数单调性、应用导数知识求解函数值域或最值问题、应用导数知识求解函数极值等。
  关键词:导数;高中数学;函数;应用方法
  导数是研究函数局部性质的重要方法,代表函数曲线上某一点的变化率,在研究函数问题时,经常需要使用导数知识。因此,在平时的学习过程中,我们需要充分认识函数与导数的关系,在扎实掌握导数知识的基础上,善于对其进行灵活应用,从而使许多函数问题能够迎刃而解。在平时的学习和做题过程中,也需要不断积累经验,从而掌握导数知识在函数中的应用方法。
  一、导数知识在高中数学函数学习中的重要性
  导数又称导函数,是一种特殊的函数类型,从其定义和引出过程中,都可以看到函数思想。在高中数学学习阶段,导数知识的学习为我们解决不等式、切线、数列等问题提供了新的方法和途径。近几年来,导数知识在函数中的应用,也是高考试题的重点考察对象。无论从哪个角度来看,导数知识都在高中数学函数学习中占有重要地位。首先,导数是判断函数单调性的重要方法,适用性较高,可以反映出函数某点附近的变化规律,将函数问题化繁为简。其次,導数定义中引入了变化比值极限的概念,是函数解题的重要思想,对其进行深刻理解,可以帮助我们打破思维局限性。再次,导数求导法则可应用在两函数乘积导函数、商的导函数和复合函数导函数等各个方面,能够化简大多数函数问题,是我们必须要掌握的解题方法。因此,必须提高对导数知识学习的重视,并掌握导数在函数解题中的应用方法。
  二、导数知识在高中函数中的具体应用策略
  (一)应用导数知识判断函数单调性
  如上所述,利用导数判断函数的单调性,是导数知识在函数中的一个重要应用方向。以例1为例:求函数f(x)=x3+3/x的单调区间。可利用导数概念,确定函数的定义域,即(-∞,0)∪(0,+∞)。然后对题目中的函数进行求导,即f’(x)=3x2-3/x2=3(x2+1)(x+1)(x-1)/x2,若导数大于零,则x的取值范围为大于1或小于-1。如果导数小于零,则x取值范围为大于-1小于0或大于0小于1。那么函数的递增区间为(-∞,1)∪(1,+∞),递减区间为(-1,0)∪(0,1)。从例1的解题过程中可以看出,采用导数解题方法,不需要进行传统方法下的f(x1)-f(x2)的正负性判断,而是直接对函数进行求导,确定递增和递减区间,确定函数定义域,再进行求导。
  (二)应用导数知识求解函数值域或最值
  在高中函数问题中,经常会遇到函数值域或最值求解问题,这也是高考中常出现的一类题型。在此方面,也可以利用导数的知识进行求解,而且解题过程较为简单。同样以一道例题进行说明,例2:试求函数y=(4x+3)/(x2+1)的值域。在此类问题中,通常采用判别式方法进行求解,首先将其转为为yx2-4x+y-3=0,然后分为两种情况进行讨论,即y=0和y≠0的情况,如果未进行分类讨论,则会得出错误答案。利用导数知识进行求解,首先确定原函数的定义域,由于x2+1恒大于0,因此函数定义域为(-∞,+∞)。进而可以对函数进行直接求导,得到y’=[-2(x+2)(2x-1)]/(x2+1)2,令y’=0,可以得出x=-2,或x=1/2。当x=-2时,y取得极小值,为-1,当x=1/2时,y取得最大值,为4.然后根据[limx→∞f(x)=limx→∞4x+3x2+1=0],确定函数值域为[-1,4]。
  上述题目解析过程中可以看出,由于导数知识的应用,使原题目中函数的值域求解问题转化为导数计算问题,并通过判断出函数的单调性,确定其值域范围。这是由于函数在闭区间可导,可以方便的求取其在闭区间内的最值。合理运用这一性质,可以有效简化函数值域问题的求解范围,利用其解决更多函数问题。
  (三)应用导数知识求解函数极值
  利用导数知识求解函数极值,是导数概念以及极限值思想应用的集中体现,对我们的函数思想有重要的提升作用。应注重导数思想在函数极值求解问题的应用,明确其应用步骤,并对可能出现错误的地方加以注意。利用导数求解函数极值的关键步骤包括求出函数的导数f’(x),然后求解f’(x)=0的根,再根据方程根的左右值符号,确定函数的极大值或极小值。下面以例3为例进行说明:求解函数f(x)=1/3x3-4x+4的极值。在对这道题目进行求解时,根据上述流程,可对题目中的函数进行求导,其导数f’(x)=x2-4=(x-2)(x+2),然后令f’(x)=0,可以较为容易的求出根值为2和-2。再通过对x变化时的导数变化及函数变化进行分析,确定x=-2时函数f(x)取得最大值,为28/3,x=2时函数f(x)取得最小值,为-4/3。与传统方法下的函数极值求解过程相比,这种方法步骤较少,而且过程计算简单,不容易出错。因此,积极利用导数方法对函数问题进行求解,不仅可以提高我们的函数解题速度,还有利于提升函数解题准确率。在我们平时的学习过程中,应关注于导数在函数解题过程中的应用,并熟练掌握其应用方法。
  三、结束语
  综上所述,导数知识在高中数学函数求解过程中的应用,不仅可以使函数问题得到解决,而且过程简单,可以缩短解题时间,从而让我们在考试中节省更多时间去做其他题目或进行检查。通过对导数在函数中的应用方法进行总结和分析,可以更加明确导数知识在函数中的应用思路,同时找到容易出现错误的地方,在实际应用中提高警惕,提升函数问题的解题准确率。
  参考文献
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  [2]韩红梅.高中数学课程价值取向及导数在函数中的应用[J].考试周刊,2013(84):57.
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