Продолжение задач на производные для первой части ЕГЭ.
Геометрический смысл производной и ее применения для исследования функций.
Геометрический смысл производной
Про геометрический смысл написано много теории. Не буду вдаваться в вывод приращения функции, напомню основное для выполнения заданий:
Производная в точке x равна угловому коэффициенту касательной к графику функции y = f(x) в этой точке, то есть это тангенс угла наклона к оси Х.
Возьмем сразу задание из ЕГЭ и начнем в нем разбираться:
Задание №1. На рисунке изображены график функции y = f(x) и касательная к нему в точке с абсциссой x0. Найдите значение производной функции f(x) в точке x0.
Кто очень торопится и не хочет разбираться в объяснениях: стройте до любого такого треугольника (как показано ниже) и делите стоячую сторону (вертикальную) на лежащую (горизонтальную) и будет вам счастье, если про знак не забудите (если прямая убывает(→↓), то ответ должен быть с минусом, если прямая возрастает(→↑), то ответ должен быть положительный!)
Найти нужно угол между касательной и осью Х, назовем его α: проведем параллельную оси Х прямую в любом месте через касательную к графику, получим тот же угол.
Лучше не брать точку х0, т.к. понадобится большая лупа для определения точных координат.
Взяв любой прямоугольный треугольник (на рисунке предложено 3 варианта), найдем tgα (углы, то равны, как соответственные), т.е. получим производную функции f(x) в точке x0. Почему же так?
Если мы проведем касательные в других точках x2, x1 и т.д. касательные будут другие.
Вернемся к 7 классу, чтобы построить прямую!
Уравнение прямой задается уравнением y = kx + b, где
k — наклон относительно оси Х.
b — расстояние между точкой пересечения с осью Y и началом координат.
Производная прямой, всегда одна и та же: y' = k.
В какой бы точке на прямой мы не взяли производную, она будет неизменна.
Поэтому, осталось только найти tgα (как было сказано выше: делим стоячую сторону на лежачую). Делим противолежащий катет на прилежащий, получаем, что k = 0,5. Однако, если график убывает, коэффициент отрицательный: k = −0,5.
Советую себя проверять вторым способом:
По двум точкам можно задать прямую. Найдем координаты двух любых точек. Например, (-2;-2) и (2;-4):
Подставим в уравнение y = kx + b вместо y и х координаты точек:
−2 = −2k + b
−4 = 2k + b
Решив эту систему, получим b = −3, k = −0,5
Вывод: Второй способ дольше, но в нем вы не забудете про знак.
Ответ: −0,5
Задание №2. На рисунке изображён график производной функции f(x). На оси абсцисс отмечены восемь точек: x1, x2, x3, ..., x8. Сколько из этих точек лежит на промежутках возрастания функции f(x) ?
Если график функции убывает — производная отрицательна (верно и наоборот).
Если график функции возрастает — производная положительна (верно и наоборот).
Эти две фразы помогут вам решить большую часть задач.
Внимательно смотрите, рисунок производной вам дан или функции, а дальше выбирайте одну из двух фраз.
Построим схематично график функции. Т.к. нам дан график производной, то там, где она отрицательна, график функции убывает, где положительна — возрастает!
Получается, что 3 точки лежат на участках возрастания: x4; x5; x6.
Ответ: 3
Задание №3. Функция f(x) определена на промежутке (-6; 4). На рисунке изображен график ее производной. Найдите абсциссу точки, в которой функция принимает наибольшее значение.
Советую всегда строить, как идет график функции, такими стрелочками или схематично со знаками (как в №4 и №5):
Очевидно, если график возрастает до −2, то максимальная точка и есть −2.
Ответ: −2
Задача №4. На рисунке изображён график функции f(x) и двенадцать точек на оси абсцисс: x1, x2, ..., x12. В скольких из этих точек производная функции отрицательна?
Задача обратная, дан график функции, нужно схематично построить, как будет выглядеть график производной функции, и посчитать, сколько точек будет лежать в отрицательном диапазоне.
Положительные: x1, x6, x7, x12.
Отрицательные: x2, x3, x4, x5, x9, x10, x11.
Ноль: x8.
Ответ: 7
Еще один вид заданий, когда спрашивается про какие-то страшные "экстремумы"? Что это такое вам найти не составит труда, я же поясню для графиков.
Задача №5. На рисунке изображен график производной функции f(x), определенной на интервале (-16; 6). Найдите количество точек экстремума функции f(x) на отрезке [-11; 5].
Отметим промежуток от -11 до 5!
Обратим свои светлые очи на табличку: дан график производной функции => тогда экстремумы это точки пересечения с осью X.
Ответ: 3
Задача №6. На рисунке изображен график производной функции f(x), определенной на интервале (-13; 9). Найдите количество точек максимума функции f(x) на отрезке [-12; 5].
Отметим промежуток от -12 до 5!
Можно одним глазом взглянуть в табличку, точка максимума - это экстремум, такой, что до него производная положительна (функция возрастает), а после него производная отрицательна (функция убывает). Такие точки обведены в кружочек.
Стрелочками показано, как ведет себя график функции
Ответ: 3
Задача №7. На рисунке изображен график функции f(x),определенной на интервале (-7; 5). Найдите количество точек, в которых производная функции f(x) равна 0.
Можно посмотреть на выше приведенную табличку (производная равна нулю, значит это точки экстремума). А в даной задаче дан график функции, значит требуется найти количество точек перегиба!
А можно, как обычно: строим схематический график производной.
Производная равна нулю, когда график функций меняет свое направление (с возрастания на убывание и наоборот)
Ответ: 8
Задача №8. На рисунке изображен график производной функции f(x), определенной на интервале (-2; 10). Найдите промежутки возрастания функции f(x). В ответе укажите сумму целых точек, входящих в эти промежутки.
Построим схематично график функции:
Там, где он возрастает, получаем 4 целые точки: 4 + 5 + 6 + 7 = 22.
Ответ: 22
Задача №9. На рисунке изображен график производной функции f(x), определенной на интервале (-6; 6). Найдите количество точек f(x), в которых касательная к графику функции параллельна прямой y = 2x + 13 или совпадает с ней.
Нам дан график производной! Значит, и нашу касательную нужно «перевести» в производную.
Производная касательной: y' = 2.
А теперь построим обе производные:
Касательные пересекаются в трех точках, значит, наш ответ 3.
Ответ: 3
Задача №10. На рисунке изображен график функции f(x), и отмечены точки -2, 1, 2, 3. В какой из этих точек значение производной наименьшее? В ответе укажите эту точку.
Задание чем-то похоже на первое: чтобы найти значение производной, нужно построить касательную к этому графику в точке и найти коэффициент k.
Если прямая убывает, k < 0.
Если прямая возрастает, k > 0.
Подумаем, как значение коэффициента отразится на наклоне прямой:
При k = 1 или k = −1 график будет посередине между осями Х и У.
Чем ближе прямая к оси Х, тем ближе коэффициент k нулю.
Чем ближе прямая к оси Y, тем ближе коэффициент k к бесконечности.
В точке -2 и 1 k<0, однако в точке 1 прямая убывает "быстрее" больше похоже на ось Y => именно там и будет наименьшее значение производной
Ответ: 1
Задание №11. Прямая является касательной y = 3x + 9 к графику функции y = x³ + x² + 2x + 8. Найдите абсциссу точки касания.
Прямая будет касательной к графику, когда графики имеют общую точку, как и их производные. Приравняем уравнения графиков и их производные:
Решив второе уравнение, получаем 2 точки. Чтобы проверить, какая из них подходит, подставляем в первое уравнение каждый из иксов. Подойдет только один.
Кубическое уравнение совсем решать не хочется, а квадратное за милую душу.
Вот только, что записывать в ответ, если получится два "нормальных" ответа?
При подстановке икса (х) в первоначальные графики y = 3x + 9 и y = x³ + x² + 2x + 8 должен получиться один и тот же Y
y= 3×1+9=12
y= 1³+1²+2×1+8=12
Верно! Значит x=1 и будет ответом
Ответ: 1Задание №12. Прямая y = − 5x − 6 является касательной к графику функции ax² + 5x − 5. Найдите a.
Аналогично приравняем функции и их проивзодные:
Решим эту систему относительно переменных a и x:
Ответ: 25
Задание с производными считается одним из самых сложных в первой части ЕГЭ, однако, при небольшой доли внимательности и понимания вопроса у вас все получится, и вы поднимете процент выполнения этого задания!
Будь в курсе новых статеек, видео и легкого математического юмора.
Большинство заданий взято с сайтов ФИПИ и РЕШУ ЕГЭ.