Нахождение производной в точке по наклону касательной: примеры и объяснения для 11 класса
Пошаговый разбор. Важно различать значение функции, значение производной и угол наклона касательной. Геометрическая производная — это изменение вертикальной координаты на единицу изменения горизонтальной координаты вдоль касательной. Если вам даны две точки исходного криволинейного графика, их наклон задаёт секущую и не обязательно совпадает с производной.
Содержание статьи6 разделов
Два способа найти производную по касательной
Если f дифференцируема при x₀, то f′(x₀) равна угловому коэффициенту касательной в точке (x₀; f(x₀)). По двум любым различным точкам самой касательной A(x₁; y₁), B(x₂; y₂) получаем k = (y₂ − y₁)/(x₂ − x₁), если x₂ ≠ x₁. По углу наклона α к положительному направлению оси Ox: k = tg α, если касательная не вертикальна. Угол наклона прямой выбирается между 0° и 180°.
Пример 1. Касательная при x₀ = 2 проходит через (1; 3) и (5; 11). Её наклон равен (11 − 3)/(5 − 1) = 2; значит f′(2) = 2. Обратите внимание: 2 здесь не обязательно является ни f(2), ни значением x в точках, выбранных на касательной.
Пример 2. Касательная при x₀ = −1 образует с Ox угол 135°. Тогда f′(−1) = tg 135° = −1: график функции в этой точке идёт вниз при движении вправо.
Пример 3. Горизонтальная касательная имеет k = 0 и f′(x₀) = 0. Вертикальная прямая не является графиком y = kx + b ни при каком конечном k; у обычной дифференцируемой функции конечная производная в такой точке отсутствует. Но f′(x₀) = 0 не гарантирует локальный экстремум.
Практика с подсказками: два набора точек
В номерах 1–6 вычислите Δy и Δx, затем разделите. В номерах 7–12 заранее предскажите знак по расположению точек (справа выше/ниже), а после проверьте дробью. Все пары относятся к одной и той же касательной в соответствующей задаче.
- При x₀ = 2 касательная проходит через A(-2; 3) и B(4; 15). Найдите f′(x₀), покажите вычисление Δy/Δx и назовите направление наклона касательной.
- При x₀ = −1 касательная проходит через A(-3; 8) и B(1; 0). Найдите f′(x₀), покажите вычисление Δy/Δx и назовите направление наклона касательной.
- При x₀ = 0 касательная проходит через A(0; -4) и B(5; -4). Найдите f′(x₀), покажите вычисление Δy/Δx и назовите направление наклона касательной.
- При x₀ = 3 касательная проходит через A(-1; 7) и B(3; 5). Найдите f′(x₀), покажите вычисление Δy/Δx и назовите направление наклона касательной.
- При x₀ = −2 касательная проходит через A(2; 3) и B(6; 4). Найдите f′(x₀), покажите вычисление Δy/Δx и назовите направление наклона касательной.
- При x₀ = 4 касательная проходит через A(-2; -1) и B(2; 4). Найдите f′(x₀), покажите вычисление Δy/Δx и назовите направление наклона касательной.
- При x₀ = 1 касательная проходит через A(-4; 6) и B(2; -3). Найдите f′(x₀), покажите вычисление Δy/Δx и назовите направление наклона касательной.
- При x₀ = −3 касательная проходит через A(3; -2) и B(7; 1). Найдите f′(x₀), покажите вычисление Δy/Δx и назовите направление наклона касательной.
- При x₀ = 5 касательная проходит через A(-1; 0) и B(5; -12). Найдите f′(x₀), покажите вычисление Δy/Δx и назовите направление наклона касательной.
- При x₀ = 2 касательная проходит через A(0; 5) и B(8; 3). Найдите f′(x₀), покажите вычисление Δy/Δx и назовите направление наклона касательной.
- При x₀ = −4 касательная проходит через A(-5; -2) и B(1; 7). Найдите f′(x₀), покажите вычисление Δy/Δx и назовите направление наклона касательной.
- При x₀ = 6 касательная проходит через A(-2; 9) и B(4; 6). Найдите f′(x₀), покажите вычисление Δy/Δx и назовите направление наклона касательной.
Угол наклона, неверные выводы и особые случаи
- При x₀ = 1 угол наклона касательной равен 45°. Найдите f′(1).
- В точке x₀ = 7 касательная образует с положительной осью Ox угол 135°. Найдите f′(7).
- В точке x₀ = 0 касательная горизонтальна. Чему равна f′(0)?
- В описании касательная при x₀ = 2 вертикальна. Может ли f′(2) быть равна 0?
- При x₀ = −2 угол касательной 0°. Сравните f′(−2) и 1.
- Касательная проходит через точки (−2; 1) и (4; 1). Ученик написал f′(x₀) = 1. Исправьте ошибку.
Ответы: вычисления по шагам
| № | Производная | Проверка по Δy/Δx |
|---|---|---|
| 1 | 2 | (15 − (3))/(4 − (-2)) = 2; наклон вверх. |
| 2 | -2 | (0 − (8))/(1 − (-3)) = -2; наклон вниз. |
| 3 | 0 | (-4 − (-4))/(5 − (0)) = 0; наклон горизонтальный. |
| 4 | -1/2 | (5 − (7))/(3 − (-1)) = -1/2; наклон вниз. |
| 5 | 1/4 | (4 − (3))/(6 − (2)) = 1/4; наклон вверх. |
| 6 | 5/4 | (4 − (-1))/(2 − (-2)) = 5/4; наклон вверх. |
| 7 | -3/2 | (-3 − (6))/(2 − (-4)) = -3/2; наклон вниз. |
| 8 | 3/4 | (1 − (-2))/(7 − (3)) = 3/4; наклон вверх. |
| 9 | -2 | (-12 − (0))/(5 − (-1)) = -2; наклон вниз. |
| 10 | -1/4 | (3 − (5))/(8 − (0)) = -1/4; наклон вниз. |
| 11 | 3/2 | (7 − (-2))/(1 − (-5)) = 3/2; наклон вверх. |
| 12 | -1/2 | (6 − (9))/(4 − (-2)) = -1/2; наклон вниз. |
Задания 13–18
| № | Ответ | Пояснение |
|---|---|---|
| 13 | 1 | tg 45° = 1. |
| 14 | −1 | tg 135° = −1; знак отрицателен. |
| 15 | 0 | У горизонтальной прямой Δy = 0 при любом ненулевом Δx. |
| 16 | Нет конечной производной | Вертикальный наклон не равен нулю: отношение Δy/Δx не задаёт конечное число. |
| 17 | 0 < 1 | tg 0° = 0. |
| 18 | 0 | Он принял ординату точки за наклон: (1 − 1)/(4 − (−2)) = 0. |
Как сравнить два метода
При известных координатах двух точек прямой надёжнее использовать k = Δy/Δx: метод работает и для дробных коэффициентов. При заданном угле α удобно использовать tg α, но нельзя подменять этим отношением косинус или синус. В обоих методах перед записью ответа убедитесь, что речь идёт о касательной к функции именно при указанном x₀, а не о произвольной секущей.
Самопроверка: положительное значение означает локальный подъём графика при движении вправо; отрицательное — спад; нулевое — горизонтальную касательную. Сам по себе знак производной не сообщает, положительно или отрицательно значение f(x₀). Для вертикальной прямой вывод «бесконечная производная» не является конечным действительным числом.
Сохраните материал или отправьте тому, кому он пригодится.
