第2章 一元微分学(瘦身重写版·合并)

📖 上章回顾:30 秒三问(先闭卷答,再往下看)

遮住下文,先自己做——用一句话回答: ①等价替换"加减法什么时候能直接换"的判据是什么? ②$1^\infty$ 三步通法是哪三步? ③零点定理需要哪两个前提?(闭区间的"闭"字为什么不能少)
对答案(三问)①先换到最简形态看主项(最低阶项)是否抵消:不抵消放心换,抵消必升阶;②写成 $(1+\alpha)^v$ → 凑 $(1+\alpha)^{1/\alpha}$ → 答案 $e^{\lim\alpha v}$;③闭区间+连续+两端异号;开区间端点是悬崖,函数可以逼近悬崖时飘走($\frac{1}{x}$ 在 $(0,1)$ 无界)。

第1章还开了三张欠条,其中两张——"那组展开式为什么可靠"与"导数版求极限武器"——本章 §3 兑付;第三张(和式极限)第3章兑付。

🗺 本章地图:学什么 / 为什么学 / 学完会什么 / 可跳过什么

为什么学:第1章学会了"看清一个量奔向哪",本章回答更锋利的问题——它跑多快?跑的方向在哪儿变?导数是数三的绝对心脏:卷面上直接考求导与导数应用的分数常年过半,而积分(第3章)、微分方程(第4章)、多元(第5章)全建立在求导的逆运算或推广上。这一章学不透,后面每章都在沙地上盖楼。

学什么:①导数与微分是什么(概念区);②怎么求(工具箱:16 公式、四则、链式、隐函数/参数/对数三特殊、高阶、分段);③凭什么(费马→罗尔→拉格朗日→柯西四大中值定理+泰勒+洛必达);④干什么用(读函数:单调极值凹凸渐近线图像;经济:边际弹性最优化;证明:不等式与方程根)。

学完会什么:任意初等函数求导不假思索;中值证明题会构造辅助函数;经济应用大题(边际/弹性/最优化)三问全流程拿满;不等式证明会选法。

可跳过什么:柯西定理的独立证明(用链条图理解即可,考试直接用它构造);参数方程二阶导的二次推导(记原理一次就够);曲率(数三不考)。 🗺 配套思维导图页:第2章思维导图(结构版:先看骨架,逐层展开)

§1 导数是什么:从"这一瞬间"说起

1.1 导航软件怎么知道你"现在"的速度

高速上导航报"当前车速 106 km/h"——可是速度=路程÷时间,"这一瞬间"的时间是零,路程也是零,$0\div 0$ 算不出任何数。瞬时速度在字面上根本不存在,它是被"逼"出来的:取一小段时间 $\Delta t$,算平均速度 $\dfrac{\Delta s}{\Delta t}$;让 $\Delta t$ 越取越小,平均速度节节逼近一个稳定的数——这个稳定值就定义为瞬时速度。眼熟吗?这就是第1章的极限:$v_{瞬}=\lim\limits_{\Delta t\to 0}\dfrac{\Delta s}{\Delta t}$〔原理:导数=差商的极限,全章一切皆由此生〕。

1.2 定义式:一个数,和一张表

$f'(x_0)=\lim\limits_{\Delta x\to 0}\dfrac{f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x}$——函数在一点的变化率。左极限存在叫左导数,右极限存在叫右导数;可导 ⇔ 左右导数都存在且相等。

两件事一开始就分清(往届最容易混的第一课):$f'(x_0)$ 是一个数(那一点的瞬时率/切线斜率);把每个 $x$ 的导数值收集成一张表,这张表本身又是 $x$ 的函数——导函数 $f'(x)$。就像车速仪表:某一瞬的读数是数,整段行程的读数记录是函数。左右导数的极限式必须会写:$f'_-(x_0)=\lim\limits_{\Delta x\to 0^-}\dfrac{f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x}$(右侧同理),且极限必须存在且有限才叫可导——$\dfrac{\Delta y}{\Delta x}\to\infty$ 不是"导数为无穷",是不可导(竖直切线)。

xyPQ 滑向 P割线越转越稳极限位置 = 切线
图1-1 割线到切线:第二点 Q 滑向 P,割线的极限位置就是切线——导数的几何出身

几何意义为什么恰是切线斜率〔原理〕:差商 $\dfrac{f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x}$ 正是割线 $PQ$ 的斜率;$\Delta x\to 0$ 时 $Q$ 滑向 $P$,割线的极限位置就是切线——差商的极限=切线斜率,一个式子两副面孔。切线方程 $y-y_0=f'(x_0)(x-x_0)$,法线斜率是它的负倒数(垂直=斜率乘积 $-1$)。

即练:$f(x)=x^2$,用定义求 $f'(3)$,并写曲线在 $(3,9)$ 处的切线与法线方程。
对答案$f'(3)=\lim\limits_{\Delta x\to 0}\dfrac{(3+\Delta x)^2-9}{\Delta x}=\lim(6+\Delta x)=6$。切线:$y-9=6(x-3)$ 即 $y=6x-9$;法线:$y-9=-\dfrac{1}{6}(x-3)$。

1.3 连续、可导、可微:三张身份证的关系

可导 ⇒ 连续〔原理:$\Delta y=\dfrac{\Delta y}{\Delta x}\cdot\Delta x$,前者趋于有限数、后者趋于 0,乘积极限为 0,函数值不跳〕;反过来不成立——连续只是"不断",可导还要"不尖不抖":

xy尖点xy永久抖动
图1-2 连续推不出可导的两个标准反例:|x| 的尖点(左右导数不等)与 x·sin(1/x) 的永久抖动

可微是另一个角度说同一件事:$\Delta y=A\Delta x+o(\Delta x)$($A$ 与 $\Delta x$ 无关)就叫在一点可微。

$dy=f'(x)\,dx$:增量的线性主部。$\Delta y = dy + o(\Delta x)$——用切线的抬升近似真实的增量,误差是比 $\Delta x$ 更快奔向零的零头。
$o(\Delta x)$ 读"小哦":比 $\Delta x$ 更高阶的无穷小,即 $\lim\dfrac{o(\Delta x)}{\Delta x}=0$。本章和第3章的误差估计全靠它说话。
xy切线dyΔxΔyΔy = dy + 零头
图1-3 Δy = dy + 零头:dy 是切线抬升(线性主部),零头比 Δx 消失得更快——这就是微分的定义

可微 ⇔ 可导(一元函数里两个词通用,$A$ 就是 $f'(x_0)$);形式不变性:不管 $u$ 是自变量还是中间变量,$dy=f'(u)\,du$ 都成立〔原理:链式法则保证复合后导数相乘,恰好维持这个记号的形状——它让你"不用问 u 是谁"照写微分〕。微分的实战用途:误差估计与近似计算——$f(x_0+\Delta x)\approx f(x_0)+f'(x_0)\Delta x$(如 $\sqrt{4.02}\approx 2+\dfrac{1}{4}\cdot 0.02=2.005$)。

📌 可导⇒连续,连续⇏可导(|x| 尖点、x·sin(1/x) 抖动);一元:可导⇔可微;$dy=f'dx$ 是线性主部;左右导数都存在且相等才可导;$\Delta y/\Delta x\to\infty$ 是不可导不是"无穷导数"。

§2 求导工具箱:十六个公式与四把钥匙

2.1 十六公式不用死背:三类来历一张表

来历代表(推导示范)同族成员
定义直推$(x^n)'=nx^{n-1}$:$\lim\dfrac{(x+\Delta x)^n-x^n}{\Delta x}$ 二项展开,只剩 $n x^{n-1}$;$(\sin x)'=\cos x$ 用第一个重要极限加化和差$x^n$、$\sin x$、$\cos x$、$\ln x$
第1章极限直接送$(e^x)'=e^x$:$\lim\dfrac{e^{Δx}-1}{Δx}=1$(等价替换)$e^x$、$a^x(=a^x\ln a)$
反函数公式得$(\arcsin x)'=\dfrac{1}{\sqrt{1-x^2}}$:$\dfrac{1}{(\sin y)'}=\dfrac{1}{\cos y}$,$\cos y=\sqrt{1-x^2}$(主值区间取正)$\arcsin$、$\arccos$、$\arctan$、$\arccot$
十六公式速查($C'=0$ 与 $(x^n)'$ 之外十二个)
$(x^n)'=nx^{n-1}$$(\sin x)'=\cos x$$(\cos x)'=-\sin x$$(\tan x)'=\sec^2x$
$(\cot x)'=-\csc^2x$$(\sec x)'=\sec x\tan x$$(\csc x)'=-\csc x\cot x$$(a^x)'=a^x\ln a$
$(e^x)'=e^x$$(\log_ax)'=\dfrac{1}{x\ln a}$$(\ln x)'=\dfrac1x$$(C)'=0$
$(\arcsin x)'=\dfrac{1}{\sqrt{1-x^2}}$$(\arccos x)'=\dfrac{-1}{\sqrt{1-x^2}}$$(\arctan x)'=\dfrac{1}{1+x^2}$$(\arccot x)'=-\dfrac{1}{1+x^2}$

四个反三角的负号与分母是最高频记忆坑:$\arccos$ 带$-$、$\arctan$ 分母是 $1+x^2$、$\arcsin$ 分母带根号——记不住就现场用反函数公式 30 秒重造〔原理:反函数求导 $=\dfrac{1}{\text{原函数在该点的导数}}$,几何=关于 $y=x$ 翻转后斜率取倒数〕,这比背错强。

2.2 四则运算法则:乘法推一遍,除法记口诀

$(uv)'=u'v+uv'$ 可以一步推出来〔原理:给 $u,v$ 同一个 $\Delta x$,$\Delta(uv)=(u+\Delta u)(v+\Delta v)-uv=\Delta u\cdot v+u\cdot\Delta v+\Delta u\Delta v$,末项除以 $\Delta x$ 后是两个无穷小之积→0〕;除法口诀:$\left(\dfrac{u}{v}\right)'=\dfrac{u'v-u v'}{v^2}$——分子=上导乘下减上乘下导,顺序别反(反了符号全错,这是历年最高频的计算丢分点)。

即练:$y=\dfrac{x\sin x}{1+x}$,求 $y'$。
对答案令 $u=x\sin x$($u'=\sin x+x\cos x$),$v=1+x$。$y'=\dfrac{(\sin x+x\cos x)(1+x)-x\sin x}{(1+x)^2}$。(先在草稿上标谁是上谁是下,再套口诀。)

2.3 链式法则:扒洋葱,一层一层求

$[f(g(x))]'=f'(g(x))\cdot g'(x)$——外层导数乘内层导数〔原理:复合的变化率=各段变化率的连乘,$\dfrac{\Delta y}{\Delta x}=\dfrac{\Delta y}{\Delta u}\cdot\dfrac{\Delta u}{\Delta x}$ 取极限〕。操作口诀从外到内扒洋葱:$y=\sin(x^2 e^x)$,外层 $\sin$ 得 $\cos(\Box)$,中层 $x^2e^x$ 用乘法,内层无复合——$\cos(x^2e^x)\cdot(2xe^x+x^2e^x)$。漏乘内层导数是链式第一大错,写一步检查一层。

2.4 三把特殊钥匙:隐函数、参数方程、对数求导

隐函数求导:方程 $F(x,y)=0$ 把 $y$ 藏在式子里,不必解出来——两边对 $x$ 求导,凡遇 $y$ 都当成 $y(x)$ 用链式法则补乘 $y'$,然后解出 $y'$。【例】$x^2+y^2=25$:$2x+2y\,y'=0\Rightarrow y'=-\dfrac{x}{y}$。公式法 $\dfrac{dy}{dx}=-\dfrac{F_x}{F_y}$ 的负号来历就是这一步移项〔原理:不是天上规定的,是"把含 $y'$ 的项移到一边"的机械结果〕。

参数方程:$x=x(t),y=y(t)$,一阶 $\dfrac{dy}{dx}=\dfrac{y'(t)}{x'(t)}$(两个变化率相除〔原理:$\dfrac{\Delta y}{\Delta x}=\dfrac{\Delta y/\Delta t}{\Delta x/\Delta t}$〕)。二阶导为什么"再除一次":$\dfrac{dy}{dx}$ 仍然是 $t$ 的函数,对它再求导要对 $t$ 求,然后再除以 $x'(t)$ 回到 $x$ 的世界:$\dfrac{d^2y}{dx^2}=\dfrac{\dfrac{d}{dt}\left(\dfrac{y'(t)}{x'(t)}\right)}{x'(t)}$——不是新公式,是同一条原理用了两遍〔原理〕。

对数求导法:幂指函数 $u(x)^{v(x)}$ 两边取对数,指数落下来变乘积——"降维打击"。$y=x^{\sin x}$:$\ln y=\sin x\ln x$,两边求导 $\dfrac{y'}{y}=\cos x\ln x+\dfrac{\sin x}{x}$,解出 $y'=x^{\sin x}\left(\cos x\ln x+\dfrac{\sin x}{x}\right)$。适用两种脸:幂指型、多因子乘除开方(取对数后乘除变加减)。

2.5 高阶导数与莱布尼茨公式

高阶导数就是"对导数再求导"。三个常用途径:①直接归纳:$y=\dfrac{1}{x-1}$,$y^{(n)}=\dfrac{(-1)^n n!}{(x-1)^{n+1}}$(求两三阶找规律,数学归纳确认);②拆分后套已知:有理函数先裂项,$\dfrac{1}{x^2-1}=\dfrac{1}{2}\left(\dfrac{1}{x-1}-\dfrac{1}{x+1}\right)$;③莱布尼茨公式($(uv)^{(n)}=\sum C_n^k u^{(k)}v^{(n-k)}$):为什么有组合数〔原理:每求一次导,$u+v$ 各自"挨一刀"或"不挨",$n$ 刀分给两边的方式数正是二项式系数——和 $(a+b)^n$ 展开同一个计数〕。实战里 $v=x^2$ 这类三阶后归零,公式瞬间截断:$f^{(n)}(0)=n!\times$(展开式中 $x^n$ 的系数)。

即练:$y=e^x x^2$,求 $y^{(n)}$ 在 $x=0$ 处的表达式。
对答案$e^x=\sum\dfrac{x^k}{k!}$,乘 $x^2$ 后 $x^n$ 项系数 $=\dfrac{1}{(n-2)!}$($n\ge2$),故 $y^{(n)}(0)=n!\times\dfrac{1}{(n-2)!}=n(n-1)$。(莱布尼茨公式同验:只剩两项 $x^2\cdot e^x$ 的 $n$ 阶导与 $n(n-1)\cdot e^x$ 在 0 处的贡献,结果一致。)

2.6 分段函数求导:分界点必须回到定义(考纲明文,专节讲透)

规则一句话:分界点之外用公式直代,分界点处回到定义求左右导数。为什么不能在分界点直接套公式〔原理:公式求出的只是"该段解析式延拓过来"的导数,而分界点真正的导数要看两侧表达式换班时的行为——只有定义能同时看到两侧〕。【例】$f(x)=\begin{cases}x^2,&x\le 1\\ ax+b,&x>1\end{cases}$ 在 $x=1$ 可导,求 $a,b$。左右导数:$f'_-(1)=2$($x^2$ 段),$f'_+(1)=a$(线性段);可导要求 $a=2$;再要连续(可导⇒连续):$1=2+b$ 得 $b=-1$。先连续后可导是这类题的固定检查顺序。

📌 工具箱总口诀:十六公式认来历;乘除口诀防顺序;链式扒洋葱一层一层;隐函数遇 y 补 y′;参数二阶"再除一次";幂指取对数;分段分界点回定义(先连续后可导)。

§3 中值定理一家:四块基石与两件重炮

3.1 链条:费马 → 罗尔 → 拉格朗日 → 柯西

四条定理不是并列的四件事,是一条推导链——理解链条,四条全免费:

定理内容怎么来的考法
费马引理极值点若可导,则导数为 0极值点两侧函数值都不超过它,差商左右异号,夹逼出极限只能为 0辅助函数的"内芯"
罗尔定理$[a,b]$ 连续、$(a,b)$ 可导、$f(a)=f(b)$ ⇒ 存在 $\xi$ 使 $f'(\xi)=0$闭区间必有最值(第1章定理);最值在内即用费马证明题主力:证"存在 ξ 使 f′(ξ)=0 型"
拉格朗日去掉等高端点条件 ⇒ 存在 $\xi$ 使 $f'(\xi)=\dfrac{f(b)-f(a)}{b-a}$把弦"压平":构造 $F(x)=f(x)-$弦,$F$ 满足罗尔证不等式/双 ξ 题基础
柯西两个函数版本:$\dfrac{f(b)-f(a)}{g(b)-g(a)}=\dfrac{f'(\xi)}{g'(\xi)}$拉格朗日的参数化(把曲线看成参数方程)与拉格朗日配合出"双中值 ξ,η"题
xy水平切线罗尔xy拉格朗日
图3-1 中值定理的几何脸:罗尔(端点等高必有水平切线)与拉格朗日(弦与某条切线平行);柯西是拉格朗日的参数化版

拉格朗日是全家枢纽,改写成 $f(b)-f(a)=f'(\xi)(b-a)$ 最有用:函数的整体改变量被某点的导数代理〔原理:这就是"用局部信息管全局"——中值定理的全部价值在此〕。罗尔三条件缺一不可的反例要备齐:$|x|$ 在 $[-1,1]$(在 0 不可导,端点等高);$f(x)=x$ 于 $[0,1)$ 并补定义 $f(1)=0$(在 1 不连续,且端点等高);$f(x)=x$ 在 $[0,1]$(连续可导但端点不等高)——各差一条都拿不到水平切线。

3.2 辅助函数:从结论倒推,不是灵感

中值证明题的真正考点是构造辅助函数 $F$。别背六大套路表,学倒推法:把要证的结论中 $\xi$ 全部换成 $x$,移项成"$F'(x)=0$ 该成立"的样子,再问"谁的导数是这个式子"——找原函数。三个原型覆盖绝大多数题:

原型结论长相构造
商型出现 $f'(\xi)g(\xi)=f(\xi)g'(\xi)$ 类$F=\dfrac{f}{g}$(商的导数分子恰为该式)
积型出现 $f'(\xi)+\lambda f(\xi)$ 类$F=e^{\lambda x}f(x)$(乘积求导后提取公因式)
差型(对称型)$f'(\xi)=$ 与两端点值组合$F=f(x)-$弦(拉格朗日的构造原样搬)

【例】设 $f$ 在 $[0,1]$ 连续、$(0,1)$ 可导且 $f(0)=f(1)$,证存在 $\xi\in(0,1)$ 使 $f'(\xi)+(2\xi-1)f(\xi)=0$。移项 $f'+(2x-1)f=0$——积型:$F=e^{x^2-x}f(x)$,验 $F(0),F(1)$ 同值(罗尔得手)。套路是倒推的产物,不是背诵的清单〔原理〕。

即练:要证存在 $\xi$ 使 $\xi f'(\xi)+f(\xi)=0$,构造什么?
对答案左边恰是 $(x f(x))'=f+xf'$ 的零头——积型直接取 $F(x)=x f(x)$;在含 0 与另一零点的区间上用罗尔($F(0)=F(那个零点)=0$)。

3.3 多项式模仿术:兑现第1章的欠条①

$f(x)=f(x_0)+f'(x_0)(x-x_0)+\dfrac{f''(x_0)}{2!}(x-x_0)^2+\cdots+\dfrac{f^{(n)}(x_0)}{n!}(x-x_0)^n+R_n(x)$。$x_0=0$ 时叫麦克劳林公式;皮亚诺余项 $R_n=o((x-x_0)^n)$,拉格朗日余项 $R_n=\dfrac{f^{(n+1)}(\xi)}{(n+1)!}(x-x_0)^{n+1}$。

为什么系数长那样、为什么可靠〔原理:这就是"高阶的拉格朗日"〕:想用多项式模仿 $f$,要求在 $x_0$ 处各阶导数全部吻合——$n$ 阶多项式有 $n+1$ 个系数,恰好由"函数值、一阶导、…、$n$ 阶导都相同"这 $n+1$ 个条件锁死,解出来系数必是 $\dfrac{f^{(k)}(x_0)}{k!}$;而拉格朗日余项正是拉格朗日定理对余项函数再用一次的产物($n=0$ 时泰勒退化为拉格朗日本身)。第1章让你背的四个展开式,来历至此兑付。

xyeˣ1+x1+x+x²/2…+x³/6阶数越高贴身越远
图3-2 泰勒逼近 eˣ:一阶/二阶/三阶多项式,阶数越高贴身范围越大——'展开到几阶'的图像含义

展开到几阶——三档决策(考研最高频痛点,规则化):

场景展开到几阶信号词
求极限(分母 $x^m$)展到 $x^m$ 项;分子内部有抵消嫌疑多展一阶"$\frac{0}{0}$ 且等价替换后仍看不清"
求 $f^{(n)}(0)$展到 $x^n$ 项,$f^{(n)}(0)=n!\times$ 系数"求 n 阶导数值"
证明题(证 $f$ 与多项式的大小/高阶联系)按结论需要的阶数展,配拉格朗日余项"存在 ξ / 不等式含高阶导"

常用展开速查($x_0=0$):$e^x=1+x+\dfrac{x^2}{2}+\dfrac{x^3}{6}+\cdots$;$\sin x=x-\dfrac{x^3}{6}+\cdots$;$\cos x=1-\dfrac{x^2}{2}+\dfrac{x^4}{24}\cdots$;$\ln(1+x)=x-\dfrac{x^2}{2}+\dfrac{x^3}{3}\cdots$;$(1+x)^\alpha=1+\alpha x+\dfrac{\alpha(\alpha-1)}{2}x^2\cdots$;$\tan x=x+\dfrac{x^3}{3}+\cdots$(第1章小抄的正式版)。【例】(选点逻辑)证"$e^x\ge 1+x$":把 $e^x$ 在 $0$ 展开(题目哪点信息多在哪个点展),得 $e^x=1+x+\dfrac{e^\xi}{2}x^2\ge 1+x$,一步收官。

3.4 导数版求极限武器:兑现第1章的欠条②

$f,g\to 0$(或都 $\to\infty$)且比值导数比极限存在(或为 ∞)时:$\lim\dfrac{f}{g}=\lim\dfrac{f'}{g'}$。三大条件:①$\frac{0}{0}$ 或 $\frac{\infty}{\infty}$ 型;②可导且 $g'\neq 0$(去心邻域);③右端极限存在或为 ∞。

为什么成立〔原理:柯西中值定理的直接推论——$\dfrac{f(x)-f(a)}{g(x)-g(a)}=\dfrac{f'(\xi)}{g'(\xi)}$,$x\to a$ 时 $\xi$ 被夹着也趋于 $a$〕。五种其他未定式的转化各一行:$0\cdot\infty$ 把一个因子翻下去;$\infty-\infty$ 通分或有理化;$1^\infty/0^0/\infty^0$ 取对数化 $0\cdot\infty$。两个使用纪律:①循环识别——典型如 $\lim\limits_{x\to+\infty}\dfrac{\sqrt{1+x^2}}{x}$:洛一次得 $\dfrac{x}{\sqrt{1+x^2}}$,再洛又回到 $\dfrac{\sqrt{1+x^2}}{1}$——结构绕回自身,洛必达永远出不了圈;停手用初等变形(分子有理化/同除最高次)一步得 1。遇"导不净"就是换工具的信号(抓大头/等价替换);②每导一次都要重新验型——不是 $\frac{0}{0}$、$\frac{\infty}{\infty}$ 就不能导($\lim\dfrac{x+\sin x}{x}$ 导后 $\dfrac{1+\cos x}{1}$ 极限不存在,但原极限=1 存在——条件③不满足时洛必达失效但原极限可能仍在,换别法)。

即练:$\lim\limits_{x\to 0}\dfrac{x-\sin x}{x^3}$ 用洛必达走到底,并与泰勒法对照。
对答案洛:$\dfrac{1-\cos x}{3x^2}\to\dfrac{\sin x}{6x}\to\dfrac{\cos x}{6}=\dfrac{1}{6}$(每步仍是 $\frac{0}{0}$,可继续)。泰勒:$x-\sin x=\dfrac{x^3}{6}+\cdots$,一步出 $\dfrac{1}{6}$——两法对照,泰勒往往更快,洛必达是"不用想展开"的懒人通道。
📌 中值链:费马→罗尔→拉格朗日→柯西(一条推导链);辅助函数=倒推找原函数(商/积/差三原型);泰勒系数=各阶吻合的必然解;洛必达三条件+循环识别+每步验型;展开三档:求极限看分母阶、求 f⁽ⁿ⁾(0) 展到 n、证明题配拉格朗日余项。

§4 用导数读函数:从单调到完整画像

4.1 单调性与极值:一阶导数是方向牌

$f'>0$ 区间上单增、$f'<0$ 单减〔原理:拉格朗日——任取两点,$f(b)-f(a)=f'(\xi)(b-a)$,导数符号直接决定差的符号〕。极值判别两版:第一充分条件(导数过候选点变号:正转负=极大,负转正=极小);第二充分条件($f'(x_0)=0$ 且 $f''(x_0)>0$=极小,$<0$=极大;$f''(x_0)=0$ 时失效退回第一版)。候选点有两类:$f'=0$ 的驻点 和 $f'$ 不存在的尖点——漏第二类是经典丢分。注意"严格单调"与"单调不减"的措辞差($f'\ge 0$ 且等号不连成段仍单增,如 $x^3$)。

xy极大极小一阶·变号xy极小二阶·f″>0
图4-1 极值两大判别:一阶(导数变号:正转负=峰、负转正=谷)与二阶(f″>0=谷)

最值三步:找候选(驻点+不可导点+端点)→ 逐一算值 → 比大小。开区间或无穷区间上还要看趋势(极限/渐近线)才能下"有没有最值"的结论。

4.2 凹凸与拐点:二阶导数是弯向牌

定义从"弦与曲线的位置"出发:任取两点,弦在曲线上方=下凸(国内教材口径叫"凹",$f''>0$;国际口径相反,考试一律按国内〔约定〕)。为什么 $f''>0$ 就弦在上〔原理:$f''>0$ 即 $f'$ 单增,曲线越走越仰,弦连首尾自然被托在上方——把 $f'$ 当新函数套一次单调性判别〕。拐点=凹凸性切换的点:候选是 $f''=0$ 或 $f''$ 不存在的点,确认要看两侧 $f''$ 变号($f''=0$ 不一定是拐点,$x^4$ 在 0 处)。拐点是"点"要写坐标 $(x_0,f(x_0))$,只写 $x$ 值扣分。

xy弦在曲线上方 = 下凸(常规叫"凹")f″>0
图4-2 下凸(国内教材叫'凹')的定义脸:弦在曲线上方 ⇔ f″>0——口径按国内考纲

4.3 渐近线:三条公式都有来历

xy铅直 x=1水平 y=2(左)斜: y=0.28x+1.72(右)
图4-3 三类渐近线一图认全:铅直(分母为零处)、水平(一侧躺平)、斜(两头斜着贴近)
类型求法来历
铅直$\lim\limits_{x\to x_0}f(x)=\infty$ 的 $x_0$(嫌疑:分母零、$\ln$ 真数零、无界点)竖着跑向天
水平$\lim\limits_{x\to\pm\infty}f(x)=C$(两侧分别查)横着躺平
斜 $y=ax+b$$a=\lim\dfrac{f(x)}{x}$,$b=\lim[f(x)-ax]$(两个极限都要存在)$x$ 很大时 $f(x)\approx ax+b$:先除 $x$ 提出斜率,再减去 $ax$ 看剩余是否稳定

斜渐近线的 $a,b$ 公式不是规定〔原理:"$f(x)$ 与 $ax+b$ 之差趋于 0"翻译成极限语言就是这两个式子——同一句话的两次提取〕。同一侧有水平就无斜(互斥);两侧可以各有一条不同渐近线。

即练:$y=\dfrac{x^2+1}{x}$ 的渐近线全套。
对答案铅直:$x=0$(分母零,两侧→±∞);斜:$a=\lim\dfrac{x^2+1}{x\cdot x}=1$,$b=\lim\left(\dfrac{x^2+1}{x}-x\right)=\lim\dfrac{1}{x}=0$,得 $y=x$;无水平(有斜不共存)。

4.4 图像描绘:六步流水线(考纲明文,一步不缺)

  1. 定义域+奇偶周期(先省一半力:偶函数画一半照镜子)
  2. 一阶导:驻点、不可导点、单调区间表
  3. 二阶导:凹凸区间、拐点候选与确认
  4. 渐近线:铅直/水平/斜逐项查
  5. 关键点坐标:与轴交点、极值点、拐点标出来
  6. 连线成图:按单调凹凸趋势连线,渐近线当"轨道"贴着走

【完整示范】$y=\dfrac{x}{x^2-1}$(定义域 $x\neq\pm1$;奇函数画右半);$y'=-\dfrac{x^2+1}{(x^2-1)^2}<0$ 恒成立(单减,无极值);$y''=\dfrac{2x(x^2+3)}{(x^2-1)^3}$:$x>0,>1$ 段 $f''>0$ 下凸、$0<x<1$ 段 $f''<0$ 上凸,拐点 $(0,0)$;铅直 $x=\pm1$、水平 $y=0$;过原点。成图:右半从 $y=0$($x\to+\infty$)爬升穿过原点(凸转凹)后在 $x=1$ 前冲向 $+\infty$——六步全用上,一道题把本节串完。

§5 经济应用:边际、弹性、最优化(数三的招牌菜)

5.1 边际:多造一个单位,成本/收入/利润各动多少

成本函数 $C(q)$ 的导数 $C'(q)=MC$(边际成本);同理边际收入 $MR=R'(q)$、边际利润 $ML=L'(q)$。经济含义:在第 $q$ 个单位处"再多造一个单位"的近似增量($\Delta C\approx C'(q)\cdot 1$,正是微分)。

利润最大化条件 $MR=MC$ 不是背诵结论,一步就推出来〔原理〕:$L(q)=R(q)-C(q)$,$L'=R'-C'=MR-MC$;令 $L'=0$ 即 $MR=MC$;$L''=R''-C''<0$(二阶验证)确认是最大——经济含义:最后一单位的收入恰好抵住成本,再多造一单位就开始亏,少造一单位就少赚。

xyMR=p(价格线)需求曲线MCQ*利润最大点:MR=MC
图5-1 利润最大化:MR=MC 的交点定 Q*——最后一单位的收入恰好等于成本,多造一单位开始亏

5.2 弹性:百分比语言的变化率

$\dfrac{EQ}{EP}=\dfrac{dQ}{dP}\cdot\dfrac{P}{Q}$——自变量变 1%,因变量变百分之几。需求弹性常取负号版 $E_d=-\dfrac{dQ}{dP}\cdot\dfrac{P}{Q}$ 使其读作正数。

负号从哪来〔原理〕:需求律——价格涨需求跌,$\dfrac{dQ}{dP}<0$,弹性天然为负;经济学为了"读起来是正数"人为加了负号(谁也没法改变符号,只能约定读法〔约定〕)。涨价还是降价增收,一栏推导:$R=P\cdot Q(P)$,$\dfrac{dR}{dP}=Q+P\dfrac{dQ}{dP}=Q(1+\dfrac{dQ}{dP}\cdot\dfrac{P}{Q})=Q(1-E_d)$(不带负号版)——所以 $E_d>1$ 时 $\dfrac{dR}{dP}<0$(涨价伤收入→降价增收),$E_d<1$ 时涨价增收,$E_d=1$ 收入对价格不敏感(收入最大的价格恰在此处)〔原理:一阶导符号的翻译,不是口诀〕。

x|Ed|>1 富有弹性降价 → 收入增加|Ed|<1 缺乏弹性涨价 → 收入增加|Ed|=1
图5-2 弹性分区与收入:|Ed|>1 降价增收、|Ed|<1 涨价增收、|Ed|=1 是分水岭(双曲线 |Ed|≡1)
即练:需求 $Q=100-2P$,求 $P=20$ 处需求弹性,并判断涨价能否增收。
对答案$\dfrac{dQ}{dP}=-2$,$E_d=-(-2)\cdot\dfrac{20}{100-40}=\dfrac{40}{60}=\dfrac{2}{3}<1$——缺乏弹性,涨价增收。(顺带:$E_d=1$ 的价格:$2P/(100-2P)=1\Rightarrow P=25$,即收入最大价。与 §5.3 最优化对照验证。)

5.3 经济最优化:建模三步+二阶验证一气呵成

固定套路接第1章建模:设变量→列目标函数(注意代入约束消元)→求导找驻点→二阶验证→答经济问题。【完整例】需求 $q=100-2p$,成本 $C=50+6q$。利润关于价格:$L(p)=p(100-2p)-50-6(100-2p)=-2p^2+112p-650$;$L'=-4p+112=0\Rightarrow p=28$;$L''=-4<0$ 最大;$L(28)=918$。二阶验证一步不能省(一阶只说"驻点",二阶才说"最大")——如果目标函数是价格与销量互相牵制的,务必先代入消元成一个变量再求导。

§6 证明题武器:不等式四法与方程根

6.1 不等式证明:选择树先行

看到什么用什么法模板
"对一切 $x$ 恒成立"+两边可导单调性法移项设 $F$,证 $F(端点)\ge 0$ 且 $F'\ge0$(或分段讨论符号)
式子含 $f''$ 或"下凸"气质(两边取平均与中点比)凹凸法凸不等式 $f\left(\dfrac{a+b}{2}\right)\le\dfrac{f(a)+f(b)}{2}$
含 $f'(\xi)$、"区间内存在"字样中值定理法拉格朗日把差写成 $f'(\xi)(b-a)$ 再放缩
含高阶导/多项式比较/"证明 f≥其泰勒多项式"泰勒法在信息多的点展开,用余项符号定向

选择树的顺序=从上到下试〔原理:单调法最通用先试;凹凸与中值看长相特征;泰勒是高阶信号〕。【例】证 $\sin x\le x$($x\ge0$):设 $F=x-\sin x$,$F'=1-\cos x\ge0$,$F(0)=0$ ⇒ $F\ge0$——单调法一行半收官。

6.2 方程根:存在、唯一、个数三连问

存在:零点定理(第1章)或罗尔(移项后能构造出 $F'$ 结构)。唯一/个数:单调性+分区——把定义域按 $f'$ 符号切成单调段,每段至多一根,段数×每段存在性=根总数。【完整例】讨论 $x^3-3x+1=0$ 的根的个数:$f'=3x^2-3$,驻点 $x=\pm1$;三段单调 $(-\infty,-1)\uparrow,(-1,1)\downarrow,(1,+\infty)\uparrow$;算关键值 $f(-2)=-1<0,f(-1)=3>0,f(1)=-1<0,f(2)=3>0$——每段各有一根,共 3 根。模板:驻点切分区→每段验端点异号→计数。

📌 读函数牌组:一阶=方向(单调/极值,候选含尖点),二阶=弯向(凹凸/拐点,确认看变号),渐近线三查(铅直/水平/斜,斜的水平互斥);经济三件套:边际(=导数),MR=MC(L'=0 推出),弹性(负号=读法约定,$E_d$ 与 1 比大小定涨降价);不等式四法从单调试起;方程根=存在(零点/罗尔)+个数(单调分区计数)。

§7 分层题库(21 题 · 遮住先做 · 答案在后)

动笔前 30 秒:把"读着顺"当成"我懂了"是人人都会踩的圈套——判据只有两条:合上资料写得出;没见过的题做得对。这 21 题遮住答案先做,做错的题写出"错在哪一步"。求导题先问三句:结构是几层复合?有没有特殊脸(幂指/隐/参/分段)?分界点要不要回定义?中值题先问:结论里 $\xi$ 挂在谁的导数上,怎么倒推 $F$?基础 8 / 进阶 8 / 挑战 5,按序做;第二遍打乱做(交错)。

基础(概念与直接计算)

  1. 用定义求 $f(x)=\dfrac{1}{x}$ 在 $x=2$ 处的导数。
  2. $y=x^2 e^x+\sin 2x$,求 $y'$。
  3. $y=\ln(1+\sin^2 x)$,求 $y'$。(三层复合扒洋葱)
  4. $x y=e^{x+y}$,求 $y'$。
  5. $x=t-\sin t,\ y=1-\cos t$,求 $\dfrac{dy}{dx}$ 与 $\dfrac{d^2y}{dx^2}$。
  6. $f(x)=\begin{cases}x^2,&x\le 0\\ ax+b,&x>0\end{cases}$,求使 $f$ 在 $x=0$ 可导的 $a,b$。
  7. 曲线 $y=\ln x$ 上哪一点的切线平行于直线 $y=2x+1$?写出切线方程。
  8. 求 $y=x^3-3x^2+1$ 的单调区间与极值。
基础组答案(对答案前先做完)

B1(考点:定义求导):$f'(2)=\lim\limits_{\Delta x\to0}\dfrac{\frac{1}{2+\Delta x}-\frac12}{\Delta x}=\lim\dfrac{-\Delta x}{\Delta x(4+2\Delta x)}=-\dfrac14$。采分点:通分要干净,负号别丢。

B2(四则+复合):$y'=2xe^x+x^2e^x+2\cos 2x$。

B3(链式三层):$y'=\dfrac{2\sin x\cos x}{1+\sin^2x}=\dfrac{\sin 2x}{1+\sin^2 x}$。

B4(隐函数):两边求导 $y+xy'=e^{x+y}(1+y')$,$(x-e^{x+y})y'=e^{x+y}-y$,$y'=\dfrac{e^{x+y}-y}{x-e^{x+y}}$(可再用原式代 $e^{x+y}=xy$ 化简为 $\dfrac{y(x-1)}{x(1-y)}$)。采分点:乘积的 $xy$ 别忘乘法法则。

B5(参数):一阶 $\dfrac{dy}{dx}=\dfrac{\sin t}{1-\cos t}$;二阶 $\dfrac{d}{dt}\left(\dfrac{\sin t}{1-\cos t}\right)=\dfrac{\cos t(1-\cos t)-\sin t\cdot\sin t}{(1-\cos t)^2}=\dfrac{\cos t-1}{(1-\cos t)^2}$——分子与分母约掉一个 $(1-\cos t)$,得 $-\dfrac{1}{1-\cos t}$;再除 $\dfrac{dx}{dt}=1-\cos t$:$\dfrac{d^2y}{dx^2}=\dfrac{-1}{(1-\cos t)^2}$。采分点:最后"再除一次"必须有。

B6(分段求导):左导 $=0$($x^2$ 段在 0 处导数为 0),右导 $=a$,可导要求 $a=0$;连续要求 $b=0$($f(0)=0$,右极限 $=b$)。$a=b=0$。采分点:先连续后可导两步都写。

B7(切线):$\dfrac{1}{x}=2\Rightarrow x=\dfrac12$,点 $(\tfrac12,-\ln 2)$;切线 $y+\ln 2=2(x-\tfrac12)$ 即 $y=2x-1-\ln 2$。

B8(单调极值):$y'=3x(x-2)$;$(-\infty,0)\uparrow,(0,2)\downarrow,(2,+\infty)\uparrow$;极大 $y(0)=1$,极小 $y(2)=-3$。

进阶(组合与辨析)

  1. $y=(\sin x)^{\ln x}$($x>0$ 且取 $\sin x>0$ 的段),求 $y'$。(对数求导)
  2. 求 $y=\dfrac{1}{x^2-3x+2}$ 的 $y^{(n)}$。(裂项+归纳)
  3. 用莱布尼茨公式求 $y=x^2e^{2x}$ 的 $y^{(n)}$ 与 $y^{(n)}(0)$。
  4. $f(x)=x e^x$,写出 $f^{(n)}(0)$ 并说明与泰勒展开的关系。
  5. 求 $\lim\limits_{x\to0}\dfrac{\cos x-e^{-x^2/2}}{x^4}$。(泰勒定档:分母四阶)
  6. 求 $y=\dfrac{(x+1)^3}{x-1}$ 的渐近线全套。
  7. 设需求 $Q=\dfrac{100}{P}$,求 $P=10$ 处需求价格弹性并判断涨价能否增收;再问收入何时最大。
  8. 证明:当 $x>0$ 时 $\ln(1+x)>\dfrac{x}{1+x}$。(单调法完整书写)
进阶组答案

J1(幂指):$\ln y=\ln x\cdot\ln\sin x$,$\dfrac{y'}{y}=\dfrac{\ln\sin x}{x}+\ln x\cdot\cot x$,$y'=(\sin x)^{\ln x}\left(\dfrac{\ln\sin x}{x}+\ln x\cot x\right)$。

J2(裂项归纳):$\dfrac{1}{(x-1)(x-2)}=\dfrac{1}{x-2}-\dfrac{1}{x-1}$;$\left(\dfrac{1}{x-a}\right)^{(n)}=\dfrac{(-1)^n n!}{(x-a)^{n+1}}$;$y^{(n)}=(-1)^n n!\left[\dfrac{1}{(x-2)^{n+1}}-\dfrac{1}{(x-1)^{n+1}}\right]$。

J3(莱布尼茨):$(x^2)^{(k)}$ 在 $k\ge3$ 归零,$y^{(n)}=x^2\cdot 2^n e^{2x}+n\cdot 2x\cdot 2^{n-1}e^{2x}+\dfrac{n(n-1)}{2}\cdot 2\cdot 2^{n-2}e^{2x}=e^{2x}\left(2^n x^2+2^n n x+2^{n-2}n(n-1)\right)$。令 $x=0$:$y^{(n)}(0)=2^{n-2}n(n-1)$($n\ge2$;$n=1$ 时公式失效,直接算 $y'(0)=0$)。

J4(泰勒与高阶导互查):$xe^x=x+x^2+\dfrac{x^3}{2}+\cdots$,$x^n$ 系数 $\dfrac{1}{(n-1)!}$,故 $f^{(n)}(0)=n!\cdot\dfrac{1}{(n-1)!}=n$。采分点:会双向翻译——展开系数↔高阶导数值。

J5(泰勒定档):分母 $x^4$,展到四阶:$\cos x=1-\dfrac{x^2}{2}+\dfrac{x^4}{24}+\cdots$,$e^{-x^2/2}=1-\dfrac{x^2}{2}+\dfrac{x^4}{8}+\cdots$,分子 $=x^4\left(\dfrac{1}{24}-\dfrac{3}{24}\right)=-\dfrac{x^4}{12}$,极限 $-\dfrac{1}{12}$。(与第1章 §4.4 同题复现且两章答案已核对一致——第1章用表,本章要会"选档"。)

J6(先判次数再看渐近线):铅直:$x=1$(分母为零,两侧冲向无穷)。斜渐近线的前提是"分子比分母高一次"——本题分子三次、分母一次,高两次:多项式除法 $(x+1)^3\div(x-1)=x^2+4x+7$ 余 $8$,即 $f(x)=x^2+4x+7+\dfrac{8}{x-1}$,商是二次多项式(抛物线主体);用公式验:$a=\lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{f(x)}{x}=\infty$ 不存在——无斜渐近线、无水平。采分点:除法商到二次就是"无斜渐近线"的信号;斜渐近线只属于"高一次"的分式。

J7(弹性+收入):$E_d=-\dfrac{dQ}{dP}\cdot\dfrac{P}{Q}=-(-\dfrac{100}{P^2})\cdot\dfrac{P}{100/P}=1$ 恒为 1(双曲线弹性恒 1);$P=10$ 处 $E_d=1$:涨降价都不增收。收入 $R=PQ=100$ 常数——与公式 $\dfrac{dR}{dP}=Q(1-E_d)=0$ 一致。

J8(单调法):设 $F(x)=\ln(1+x)-\dfrac{x}{1+x}$($x>0$),$F(0)=0$;$F'=\dfrac{1}{1+x}-\dfrac{1}{(1+x)^2}=\dfrac{x}{(1+x)^2}>0$,故 $F(x)>F(0)=0$。∎采分点:端点值+导数符号+单调结论三段全。

挑战(综合与构造)

  1. 设 $f$ 在 $[0,1]$ 连续、$(0,1)$ 可导,$f(1)=0$,证明存在 $\xi\in(0,1)$ 使 $f'(\xi)=-\dfrac{f(\xi)}{\xi}$。(积型倒推)
  2. 设 $f$ 在 $[a,b]$ 上二阶可导,证明存在 $\xi$ 使 $f(b)=f(a)+f'(a)(b-a)+\dfrac{f''(\xi)}{2}(b-a)^2$。(泰勒在端点展开)
  3. 讨论方程 $\ln x=ax$($a>0$)的根的个数(按 $a$ 分情况)。
  4. 某垄断厂商需求 $q=90-2p$,成本 $C=300+10q$。求利润最大的价格与产量,并求该价格下的需求弹性,验证它大于 1。(三问全流程)
  5. 完整描绘 $y=\dfrac{x^2}{x-1}$ 的图形(六步流水线逐步写出)。
挑战组答案

T1(积型):结论改写 $\xi f'(\xi)+f(\xi)=0$ 即 $(xf(x))'|_{x=\xi}=0$。取 $F(x)=xf(x)$:$F(0)=0$,$F(1)=1\cdot f(1)=0$,罗尔 ⇒ 存在 $\xi$ 使 $F'(\xi)=0$。∎采分点:认出积型+验两端同值。

T2(泰勒在端点展开):在 $a$ 展开 $f(b)$(信息在 $a$:$f(a),f'(a)$ 已知):$f(b)=f(a)+f'(a)(b-a)+\dfrac{f''(\xi)}{2}(b-a)^2$,$\xi\in(a,b)$——拉格朗日余项即结论。∎采分点:选展开点=已知信息多的点。

T3(方程根+参数):设 $F(x)=\dfrac{\ln x}{x}-a$($x>0$)。$F'=\dfrac{1-\ln x}{x^2}$:$0<x<e$ 增、$x>e$ 减,最大值 $F(e)=\dfrac{1}{e}-a$。①$0<a<\frac1e$:最大值>0,且 $x\to0^+$ 时 $F\to-\infty$、$x\to+\infty$ 时 $F\to-a<0$,两侧各穿过一次:2 根;②$a=\frac1e$:1 根($x=e$ 处相切);③$a>\frac1e$:最大值<0:0 根。采分点:分界值 $1/e$ 两边趋势都要验。

T4(经济三问):$L(p)=p(90-2p)-300-10(90-2p)=-2p^2+110p-1200$;$L'=-4p+110=0\Rightarrow p=27.5$,$L''=-4<0$ 最大;$q=90-55=35$,$L(27.5)=\dfrac{625}{2}=312.5$。弹性:$E_d=2\cdot\dfrac{27.5}{35}=\dfrac{55}{35}=\dfrac{11}{7}\approx1.57>1$ ✓(利润最大价处弹性大于 1——一般结论:$MR=P(1-\frac1{E_d})=0$ 时 $E_d=1$ 是收入最大价,垄断厂商在弹性大于 1 段定价)。采分点:二阶验证+弹性复核都不能少。

T5(六步流水线):①定义域 $x\ne1$;无奇偶。②$y'=\dfrac{x(x-2)}{(x-1)^2}$:驻点 $x=0,2$。逐段符号:$x<0$ 时 $x(x-2)=负\times负=正$,$0<x<1$ 与 $1<x<2$ 时 $=正\times负=负$,$x>2$ 时 $=正\times正=正$——$(-\infty,0)\uparrow,(0,1)\downarrow,(1,2)\downarrow,(2,+\infty)\uparrow$。极值:极大 $y(0)=0$(导数正转负)、极小 $y(2)=4$(负转正)。③$y''=\dfrac{2}{(x-1)^3}$:$x<1$ 上凸、$x>1$ 下凸,无 $y''=0$ 点,无拐点($x=1$ 不在定义域)。④铅直 $x=1$;斜:除法 $y=x+1+\dfrac{1}{x-1}$,读出 $y=x+1$;无水平。⑤过 $(0,0)$(极大点)、极小点 $(2,4)$。⑥两支位置:$y-(x+1)=\dfrac{1}{x-1}$——右支($x>1$)此差恒正,在渐近线上方:从 $x=1^+$ 的 $+\infty$ 降到极小 $(2,4)$ 再沿 $y=x+1$ 上方爬升;左支($x<1$)差恒负,在渐近线下方:从 $-\infty$ 沿 $y=x+1$ 下方爬升穿过原点(极大)冲向 $x=1^-$ 的 $+\infty$。

§8 易混翻车清单(考前最后一晚就看这页)

易混对一句话分辨
连续 vs 可导可导必连续;连续未必可导(尖点/抖动);一元里可导⇔可微
$f'(x_0)$ vs $[f(x_0)]'$前者是先求导再代值(一般非零),后者对常数求导恒为 0
左右导数 vs 导数的左右极限是两个概念!左右导数用定义差商算;$f'$ 在 $x_0$ 处甚至可能无定义
驻点 vs 极值点极值点⊆驻点∪不可导点;驻点未必极值($x^3$ 在 0)
$f''=0$ vs 拐点拐点看两侧 $f''$ 变号;$x^4$ 的 $f''(0)=0$ 但不是拐点
罗尔三条件闭连续+开可导+端点等高,缺一不可(各配一个反例)
洛必达失效导数比极限不存在≠原极限不存在($x+\sin x$ 型),停手换法
泰勒展开点信息多的点(已知值/导数处、对称中心);求极限通常在 0
弹性符号需求律保证 $dQ/dP<0$;负号是读法约定;比较只看绝对值与 1
极值 vs 最值极值是局部概念(极大可小于极小);最值含端点比较

§9 考试导航(考点 × 题型 × 优先级)

考点题型重要度出题方式
求导计算(复合/隐/参/分段)渗透所有题★★★★★从不单独考,是一切的地基;分段与参数二阶是显性考点
洛必达/泰勒求极限填空/解答首问★★★★★与第1章武器合流出题
中值定理证明(辅助函数)解答压轴一问★★★★"存在 ξ 使…"倒推构造
单调极值凹凸渐近线选择/填空+解答★★★★渐近线最易漏铅直/忘查两侧
经济应用(边际/弹性/最优)解答大题★★★★数三招牌,三问连环(建模→最优→弹性)
不等式证明/方程根解答★★★单调法为主,根的个数按参数讨论
高阶导数(莱布尼茨/归纳)填空★★$f^{(n)}(0)$ 用泰勒系数翻译

⚠️ 以上重要度是复习优先级(基于历年考法印象),不是统计结果、不是今年预测。

§10 本章总结:一张图(合上资料,自己画)

导数概念瞬时率·切线·微分求导工具箱16公式·链式·隐参对·分段高阶导数莱布尼茨·f⁽ⁿ⁾(0)中值定理一家费马→罗尔→拉格朗日→柯西泰勒+洛必达两件重炮·两欠条已兑读函数单调极值凹凸渐近线经济应用边际·弹性·最优化证明武器不等式四法·方程根图像描绘六步成图流程主线:概念(是什么)→工具箱(怎么算)→中值定理(凭什么)→三大应用(读函数/经济/证明)。
图10-1 本章总结一张图:概念→工具箱→中值定理→三大应用,四层主线一条链

合上资料画四层:概念(导数=差商极限/切线/微分)→ 工具箱(16 公式+四把钥匙+分段回定义)→ 定理(中值链+泰勒+洛必达)→ 应用(读函数/经济/证明)。每层能补出细节框,这章就成了。

§11 规则账(本章引入的规则,每条三选一标注)

规则标注一句话交代
导数=差商的极限〔原理〕瞬时率是平均率的极限(§1.1)
切线斜率=导数〔原理〕割线极限位置(§1.2)
可导⇒连续(逆不真)〔原理〕$\Delta y=\frac{\Delta y}{\Delta x}\cdot\Delta x$ 两无穷小之积(§1.3)
一元可导⇔可微、$dy=f'dx$〔原理〕线性主部+高阶零头分解(§1.3)
微分形式不变性〔原理〕链式法则维持记号形状(§1.3)
16 求导公式的来历分三类〔原理〕定义直推/极限直送/反函数得(§2.1)
除法口诀"上导乘下减上乘下导"〔原理〕可由乘法+链式推出,顺序错=符号错(§2.2)
隐函数遇 $y$ 补 $y'$〔原理〕$y$ 是 $x$ 的函数,链式法则的义务(§2.4)
参数二阶"再除一次 $x'(t)$"〔原理〕$dy/dx$ 仍是 $t$ 的函数(§2.4)
幂指函数取对数求导〔原理〕指数落下来,降维(§2.4)
莱布尼茨组合数〔原理〕n 刀分配计数=二项式展开同源(§2.5)
分段分界点回定义〔原理〕只有定义能同时看到两侧换班(§2.6)
中值链费马→罗尔→拉格朗日→柯西〔原理〕一条推导链,后者由前者构造而得(§3.1)
辅助函数=倒推找原函数〔原理〕结论 ξ 换 x 移项,认商/积/差原型(§3.2)
泰勒系数 $\dfrac{f^{(k)}}{k!}$〔原理〕各阶吻合条件唯一锁死系数(§3.3)——第1章欠条①已兑
泰勒展开三档决策〔原理〕求极限看分母阶/求 f⁽ⁿ⁾ 展到 n/证明配余项(§3.3)
洛必达三条件〔原理〕柯西中值定理的直接推论(§3.4)——第1章欠条②已兑
"凹凸"的国内口径〔约定〕国内"凹"=下凸(f″>0),与国际相反;考试按国内(§4.2)
斜渐近线 $a,b$ 公式〔原理〕"f 与 ax+b 之差趋于 0"的两次提取(§4.3)
MR=MC 利润最大条件〔原理〕$L'=R'-C'$ 置零一步推出(§5.1)
需求弹性加负号〔约定〕需求律使弹性天然为负,加负号为读正数(§5.2)
弹性与收入关系(>1 降价增收)〔原理〕$\frac{dR}{dP}=Q(1-E_d)$ 的符号翻译(§5.2)
不等式四法选择树〔原理〕从单调试起,按长相特征分流(§6.1)

〔欠条〕本章兑付 2 张(泰勒来历、洛必达——均已销账),新开 0 张;下一章将兑付"和式极限=定积分定义"(第1章欠的)。

§12 复习日程(别指望一次记牢)

第一遍(今天):通读 + 全部即练 + 基础组 8 题(约 3 小时,本章最重)。之后每遍闭卷提取,不重读。

日期动作(全部闭卷)通过线
次日(+1)背诵点自测 + 基础组错题重做正确率 ≥70%
+3 天进阶组+挑战组闭卷 + 合书画 §10 四层图四层图细节框齐全
+7 天导图页只看骨架口述每节 + 16 公式默写(三类来历各写一个推导)公式默写 14/16 以上
+16 天21 题乱序混合测(配合第3章开局)≥80%,错题回导图定位

§13 下一章预告 + 跨模块连线

下一章(第3章 一元积分学):本章你练就了"求导"这件兵器,下一章问它的逆问题——已知导数,找原函数(积分);再进一步,把无穷多个小量加起来(定积分)——第1章欠的最后一张欠条"和式极限=定积分定义"在那里兑付。本章 2.1 的 16 公式表倒着背,就是下一章的积分公式表。

跨模块连线:①第1章:导数是特殊极限(差商极限),泰勒/洛必达两欠条本章已兑;②线代六幕:"局部线性近似"与线性代数"用线性变换近似非线性"同一思想;③848经济学:§5 三件套(边际=导数、弹性=相对导数、MR=MC 一阶条件)就是微观厂商理论的数学骨架,848 微观"生产者理论"章同源;④概率论:密度函数的分布函数求导关系($F'=f$)用的正是变限积分求导(第3章预告)。

§14 回访口:你的卡点会改这份资料

在哪反馈:读到哪一节卡住(哪怕是"这句话没看懂"级别的卡),直接截图发给大管家——卡点清单会回流修订对应小节,修订后此处更新。

什么时候回看:+3 天延迟测试后,把错题对应的小节标出来;+16 天综合测后同。资料会在你的卡点上长出新一轮解释——这是它和普通 PDF 的唯一区别。

版本:第2章 一元微分学(数三·瘦身重写版·合并) v1(2026-10-17)|14 件套齐备 + 规则账全标注|计算经 sympy 机器重算(V2 日志)|渲染双视口检查(430/900)|题目按考纲考点自编对标,无直接引用原文真题故不标年份|反馈即修订