27.(2023 浙江)设函数f(x)=tan x-20,则f'((pi)/(4))=( )A. 2B. 0C. -18D. -20
A. 2
B. 0
C. -18
D. -20
题目解答
答案
解析
本题考查导数的基本运算以及常见函数的求导公式。解题思路是先根据求导公式求出函数$f(x)=\tan x - 20$的导数$f^\prime(x)$,再将$x = \frac{\pi}{4}$代入$f^\prime(x)$中计算出$f^\prime(\frac{\pi}{4})$的值。
步骤一:求$\tan x$的导数
根据三角函数关系$\tan x=\frac{\sin x}{\cos x}$,根据除法求导公式$(\frac{u}{v})^\prime=\frac{u^\prime v - uv^\prime}{v^2}$(其中$u = \sin x$,$v = \cos x$)。
对$u = \sin x$求导,根据求导公式$(\sin x)^\prime=\cos x$,可得$u^\prime=\cos x$;
对$v = \cos x$求导,根据求导公式$(\cos x)^\prime=-\sin x$,可得$v^\prime=-\sin x$。
将$u$、$v$、$u^\prime$、$v^\prime$代入除法求导公式可得:
$(\tan x)^\prime = (\frac{\sin x}{\cos x})^\prime=\frac{\cos x\cdot\cos x - \sin x\cdot(-\sin x)}{\cos^2 x}$
根据三角函数的平方关系$\sin^2 x + \cos^2 x = 1$,对上式进行化简:
$\frac{\cos^2 x + \sin^2 x}{\cos^2 x}=\frac{1}{\cos^2 x}$
步骤二:求函数$f(x)$的导数
已知$f(x)=\tan x - 20$,根据求导的减法法则$(u - v)^\prime = u^\prime - v^\prime$,其中$u = \tan x$,$v = 20$。
因为常数的导数为$0$,即$(20)^\prime = 0$,$(\tan x)^\prime=\frac{1}{\cos^2 x}$,所以$f^\prime(x)=(\tan x - 20)^\prime = (\tan x)^\prime - (20)^\prime=\frac{1}{\cos^2 x}-0=\frac{1}{\cos^2 x}$。
步骤三:计算$f^\prime(\frac{\pi}{4})$的值
将$x = \frac{\pi}{4}$代入$f^\prime(x)=\frac{1}{\cos^2 x}$中,可得:
$f^\prime(\frac{\pi}{4})=\frac{1}{\cos^2\frac{\pi}{4}}$
因为$\cos\frac{\pi}{4}=\frac{\sqrt{2}}{2}$,所以$\cos^2\frac{\pi}{4}=(\frac{\sqrt{2}}{2})^2=\frac{2}{4}=\frac{1}{2}$。
则$f^\prime(\frac{\pi}{4})=\frac{1}{\frac{1}{2}} = 2$。