学习指南

切线、法线、临界点、拐点

IB 数学 AI HL· 4.4 Applications of Differentiation· 15 分钟阅读

1. 曲线的切线与法线★★☆☆☆⏱ 5 min

✓ 计算器

📘 定义

切线与法线

曲线在处的切线斜率等于函数在处的一阶导数。法线在该点与切线垂直,因此法线斜率是切线斜率的负倒数。

例:

若切线斜率,则法线斜率

📐 例题

处的切线和法线方程。

  1. 1

    首先求该点的坐标:

  2. 2
    y=(2)23(2)+2=0y = (2)^2 - 3(2) + 2 = 0
  3. 3

    该点是。求导得到斜率函数:

  4. 4
    dydx=2x3\frac{dy}{dx} = 2x - 3
  5. 5

    计算处切线的斜率:

  6. 6
    mt=2(2)3=1m_t = 2(2) - 3 = 1
  7. 7

    垂直法线的斜率为:

  8. 8
    mn=1mt=1m_n = -\frac{1}{m_t} = -1
  9. 9

    对两条直线都使用点斜式

  10. 10

    切线:
    法线:

Exam tip:

如果题目要求,一定要将最终直线方程写成的形式,形式错误会扣分。

2. 临界点(驻点)★★☆☆☆⏱ 4 min

✓ 计算器

📘 定义

临界点(驻点)

曲线上一阶导数等于零的点:,即该点的切线为水平线(斜率 = 0)。

例:

所有局部极大值点和局部极小值点都是临界点。

📐 例题

的所有临界点。

  1. 1

    计算一阶导数:

  2. 2
    f(x)=3x212x+9f'(x) = 3x^2 - 12x + 9
  3. 3

    ,求解

  4. 4
    3x212x+9=0    3(x1)(x3)=03x^2 - 12x + 9 = 0 \implies 3(x-1)(x-3) = 0
  5. 5

    解为,计算对应的值:

  6. 6


  7. 7

    临界点是

3. 临界点的分类★★★☆☆⏱ 6 min

✓ 计算器

IB考试中最常用的临界点分类方法是二阶导数测试:若,通过计算判断该点的性质:

  • :该点为局部极大值点(下凹)

  • :该点为局部极小值点(上凹)

  • :该测试无法得出结论,需使用一阶导数符号测试

📐 例题

使用二阶导数测试对上个例子中的临界点进行分类。

  1. 1

    求二阶导数:

  2. 2
    f(x)=6x12f''(x) = 6x - 12
  3. 3

    计算处的

  4. 4
    f(1)=6(1)12=6<0f''(1) = 6(1) - 12 = -6 < 0
  5. 5

    因为,所以是局部极大值点。

  6. 6

    计算处的

  7. 7
    f(3)=6(3)12=6>0f''(3) = 6(3) - 12 = 6 > 0
  8. 8

    因为,所以是局部极小值点。

4. 拐点★★★☆☆⏱ 5 min

✓ 计算器

📘 定义

拐点

曲线凹凸性发生改变的点。若处是拐点,则需满足两侧符号改变。

例:

在该点处从负变正(或从正变负)。

📐 例题

的拐点。

  1. 1

    我们已经知道二阶导数为:

  2. 2
    f(x)=6x12f''(x) = 6x - 12
  3. 3

    ,求解

  4. 4
    6x12=0    x=26x - 12 = 0 \implies x = 2
  5. 5

    验证两侧符号发生改变:

  6. 6

    时:(下凹)
    时:(上凹)

  7. 7

    凹凸性发生改变,因此存在拐点。计算该点的坐标:

  8. 8
    f(2)=824+18+1=3f(2) = 8 - 24 + 18 + 1 = 3
  9. 9

    拐点是

5. 常见陷阱

错误做法:

求切线/法线方程时忘记计算点的坐标

原因:

点斜式需要点的两个坐标才能得到完整方程

正确做法:

求直线方程前,一定要将代入原函数得到

错误做法:

直接将切线斜率用作法线斜率,或是只取倒数而不取负倒数

原因:

垂直直线的斜率乘积为,不是

正确做法:

若切线斜率为,则法线斜率为时)

错误做法:

假设所有临界点都是极大值点或极小值点

原因:

水平拐点也满足,但不是极值点

正确做法:

一定要用一阶或二阶导数测试对所有临界点进行分类

错误做法:

仅因为就断言存在拐点,不做符号检验

原因:

例如但凹凸性没有改变,因此不存在拐点

正确做法:

一定要检验两侧的符号,确认凹凸性发生改变

6. 速查表

概念

核心条件

结果/方程

处的切线

处的法线

临界点

处切线为水平线

局部极大值点

下凹的极值点

局部极小值点

上凹的极值点

拐点

,凹凸性改变

曲线曲率方向发生改变

真题中的出现

AI 根据考纲规律估算的考点位置,请对照官方真题核实准确性。仅作复习重点参考。

  • 2025 · 1

    求给定三次曲线在指定点的切线

  • 2024 · 2

    对四次函数的临界点进行分类

下一步

本小节涵盖的技能是IB AI HL中所有微分应用问题的基础。你会用切线和法线解决变化率问题,用临界点解决实际优化问题,并用所有这些概念根据导数信息绘制准确的曲线。掌握本小节内容是在微积分长问答题中拿满分的关键,这类问题在考试中占分比重很大。