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令我们感到头疼的是,我们需要知道两个点的坐标才能计算切线的斜率,但现在我们只知道一个点 (1, 2)。因此,如上图右侧所示,我们先考虑经过曲线上两点的直线(叫作“割线”),通过这条直线的斜率求出切线斜率的近似值。如果x= 1.5,则y=1.52+ 1 = 3.25。接下来,考虑连接点 (1, 2)与(1.5, 3.25) 的直线斜率。根据斜率公式,这条割线的斜率为:
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m==== 2.5
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利用割线斜率求出切线斜率的近似值
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为了更好地求出切线斜率的近似值,我们让第二个点向点 (1, 2) 靠近。例如,如果x= 1.1,则y= (1.1)2+ 1 = 2.21,于是新的割线斜率为m= (2.21 –2)/(1.1–1) = 2.1。从下表可以看出,随着第二个点不断靠近点 (1, 2),割线斜率趋近于2。
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现在,令x =1 +h(h≠0 ),且与x= 1非常接近。那么,y=( 1+h)2+1 = 2h+h2。于是,这条割线的斜率为:
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随着h越来越接近0,割线的斜率也会不断地向2靠近。我们把这个现象表示成:
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它的意思是,当h趋近于0时,2 +h的极限值是2。凭直觉我们知道当h越来越接近0时,2 +h就会不断地向2靠近。由此我们发现,函数y=x2+ 1在点 (1, 2)处的切线斜率为2。
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接下来,我们讨论一般情况下的切线斜率。对于函数y=f(x),我们希望找出点 [x,f(x)]处切线的斜率。如下图所示,经过点 [x,f(x)] 和其邻近点 [x+h,f(x+h)] 的割线斜率为:
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经过点 [x,f(x)] 和 [x+h,f(x+h)] 的割线斜率为
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我们用符号f ‘(x) 来表示点 [x,f(x)] 处的切线斜率,就有:
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这个定义比较复杂,我举几个例子加以说明。对于直线y=mx+b,有f(x) =mx+b。要求出f(x+h) 的值,我们可以用x+h替代x,即f(x+h) =m(x+h) +b。所以,割线的斜率为:
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