初中数学二次函数的应用(一)
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2.4 二次函数的应用(一)
◆目标指引
1.理解和体会建立二次函数这一数学模型解决简单的实际问题.
2.经历探索具体问题中数量关系和变化规律的过程,•体会二次函数是刻画现实世界的一个有效的数学模型. ◆要点讲解
1.如果自变量的取值范围是全体实数,则二次函数y=ax 2+bx+c 在顶点处取得最大(或最小)
值,即当x=-2b a 时,y 最值=2
44ac b a
-.
如果自变量的取值范围是x 1≤x≤x 2,那么首先要看-
2b
a
是否在自变量的取值范围x 1≤x≤x 2内,若在此范围内,则当x=-2b a 时,y 最值=2
44ac b a
-;若不在此范围内,则需考虑函数在x 1≤x≤x 2范
围内的增减性,再求得最值.
2.学会把实际问题转化为数学问题来解决,并注意实际问题的实际意义. ◆学习互动
1.解决实际问题时,列二次函数解析式要根据自变量的实际意义,•确定自变量的取值范围. 2.在自变量的取值范围内,利用二次函数求最值,•关键是找出应变量与自变量之间的数量关系.解这类问题还要注意:函数达到最大值或最小值时的相应自变量的值是否在自变量的取值范围内. ◆例题分析
【例1】如图,PQ ⊥MQ ,NM ⊥MQ ,Q ,M 分别为垂足,点A 是线段MQ 上(•不包括端点)的动点,连结PA ,过点A 作直线BA ,使BA ⊥PA ,交射线MN 于点B ,连结PB .•已知PQ=•1,MQ=2,并设AQ=x ,用S 表示四边形MQPB 的面积. (1)求S 关于x 的函数表达式与自变量x 的取值范围;
(2)x 为何值时S 的值最大?此时四边形MQPB 是哪一种特殊四边形?S 的最大值是多少? 【分析】当点A 在线段MQ 上运动时,线段AQ=x 是一个变量,四边形MQPB •的面积也是
一个变量.因而必须建立四边形MQPB 的面积关于x 的函数关系式.
【解】(1)∵BA⊥PA,
∴∠PAQ+∠BAM=90°.
又∵∠ABM+∠BAM=90°,∴∠PAQ=∠ABM.
又∵∠BMA=∠PQA=90°,∴Rt△ABM∽Rt△PAQ,
∴BM AM AQ PQ
=.
∵PQ=1,AQ=x,MQ=2,AM=2-x.
∴
2
1
BM x
x
-
=.即BM=-x2+2x.
又∵四边形MQPB只可能是直角梯形或矩形.
∴S=
2
()(21)2
22
BM PQ MQ x x
+-++
=
=-x2+2x+1(0<x<2).
(2)∵S=-x2+2x+1=-(x-1)2+2(0<x<2).
∴当x=1时,S取得最大值.
此时BM=-x2+2x=-1+2=1=PQ,
∴四边形MQPB是矩形.
∴S最大值=-(1-1)2+2=2.
【注意】(1)在用含自变量的代数式表示相关的量时,•要注意运用几何图形的有关性质.如本例中用到三角形相似的判定和性质.
(2)在利用几何公式求面积时,要观察具体图形,得出相应的数量关系.
【例2】某建筑物的窗户如图所示,它的上半部是半圆,下半部是矩形,•制造窗框的材料总长(图中所有实线的长度和)为10米.•若设窗户上半部的半圆半径为xm,则当x等于多少米时,窗户的透光面积最大?最大面积是多少?
【分析】本题要求窗户的透光面积,必须先分析整个窗户的结构,即由上半部的半圆和下半部的矩形组成,故只需求面积之和即可.
【解】设下半部矩形的另一边长为y(m),窗户面积为S(m2).
则4y+6x+x=10
y=
1064x x π--,0<x<10
6π+
∵S 半圆=1
2
πx 2,S 矩=2xy
∴S 窗=S 半圆+S 矩 =
2
2
x π+2x·
1064
x x
π--
=-3x 2+5x
=-3[x 2-
53x+(56)2-(56)2] =-3[(x -56)2-25
36]
=-3(x -56)2+25
12
∵-3<0,∴窗户面积有最大值
∵0<x=
56<106π+ ∴当x=56时,S 最大=25
12
答:当窗户的半圆半径为
56m 时,窗户的透光面积最大,最大面积为2512
m 2
. 【注意】这是典型的二次函数应用题,在计算下半部矩形时,必须考虑完整,不能遗漏. ◆练习提升 一、基础训练
1.某学生推铅球,“铅球”飞行的高度y (m )与水平距离x (m )•之间的函数关系式是y=-
115x 2+x+1
30
.则铅球落地的水平距离为_______m . 2.已知二次函数y=kx 2-2px+6的顶点坐标为(-2,10),则k=______,p=______. 3.如果抛物线y=x 2-6x+c 的顶点在x 轴上,则c 的值为( ) A .0 B .-9 C .6 D .9
4.当二次函数y=(x -1)2+(x -3)2的值最小时,x 的值为( ) A .0 B .2 C .3 D .4
5.正数26可以拆成正数之和,那么当这两个正数的乘积最大时,这两个正数应该是_____.
6.把一根长120cm的钢丝分为两部分,每一部分均弯曲成一个正方形,•当两个小正方形的边长分别为多少时,它们的面积和最小?最小面积和是多少?
7.如图,在Rt△ABC中,∠C=90°,BC=4,AC=8,点D在斜边AB上,分别作DE•⊥AC,DF⊥BC,垂足分别为点E,F,得四边形DECF,设DE=x,DF=y.
(1)用含y的代数式表示AE为:AE=______.
(2)求y关于x的函数关系式,并求出x的取值范围;
(3)设四边形DECF的面积为S,求S关于x的函数关系式,并求出S的最大值.
8.如图是截面为等腰梯形的拦水坝,两腰与上底的和为8米,底角为60°.
应如何设计拦水坝的截面,才能使截面面积最大?
二、提高训练
9.抛物线y=x2+bx+c与x轴的正半轴交于A,B两点,与y轴交于C点,且线段AB的长为1,△ABC的面积为1,则b的值是_____.
10.如图,已知正方形ABCD的边长为1,E,F,G,H•分别为各边上的点,•且AE=BF=CG=DH,设小正方形EFGH的面积为S,AE=x,则S关于x的函数图象大致是()
11.如图,在周长为400m且两端为半圆形的跑道上,要使矩形内部操场的面积最大,直线跑道的长应为多少米?
12.如图,有长为24m的篱笆,其中一面利用墙(墙的最大可用长度a为10m).围成中间隔有一道篱笆的长方形花圃,设花圃的宽AB为x,面积为Sm2.
(1)求S关于x的函数关系式;
(2)如围成面积为45m2的花圃,AB的长是多少米?
(3)能围成面积比45m2更大的花圃吗?如果能,请求出最大面积,并说明围法;如果不能,请说明理由.
13.有一个抛物线的立交桥拱,这个桥拱的最大高度为16m,跨度为40m,现把它的图形放在坐标系中(如图).若在离跨度中心M点5m处垂直竖立一铁柱支撑拱顶,这根铁柱应取多长?
14.已知抛物线的解析式为y=2x2+3mx+2m,
(1)求该抛物线的顶点坐标(x0,y0);
(2)以x0为自变量,写出自变量y0与x0之间的关系式;
(3)当m为何值时,抛物线的顶点位置最高?
三、拓展训练
15.某通讯器材公司销售一种市场需求较大的新型通讯产品.已知每件产品的进价为40元,每年销售产品的总开支(不含进价)总计120万元.在销售过程中发现,年销售量y(万件)与销售单价x(元)之间的函数关系式如图2-4-9所示.
(1)求y关于x的函数关系式;
(2)试写出该公司销售该种产品的年获利额Z(万元)关于销售单价x(元)•的函数关系式.当销售单价x为何值时,年获利额最大?并求出这个最大值;(注:年获利额=年销售额-年销售产
品总进价-年总开支)
(3)若公司希望该种产品一年的销售获利额不低于40万元,借助(2)•中的函数图象,请你帮助该公司确定销售单价的范围,在此情况下,要使产品销售量最大,你认为销售单价应定为多少元?
答案:
1.5 2.-1,2 3.D 4.B 5.13,13 6.15cm,15cm,450cm2
7.(1)8-y (2)y=8-2x(0<x<4)(3)S=-2x2+8x,S最大值=8
8.上底、腰分别为8
3
米,
8
3
米时截面面积最大
9.-3 •10.B 11.100m
12.(1)S=-3x2+24x(14
3
≤x≤6)(2)AB=5m
(3)能,AB=14
3
m,BC=10m时,最大面积为46
2
3
m2
13.15m
14.(1)(-3
4
m
,
2
169
8
m m
)(2)y=-2x02-
8
3
x0(3)m=
8
9
m
15.(1)y=-1
20
x+8 (2)x=100 时,最大年获利额为60万元(3)80元。