高一数学课件：函数建模

由函数图象得
A(1, 0)，B(2,lg 2)
f (1) 0, f (2) lg 2
k b 0
即
2k b lg 2
解得k lg 2, b lg 2
f ( x ) (lg 2) x lg 2
练习
(课本P139页练习第4题)
4.函数y=f(x)的图象如图所示，则y=f(x)可能是（ ）
大超过y=kx(k>0)的增长速度.
指数函数不像一次函数按同一速度增
长，而是越来越快，呈爆炸性增长.
探究2 选取适当的对数函数与
一次函数，探索它们在区间(0
，+∞)上的增长差异，你能描述
一下对数函数的增长特点吗？

不妨以函数y=lgx和= x为例.

列出上述两个函数自变量与函数值的对应值表，并
大利亚头痛不已，他们采用各种方法消灭这些兔子，直
至二十世纪五十年代，科学家采用载液瘤病毒杀死了百
分之九十的野兔，澳大利亚人才算松了一口气．
:探究不同函数增长的差异
引例2.假如你有一笔资金用于投资，现有三种方
案供你选择，这三种方案的回报如下：
方案一：每天回报40元；
方案二：第一天回报10元，以后每天
有一大群喝水、嬉戏的兔子，但是这群兔子曾使澳
大利亚伤透了脑筋．1859年，有人从欧洲带进澳洲几只
兔子，由于澳洲有茂盛的牧草，而且没有兔子的天敌，
兔子数量不断增加，不到100年，兔子们占领了整个澳大
利亚，数量达到75亿只．可爱的兔子变得可恶起来，75
亿只兔子吃掉了相当于75亿只羊所吃的牧草，草原的载
畜率大大降低，而牛羊是澳大利亚的主要牲口．这使澳
1
函数y=lgx与y= 10 x在 6

偶函数
如果对于函数$f(x)$的定 义域内任意$x$，都有$f(x)=f(x)$，则称$f(x)$为偶 函数。
奇偶性的判断
可以通过计算$f(-x)$并与 $f(x)$进行比较，来判断 函数的奇偶性。
函数的单调性
单调递增
单调性的判断
如果对于函数$f(x)$的定义域内的任 意$x_1 < x_2$，都有$f(x_1) < f(x_2)$，则称$f(x)$在定义域内单调 递增。
观地了解它们的性质。
02
反函数和对数函数的性质
反函数和对数函数都有其独特的性质，例如反函数的对称性和对数函数
的单调性等。这些性质在解决实际问题中有着广泛的应用。
03
反函数和对数函数的应用
在实际问题中，反函数和对数函数的应用非常广泛，例如在科学计算、
工程技术和金融领域中都有广泛的应用。
06
函数的实际应用
二次函数性质
函数的图像是一个抛物线，开口方 向由a决定（a>0向上，a<0向下 ），对称轴为x=-b/2a。
二次函数的应用
在现实生活中，二次函数的应用也 非常广泛，如物体自由落体运动、 抛射运动等。
一次函数和二次函数的图像和性质
图像绘制
通过描点法或解析法可以绘制出一次函数和二次函数的图像。
性质分析
可以通过计算$f(x_1) - f(x_2)$的值， 并判断其符号，来判断函数的单调性 。
单调递减
如果对于函数$f(x)$的定义域内的任 意$x_1 < x_2$，都有$f(x_1) > f(x_2)$，则称$f(x)$在定义域内单调 递减。
函数的周期性
周期函数
如果存在一个非零常数$T$，使 得对于函数$f(x)$的定义域内的 任意$x$，都有$f(x+T) = f(x)$ ，则称$f(x)$为周期函数，$T$

高中数学
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2.增长函数模型的选取
例 2 某公司为了实现60万元的生产利润目标，准备制订一个激励生产人员的奖励方案：在生产利润
达到5万元时，按生产利润进行奖励，且奖金y（单位：万元）随生产利润x（单位：万元）的增加而
增加，但奖金总数不超过3万元，同时奖金不超过利润的20%.现有三个奖励模型：y＝0.2x，y＝log5x，
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【归纳】指数函数、对数函数和幂函数的增长趋势比较
函数
在（0，+∞）上的
y＝ax（a>1）
y＝logax（a>1）
y＝xα（α>0）
单调递增，且a越大，增长越 单调递增，且a越小，增长 单调递增，且当x>1时，α越大，增
单调性
快
越快
长越快
增长速度
越来越快
越来越慢
随着α值的不同而不同
指数函数模型y＝ax（a>1）的增长特点是随着自变量的增大，函数值增大的速度越来越快，即增长速度
急剧，形象地称为“爆炸式增长”.
（3）对数函数模型
对数函数模型y＝logax（a>1）的增长特点是随着自变量的增大，函数值增大的速度越来越慢，即增长速
度平缓.
（4）幂函数模型
当x>0，α>1时，幂函数y＝xα是增函数，且当x>1时，α越大其函数值的增长速度就越快.
d/cm
1
2
3
4
5
描点画出弹簧伸长的长度随拉力变化的图象，并写出一个能基本反映这一变化现象的函数解析式.
【解】图象如图所示，通过图象中点的分布特征，可以考虑用函数d＝kf+b（k≠0）

函数的概念及其表示
第一课时
整体概览
问题1 请同学们阅读课本第60页，回答下列问题：
（1）本章将要研究哪类问题？ 本章将要研究函数的概念、性质及其应用．
（2）本章要研究的对象在高中的地位是怎样的？ 函数是高中数学的核心内容，也是学习其他学科的重要基础．
（3）本章研究的起点是什么？目标是什么？ 起点是函数的概念，目标是通过研究函数的性质把握客观世 界中各种各样的运动变化规律．
新知探究
追问 值域和集合B相等吗？它们的关系是什么？
值域与集合B不一定相等， 值域是集合B的子集， 具体例子见问题6．
新知探究
问题8 你能用新的定义描述一次函数y＝ax＋b（a≠0）、二次 函数y＝ax2＋bx＋c（a≠0）和反比例函数y＝ k（k≠0）吗？从哪
x 几个角度描述？
函数 对应关系
一次函数 y ax b(a 0)
其中，d的变化范围是数集A ＝{1，2，3，4，5，6}， 集合A，B与对应关系f如图所示：
2 例1 函数的解析式是舍弃问题的实际背景而抽象出来的，它所反映的两个量之间的对应关系，可以广泛地用于刻画一类事物中的变量关系和规律．例如，正比例函数y＝kx（k≠0）
可以用来刻画匀速运动中路程与时间的关系、一定密度的物体的质量与体积的关系、圆的周长与半径的关系等．
新知探究
问题4 阅读材料，回答问题： 某电器维修公司要求工人每周工作至少1天，至多不超过6天．如 果公司确定的工资标准是每人每天350元，而且每周付一次工资． （1）你认为该怎样确定一个工人每周的工资？一个工人的工资w（单 位：元）是他工作天数d的函数吗？ 解答：（1）w＝350d，w是工作天数d的函数．
新知探究
表1 我国某居民恩格尔系数变化情况

求解模型
问题8：请同学们结合这五 个函数图象与实际数据的吻合情 况，思考应该如何选取a的值？
比值为0.9284
比值为0.9351
比值为0.9032
比值为0.9181
比值为0.9285
检验模型
求解模型
检验模型
求解模型
求解问题
解得 由信息技术得
解决问题
解决问题
问题10：你体会到研究这个问题具有哪些实际 价值？
求 解 函 数 模 型
实
际
检
问
验 符合 题 实际 的 解
作业布置
请同学们仿照上述过程开展一次建立模型解决 实际问题的活动，可以继续研究不同室温下泡制一 杯最佳口感茶水所需的时间，也可以从下列选题中 选择一个： 1. 应在炒菜之前多长时间将冰箱里的肉拿出来解冻？ 2. 根据某一同学的身高和体重，判断该同学是否超 重. 3. 用微波炉或电磁炉烧一壶开水，找到最省电的功 率设定方法. 4. 估计阅读一本书所需要的时间.
情景分析
问题2：如何处理这些影响因素？
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提出假设
突出主要因素，弱化次要因素的影响.
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数据收集
活动1：请同学们小组合作，为获取数据设计实 验流程.
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一
探究(tànjiū)
二
探究(tànjiū)
三
探究四
易错辨析
求函数的定义域
【例1】 求下列函数的定义域:
(1)f(x)=x2-x;
(2)f(x)=(x+2)0;
(3)f(x)=
+1
;
-2
(4)f(x)= + 4 + 1-(x∈Z).
分析:若只给出函数的关系式,而没有指明它的定义域,则函数的定义域就是
对定义域内同一个自变量,根据表达式,都能得到同一函数值,因此二者为
同一函数.
故以上各对函数中,(1)(4)表示同一函数,(2)(3)表示的不是同一函数.
解:对于(1),在公共定义域R上,f(x)=x和φ(x)=
定义域和对应关系是确定一个函数的两个基本条件,当且仅当两个函数的定
义域和对应关系分别相同时,这两个函数才是同一函数.
探究(tànjiū)
一
探究(tànjiū)
二
探究(tànjiū)三
探究四
易错辨析
变式训练1(1)求下列函数的定义域:
1
①f(x)= ;
-2
②f(x)= 3 + 2;
③f(x)= - 2 + 2(x∈Z).
(2)求函数 y= 2 + 3 −
1
2-
1
+ 的定义域.
第十二页，共三十五页。
探究(tànjiū)一
第十八页，共三十五页。
探究(tànjiū)
一
探究(tànjiū)二
探究(tànjiū)
三
探究四
易错辨析
变式训练3下列各组函数:
2 -
①f(x)= ,g(x)=x-1;

第一章
1.6
成才之路 ·数学 ·人教A版 · 必修4
[解析]
(1)设种群数量y关于t的解析式为y＝Asin(ωx＋φ)
－A＋b＝700， A＋b＝900，
＋b(A>0，ω>0)，则
解得A＝100，b＝800，
又周期T＝2(6－0)＝12， 2π 2π π ∴ω＝ T ＝12＝6.
π 则有y＝100sin6t＋φ＋800.
kπ－φ ，0 ω
，对称轴与函数图象的交点的纵坐标是函数的
π kπ＋ －φ 2 最值，即对称轴是直线A版 · 必修4
(8)对于函数y＝Asin(ωx＋φ)(A>0，ω>0)的图象，相邻的两 个对称中心或两条对称轴相距半个周期；相邻的一个对称中
第一章 1.6
)
成才之路 ·数学 ·人教A版 · 必修4
1 6．函数y＝ sin 2
π 2x－ 6
的振幅是________，周期是
________，初相为________，对称轴是直线________，对称 中心为________，单调增区间是________．
第一章
1.6
成才之路 ·数学 ·人教A版 · 必修4
[答案] C
第一章
1.6
成才之路 ·数学 ·人教A版 · 必修4
规律总结：由函数图象寻求函数解析式是近几年来的热 点试题，解答此类试题，一般是根据图象所反映出的函数性 质来解决，而函数的性质，如奇偶性、周期性、对称性、单 调性、值域，还有零点等等都可以作为判断的依据．
第一章
1.6
成才之路 ·数学 ·人教A版 · 必修4
π 3π 则sin8t＋ 4 ∈[－1,1]，可得ymin＝－10＋20＝10，

【对点练清】 1．下列对应或关系式中是 A 到 B 的函数的是
A．A＝R ，B＝R ，x2＋y2＝1 B．A＝{1,2,3,4}，B＝{0,1}，对应关系如图： C．A＝R ，B＝R ，f：x→y＝x－1 2
()
D．A＝Z ，B＝Z ，f：x→y＝ 2x－1
解析： A 错误，x2＋y2＝1 可化为 y＝± 1－x2，显然对任意 x∈A，y 值不 唯一．B 正确，符合函数的定义．C 错误，2∈A，在 B 中找不到与之相对 应的数．D 错误，－1∈A，在 B 中找不到与之相对应的数． 答案：B
区间可以用数轴表示，在数轴表示时，用实心点表示包括在区间内的端点， 用空心点表示不包括在区间内的端点.
定义
名称
区间
数轴表示
{x|a≤x≤b}
闭区间
_[a_，___b_]
{x|a＜x＜b}
开区间
(a，_b_)_
{x|a≤x＜b} 半开半闭区间 [a，_b_)_
续表
{x|a＜x≤b} 半开半闭区间 (a，b]
函数的定义域． 推理素养.
4.能够正确使用区间表示数集.
பைடு நூலகம்
知识点一 函数的有关概念 (一)教材梳理填空 1．函数的概念：
定义
一般地，设A，B是 非空的实数集 ，如果对于集合A中的 任意一个数x ，按照某种确定的对应关系f，在集合B中都有 _唯__一__确__定__的__数__y_和它对应，那么就称 f：A→B 为从集合A到集 合B的一个函数
(2)f(x)与f(a)有何区别与联系？
提示：(1)这种看法不对． 符号y＝f(x)是“y是x的函数”的数学表示，应理解为x是自变量，它是关系所施加 的对象；f是对应关系，它可以是一个或几个解析式，可以是图象、表格，也可以 是文字描述；y是自变量的函数，当x允许取某一具体值时，相应的y值为与该自变 量值对应的函数值．y＝f(x)仅仅是函数符号，不表示“y等于f与x的乘积”．在研 究函数时，除用符号f(x)外，还常用g(x)，F(x)，G(x)等来表示函数．

2021/12/7
第二十四页，共三十四页。
解:(1)根据题表中提供的数据,知描述该农产品种植成本 Q 与上市时间 t 的变化关系的函数不可能是常数函数,
因此用函数 Q=at+b,Q=abt,Q=alogbt 中的任何一个进行描 述时都应有 a≠0,
而此时上述三个函数均为单调函数,这与表格中所提供 的数据不符,
函数模型的优劣,一般可用其他数据进行验证,若差 距较小,则说明选择正确,主要考查数学抽象、数学建模 的核心素养.
2021/12/7
第二十三页，共三十四页。
【跟踪训练】
4.某农产品从 5 月 1 日起开始上市,通过市场调查,得
到该农产品种植成本 Q(单位:元/百千克)与上市时间 t(单
位:天)的数据如下表:
第十一页，共三十四页。
2021/12/7
解:(1)当 x=1 时,y=100+100×1.2%=100(1+1.2%); 当 x=2 时, y=100(1+1.2%)+100(1+1.2%)×1.2%=100(1+1.2%)2; 当 x=3 时, y=100(1+1.2%)2+100(1+2%)2×1.2%=100(1+1.2%)3;… 故 y 关于 x 的函数解析式为 y=100(1+1.2%)x(x∈N*). (2)当 x=10 时,y=100×(1+1.2%)10=100×1.01210≈112.7. 故 10 年后该县约有 112.7 万人. (3)设 x 年后该县的人口总数为 120 万, 即 100×(1+1.2%)x=120,
2021/12/7
第九页，共三十四页。
(3)根据收集到的数据作出散点图,结合已知的函数 选择适当的函数模型,这样得到的函数模型的模拟效果 较好.( )

报比前一天翻一番。
y=0.4×2x-1 (x∈N*)
第五页，编辑于星期日：二十二点 十七分。
(1)比较三种方案每天回报量：
x/天
方案一
y/元 增长量/元
方案二
y/元 增长量/元
方案三
y/元
增长量/元
1 40 0 10
0.4
2 40 0 20 10
0.8
0.4
3 40 0 30 10
1.6
0.8
4 40 0 40 10
高一年级数学 3.2 函数模型及其应用
3.2.1 几类不同增长的函数模型 第一课时 线性函数、指数函数和
对数函数模型
湖南师大附中 彭萍
第一页，编辑于星期日：二十二点 十七分。
所谓“模型”，通俗的解释就是一种固定 的模式或类型,在现代社会中，我们经常 用函数模型来解决实际问题.那么，面对 一个实际问题，我们怎样选择一个恰当的 模型来刻画它呢？
3.2
1.6
5 40 0 50 10
6.4
3.2
6 40 0 60 10
12.8
6.4
7 40 0 70 10
25.6
12.8
8 40 0 80 10
51.2
25.6
9 40 0 90 10
102.4
51.2
…… … … …
…
…
30 40
0
300 10 214748364.8 107374182.4
方案一
方案二 方案三
天数
回报/元
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
方案
一
40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520

硬背“在复合句中，修饰某一名词或代词的从句叫做定语从句”这个概念。
3.这个步骤可以使用思维导图或流程图，可以更好加深自己的理解哦~
费曼学习法--
实操
第三步 没有任何参考的情况下，仅靠大脑，复述你所获得的主要内容
（三） 仅 靠 大 脑 复 述
1.与上一步不同的是，这一步不能有任何参考， 合上你的书本、笔记等，看看此时你的大脑里还剩下了什么； 2.仅凭记忆，如果可以复述很多，说明掌握状况还可以； 3.如果一合上书，就连关系词有哪些都想不起来了， 说明还 没有掌握，需要继续回顾。
TIP2：越夸张越搞笑，越有助于刺激我们的大脑，帮助我们记忆，所以不妨在 编 故事时，让自己脑洞大开，尝试夸张怪诞些~
故事记忆法小妙招
费曼学习法
费曼学习法-简介
理查德·菲利普斯·费曼 （Richard Phillips Feynman）
费曼学习法出自著名物理学家费曼，他曾获的 1965年诺贝尔 物理学奖，费曼不仅是一名杰出的 物理学家，并且是一位伟 大的教育家，他能用很 简单的语言解释很复杂的概念，让其 他人能够快 速理解，实际上，他在学习新东西的时候，也会 不断的研究思考，直到研究的概念能被自己直观 轻松的理解， 这也是这个学习法命名的由来！
y
y=2x y=x2
y=log2x
1
o 12 4
x
思考5:根据图象，不等式log2x<2x<x2和 log2x<x2<2x成立的x的取值范围分别如何？
y
y=2x y=x2
y=log2x
1
o 12 4
x
思考6:上述不等式表明，这三个函数模型增 长的快慢情况如何？
探究（二）：一般幂、指、对函数模型的差异

闭区间
开区间
左开右闭区间
左闭右开区间
≤<
常见区间的含义及表示方法如下表所示：
例1
判断下列各题中的两个函数是否表示同一个函数
（1） = + 1， =
2 −1
；（2）
−1
（3） = ， = 2 ；
= ， =
3
3；
（4） = 1， = 0
函数，其中叫做中间变量， = 叫做内层函数， = 叫做
外层函数.Leabharlann 注意：①定义域永远是的范围；
②同一个下，括号内作用对象范围相同.
*抽象函数或复合函数的定义域
例3
1.已知函数()的定义域为 1,4 ，求函数 3 + 1 的定义域.
2.已知函数( 2 )的定义域为 1,4 ，求函数 的定义域.
食物支出金额
× 100%）反
总支出金额
映一个地区人民生活质量的高低，恩格尔系数越低，生活质量越
高.表3.1-1是我国某省城镇居民恩格尔系数变化情况，从中可以看
出，该省城镇居民的生活质量越来越高.
问题4：国际上常用恩格尔系数（ =
①年份 的变化范围是什么？恩格尔系数的变化范围是什么？
②恩格尔系数是年份的函数吗？
=
.
2.已知函数 =
是
.
−1
3
的定义域为，则实数的取值范围
2 +4+3
，
求下列函数的值域
例1 = + 1， ∈ 1，2，3，4，5 .
例2(1) = 2 − 2 + 3， ∈ 0，3 ；（2） =
− 2 + + 2；

第十五页，编辑于星期五：十五点 三十六分。
将 c＝1.01×105 代入 0.90×105＝ce1 000k 中得 0.90×105＝1.01×105e1 000k， ∴k＝1 0100×ln01..9001.由计算器算得 k＝－1.15×10－4， ∴y＝1.01×105×e－1.15×10－4x. 将 x＝600 代入上述函数关系式得 y＝1.01×105×e－1.15×10－4×600， 由计算器算得 y＝0.943×105 Pa. 答：600 m 高空的大气压强约为 0.943×105 Pa.
的产量为________． 解析：∵y＝a·0.5x＋b，且当 x＝1 时，y＝1，当 x＝2 时 y＝1.5，则有：
1＝a×0.5＋b， 1.5＝a×0.52＋b，
解得ab＝ ＝－ 2，2，
∴y＝－2×0.5x＋2，
当 x＝3 时，
y＝－2×0.125＋2＝1.75(万件)． 答案：1.75 万件
[解析] (1)P(x)＝R(x)－C(x)＝(3 000x－20x2)－(500x＋4 000)＝－20x2＋2 500x
－4 000.(1≤x≤100，x∈N)．
M1(x)＝P(x＋1)－P(x)＝2 480－40x，(1≤x≤100，x∈N)
(2)∵P(x)＝－20(x－1225)2＋74 125
解析：设今年绿地面积为 a，则有 ay＝(1＋10%)x·a， ∴y＝1.1x，故选 D. 答案：D
第六页，编辑于星期五：十五点 三十六分。
3．已知某工厂生产某种产品的月产量 y 与月份 x 满足关系 y＝a·(0.5)x＋b，现已
知该厂今年 1 月、2 月生产该产品分别为 1 万件、1.5 万件．则此厂 3 月份该产品
第二十页，编辑于星期五：十五点 三十六分。

知识讲解
y 90 80 70
O 12345 x 图1
观察散点图的分布状况，并考虑到茶水温度降至室温就不能再降的事实， 可选择函数 y＝kax＋25 (k∈R，0<a<1，x≥0) 来近似地刻画茶水温度随时间 变化的规律．
知识讲解
4．建立模型
根据实际情况可知，当 x＝0 时，y＝85，可得 k＝60．
第四章 指数函数与对数函数 建立函数模型解决实际问题
目录
知识讲解
知识讲解
我们知道．用函数构建数学模型解决实际问题时，首先要对实际问题中 的变化过程进行分析，析出其中的常量、变量及其相互关系；明确其运动变 化的基本特征，从而确定它的运动变化类型．然后根据分析结果，选择适当 的函数类型构建数学模型，将实际问题化归为数学问题；再通过运算、推理， 求解函数模型．最后利用函数模型的解说明实际问题的变化规律，达到解决 问题的目的．在构建函数模型时，经常会遇到没有现成数据可用的情况，这 时就需要先收集数据．
据．
时间/min 0 水温/℃ 85. 00
表1
1
2
79. 19 74.75
3
4
5
71. 19 68. 19 65. 10
知识讲解
3．分析数据 茶水温度是时间的函数，但没有现成的函数模型．为此，可以先画出散
点图，利用图象直观分析这组数据的变化规律，从而帮助我们选择函数类 型．
设茶水温度从 85℃ 开始，经过 x min 后的温度为 y ℃．根据表 1，画散 点图（图 1）．
由信息技术得
x＝log0.922 7 172．
x≈6.699 7． 所以，泡制一杯最佳口感茶水所需时间大约是 7 min．
上述过程可以概括为：

数学建模建立函数模型解决实际问题课标要求素养要求收集、阅读一些现实生活、生产实际或者经济领域中的数学模型，体会人们是如何借助函数刻画实际问题，感悟数学模型中参数的现实意义.通过生活中具体的数学模型，进行提出问题、分析数据、建立模型、检验模型来发展数据分析、数学抽象及数学建模素养.新知探究数学建模是在20世纪60和70年代进入一些西方国家大学的，我国的几所大学也在80年代初将数学建模引入课堂.经过30多年的发展现在绝大多数本科院校和许多专科学校都开设了各种形式的数学建模课程和讲座，为培养学生利用数学方法分析、解决实际问题的能力开辟了一条有效的途径.大学生数学建模竞赛最早是1985年在美国出现的，1989年在几位从事数学建模教育的教师的组织和推动下，我国几所大学的学生开始参加美国的竞赛，而且积极性越来越高，近几年参赛校数、队数占到相当大的比例.可以说数学建模竞赛是在美国诞生，在中国开花、结果的.问题你知道什么是数学建模吗？提示数学建模是对现实问题进行数学抽象，用数学语言表达问题、用数学知识与方法构建模型解决问题的过程.主要过程包括：在实际情境中从数学的视角发现问题、提出问题，分析问题、建立模型，求解模型、检验结果、得出结论，最终解决实际问题.1.用函数构建数学模型解决实际问题的步骤(1)观察实际情景：对实际问题中的变化过程进行分析；(2)发现和提出问题：析出常量、变量及其相互关系；(3)收集数据、分析数据：明确其运动变化的基本特征，从而确定它的运动变化类型；(4)选择函数模型：根据分析结果，选择适当的函数类型构建数学模型，将实际问题化归为数学问题；(5)求解函数模型：通过运算推理，求解函数模型；(6)检验模型：利用函数模型的解说明实际问题的变化规律，达到解决问题的目的.2.数学建模活动的要求(1)组建团队；(2)开展研究报告；(3)撰写研究报告；(4)交流展示.拓展深化[微判断]1.在构建函数模型时，经常会遇到没有现成数据可用的情况，这时就需要先收集数据.(√)2.在用函数构建数学模型解决实际问题时，首先要对实际问题中的变化过程进行分析，析出其中的常量、变量及其相互关系.(√)3.求出函数模型后，还需要利用函数模型的解说明实际问题的变化规律，从而达到解决问题的目的.(√)[微思考]数学建模活动是一个科学的研究过程，科学研究通常要经历哪几个步骤？提示科学研究通常需要经历四个基本步骤(1)选题；(2)开题；(3)做题；(4)结题.题型一数学建模主要步骤的探究【例1】[提出问题]在小傅家门口有一个十字型的交通路口(如图所示)，小傅就想了，警察叔叔需要指挥多少种情况的汽车运行线路？[建立模型]此问题需要分是否可以原路调头的情况来讨论.(1)每条线路都有往返双向线；(2)设4条路分别为A，B，C，D；(3)以A为起始，①如允许原路调头，则有A→A，A→B，A→C，A→D，②如不允许原路调头，则有A→B，A→C，A→D.[求解模型]第一步：始线路条数；第二步：终线路条数.①如允许原路调头：则N＝4×4＝16(种)可能；②如不允许原路调头：则N＝4×3＝12(种)可能.[检验结果]如果允许汽车原路调头，那么在此交通路口共有16种不同的行车情况，如果不允许汽车原路调头，那么在此交通路口共有12种不同的行车情况. 【例2】[提出问题]两根同样长的蜡烛，点完粗蜡烛要3小时，点完细蜡烛要1小时.现同时点燃两根蜡烛.一段时间后同时熄灭，发现粗蜡烛的长度是细蜡烛的3倍.问两根蜡烛燃烧了多长时间？[建立模型] ①设两根蜡烛的长度为l 厘米，粗、细蜡烛的燃烧速度分别为x 、y (厘米/小时)，则有y ＝l ＝3x ；②点燃两根蜡烛一段时间后同时熄灭，剩余粗、细蜡烛的长度分别为R 、r ，则R ＝3r .[求解模型] 根据条件有：l －r y ＝l －3rx (燃烧时间相同)化简为l ＝4r ，即细蜡烛燃烧后的长度是原来长度的14⎝ ⎛⎭⎪⎫也即燃烧了34，所以燃烧的时间为34l y ＝34l l ＝34(小时).[检验结果] 为了明确各量之间的相互关系，在必要的地方可以加注.【例3】 [提出问题] 李明玩套圈游戏，游戏规则为：套中小鸡一次得9分，套中小猴一次得5分，套中小狗一次得2分，李明共套10次，且每个小玩具都至少被套中一次.已知李明共得61分，求其中小鸡被套中过多少次. [建立模型] ①设每次不可能同时套中2个及2个以上的玩具；②为了保证“每个小玩具都至少被套中一次”，可设小鸡、小猴、小狗分别被套中x ，y ，z 次，x ，y ，z ∈N ＋，然后解不定方程组. [求解模型] 由条件得不定方程组 ⎩⎪⎨⎪⎧x ＋y ＋z ＝10，①9x ＋5y ＋2z ＝61，②②－2×①消去z 得7x ＋3y ＝41.正整数解为⎩⎪⎨⎪⎧x ＝2，y ＝9(不合方程①)，⎩⎪⎨⎪⎧x ＝5，y ＝2⇒⎩⎪⎨⎪⎧x ＝5，y ＝2，z ＝3，[检验结果] 验证得小鸡、小猴、小狗分别被套中5、2、3次，总共得分61分. 【例4】 [提出问题] 甲、乙两人去沙漠中探险，他们每天向沙漠深处走20千米，已知每人最多可带一个人4天的食物和水.如果允许将部分食物存放于途中，问其中1人最远可深入沙漠多少千米？(要求最后两人返回出发点)[建立模型]要使其中一位探险者尽可能走得远，另一位须先回，留下食物和水给另一位，所以必须分头行动.问题是在何处留下食物和水？①经过商议让甲走得更远(最远走4×20＝80(千米)，但回程就没有食物和水了)，需要乙在适当的地点留下足够的食物和水.②第1天乙在10千米处留下1份食物和水，到20千米处吃1份留下1份，第2天走到30千米处留下1份食物和水后马上往回返，到20千米处再吃1份，第3天走20千米回出发点.③第1天甲20千米处吃1份，第2天走到40千米处吃1份，第3天走到60千米处吃1份，第4天走到65千米处然后往返，到50千米处吃1份(到此为止甲自带的食物和水已吃完)，第5天走到30千米处吃1份(此处食物和水是乙留下的)，第6天走到10千米处吃1份，然后回出发点.[求解模型]所谓“错位推进法”，对于本题来说，关键点为“乙在30千米和10千米处给甲留下食物和水”，根据分析与假设推知结论：其中的一位沙漠探险家最多可深入沙漠65千米.[检验结果]从“第6天走到10千米处吃1份，然后回出发点”，感觉似乎还有10千米可以走，但已经回出发点了，考虑一下甲还可以再往前推进5千米吗？题型二数学建模活动主要过程的探究【例5】关于外卖垃圾问题的分析与解决[选题]餐饮业作为我国第三产业中一个传统服务性行业，经历了改革开放进步、数量型扩张、规模连锁发展和品牌提升战略4个阶段，取得突飞猛进的发展.为了满足当今社会快速的生活节奏，“外卖”这一餐饮方式便应运而生.“外卖”这个词是舶来品，原意是离店销售.目前，无论是地处繁华地带的市中心，还是相对冷清的城郊地区，原先并不涉足外卖的餐馆都经营了外卖快餐.外卖有好有坏，它既方便了我们的生活，但同时也制造了大量的垃圾，这些垃圾造成了生态环境的破坏，海洋动物的死亡，也已经威胁到了我们的生活.本文就此问题，展开对外卖垃圾该如何处理的分析与讨论.[开题]从具体的处理方式考虑.通过资料我们了解到填埋是我国最重要的垃圾处理方式.而填埋对环境的影响则大多体现在填埋场对周围土地的污染.因此，我们想要在不减少填埋场地所能填埋垃圾的数量的情况下，减少对土地的污染.而填埋数量与填埋场的体积有关.目前，填埋场的深度基本已达最大.因此我们通过改变填埋场的形状，寻找更好的可建为填埋场的图形.在此过程中，我们猜测填埋场对周围土地的污染是以c为半径的.并假设填埋场形状可以为任意形状.在尝试过长方形、正方形、圆形、正三角形后，我们通过公式及定量分析得出圆形为更好的一种选择.因此，在一定的条件下，填埋场建为圆形可以更有效的减少对周围土地的污染.一、固体废物数据的搜集与处理我们通过技术手段(代码见附件)，在知名外卖网站“饿了么”上面定点抓取了一个地区方圆7 500 m左右所有已在该网站上注册的店铺的数据约32 109条，合计月销量267 305份，并写了一个简单的基于字典的分类算法，分类了135 655份月销量，并按照一个理想数值为每一种商品产生的垃圾进行估算.分类结果如下：外卖网站数据分类结果网站ele.me理论单月垃圾产生量根据网络搜集的市场份额与分类算法的处理偏差可以合理计算出附近外卖垃圾的月总量.线上外卖网站理论单月垃圾产生量①饭类、面类、菜类占比较高，根据本小组的实践，这类外卖都会产生塑料碗、塑料袋、一次性筷子，而这些塑料是最难处理的，当塑料上沾上油的时候，清洗也是件困难的事情.②在这些外卖产生的垃圾中，塑料袋最多，一次性筷子其次，塑料碗也较多. 二、固体废弃物处理情况由问题一我们推出的一个区域的废弃物再结合网络上的数据我们可以合理推理：垃圾回收方式占比①大部分的塑料都是以填埋的方式处理；②筷子、包装纸等可回收的一般是能回收则回收，但是难以回收的会放弃；③塑料制品一般是填埋.根据以上的信息并结合我们手上的数据，可以猜想：预测垃圾单类回收方法占比回收(kg) 1 346.8241.68356.0131.49466.63[1.问题分析填埋作为重要的处理方式，可以优化填埋所进行的具体措施来减少污染.我们了解到，填埋的污染主要为土地污染，因此减少土地污染即可.我们通过查找资料得知，填埋对土地的污染大多是以填埋场地为中心，并往四周拓展一定区域，我们假定其是以均匀半径进行拓展.因此可以尝试在同体积的情况下减小其污染的土地.因为目前的填埋场深度基本已达最大深度，所以在此暂不考虑对深度的拓展.假设垃圾填埋场为规则的立体图形.因此要保证同体积的情况下，深度一样，则表面积一样.所以我们的目的便是使在相同的表面积下，什么图形所构成的表面会对土地污染数量最小.2.模型建立我们通过网上的信息了解到，目前的填埋场形状大多为长方形.如图：(周围为污染区)设长为a，宽为b，对四周土地进行污染的半径为c，总污染面积为S.那么S＝ab＋2ac＋2bc＋πc2＝ab＋2c(a＋b)＋πc2在表面积固定的情况下：ab为定值，c、π均为定值，因此使(a＋b)最小即可.由均值不等式可得：a＋b≥2ab且当a＝b时取等号.因此若使S最小，即a＝b，因此我们得出结论：垃圾填埋场呈正方形比呈长方形要好.之后，我们再比较其他形状的垃圾填埋场和传统垃圾填埋场谁更好.为了方便计算和更好的解决问题，以下模型均与正方形所造成的土地污染进行对比，若更好，则模型优化成立.(1)圆形在这里为方便，把正方形的图与圆形的图放在一起做对比.设正方形边长为d ，对四周土地进行污染的半径为c ，圆的半径为r . d 2＝πr 2， r ＝d π，正方形总污染为S 正方形＝πc 2＋4dc ＋d 2，圆形总污染为S 圆形＝⎝ ⎛⎭⎪⎫d π＋c 2π＝⎝ ⎛⎭⎪⎫d 2π＋2dc ππ＋c2·π＝d 2＋2dc π＋c 2·π， 作差得S 圆形－S 正方形＝c 2π＋2dc π＋d 2－πc 2－4dc －d 2 ＝2dc π－4dc ＝2dc (π－2)， 又因为π－2<0，因此S 圆形<S 正方形，所以圆形更好. 因此在之后的比较中用圆形即可. (2)正三角形设正三角形边长为e ，则S 三角形＝34e 2， 因为我们要使圆形与三角形的表面积相同，则 34e 2＝πr 2，r ＝e 23π， 因此通过计算可得S 三角形污染面积＝34e 2＋πc 2＋3ce ，S 圆形污染面积＝⎝⎛⎭⎪⎫e23π＋c 2·π ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫e 24·3π＋ec 3π＋c 2·π ＝34e 2＋ec3π＋c 2·π，S 圆形污染面积－S 三角形污染面积＝34e 2＋ec3π＋c 2·π－34e 2－πc 2－3ce ＝ec (3π－3)<0，因此S 圆形污染面积<S 三角形污染面积，所以圆形更好.综上所述，目前的填埋场形状为长方形，而我们通过计算得出，圆形实则为更好的一种方案.因此我们可以通过把长方形的填埋场改建为圆形的填埋场，这样可以有效的减少土地污染体积.模型优化成立. [结题] 1.模型优点：A.该模型可以有效的减少土地污染体积；B.该模型不需要耗费大量的人力物力. 2.模型缺点：A.该模型没有考虑渗滤液处理区等方面的限制条件；B.该模型只能用于填埋场形状为圆形的填埋场.3.我们了解到填埋是我国目前最重要的垃圾处理方式.而填埋造成的环境污染主要体现在对周围土地的污染.因此我们想在不影响填埋数量的情况下，通过改变填埋场形状来减少对土地的污染.在此模型中，我们采用了枚举法，通过比较不同的形状带来的污染，最后得出结论.在一定的条件下，圆形较好.最后，我们通过调查问卷和数据抓取的方式，得到订外卖的主体为服务业的年轻人.大量的外卖垃圾正威胁着我们的环境，但并非无解决方法.但是，最重要的还是我们自身需建立起环境保护意识，自觉保护环境，维护生态平衡.只有这样，我们才能继续绿色、健康的生存和发展下去. 【例6】 牙膏价格与重量关系的数学建模[选题] 在超市购物时，我们注意到大包装商品比小包装商品便宜，比如洁银牙膏50 g 装的每支1.50元，120 g 装的每支3.00元.我们可以通过单位商品价格关于商品重量的函数来分析大包装便宜还是小包装便宜. [开题] 1.分析问题商品价格是由成本决定的，成本可分为生产成本、包装成本和其他成本.生产成本与重量W成正比，包装成本与表面积成正比，其他成本与W无关.单位重量商品价格c＝总价格总重量.牙膏可以近似为圆柱体来思考.2.模型假设设如下变量：商品价格为C，商品重量为W，单位重量价格为c，商品包装面积为S，生产成本为C1，包装成本为C2，其它成本为C3.3.研究的大体思路、方法与步骤(1)分析商品价格C与商品重量W的关系.价格由生产成本、包装和其它成本等决定，这些成本中有的与重量W成正比，有的与表面积成正比，还有与W无关的因素.(2)求单位重量价格c与W的关系，可以用简图分析.最后结合实验结论，对商家或顾客提出合理的建议.4.研究此问题的意义实际生活中，经常会遇到大、小包装的问题，如洗衣粉、洗发水、纯净水等.在选择购买时，可依据下面的数学模型做选择.[做题] 1.模型建立与求解商品价格由成本决定，商品成本＝生产成本＋包装成本＋其他成本，故C＝C1＋C2＋C3，生产成本与重量W成正比，设C1＝k1W(k1为大于0的常数)，包装成本与表面积S成正比，商品包装包括牙膏包装和牙膏盒包装，牙膏包装与牙膏表面积有关，牙膏盒为长方体，设牙膏盒包装面积S2，牙膏可以近似为无底的圆柱体，设牙膏包装面积S1即圆柱体侧面积.设此圆柱体的半径为R，高为L，S1＝2πRL，①由题意，我们需要将包装面积与商品重量联系在一起，故我们将牙膏体积V近似为圆柱体积的一半，则V＝12πR2L，②设牙膏密度为ρ，则V＝W ρ，③一般地，为了美观，牙膏的半径与长度有一定比例关系，在这里：设R ＝k 2L (k 2为大于0的常数)，④根据②③④，可以得出：半径R ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫2k 2W ρπ13，⑤ 由①④⑤得出S 1＝2πk 2⎝⎛⎭⎪⎫2k 2W ρπ23， 我们可以把牙膏盒看成一个长为L ，宽高都为2R 的长方体，故牙膏盒包装面积S 2＝8R 2＋8RL ，再根据④⑤求得S 2＝8⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋1k 2⎝⎛⎭⎪⎫2k 2W ρπ23， 则包装成本C 2＝k 32πk 2⎝⎛⎭⎪⎫2k 2W ρπ23＋k 48⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋1k 2⎝ ⎛⎭⎪⎫2k 2W ρπ23， k 3、k 4为大于0的常数，是包装价格与包装面积的比值.其他成本C 3为固定常数，与W 、S 无关.即C ＝C 1＋C 2＋C 3＝k 1W ＋k 32πk 2⎝⎛⎭⎪⎫2k 2W ρπ23＋k 48⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋1k 2⎝ ⎛⎭⎪⎫2k 2W ρπ23＋C 3. 由于k 1，k 2，k 3，k 4，ρ都是大于零的常数，所以商品价格关于商品重量的函数是单调增函数，所以商品重量增大，商品价格增大.对于单位重量价格c 与商品重量W 的关系，我们已知c ＝C W ，由于k 1，k 2，k 3，k 4，ρ都是大于零的常数，我们发现包装成本与商品重量成正比，可以简化为C 2＝k 5×W 23，所以c ＝C W ＝k 1＋k 5×13W＋C 31W . 2.模型解释c －W 的简图如图所示：由函数解析式及图象可知单位商品价格关于商品重量的函数是一个减函数，即随着W的增加，c的减少幅度减少，当W很大时，则c不再减少，所以说，不要盲目追求大包装商品.[结题]对于商家，一般来说，小包装商品的利润较高，但成本也相应的增多，所以应该包装大小适宜，在适当情况下，可以尽量生产小包装的商品；对于顾客，在用得完的情况下，尽量买较大的包装，可以节省包装的费用，但是也不能盲目地认为越大包装的商品就越便宜，可能会有其他消耗，如用不完的情况.数学建模是对现实问题进行数学抽象，用数学语言表达问题、用数学方法、数学模型解题的过程.在构建模型时，经常会遇到没有现成数据可用的情况，这时就需要先收集数据，再进行分析、建模.下面摘录一些中学生曾经研究过的问题供参考，同学们可根据情况组织团队进行建模活动.自然方面的问题公路上雪的融化速度；都江堰宝瓶口的水有多深；圭表与日晷原理的数学分析；利用灯光促进植物生长的实验；由氢键理论推算冰的密度；从拼图游戏到人类基因组计划；水草治理问题；天体日、月相在旋转点阵屏上运行的数学模型；云南白马雪山地区树木年轮宽度与气候变化的相关性研究；植物叶表粗糙程度与吸附大气颗粒物能力的关系探究；孔雀鱼体色基因类型初步研究.社会方面的问题“110”巡警站的位置安排；公路护栏的改良；防错拨的城市电话号码设置方案；对小区学生择校问题的研究；如何使防护林达到最佳防护效果；保安巡更路线方案及软件流程设计；高峰期学校门前十字路口红绿灯周期时间的设计；利用数码相机测量桥梁裂纹；埙的容积对音高的影响；考试焦虑的影响因素分析；老年人免费乘公交车的社会成本；“梦之队”组建的最优化选择；汉字结构特征及其识别；“月上柳梢头，人约黄昏后”——古诗中的天文学问题；中国古建筑建造中“举折法”屋面曲线猜想；泰森多边形在环境空气监测网络布设中的应用.生活方面的问题流行歌曲的流行趋势分析；地铁站旅客流通情况及优化方案；暖瓶的最佳保温水位；讨论适合拼音输入法的键盘布局；游览卢浮宫的最佳路线；抽取式面巾纸的包装盒优化设计；汽车后视镜的角度分析及安装改进；14款笔记本电脑性价比报告；地区加油站各区域分布数量方案；为数独定难度；太阳能电池板发电设备优化；区域养老院规划；城市周边地区住房入住率估算与分析；碘酸钾碘盐在烹饪食物时碘损失率的研究.结束语数学建模是一个让纯粹数学家(指只懂数学不懂数学在实际中的应用的数学家)变成物理学家、生物学家、经济学家甚至心理学家等等的过程.。

函数的应用
1．三种函数模型的性质
函数 性质
在(0，＋ ∞)上的增
减性
y＝ax(a>1) 单调递增
y＝logax(a>1)
y＝ xn(n>0)
单调递增
单调递 增
增长速度 越来越快
越来越慢
相对平 移
图象的变 化
值的比较
随x增大逐渐表 随x增大逐渐表 随n值变
现为与y轴平行 现为与x轴平行 化而不
一样
一样
二分法
定义：对于区间[a,b]上连续不断、且f(a)f(b)<0 的函数y=f(x),通过不断地把函数f(x)的零点所在 的区间一分为二，使区间的两个端点逐步逼近 零点，进而得到零点近似值的方法叫做二分法。
2．二分法求方程近似解的过程
如下图所示
例2：已知函数f(x)＝x3＋x2－2x－2，f(1)·f(2)<0， 用二分法逐次计算时，若x0是[1,2]的中点，则有解 区间变为________．
解析：f(1)＝1＋1－2－2<0，f(2)>0，x0＝32， ∴f(32)＝0.625>0，f(x)在(1，32)有零点．
答案：[1，32]
方程解的判断
①
若函数y=f(x)满足以下条件：
（1）f(x1)f(x2)<0; （2）函数y=f(x)的图像在[x1,x2]上连续; 则方程f(x)=0在(x1,x2)上有解.
跟踪训练1
若函数f(x)＝2x－
2 x
－a的一个零点在区间(1,2)内，
则实数a的取值范围是
A.(1,3)
B.(1,2)
C.(0,3)
D.(0,2)
解 析 显 然 f(x) 在 ( 0 ， ＋ ∞ ) 上 是 增 函 数 ， 由 条 件 可 知 f(1)·f(2)＜0， 即(2－2－a)(4－1－a)＜0， 即a(a－3)＜0，解得0＜a＜3.

(2)该企业从第几年开始(2021年为第一年),每年投入的资金数将超过200万
元?
(参考数据:lg 0.11≈-0.959,lg 1.1≈0.041,lg 11≈1.041,lg 2≈0.301)
解 (1)第一年投入的资金数为100(1+10%)万元,第二年投入的资金数为
100(1+10%)+100(1+10%)10%=100(1+10%)2万元,
故选B.
(方法2)取t=4,对于A选项,v=2×4-2=6,故选项A错误;
对于C选项,v=log0.5t=-2,故选项C错误;
对于D选项,v=log3t=log34,故选项D错误;
对于 B
2 -1
选项,v= =7.5,当
2
t=1.9 时,v=1.305,当 t=3.0 时,v=4,
-12
1×10-11
得 10=alg
瓦/平方米,I=1×10
1×10-10
即 a=10,m=10lg
1×10-12
=10lg 100=20.
(2)由题意得 L≤50,得 10lg

1×10-12
得 lg
1×10
瓦/平方米代入
=alg 10=a,
1×10-12

-11
≤5,即
-12

1×10
≤50,
-12
探究点二
对数函数模型
【例2】 科学研究表明:人类对声音有不一样的感觉,这与声音的强度I(单
位:瓦/平方米)有关.在实际测量时,常用L(单位:分贝)来表示声音强弱的等

级,它与声音的强度I满足关系式:L= a·lg
0
(a是常数),其中I0=1×10-12瓦/平