高中数学第三章函数的应用3.2.2函数模型的应用实例学案含解析新人教A版必修073.doc
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—————————— 精心制作仅供参考 灿若出品必属精品 —————————— 灿若寒星 3.2.2 函数模型的应用实例 [导入新知] 1.常见的函数模型 (1)正比例函数模型:f(x)=kx(k为常数,k≠0);
(2)反比例函数模型:f(x)=kx(k为常数,k≠0); (3)一次函数模型:f(x)=kx+b(k,b为常数,k≠0); (4)二次函数模型:f(x)=ax2+bx+c(a,b,c为常数,a≠0); (5)指数函数模型:f(x)=abx+c(a,b,c为常数,a≠0,b>0,b≠1); (6)对数函数模型:f(x)=mlogax+n(m,n,a为常数,m≠0,a>0,a≠1); (7)幂函数模型:f(x)=axn+b(a,b,n为常数,a≠0,n≠1). 2.建立函数模型解决问题的框图表示
[化解疑难] 求解函数应用题的程序 —————————— 精心制作仅供参考 灿若出品必属精品 ——————————
灿若寒星 二次函数模型 [例1] 已知某种商品涨价x成(1成=10%)时,每天的销售量减少45x(其中x>0)成. (1)应该涨价多少,才能使每天的营业额(售出的总金额)最大? (2)如果适当涨价,能使每天的营业额增加,求x的取值范围. [解] 设商品原价格为m,每天的原销售量为n,则每天的原营业额为m·n,涨价后每
天的营业额为y=m·1+x10·1-45·x10·n.
(1)y=m·1+x10·1-45·x10·n =-1125x-542+8180·m·n. 当x=54,即涨价125%时,每天的营业额最大. (2)要使涨价后每天的营业额比原来增加, 则需m·1+x10·1-45·x10·n>m·n, 即2x2-5x<0,变形得x(2x-5)<0. 又x>0,故0<x<52.
∴x的取值范围为0,52. [类题通法] 利用二次函数模型解决问题的方法 在函数模型中,二次函数模型占有重要的地位.根据实际问题建立二次函数解析式后,可以利用配方法、判别式法、换元法、函数的单调性等方法来求函数的最值,从而解决实际问题中的利润最大、用料最省等问题. [活学活用] [活学活用] —————————— 精心制作仅供参考 灿若出品必属精品 —————————— 灿若寒星 如图所示,已知边长为8米的正方形钢板有一个角被锈蚀,其中AE=4米,CD=6米.为合理利用这块钢板,在五边形ABCDE内截取
一个矩形BNPM,使点P在边DE上. (1)设MP=x米,PN=y米,将y表示成x的函数,求该函数的解析式及定义域; (2)求矩形BNPM面积的最大值. 解:(1)作PQ⊥AF于Q, 所以PQ=(8-y)米,EQ=(x-4)米. 又△EPQ∽△EDF,
所以EQPQ=EFFD,即x-48-y=42.
所以y=-12x+10,定义域为{x|4≤x≤8}. (2)设矩形BNPM的面积为S平方米, 则S(x)=xy=x10-x2=-12(x-10)2+50, S(x)是关于x的二次函数,且其图象开口向下,对称轴为x=10,
所以当x∈[4,8]时,S(x)单调递增. 所以当x=8时,矩形BNPM的面积取得最大值,为48平方米.
分段函数模型 [例2] 提高过江大桥的车辆通行能力可改善整个城市的交通状况.在一般情况下,大桥上的车流速度v(单位:千米/时)是车流密度x(单位:辆/千米)的函数.当桥上的车流密度达到200辆/千米时,造成堵塞,此时车流速度为0;当车流密度不超过20辆/千米时,车流速度为60千米/时.研究表明:当20≤x≤200时,车流速度v是车流密度x的一次函数. (1)当0≤x≤200时,求函数v(x)的表达式; (2)当车流密度x为多大时,车流量(单位时间内通过桥上某观测点的车辆数,单位:辆/时)f(x)=x·v(x)可以达到最大,并求出最大值(精确到1辆/时). [解] (1)由题意,当0≤x≤20时,v(x)=60; 当20<x≤200时,设v(x)=ax+b(a≠0),
再由已知得 200a+b=0,20a+b=60, —————————— 精心制作仅供参考 灿若出品必属精品 —————————— 灿若寒星 解得 a=-13,b=2003. 故函数v(x)的表达式为 v(x)= 60,0≤x≤20,13-x,20<x≤200.
(2)依题意并结合(1)可得 f(x)= 60x,0≤x≤20,13x-x,20<x≤200.
当0≤x≤20时,f(x)为增函数,故当x=20时,其最大值为60×20=1 200; 当20<x≤200时,f(x)=13x(200-x)=-13(x-100)2+10 0003≤10 0003,当且仅当x=100时,等号成立. 所以,当x=100时,f(x)在区间(20,200]上取得最大值10 0003.
综上,当x=100时,f(x)在区间[0,200]上取得最大值10 0003≈3 333. 即当车流密度为100辆/千米时,车流量可以达到最大,最大值约为3 333辆/时. [类题通法] 构建分段函数模型的关键点 建立分段函数模型的关键是确定分段的各边界点,即明确自变量的取值区间,对每一区间进行分类讨论,从而写出函数的解析式. [活学活用] 某医疗研究所开发一种新药,如果成人按规定的剂量服用,据监测:服药后每毫升血液中的含药量y与时间t之间近似满足如图所示的曲线. (1)写出服药后y与t之间的函数关系式; (2)据测定:每毫升血液中含药量不少于4 μg时治疗疾病有效,假若某病人一天中第一次服药为上午7:00,问:一天中怎样安排服药时间(共4次)效果最佳?
解:(1)依题意得y= 6t,0≤t≤1,-23t+203,1<t≤10. —————————— 精心制作仅供参考 灿若出品必属精品 —————————— 灿若寒星 (2)设第二次服药时在第一次服药后t1小时,则-23t1+203=4,解得t1=4,因而第二次服药应在11:00. 设第三次服药在第一次服药后t2小时,则此时血液中含药量应为前两次服药后的含药
量的和,即有-23t2+203-23(t2-4)+203=4,解得t2=9,故第三次服药应在16:00. 设第四次服药在第一次服药后t3(t3>10)小时,则此时第一次服进的药已吸收完,血液中含药量应为第二、第三次的和-23(t3-4)+203-23(t3-9)+203=4,解得t3=13.5,故第四次服药应在20:30. 指数、对数型函数模型 [例3] 一片森林原来面积为a,计划每年砍伐一些树,且使森林面积每年比上一年减少p%,10年后森林面积变为a2.为保护生态环境,所剩森林面积至少要为原面积的14.已知到今
年为止,森林面积为22a. (1)求p%的值. (2)到今年为止,该森林已砍伐了多少年? (3)该森林今后最多还能砍伐多少年?
[解] (1)由题意得a(1-p%)10=a2,
即(1-p%)10=12,解得p%=1-12110. (2)设经过m年森林面积为22a, 则a(1-p%)m=22a,即1210m=1212, m10=12,解得m=5.
故到今年为止,已砍伐了5年. (3)设从今年开始,n年后森林面积为 22a·(1-p%)n.
令22a(1-p%)n≥14a, —————————— 精心制作仅供参考 灿若出品必属精品 —————————— 灿若寒星 即(1-p%)n≥24, 1210n≥123
2,得n10≤32,解得n≤15,
故今后最多还能砍伐15年. [类题通法] 指数函数模型的应用 在实际问题中,有关人口增长、银行利率、细胞分裂等增长率问题常可以用指数函数模型表示.通常可以表示为y=N(1+p)x(其中N为基础数,p为增长率,x为时间)的形式. [活学活用] 某化工厂生产一种溶液,按市场要求,杂质含量不能超过0.1%,若初时含杂质2%,每
过滤一次可使杂质含量减少13,问:至少应过滤几次才能使产品达到市场要求?(已知: lg 2=0.301 0,lg 3=0.477 1) 解:依题意,得2100·23n≤11 000,即23n≤120. 则n(lg 2-lg 3)≤-(1+lg 2), 故n≥1+lg 2lg 3-lg 2≈7.4,考虑到n∈N,即至少要过滤8次才能达到市场要求.
8.构建函数模型解应用题 [典例] (12分)甲、乙两人连续6年对某县农村甲鱼养殖业的规律(总产量)进行调查,提供了两个方面的信息,分别得到如下两图. —————————— 精心制作仅供参考 灿若出品必属精品 —————————— 灿若寒星 甲调查表明:每个甲鱼池平均出产量从第一年1万只甲鱼上升到第六年2万只; 乙调查表明:甲鱼池个数由第一年30个减到第六年10个. 请你根据提供的信息说明: (1)第二年甲鱼池的个数及全县出产甲鱼总数. (2)到第六年,这个县的甲鱼养殖业的规模比第一年是扩大了还是缩小了?说明理由. (3)哪一年的规模最大?说明理由. [解题流程]