函數(shù)模型及其應(yīng)用

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數(shù)學必修1:函數(shù)模型 及其應(yīng)用

1.抽象概括:研究實際問題中量,確定變量之間的主、被動關(guān)系,并用x、y分別表示問題中的變量;
2.建立函數(shù)模型:將變量y表示為x的函數(shù),在中學數(shù)學內(nèi),我們建立的函數(shù)模型一般都是函數(shù) 的解析式;
3.求解函數(shù)模型:根據(jù)實際問題所需要解決的目標及函數(shù)式的結(jié)構(gòu)特點正確選擇函數(shù)知識求得函數(shù)模型的解,并還原為實際問題的解.
這些步驟用框圖表示是:
例1.如圖所示,在矩形ABCD中,已知AB=a,BC=b(b<a),在AB,AD,CD,CB上分別截取AE,AH,CG,CF都等于x,當x為何值時,四邊形EFGH的面積最大?并求出最大面積.?
解:設(shè)四邊形EFGH的面積為S,?
則S△AEH=S△CFG= x2,
S△BEF=S△DGH= (a-x)(b-x),?
∴S=ab-2[ 2+ (a-x)(b-x)]?
=-2x2+(a+b)x=-2(x- 2+ ?
由圖形知函數(shù)的定義域為{x0<x≤b}.?
又0<b<a,∴0<b< ,若 ≤b,即a≤3b時,?
則當x= 時,S有最大值 ;?
若 >b,即a>3b時,?
S(x)在(0,b]上是增函數(shù),?
此時當x=b時,S有最大值為?
-2(b- )2+ =ab-b2,?
綜上可知,當a≤3b時,x= 時,?
四邊形面積Smax= ,?
當a>3b時,x=b時,四邊形面積Smax=ab-b2.?
變式訓練1:某商人將進貨單價為8元的某種商品按10元一個銷售時,每天可賣出100個,現(xiàn)在他采用提高售價,減少進貨量的辦法增加利潤,已知這種商品銷售單價每漲1元,銷售量就減少10個,問他將售價每個定為多少元時,才能使 每天所賺的利潤最大?并求出最大值.
解:設(shè)每個提價為x元(x≥0),利潤為y元,每天銷售總額為(10+x)(100-10x)元,
進貨總額為8(100-10x)元,?
顯然100-10x>0,即x<10,?
則y=(10+x)(100-10x)-8(100-10x)=(2+x)(100-10x)=-10(x-4)2+360(0≤x<10).?
當x=4時,y取得最大值,此時銷售單價應(yīng)為14元,最大利潤為360元.?
例2.據(jù)氣象中心觀察和預(yù)測:發(fā)生于M地的沙塵暴一直向正南方向移動,其移動速度
v(km/h)與時間t(h)的函數(shù)圖象如圖所示,過線段OC上一點T(t,0)作橫軸
的垂線l,梯形OABC在直線l左側(cè)部分的面積即為t(h)內(nèi)沙塵暴所經(jīng)過的路程s(km).(1)當t=4時,求s的值;?
(2)將s隨t變化的規(guī)律用數(shù)學關(guān)系式表示出來;?
(3)若N城位于M地正南方向,且距M地650km,試判斷這
場沙塵暴是否會侵襲到N城,如果會,在沙塵暴發(fā)生后多長時間它將
侵襲到N城?如果不會,請說明理由.?
解:(1)由圖象可知:
當t=4時,v=3×4=12,?
∴s= ×4×12=24.?
(2)當0≤t≤10時,s= ?t?3t= t2,?
當10<t≤20時,s= × 10×30+30(t-10)=30t-150;?
當20<t≤35時,s= ×10×30+10×30+(t-20)×30- ×(t-20)×2(t-20)=-t2+70t-550.
綜上可知s=
(3)∵t∈[0,10]時,smax= ×102=150<650.?
t∈(10,20]時,smax=30×20-150=450<650.?
∴當t∈(20,35]時,令-t2+70t-550=650.?
解得t1=30,t2=40,∵20<t≤35,?
∴t=30,所以沙塵暴發(fā)生30h后將侵襲到N城.?
變式訓練2:某工廠生產(chǎn)一種機器的固定成本(即固定投入)為0.5萬元,但每生產(chǎn)100臺 ,
需要加可變成本(即另增加投入)0.25萬元.市場對此產(chǎn)品的年需求量為500臺,銷售的收入函 數(shù)為R(x)=5x- (萬元)(0≤x≤5),其中x是產(chǎn)品售出的數(shù)量(單位:百臺).
(1)把利潤表示為年產(chǎn)量的函數(shù);?[來源:學&科&網(wǎng)Z&X&X&K]
(2)年產(chǎn)量是多少時,工廠所得利潤最大??
(3)年產(chǎn)量是多少時,工廠才不虧本??
解:(1)當x≤5時,產(chǎn)品能售出x百臺;?
當x>5時,只能售出5 百臺,?
故利潤函數(shù)為L(x)=R(x)-C(x)?
=
(2)當0≤x≤5時,L(x)=4.75x- -0.5,?
當x=4.75時,L(x)max=10.78125萬元.?
當x>5時,L(x)=12-0.25x為減函數(shù),?
此時L(x)<10.75(萬元).∴生產(chǎn)475臺時利潤最大.?
(3)由
得x≥4.75- =0.1(百臺)或x<48(百臺).?
∴產(chǎn)品年產(chǎn)量在10臺至4800臺時,工廠不虧本.?
例3.某市居民自 來水收費標準如下:每戶每月用水不超過4噸時,每噸為1.80元,當用水超過4噸時,超過部分每噸3.00元,某月甲、乙兩戶共交水費y元,已知甲、乙兩用戶該月用水量分別為5x,3x噸.?
(1)求y關(guān)于x的函數(shù);?
(2)若甲、乙兩戶該月共交水費26.4元,分別求出甲、乙兩戶該月的用水量和水費.?
解:(1)當甲的用水量不超過4噸時,即5x≤4,乙的用水量也不超過4噸,
y=(5x+3x)×1.8=14.4x;?
當甲的用水量超過4噸,乙的用水量不超過4噸時,?
即3x≤4且5x>4,?
y=4×1.8+3x×1.8+3×(5x-4)=20.4x-4.8.?
當乙的用水量超過4噸時,?
即3x>4,y=8×1.8+3(8x-8)=24x-9.6,?
所以y=
( 2)由于y=f(x)在各段區(qū)間上均為單 調(diào)遞增,?
當x∈[0, ]時,y≤f( )<26.4;?
當x∈( , ]時,y≤f( )<26.4;?
當x∈( ,+∞)時,令24x-9.6=26.4,解得x=1.5,?
所以甲戶用水量為5x=7.5噸,?
付費S1=4×1.8+3.5×3=17.70(元);?
乙戶用水量為3x=4.5噸,?
付費S2=4×1.8+0.5×3=8.70(元).
變式訓練3:1999年10月12日“世界60億人口日”,提出了“人類對生育的選擇將決定世界未來”的主題,控制人口急劇增長的緊迫任務(wù)擺在我們的面前.?
(1)世界人口在過去40年內(nèi)翻了一番,問每年人口平均增長率是多少??
(2)我國人口在1998年底達到12 .48億,若將人口平均增長率控制在1%以內(nèi),我國人口在2008年底至多有多少億??
以下數(shù)據(jù)供計算時使用:
數(shù)N1.0101.0151.0171.3102.000
對數(shù)lgN0.00430.00650.00730.11730.3010
數(shù)N3.0005.00012.4813.1113.78
對數(shù)lgN0.47710.69901.09621.11761.1392
解:(1)設(shè)每年人口平均增長率為x,n年前的人口數(shù)為y,?
則y?(1+x)n=60,則當n=40時,y=30,?
即30(1+x)40=60,∴(1+x)40=2,
兩邊取對數(shù),則40lg(1+x)=lg2,?
則lg(1+x)= =0.007525,?
∴1+x≈1.017,得x=1.7%.
(2)依題意,y≤12.48(1+1%)10?,?
得lgy≤lg12.48+10×lg1.01=1.1392,?
∴y≤13.78,故人口至多有13.78億.
答每年人口平均增長率為1.7%,2008年人口至多有13.78億.
解決函數(shù)應(yīng)用問題應(yīng)著重注意以下幾點:
1.閱讀理解、整理數(shù)據(jù):通過分析、畫圖、列表、歸類等方法,快速弄清數(shù)據(jù) 之間的關(guān)系,數(shù)據(jù)的單位等等;
2.建立函數(shù)模型:關(guān)鍵是正確選擇自變量將問題的目標表示為這個變量的函數(shù),建立函數(shù)模型的過程主要是抓住某些量之間的相等關(guān)系列出函數(shù)式,不要忘記考察函數(shù)的定義域;
3.求解函數(shù)模型:主要是計算函數(shù)的特殊值,研究函數(shù)的單調(diào)性,求函數(shù)的值域、最大(小)值等,注意發(fā)揮函數(shù)圖象的作用.
4.還原評價:應(yīng)用問題不是單純的數(shù)學問題,既要符合數(shù)學學科又要符合實際背景,因于解出的結(jié)果要代入原問題進行檢驗、評判最后作出結(jié)論,作出回答.

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