高三数学人教版a版数学(理)高考一轮复习教案:2.9 函数的模型及其应用 word版含答案
展开了解指数函数、对数函数以及幂函数的增长特征.知道直线上升、指数增长、对数增长等不同函数类型增长的含义.
2.函数的综合应用
了解函数模型(如指数函数、对数函数、幂函数、分段函数等在社会生活中普遍使用的函数模型)的广泛应用.
知识点一 几种常见函数模型
易误提醒
1.易忽视实际问题的自变量的取值范围,需合理确定函数的定义域.
2.注意问题反馈.在解决函数模型后,必须验证这个数学结果对实际问题的合理性.
[自测练习]
1.(2015·广州模拟)在某个物理实验中,测量得变量x和变量y的几组数据,如下表:
则对x,y最适合的拟合函数是( )
A.y=2x B.y=x2-1
C.y=2x-2 D.y=lg2x
解析:根据x=0.50,y=-0.99,代入计算,可以排除A;根据x=2.01,y=0.98,代入计算,可以排除B、C;将各数据代入函数y=lg2x,可知满足题意.故选D.
答案:D
2.生产一定数量的商品的全部费用称为生产成本,某企业一个月生产某种商品x万件时的生产成本为C(x)=eq \f(1,2)x2+2x+20(万元).一万件售价是20万元,为获取最大利润,该企业一个月应生产该商品数量为( )
A.36万件 B.18万件
C.22万件 D.9万件
解析:利润L(x)=20x-C(x)=-eq \f(1,2)(x-18)2+142,
当x=18时,L(x)有最大值.
答案:B
知识点二 三种增长函数的图象与性质
必备方法 三种模型的增长差异
在区间(0,+∞)上,尽管函数y=ax(a>1),y=lgax(a>1)和y=xn(n>0)都是增函数,但它们的增长速度不同,而且不在同一个“档次”上.随着x的增大,y=ax(a>1)的增长速度越来越快,会超过并远远大于y=xn(n>0)的增长速度,而y=lgax(a>1)的增长速度则会越来越慢.因此,总会存在一个x0,使得当x>x0时,有lgax
3.下列函数中随x的增大而增大速度最快的是( )
A.v=eq \f(1,100)·ex B.v=100ln x
C.v=x100 D.v=100×2x
解析:只有v=eq \f(1,100)·ex和v=100×2x是指数函数,
并且e>2,所以v=eq \f(1,100)·ex的增大速度最快,故选A.
答案:A
考点一 一次、二次函数模型|
1.某电信公司推出两种手机收费方式:A种方式是月租20元,B种方式是月租0元.一个月的本地网内通话时间t(分钟)与电话费s(元)的函数关系如图所示,当通话150分钟时,这两种方式电话费相差( )
A.10元 B.20元
C.30元 D.eq \f(40,3)元
解析:依题意可设sA(t)=20+kt,sB(t)=mt,
又sA(100)=sB(100),
∴100k+20=100m,
得k-m=-0.2,
于是sA(150)-sB(150)=20+150k-150m=20+150×(-0.2)=-10,
即两种方式电话费相差10元,选A.
答案:A
2.经市场调查,某商品在过去100天内的销售量和价格均为时间t(天)的函数,且日销售量近似地满足g(t)=-eq \f(1,3) t+eq \f(112,3)(1≤t≤100,t∈N).前40天价格为f(t)=eq \f(1,4)t+22(1≤t≤40,t∈N),后60天价格为f(t)=-eq \f(1,2)t+52(41≤t≤100,t∈N),试求该商品的日销售额S(t)的最大值和最小值.
解:当1≤t≤40,t∈N时,
S(t)=g(t)f(t)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,3)t+\f(112,3)))eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,4)t+22))
=-eq \f(1,12)t2+2t+eq \f(112×22,3)=-eq \f(1,12)(t-12)2+eq \f(2 500,3),
所以768=S(40)≤S(t)≤S(12)=eq \f(2 500,3).
当41≤t≤100,t∈N时,
S(t)=g(t)f(t)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,3)t+\f(112,3)))eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)t+52))
=eq \f(1,6)t2-36t+eq \f(112×52,3)=eq \f(1,6)(t-108)2-eq \f(8,3),
所以8=S(100)≤S(t)≤S(41)=eq \f(1 491,2).
所以,S(t)的最大值为eq \f(2 500,3),最小值为8.
一次函数与二次函数模型问题求解的三个关注点
(1)二次函数的最值一般利用配方法与函数的单调性解决,但一定要密切注意函数的定义域,否则极易出错.
(2)确定一次函数模型时,一般是借助两个点来确定,常用待定系数法.
(3)解决函数应用问题时,最后要还原到实际问题.
考点二 分段函数模型|
有一种新型的洗衣液,去污速度特别快.已知每投放k(1≤k≤4,且k∈R)个单位的洗衣液在一定量水的洗衣机中,它在水中释放的浓度y(克/升)随着时间x(分钟)变化的函数关系式近似为y=k·f(x),其中f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(24,8-x)-1,0≤x≤4,,7-\f(1,2)x, 4
(2)若只投放一次4个单位的洗衣液,则有效去污时间可达几分钟?
(3)若第一次投放2个单位的洗衣液,10分钟后再投放1个单位的洗衣液,则在第12分钟时洗衣液是否还能起到有效去污的作用?请说明理由.
[解] (1)由题意知keq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(24,8-2)-1))=3,∴k=1.
(2)因为k=4,
所以y=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(96,8-x)-4,0≤x≤4,,28-2x, 4
所以0≤x≤4.当4
所以只投放一次4个单位的洗衣液的有效去污时间可达12分钟.
(3)在第12分钟时,水中洗衣液的浓度为2×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(7-\f(1,2)×12))+1×eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(24,8-12-10)-1))=5,又5>4,
∴在第12分钟还能起到有效去污的作用.
分段函数模型问题求解的三个关注点
(1)实际问题中有些变量间的关系不能用同一个关系式给出,而是由几个不同的关系式构成,应构建分段函数模型求解.
(2)构造分段函数时,做到分段合理、不重不漏.
(3)分段函数的最值是各段的最大(最小)者的最大者(最小者).
1.已知A,B两地相距150千米,某人开汽车以60千米/小时的速度从A地到达B地,在B地停留1小时后再以50千米/小时的速度返回A地,把汽车离开A地的距离x表示为时间t(小时)的函数表达式是( )
A.x=60t
B.x=60t+50t
C.x=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(60t0≤t≤2.5,,150-50tt>3.5))
D.x=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(60t0≤t≤2.5,,1502.5
当2.5
考点三 指数函数模型|
已知某物体的温度θ(单位:摄氏度)随时间t(单位:分钟)的变化规律是θ=m·2t+21-t(t≥0,并且m>0).
(1)如果m=2,求经过多长时间,物体的温度为5摄氏度;
(2)若物体的温度总不低于2摄氏度,求m的取值范围.
[解] (1)若m=2,则θ=2·2t+21-t=2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2t+\f(1,2t))),
当θ=5时,2t+eq \f(1,2t)=eq \f(5,2),
令2t=x(x≥1),则x+eq \f(1,x)=eq \f(5,2),
即2x2-5x+2=0,
解得x=2或x=eq \f(1,2)(舍去),此时t=1.
所以经过1分钟,物体的温度为5摄氏度.
(2)物体的温度总不低于2摄氏度,即θ≥2恒成立,
即m·2t+eq \f(2,2t)≥2恒成立,
亦即m≥2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2t)-\f(1,22t)))恒成立.
令eq \f(1,2t)=y,则0
因此,当物体的温度总不低于2摄氏度时,m的取值范围是eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),+∞)).
求解指数函数模型的三个注意点
(1)指数函数模型,常与增长率相结合进行考查,主要有人口增长、银行利率、细胞分裂等问题.
(2)应用指数函数模型时,注意先设定模型,再求有关数据.
(3)y=a(1+x)n通常利用指数运算与对数函数的性质求解.
2.(2015·江苏连云港模拟)把物体放在空气中冷却,如果物体原来的温度是θ1,空气温度是θ0,t分钟后物体的温度θ可由公式θ=θ0+(θ1-θ0)e-tlneq \f(3,2)求得,现有60 ℃的物体放在15 ℃的空气中冷却,当物体温度为35 ℃时,冷却时间t=________分钟.
解析:由已知条件可得35=15+(60-15)·e-tlneq \f(3,2),解得t=2.
答案:2
2.利用函数模型求解实际问题
【典例】 (12分)已知一家公司生产某品牌服装的年固定成本为10万元,每生产1千件需另投入2.7万元.设该公司一年内共生产该品牌服装x千件并全部销售完,每千件的销售收入为R(x)万元,且R(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(10.8-\f(1,30)x20
(1)写出年利润W(万元)关于年产量x(千件)的函数解析式;
(2)年产量为多少千件时,该公司在这一品牌服装的生产中所获得的年利润最大?(注:年利润=年销售收入-年总成本)
[思路点拨] (1)由R(x)中分段写出W与x的解析式.
(2)分两段求利润的最大值,比较后得出结论.
[规范解答] (1)当0
当x>10时,W=xR(x)-(10+2.7x)
=98-eq \f(1 000,3x)-2.7x.(4分)
∴W=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(8.1x-\f(x3,30)-100
(2)①当0
∴当x=9时,W取极大值,即最大值,
且Wmax=8.1×9-eq \f(1,30)×93-10=38.6.(7分)
②当x>10时,W=98-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1 000,3x)+2.7x))
≤98-2 eq \r(\f(1 000,3x)·2.7x)=38,(8分)
当且仅当eq \f(1 000,3x)=2.7x,即x=eq \f(100,9)时,W=38,(9分)
故当x=eq \f(100,9)时,W取最大值38(当1 000x取整数时,W一定小于38).(10分)
综合①②知,当x=9时,W取最大值,故当年产量为9千件时,该公司在这一品牌服装的生产中所获年利润最大.(12分)
[模板形成]
A组 考点能力演练
1.设甲、乙两地的距离为a(a>0),小王骑自行车以匀速从甲地到乙地用了20分钟,在乙地休息10分钟后,他又以匀速从乙地返回到甲地用了30分钟,则小王从出发到返回原地所经过的路程y和其所用的时间x的函数图象为( )
解析:注意到y为“小王从出发到返回原地所经过的路程”而不是位移,用定性分析法不难得到答案为D.
答案:D
2.已知某种动物的繁殖量y(只)与时间x(年)的关系为y=alg3(x+1),设这种动物第2年有100只,则到第8年它们将发展到( )
A.200只 B.300只
C.400只 D.500只
解析:由题意,繁殖量y(只)与时间x(年)的关系为y=alg3(x+1),这种动物第2年有100只,∴100=alg3(2+1),∴a=100,∴y=100lg3(x+1),∴当x=8时,y=100lg3(8+1)=100×2=200.故选A.
答案:A
3.某工厂的大门是一抛物线形水泥建筑物,大门的地面宽度为8 m,两侧距离地面3 m高处各有一个壁灯,两壁灯之间的水平距离为6 m,如图所示.则厂门的高约为(水泥建筑物厚度忽略不计,精确到0.1 m)( )
A.6.9 m B.7.0 m
C.7.1 m D.6.8 m
解析:建立如图所示的坐标系,于是由题设条件知抛物线的方程为y=ax2(a<0),设点A的坐标为(4,-h),则C(3,3-h),将这两点的坐标代入y=ax2,可得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(-h=a·42,,3-h=a·32,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=-\f(3,7),,h=\f(48,7)≈6.9,))
所以厂门的高约为6.9 m.
答案:A
4.(2015·青岛模拟)某校为了规范教职工绩效考核制度,现准备拟定一函数用于根据当月评价分数x(正常情况0≤x≤100,且教职工平均月评价分数在50分左右,若有突出贡献可以高于100分)计算当月绩效工资y元.要求绩效工资不低于500元,不设上限且让大部分教职工绩效工资在600元左右,另外绩效工资在平均分数左右变化不大,则下列函数最符合要求的是( )
A.y=(x-50)2+500
B.y=10eq \f(x,25)+500
C.y=eq \f(1,1 000)(x-50)3+625
D.y=50[10+lg(2x+1)]
解析:由题意知,函数单调递增,且先慢后快,在x=50左右增长近乎为0且函数值在600左右,最小值为500,A是先减后增,B由指数函数知是增长越来越快,D由对数函数增长速度越来越慢,C是y=x3的平移和伸缩变换而得,最符合题目要求,故选C.
答案:C
5.某公司租地建仓库,已知仓库每月占用费y1与仓库到车站的距离成反比,而每月库存货物的运费y2与仓库到车站的距离成正比.据测算,如果在距离车站10千米处建仓库,这两项费用y1、y2分别是2万元、8万元,那么要使这两项费用之和最小,仓库应建在离车站( )
A.5千米处 B.4千米处
C.3千米处 D.2千米处
解析:设仓库到车站的距离为x千米,由题意得y1=eq \f(k1,x),y2=k2x,其中x>0,又当x=10时,y1=2,y2=8,故k1=20,k2=eq \f(4,5).所以y1+y2=eq \f(20,x)+eq \f(4,5)x≥2 eq \r(\f(20,x)·\f(4,5)x)=8,当且仅当eq \f(20,x)=eq \f(4,5)x,即x=5时取等号.
答案:A
6.(2015·西宁五中片区四校联考)某城市出租车按如下方法收费:起步价6元,可行3 km(含3 km),3 km后到10 km(含10 km)每走1 km加价0.5元,10 km后每走1 km加价0.8元,某人坐出租车走了12 km,他应交费________元.
解析:本题考查数学知识在实际问题中的应用.某人坐出租车走了12 km,他应交费6+0.5×7+0.8×2=11.1元.
答案:11.1
7.(2015·北京朝阳统考)某公司购买一批机器投入生产,据市场分析每台机器生产的产品可获得的总利润y(万元)与机器运转时间x(x∈N*)(年)的关系为y=-x2+18x-25,则每台机器运转________年时,年平均利润最大,最大值是________万元.
解析:本题考查应用均值不等式解答实际问题.据已知每台机器的年平均利润关于运转时间x的函数关系式为g(x)=eq \f(fx,x)=eq \f(-x2+18x-25,x)=18-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(25,x))),据均值不等式可得g(x)=18-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(25,x)))≤18-2 eq \r(x×\f(25,x))=8,当且仅当x=eq \f(25,x),即x=5时取得等号.
答案:5 8
8.某村计划建造一个室内面积为800 m2的矩形蔬菜温室.在温室内,沿左、右两侧与后侧内墙各保留1 m宽的通道,沿前侧内墙保留3 m宽的空地.则矩形温室的蔬菜的种植面积最大值是________m2.
解析:设矩形温室的左侧边长为a m,后侧边长为b m,则ab=800 m2.蔬菜的种植面积S=(a-4)·(b-2)=ab-4b-2a+8=808-2(a+2b).∴S≤808-4eq \r(2ab)=648(m2).当且仅当a=2b,即a=40 m,b=20 m时,Smax=648 m2.
答案:648
9.某家庭进行理财投资,根据长期收益率市场预测,投资债券等稳健型产品的收益与投资额成正比,投资股票等风险型产品的收益与投资额的算术平方根成正比.已知投资1万元时两类产品的收益分别为0.125万元和0.5万元.
(1)分别写出两类产品的收益与投资的函数关系;
(2)该家庭有20万元资金,全部用于理财投资,问:怎么分配资金能使投资获得最大收益,其最大收益是多少万元?
解:(1)设两类产品的收益与投资的函数分别为f(x)=k1x,g(x)=k2eq \r(x).
由已知得f(1)=eq \f(1,8)=k1,g(1)=eq \f(1,2)=k2,
所以f(x)=eq \f(1,8)x(x≥0),g(x)=eq \f(1,2)eq \r(x)(x≥0).
(2)设投资债券类产品x万元,则投资股票类产品(20-x)万元.
则收益(单位:万元)为y=f(x)+g(20-x)=eq \f(x,8)+eq \f(1,2)eq \r(20-x)(0≤x≤20).
设t=eq \r(20-x)(0≤t≤2eq \r(5)),则y=eq \f(20-t2,8)+eq \f(1,2)t=-eq \f(1,8)(t-2)2+3,
所以当t=2,即x=16时,收益最大,最大收益为3万元.
10.某沿海地区养殖的一种特色海鲜上市时间仅能持续5个月,预测上市初期和后期因供应不足使价格呈持续上涨态势,而中期又将出现供大于求使价格连续下跌.现有三种价格模拟函数:①f(x)=p·qx;②f(x)=px2+qx+1;③f(x)=x(x-q)2+p(以上三式中p,q均为常数,且q>1).
(1)为准确研究其价格走势,应选哪种价格模拟函数(不必说明理由)?
(2)若f(0)=4,f(2)=6,求出所选函数f(x)的解析式(注:函数定义域是[0,5],其中x=0表示8月1日,x=1表示9月1日,以此类推);
(3)在(2)的条件下研究下面课题:为保证养殖户的经济效益,当地政府计划在价格下跌期间积极拓宽外销,请你预测该海鲜将在哪几个月内价格下跌.
解:(1)因为上市初期和后期价格呈持续上涨态势,而中期又将出现价格连续下跌,所以在所给出的函数中应选模拟函数f(x)=x(x-q)2+p.
(2)对于f(x)=x(x-q)2+p,
由f(0)=4,f(2)=6,可得p=4,(2-q)2=1,
又q>1,所以q=3,
所以f(x)=x3-6x2+9x+4(0≤x≤5).
(3)因为f(x)=x3-6x2+9x+4(0≤x≤5),
所以f′(x)=3x2-12x+9,
令f′(x)<0,得1
B组 高考题型专练
1.(2015·高考四川卷)某食品的保鲜时间y(单位:小时)与储藏温度x(单位:℃)满足函数关系y=ekx+b(e=2.718…为自然对数的底数,k,b为常数).若该食品在0 ℃的保鲜时间是192小时,在22 ℃的保鲜时间是48小时,则该食品在33 ℃的保鲜时间是( )
A.16小时 B.20小时
C.24小时 D.28小时
解析:由已知得192=eb,①
48=e22k+b=e22k·eb,②
将①代入②得e22k=eq \f(1,4),则e11k=eq \f(1,2),
当x=33时,y=e33k+b=e33k·eb=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))3×192=24,所以该食品在33 ℃的保鲜时间是24小时.故选C.
答案:C
2.(2013·高考湖北卷)小明骑车上学,开始时匀速行驶,途中因交通堵塞停留了一段时间后,为了赶时间加快速度行驶.与以上事件吻合得最好的图象是( )
解析:小明匀速运动时,所得图象为一条直线,且距离学校越来越近,故排除A.因交通堵塞停留了一段时间,与学校的距离不变,故排除D.后来为了赶时间加快速度行驶,故排除B.故选C.
答案:C
3.(2015·高考浙江卷)有三个房间需要粉刷,粉刷方案要求:每个房间只用一种颜色,且三个房间颜色各不相同.已知三个房间的粉刷面积(单位:m2)分别为x,y,z,且x
C.ay+bz+cx D.ay+bx+cz
解析:采用特值法进行求解验证即可,若x=1,y=2,z=3,a=1,b=2,c=3,则ax+by+cz=14,az+by+cx=10,ay+bz+cx=11,ay+bx+cz=13.由此可知最低的总费用是az+by+cx.
答案:B
4.(2015·高考北京卷)某辆汽车每次加油都把油箱加满,下表记录了该车相邻两次加油时的情况.
注:“累计里程”指汽车从出厂开始累计行驶的路程.
在这段时间内,该车每100千米平均耗油量为( )
A.6升 B.8升
C.10升 D.12升
解析:因为第一次(即5月1日)把油加满,而第二次把油加满加了48升,即汽车行驶35 600-35 000=600千米耗油48升,所以每100千米的耗油量为8升,选B.
答案:B
5.(2014·高考湖北卷)某项研究表明:在考虑行车安全的情况下,某路段车流量F(单位时间内经过测量点的车辆数,单位:辆/小时)与车流速度v(假设车辆以相同速度v行驶,单位:米/秒)、平均车长l(单位:米)的值有关,其公式为F=eq \f(76 000v,v2+18v+20l).
(1)如果不限定车型,l=6.05,则最大车流量为________辆/小时;
(2)如果限定车型,l=5,则最大车流量比(1)中的最大车流量增加________辆/小时.
解析:(1)当l=6.05,则F=eq \f(76 000v,v2+18v+121)=eq \f(76 000,v+18+\f(121,v)),由基本不等式v+eq \f(121,v)≥2eq \r(121)=22,得F≤eq \f(76 000,22+18)=1 900(辆/小时),故答案为1 900.
(2)l=5,F=eq \f(76 000v,v2+18v+100)=eq \f(76 000,v+18+\f(100,v)),由基本不等式v+eq \f(100,v)≥2eq \r(100)=20,得F≤eq \f(76 000,20+18)=2 000(辆/小时),增加2 000-1 900=100(辆/小时),故答案为100.
答案:(1)1 900 (2)100
函数模型
函数解析式
正比例函数模型
f(x)=kx(k为常数,k≠0)
一次函数模型
f(x)=ax+b(a,b为常数,a≠0)
反比例函数模型
f(x)=eq \f(k,x)+b(k,b为常数且k≠0)
二次函数模型
f(x)=ax2+bx+c(a,b,c为常数,a≠0)
指数函数模型
f(x)=bax+c
(a,b,c为常数,b≠0,a>0且a≠1)
对数函数模型
f(x)=blgax+c
(a,b,c为常数,b≠0,a>0且a≠1)
幂函数模型
f(x)=axα+b(a,b为常数,a≠0,α≠1)
“对号”函数模型
y=x+eq \f(a,x)(a>0)
x
0.50
0.99
2.01
3.98
y
-0.99
0.01
0.98
2.00
函数
性质
y=ax(a>1)
y=lgax(a>1)
y=xn(n>0)
在(0,+∞)上的增减性
增函数
增函数
增函数
增长速度
越来越快
越来越慢
相对平稳
图象的变化
随x增大逐渐表现为与y轴接近平行
随x增大逐渐表现为与x轴接近平行
随n值变化而不同
加油时间
加油量(升)
加油时的累计里程(千米)
2015年5月1日
12
35 000
2015年5月15日
48
35 600
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