2019-2020学年高中数学 第三章 函数的应用 3.2.2 函数模型的应用实例教案 新人教A版必

13.2.2函数模型的应用实例[目标]1.会用分段函数模型或自建函数模型解决一些简单的实际问题；2.会根据所给数据选择合适的函数模型进行拟合．[重点]根据给定的函数模型解决实际问题．[难点]建立数学模型解答实际问题.知识点一解函数模型应用题的一般步骤[填一填]1．函数模型应用的两个方面(1)利用已知函数模型解决问题；(2)建立恰当的函数模型，并利用所得函数模型解释有关现象，对某些发展趋势进行预测．2．解函数应用题的一般步骤(1)审题：弄清题意，分清条件和结论，理顺数理关系．(2)建模：将文字语言转化为数学语言，用数学知识建立相应的数学模型．(3)求模：求解数学模型，得到数学结论．(4)还原：将用数学方法得到的结论还原为实际问题．[答一答]1．常见的函数模型有哪些？提示：(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，b0，b≠1)；(6)对数函数模型：f(x)＝mlogax＋n(m，n，a为常数，m≠0，a0，a≠1)；(7)幂函数模型：f(x)＝axn＋b(a，b，n为常数，a≠0，n≠1)．2知识点二函数拟合与预测的一般步骤[填一填](1)收集数据；(2)画散点图；(3)选择函数模型；(4)求函数模型；(5)检验．若符合实际情况，则用函数模型解释实际问题；若不符合实际情况则从(3)重新开始．[答一答]2．如何根据收集到的数据解决实际问题？提示：通过收集数据直接去解决问题的一般过程如下：第一步：收集数据；第二步：根据收集到的数据在平面直角坐标系内画出散点图；第三步：根据点的分布特征，选择一个能刻画散点图特征的函数模型；第四步：选择其中的几组数据求出函数模型；第五步：将已知数据代入所求出的函数模型进行检验，看其是否符合实际．若不符合实际，则重复第三、四、五步．若符合实际，则进入下一步；第六步：用求得的函数模型去解释实际问题．以上过程可用程序框图表示如下：3．数据拟合时，得到的函数为什么需要检验？提示：因为根据已给的数据作出散点图，一般是以比较熟悉的、最简单的函数作模拟，但所估计的函数有时可能误差较大或不切合客观实际，此时要重新调整数据或选用其他函数3模型．类型一建立函数模型的应用题[例1]某汽车城销售某种型号的汽车，进货单价为25万元．市场调研表明：当销售单价为29万元时，平均每周能售出8辆，而当销售单价每降低0.5万元时，平均每周能多售出4辆．设每辆汽车降价x万元，每辆汽车的销售利润为y万元(每辆车的销售利润＝销售单价－进货单价)．(1)求y与x之间的函数关系式，并在保证商家不亏本的前提下，写出x的取值范围；(2)假设这种汽车平均每周的销售利润为z万元，试写出z与x之间的函数关系式；(3)当每辆汽车的销售单价为多少万元时，平均每周的销售利润最大？最大利润是多少？[分析]解决本题需弄清楚：每辆车的销售利润＝销售单价－进货单价；先求出每辆车的销售利润，再乘以售出辆数可得每周销售利润．通过二次函数求最值，可得汽车合适的销售单价．[解](1)因为y＝29－25－x，所以y＝－x＋4(0≤x≤4)．(2)z＝(8＋x0.5×4)y＝(8x＋8)(－x＋4)＝－8x2＋24x＋32(0≤x≤4)．(3)由(2)知，z＝－8x2＋24x＋32＝－8(x－1.5)2＋50(0≤x≤4)．故当x＝1.5时，zmax＝50.所以当销售单价为29－1.5＝27.5万元时，每周的销售利润最大，最大利润为50万元．在函数模型中，二次函数模型占有重要的地位，因为根据实际问题建立函数解析式后，可利用配方法、判别式法、换元法、函数的单调性等来求函数的最值，从而解决实际问题中的最大、最小等问题.[变式训练1]据市场分析，烟台某海鲜加工公司当月产量在10吨至25吨时，月生产总成本y(万元)可以看成月产量x(吨)的二次函数；当月产量为10吨时，月总成本为20万元；当月产量为15吨时，月总成本最低为17.5万元，且为二次函数的顶点．(1)写出月总成本y(万元)关于月产量x(吨)的函数关系式；(2)已知该产品销售价为每吨1.6万元，那么月产量为多少时，可获最大利润？4解：(1)设y＝a(x－15)2＋17.5，将x＝10，y＝20代入上式，得20＝25a＋17.5.解得a＝110.所以y＝110(x－15)2＋17.5(10≤x≤25)．(2)设最大利润为Q(x)，则Q(x)＝1.6x－y＝1.6x－110x2－3x＋40＝－110(x－23)2＋12.9(10≤x≤25)．因为x＝23∈[10,25]，所以月产量为23吨时，可获最大利润12.9万元．类型二已知函数模型的应用题[例2]已知某产品市场价格与市场供应量P的关系近似满足P(x)＝2(1－kt)(x－b)2(其中t为关税的税率，且t∈[0，12)，x为市场价格，b，k为正常数)，当t＝18时的市场供应量曲线如图所示．(1)根据图象求b，k的值；(2)记市场需求量为Q，它近似满足Q(x)＝211－x2，当P＝Q时的价格称为市场平衡价格，为使市场平衡价格不低于9元，求税率的最小值．[解](1)由图象知：21－k85－b2＝1，21－k87－b2＝2，5⇒1－k85－b2＝0，1－k87－b2＝1，⇒b＝5，k＝6.(2)当P＝Q时，有2(1－6t)(x－5)2＝211－x2，即(1－6t)(x－5)2＝11－x2⇒2(1－6t)＝22－xx－52＝17－x－5x－52＝17x－52－1x－5.令m＝1x－5，则2(1－6t)＝17m2－m.∵x≥9，∴m∈(0，14]．当m＝14时，2(1－6t)取最大值1316，故t≥19192，即税率的最小值为19192.1本题利用已知函数模型解决实际问题，首先利用给出的函数图象，通过待定系数法确定函数关系式，再利用函数关系式求最值，求最值时注意自变量的取值范围.2对于题中已给出数学模型问题，只要解数学模型即可，较常用的方法是待定系数法解模型，然后利用相应的解析式及对应函数的性质解决实际问题.[变式训练2]灌满开水的热水瓶放在室内，如果瓶内开水原来的温度是θ1度，室内气温是θ0度，t分钟后，开水的温度可由公式θ＝θ0＋(θ1－θ0)e－kt求得，这里，k是一个与热水瓶类型有关的正的常量．现有一只某种类型的热水瓶，测得瓶内水温为100℃，过1小时后又测得瓶内水温变为98℃.已知某种奶粉必须用不低于85℃的开水冲调，现用这种类型的热水瓶在早上六点灌满100℃的开水，问：能否在这一天的中午十二点用这瓶开水来冲调上述奶粉？(假定该地白天室温为20℃)解：根据题意，有98＝20＋(100－20)e－60k，整理得e－60k＝3940.6利用计算器，解得k＝0.0004222.故θ＝20＋80e－0.0004222t.从早上六点至中午十二点共过去6小时，即360分钟．当t＝360时，θ＝20＋80e－0.0004222×360＝20＋80e－0.152，由计算器算得θ≈88℃85℃，即能够在这一天的中午十二点用这瓶开水来冲调奶粉．类型三拟合函数模型的应用题[例3]某个体经营者把开始六个月试销A，B两种商品的逐月投资与所获纯利润列成下表：该经营者准备下月投入12万元经营这两种产品，但不知投入A，B两种商品各多少万元才合算．请你帮助制定一个资金投入方案，使得该经营者能获得最大利润，并按你的方案求出该经营者下月可获得的最大纯利润(结果保留两个有效数字)．[分析]只给出数据，没明确函数关系，这样就需要准确的画出散点图．然后根据图形选择合适的函数模型来解决实际问题．[解]以投资额为横坐标，纯利润为纵坐标，在平面直角坐标系中画出散点图，如图所示．7观察散点图可以看出，A种商品的所获纯利润y与投资额x之间的变化规律可以用二次函数模型进行模拟，如图①所示．取(4,2)为最高点，则y＝a(x－4)2＋2，再把点(1,0.65)代入，得0.65＝a(1－4)2＋2，解得a＝－0.15，所以y＝－0.15(x－4)2＋2.B种商品所获纯利润y与投资额x之间的变化规律是线性的，可以用一次函数模型进行模拟，如图②所示．设y＝kx＋b，取点(1,0.25)和(4,1)代入，得0.25＝k＋b，1＝4k＋b，解得k＝0.25，b＝0.所以y＝0.25x.即前六个月所获纯利润y关于月投资A种商品的金额x的函数关系式是y＝－0.15(x－4)2＋2；前六个月所获纯利润y关于月投资B种商品的金额x的函数关系式是y＝0.25x.设下月投入A，B两种商品的资金分别为xA，xB(万元)，总利润为W(万元)，那么xA＋xB＝12，W＝yA＋yB＝－0.15xA－42＋2＋0.25xB.所以W＝－0.15(xA－196)2＋0.15×(196)2＋2.6.当xA＝196≈3.2(万元)时，W取最大值，约为4.1万元，此时xB≈8.8(万元)．即该经营者下月把12万元中的3.2万元投资A种商品，8.8万元投资B种商品，可获得最大利润约为4.1万元．拟合数据，建立函数模型解决实际问题的一般步骤：根据收集到的数据作出散点图，然后根据散点图的形状，选用比较接近的可能的函数模型来描述所涉及的数量之间的关系，然后利用待定系数法确定出具体的函数解析式，若符合实际，可用此函数模型解释问题，若不符合实际，则继续选择模型，重复操作过程.[变式训练3]我国2014年至2017年国内生产总值(单位：万亿元)如下表所示：年份2014201520162017x0123生产总值y8.20678.94429.593310.2398(1)画出函数图象，猜想它们之间的函数关系，近似地写出一个函数关系式；8(2)利用得出的关系式求生产总值，与表中实际生产总值比较．解：(1)画出函数图象，如图所示，从函数的图象可以看出，画出的点近似地落在一条直线上，设所求的一次函数为y＝kx＋b(k≠0)．把点(0,8.2067)和(3,10.2398)的坐标代入上式，解方程组，得k＝0.6777，b＝8.2067.因此所求的函数关系式为y＝0.6777x＋8.2067.(2)由得到的关系式计算出2015年和2016年的国内生产总值分别为0.6777×1＋8.2067＝8.8844(万亿元)，0．6777×2＋8.2067＝9.5621(万亿元)．与实际的生产总值相比，误差不超过0.1万亿元．1．一根蜡烛长20cm，点燃后每小时燃烧5cm，燃烧时剩下的高度h(cm)与燃烧时间t(h)的函数关系用图象表示为图中的(B)解析：由题意h＝20－5t,0≤t≤4.结合图象知应选B.2．“红豆生南国，春来发几枝？”如图给出了红豆生长时间t(月)与枝数y(枝)的散点图，那么红豆生长时间与枝数的关系用下列哪个函数模型拟合最好(C)9A．y＝t3B．y＝log2tC．y＝2tD．y＝2t2解析：符合指数函数模型．3．将进货单价为8元的商品按10元/个销售时，每天可卖出100个，若此商品的销售单价涨1元，日销售量就减少10个，为了获取最大利润，此商品的销售单价应定为14元．解析：设销售单价应涨x元，则实际销售单价为(10＋x)元，此时日销售量为(100－10x)个，每个商品的利润为(10＋x)－8＝2＋x(元)，∴总利润y＝(2＋x)(100－10x)＝－10x2＋80x＋200＝－10(x－4)2＋360(0x10，且x∈N*)．∴当x＝4时y有最大值，此时单价为14元．4．在不考虑空气阻力的情况下，火箭的最大速度v米/秒和燃料的质量M千克、火箭(除燃料外)的质量m千克的函数关系式是v＝2000·ln(1＋Mm)．当燃烧质量是火箭质量的e6－1倍时，火箭的最大速度