3.4 函数的应用(一)

用一次、二次、分段和反比例关系描述实际问题,再用学过的性质求答案。先统一单位、确定实际定义域,算完后检验方案能否实现。先从一个假设的打车计价模型开始。

本节知识点简单函数模型与情境定义域建模的问题、变量、单位与假设模型的检验、修正与外推边界

第 1 步

从例子进入

假设打车按实际里程连续计费、不作里程进位:起步价 元,包含前 千米;超过 千米的部分,每千米 元。先点下面不同里程按钮,看出租车计价表怎么跳字:

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想一想

下图横轴为里程(千米),纵轴为费用(元);只讨论已经乘车的正里程。

坐了 千米,要付多少钱?

看答案与解析

答案:B

B。前 千米包在 元里,多出来 千米,每千米 元,是 元。合计 元。

你刚才其实写了一个函数:路程 千米()时,车费 元。已乘车且 千米时 。路程一变,车费跟着变,规则分两段。

这一节就讲这件事:把生活里的规则写成函数,再用函数的性质回答「要付多少」「什么时候最省」「最大能到多少」。写的时候要多想一步: 能取哪些值、单位是什么、算出来的数合不合实际。

第 2 步

讲清楚

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1. 先认识几个词:关系式、单位与允许范围

要用到:3.1 的定义域(回看 3.1);3.2 的单调性与最值(回看 3.2);2.2 的基本不等式(回看 2.2)。先看下面这幅微图解:

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2. 核心数学建模法则与闭区间最值公式

一次关系 :在给定闭区间上,可按单调性比较端点; 时为常数。在开区间或无界范围上,要另查最值是否存在,不能直接说“必在端点取得”。

想一想

自己试试:一辆车以 km/h 匀速行驶。它行驶的路程 (单位:米)关于时间 (单位:秒)的函数是?

看答案与解析

答案:B

B。 km/h 米/秒,所以 ()。选 A 的同学没换算单位;C 是「千米/分钟」的数;D 把除以 做成了乘以 。

3. 二次函数建模:实际范围、最值与整数限制

想一想

自己试试:某商品进价 元。售价定为 元()时,每天能卖 件。每天的利润最大是多少元?

提示 1:先分清收入与利润

每件的利润是售价减进价。每天总利润应是“每件赚多少”乘“卖出多少件”,先自己写出关于 的函数。

提示 2:怎样判断最大值能否取得?

展开或配方得到二次函数,找顶点,再与题目给的售价范围比较。最后核对求出的是利润还是售价,以及销量是否为正。

看答案与解析

答案:A

A。每件赚 元,利润 。顶点 在 里,最大利润 元,售价 元。选 B 的同学用了「售价 销量」,那是收入,忘了减进价;选 C 答的是售价,不是利润。

回头看:若售价上限改为 元,先自己判断:还能用顶点值作答案吗?

核对变式:函数没变,范围变了

顶点 不在 内;利润在这个区间递增,故售价 元时最大,利润为 元。和菜园题一样,方法可以迁移,顶点能否取到必须重查。

4. 分段函数与反比例模型

想一想

自己试试:某地水费,每月用水 吨以内(含 吨)每吨 元;超过 吨的部分每吨 元。用水 吨交多少钱?

看答案与解析

答案:B

B。前 吨 元,多出的 吨 元,合计 元。选 A 全按 元算,选 C 全按 元算,都没分段;选 D 是 ,把多出的 吨算了两次。

想一想

自己试试:要围一块面积 平方米的矩形,一边长 米。周长最小是多少米?

看答案与解析

答案:B

B。另一边 米,周长 ,(正方形)时取到。选 A 的同学算的是 的最小值,忘了周长要乘 ;选 D 答的是边长。

5. 用之前必查:三大高频翻车现场

再深一点(可以先跳过)

不能跨过 连成一段说:它在 和 上各自递减,可 ,所以不能说「在定义域上递减」。实际问题里 一般是正的,只用右边那一支。

分段函数的图象可以断开:本页按用量连续计费的阶梯电价,在分界点两边算出的钱一样,图象连成折线。真实的打车计价常把不足 千米按 千米算,车费会一格一格地跳,图象是一级一级的台阶。

整数解怎么比:本例开口向下,且 6 台和 7 台都合法。顶点在 ,,所以 7 台对应的利润更大;也可分别代入检验。其他模型须重新检查开口与允许的整数。

第 3 步

动手

① 阶梯电价

假设按实际用量连续计费。每月用电 度:前 度每度 元; 到 度之间的部分每度 元;超过 度的部分每度 元。拖滑块或图上的点(或选中后按方向键),看电费落在哪一段。

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② 进阶:靠墙围菜园,墙长变了最大值在哪

篱笆共 米。拉滑块改墙长 ;拖下面曲线上的圆点(或 Tab 选中后用左右方向键)改 。图窗中的灰色虚线是代数抛物线,实线才是实际能取的部分;圆点示例按 0.5 米步进,不把控件的步长当成定义域。先点「墙长 20 米」,看最大值在顶点;再点「墙长 10 米」,看顶点取不到时最大值跑到哪。

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第 4 步

练一练

从易到难排好了。前两道直接用,后三道是建模时最常见的错。

直接用

想一想

  1. 健身房:年卡 元,不限次数;不办卡每次 元。一年至少去多少次,办年卡更省钱?
看答案与解析

答案:B

B。去 次,不办卡花 元。办卡更省要 ,;次数是整数,至少 次。去 次时两种一样都是 元,谈不上「更省」,所以不选 A。

想一想

  1. 用 米栅栏沿河岸围一块矩形场地,靠河一边不用栅栏,河岸足够长。场地面积最大是多少平方米?

卡住了?与菜园例题比较一下

仍只围三边,但栅栏总长变了,河岸也足够长。设垂直河岸的一边为 ,重新写另一边、面积式和允许范围;原来的“墙长限制”还需要保留吗?

看答案与解析

答案:A

A。垂直于河岸的两边各 米,另一边 米,。,顶点 在定义域里,最大 平方米(这时平行河岸的一边 米)。选 B 的同学把三边当成两边,写成了 。

复盘迁移:仍用“一变量建模、定范围、查顶点”的计划;河岸足够长,少了墙长限制,所以顶点可以取到。迁移时保留思路,重新列本题的条件。

易错

想一想

  1. 用 米长的篱笆,靠着一面墙围一块矩形菜园(靠墙那边不用篱笆)。墙长 米。菜园面积最大是多少?
看答案与解析

答案:B

B。设垂直于墙的两边各长 米,平行于墙的一边长 米,面积 。

选 A 的同学直接取了顶点 :这时平行于墙的边长 米,可墙只有 米,围不出来。实际要求 ,也就是 。在这一段上抛物线一直往下走,所以最大值在 处:。在「动手」②里点「墙长 10 米」看看。

对应边界:定义域按实际定。顶点不在定义域里,最大值就不在顶点。

同类二次模型:下面改用限价销售问题,区分完整实际定义域与为了寻找最优而筛出的盈利区段。

0:00 / 2:43

想一想

  1. 某厂每月生产 台机器( 为正整数),月利润 (万元)。利润最大时每月生产多少台?
看答案与解析

答案:B

B。顶点横坐标 ,可台数只能是整数,A 不合实际意义。离顶点最近的两个整数是 和 ,都代进去算: 时 , 时 。所以 台,最大月利润 万元。

对应边界:该是整数的回到整数。定义域是正整数,不是一段区间。

想一想

  1. 按「动手」①的阶梯电价(前 度每度 元, 到 度的部分每度 元,超过 度的部分每度 元),小王家这个月交了 元电费。他家用电多少度?
看答案与解析

答案:C

C。先判断在哪一段:用满 度是 元,用满 度是 元,,所以在第二段。,得 。

A 是全按 元算(),B 是全按 元算,都忘了分段。拿 A 验一下: 度应交 元,不是 元。在「动手」①里把点拖到 看看。

对应边界:分段反求先定段,再检验。解出的 要落在这一段里。

同类分段收费:下面用按实际时长计费的租车问题,练习先定段、再解式、后验根。

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第 5 步

高考真题

选择题点选项自动判对错;填空题写法不同时,看答案自己判。要用到后面章节的题收在最后,学到那里再做。

2008 全国Ⅰ卷(文科) 第 2 题 · 单选

汽车经过启动、加速行驶、匀速行驶、减速行驶之后停车,若把这一过程中汽车的行驶路程s看作时间t的函数,其图象可能是( )。

看答案与解析

答案:A

路程不会倒退;同样一段时间里,走得越快,路程增加越多,图线就越陡。

把四个运动阶段翻译为图象变化

启动时速度为0,图线从原点平缓开始。加速时,相等时间内增加的路程越来越多,图线逐渐变陡。匀速时,相等时间内增加量相同,对应一段上升直线。减速直至停车时,相等时间内增加量逐渐减小,图线逐渐变平。

核对四个图象

A呈现从平缓到陡直、再变平的上升过程,符合全部阶段。B、C都在后段再次变陡,不能表示最终减速停车;D后段路程减少,更不符合累计行驶路程。故选A。

读实际情境中的函数图象,要把横纵坐标的意义与相同横向增量对应的纵向增量联系起来。

2012 新课标卷(理科) 第 18 题 · 解答

某花店每天以每枝5元的价格从农场购进若干枝玫瑰花,然后以每枝10元的价格出售,如果当天卖不完,剩下的玫瑰花作垃圾处理。 (1)若花店一天购进16枝玫瑰花,求当天的利润y(单位:元)关于当天需求量n(单位:枝,)的函数解析式。

答案与解析

答案:

思路

成本由购进量决定,收入由实际卖出量决定;实际卖出量不能超过16枝。

  1. 确定成本与实际销量

    购进16枝的成本固定为 元。当 时实际卖出n枝;当 时最多卖出16枝。剩余花无收入,故不能只扣掉已售花的成本。

  2. 按需求量分段写出利润

    利润等于收入减进货成本,因此 。也可紧凑写为 ,但分段形式更清楚地显示库存约束。

易错点

  • 把利润写成5n,误把未售出的进货成本忽略。
  • 在需求量超过库存后仍写收入为10n。
  • 遗漏需求量只能取自然数。

小结

实际函数模型要区分需求、供给和实际销量;约束改变表达式,输入类型决定定义域。