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文档介绍
高考数学专题09函数模型及其应用热点题型和提分秘籍理
专题 09 函数模型及其应用 1.了解指数函数、对数函数、幂函数的增长特征,结合具体实例体会直线上升、指数增长、 对数增长等不同函数类型增长的含义。 2.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。 热点题型一 一次函数或二次函数模型 例 1、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/小时)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 千米/小时;当车流密度不超过 20 辆/千米 时,车流速度为 60 千米/小时。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/小 时)f(x)=x·v(x)可以达到最大,并求出最大值。(精确到 1 辆/小时)。 (2)依题意并由(1)可得 f(x)= 60x,0≤x≤20 x 200-x 3 ,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)=1 3 x(200-x)≤1 3 x+200-x 2 2=10 000 3 , 当且仅当 x=200-x,即 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10 000 3 ≈3 333。 综上,当车流密度为 100 辆/千米时,车流量可以达到最大,最大约为 3 333 辆/小时。 【提分秘籍】一次函数、二次函数模型问题的常见类型及解题策略 (1)直接考查一次函数、二次函数模型。 解决此类问题应注意三点: 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。 (2)以分段函数的形式考查。 解决此类问题应关注以下三点: 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, 如出租车票价与路程之间的关系,应构建分段函数模型求解; ②构造分段函数时,要力求准确、简洁,做到分段合理、不重不漏; ③分段函数的最值是各段的最大(或最小)者的最大者(最小者)。 提醒:(1)构建函数模型时不要忘记考虑函数的定义域。 (2)对构造的较复杂的函数模型,要适时地用换元法转化为熟悉的函数问题求解。 【举一反三】 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 本地网内打出电话时间 t(分钟)与打出电话费 s(元)的函数关系如图,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.40 3 元 解析:设 A 种方式对应的函数解析式为 S=k1t+20, B 种方式对应的函数解析式为 S=k2t, 当 t=100 时,100k1+20=100k2, ∴k2-k1=1 5 。 当 t=150 时,150k2-150k1-20=150×1 5 -20=10(元)。 答案:A 热点题型二 函数 y=x+a x 模型的应用 例 2、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,当矩形温室的边长各为多少时, 蔬菜的种植面积最大?最大面积是多少? 【提分秘籍】 应用函数 y=x+a x 模型的关键点 (1)明确对勾函数是正比例函数 f(x)=ax 与反比例函数 f(x)=b x 叠加而成的。 (2)解决实际问题时一般可以直接建立 f(x)=ax+b x 的模型,有时可以将所列函数关系式转 化为 f(x)=ax+b x 的形式。 (3)利用模型 f(x)=ax+b x 求解最值时,要注意自变量的取值范围,及取得最值时等号成立 的条件。 【举一反三】 为了在夏季降温和冬季供暖时减少能源损耗,房屋的屋顶和外墙需要建造隔热层。某幢建筑 物要建造可使用 20 年的隔热层,每厘米厚的隔热层建造成本为 6 万元。该建筑物每年的能 源消耗费用 C(单位:万元)与隔热层厚度 x(单位:cm)满足关系 C(x)= k 3x+5 (0≤x≤10), 若不建隔热层,每年能源消耗费用为 8 万元,设 f(x)为隔热层建造费用与 20 年的能源消耗 费用之和。 (1)求 k 的值及 f(x)的表达式。 (2)隔热层修建多厚时,总费用 f(x)达到最小,并求最小值。 解析:(1)由已知条件得 C(0)=8,则 k=40, 因此 f(x)=6x+20C(x)=6x+ 800 3x+5 (0≤x≤10)。 (2)f(x)=6x+10+ 800 3x+5 -10 ≥2 6x+10 800 3x+5 -10=70(万元), 当且仅当 6x+10= 800 3x+5 , 即 x=5 时等号成立。 所以当隔热层厚度为 5 cm 时,总费用 f(x)达到最小,最小值为 70 万元。 热点题型三 指数函数与对数函数模型 例 3.某医药研究所开发的一种新药,如果成年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(微克)与时间 t(小时)之间近似满足如图所示的曲线。 (1)写出第一次服药后,y 与 t 之间的函数关系式 y=f(t); (2)据进一步测定:每毫升血液中含药量不少于 0.25 微克时,治疗有效。求服药一次后治疗 有效的时间是多长? 解析:(1)设 y= kt,0≤t≤1 1 2 t-a,t>1, 当 t=1 时,由 y=4 得 k=4。 由 1 2 1-a=4 得 a=3。则 y= 4t,0≤t≤1 1 2 t-3,t>1。 (2)由 y≥0.25 得 0≤t≤1 4t≥0.25, 或 t>1 1 2 t-3≥0.25, 解得 1 16 ≤t≤5。因此,服药一次 后治疗有效的时间是 5- 1 16 =79 16 小时。 【提分秘籍】应用指数函数模型应注意的问题 (1)指数函数模型的应用类型。常与增长率相结合进行考查,在实际问题中有人口增长、银 行利率、细胞分裂等增长问题可以利用指数函数模型来解决。 (2)应用指数函数模型时的关键。关键是对模型的判断,先设定模型,再将已知有关数据代 入验证,确定参数,从而确定函数模型。 (3)y=a(1+x)n 通常利用指数运算与对数函数的性质求解。 【举一反三】 里氏震级 M 的计算公式为:M=lgA-lgA0,其中 A 是测震仪记录的地震曲线的最大振幅,A0 是相应的标准地震的振幅。假设在一次地震中,测震仪记录的最大振幅是 1 000,此时标准 地震的振幅为 0.001,则此次地震的震级为__________级;9 级地震的最大振幅是 5 级地震 最大振幅的__________倍。 【2017 山东,理 10】已知当 0,1x 时,函数 21y mx 的图象与 y x m 的图象有 且只有一个交点,则正实数 m 的取值范围是 (A) 0,1 2 3, (B) 0,1 3, (C) 0, 2 2 3, (D) 0, 2 3, 【答案】B 【解析】当 0 1m 时,1 1m , 2( 1)y mx 单调递减,且 2 2( 1) [( 1) ,1]y mx m , y x m 单调递增,且 [ ,1 ]y x m m m ,此时有且仅有一个交点;当 1m 时, 10 1m , 2( 1)y mx 在 1[ ,1]m 上单调递增,所以要有且仅有一个交点,需 2( 1) 1 3m m m 选 B. 1.【2016 高考上海理数】已知 a R ,函数 2 1( ) log ( )f x ax . (1)当 5a 时,解不等式 ( ) 0f x ; (2)若关于 x 的方程 2( ) log [( 4) 2 5] 0f x a x a 的解集中恰好有一个元素,求 a 的 取值范围; (3)设 0a ,若对任意 1[ ,1]2t ,函数 ( )f x 在区间[ , 1]t t 上的最大值与最小值的差不 超过 1,求 a 的取值范围. 【答案】(1) 1, 0,4x .(2) 1,2 3,4 .(3) 2,3 . 【解析】 (1)由 2 1log 5 0x ,得 1 5 1x , 解得 1, 0,4x . (2) 1 4 2 5a a x ax , 24 5 1 0a x a x , 当 4a 时, 1x ,经检验,满足题意. 当 3a 时, 1 2 1x x ,经检验,满足题意. 当 3a 且 4a 时, 1 1 4x a , 2 1x , 1 2x x . 1x 是原方程的解当且仅当 1 1 0ax ,即 2a ; 2x 是原方程的解当且仅当 2 1 0ax ,即 1a . 于是满足题意的 1,2a . 综上, a 的取值范围为 1,2 3,4 . 因为 0a ,所以函数 2 1 1y at a t 在区间 1 ,12 上单调递增, 1 2t 时, y 有最小值 3 1 4 2a ,由 3 1 04 2a ,得 2 3a . 故 a 的取值范围为 2 ,3 . 2.【2016 年高考北京理数】设函数 3 3 ,( ) 2 , x x x af x x x a . ①若 0a ,则 ( )f x 的最大值为______________; ②若 ( )f x 无最大值,则实数 a 的取值范围是________. 【答案】 2 , ( , 1) . 【解析】如图,作出函数 3( ) 3g x x x 与直线 2y x 的图象,它们的交点是 ( 1,2), (0,0), (1, 2)A O B ,由 2'( ) 3 3g x x ,知 1x 是函数 ( )g x 的极小值点, ①当 0a 时, 3 3 , 0( ) 2 , 0 x x xf x x x ,由图象可知 ( )f x 的最大值是 ( 1) 2f ; ②由图象知当 1a 时, ( )f x 有最大值 ( 1) 2f ;只有当 1a 时, 3 3 2a a a , ( )f x 无最大值,所以所求 a 的取值范围是 ( , 1) . 【2015 高考天津,理 8】已知函数 2 2 , 2, 2 , 2, x x f x x x 函数 2g x b f x , 其中b R ,若函数 y f x g x 恰有 4 个零点,则b 的取值范围是( ) (A) 7 ,4 (B) 7, 4 (C) 70, 4 (D) 7 ,24 【答案】D 【解析】由 2 2 , 2, 2 , 2, x x f x x x 得 2 2 2 , 0 (2 ) , 0 x x f x x x , 所以 2 2 2 , 0 ( ) (2 ) 4 2 , 0 2 2 2 ( 2) , 2 x x x y f x f x x x x x x x , 即 2 2 2, 0 ( ) (2 ) 2, 0 2 5 8, 2 x x x y f x f x x x x x ( ) ( ) ( ) (2 )y f x g x f x f x b ,所以 y f x g x 恰有 4 个零点等价于方程 ( ) (2 ) 0f x f x b 有 4 个不同的解,即函数 y b 与函数 ( ) (2 )y f x f x 的图 象的 4 个公共点,由图象可知 7 24 b . 【2015 高考浙江,理 10】已知函数 2 2 3, 1( ) lg( 1), 1 x xf x x x x ,则 ( ( 3))f f , ( )f x 的最小值是 . 【答案】 0 , 3-22 . 【解析】 0)1())3(( fff ,当 1x 时, 322)( xf ,当且仅当 2x 时,等 号成立,当 1x 时, 0)( xf ,当且仅当 0x 时,等号成立,故 )(xf 最小值为 322 . 【2015 高考四川,理 13】某食品的保鲜时间 y(单位:小时)与储存温度 x(单位: C ) 满足函数关系 bkxey ( 718.2e 为自然对数的底数,k、b 为常数)。若该食品在 0 C 的保鲜时间设计 192 小时,在 22 C 的保鲜时间是 48 小时,则该食品在 33 C 的保鲜时间是 小时。 【答案】24 【解析】 由题意得: 22 11 22 192 48 1 1, ,192 4 248 b k k k b e e e e ,所以 33x 时, 33 11 3 1( ) 192 248 k b k by e e e . 【2015 高考上海,理 10】设 1f x 为 22 2 x xf x , 0,2x 的反函数,则 1y f x f x 的最大值为 . 【答案】4 【2015 高考北京,理 14】设函数 2 1 4 2 1. x a xf x x a x a x ‚ ‚ ‚ ≥ ①若 1a ,则 f x 的最小值为 ; ②若 f x 恰有 2 个零点,则实数 a 的取值范围是 . 【答案】(1)1,(2) 1 12 a 或 2a . 【解析】① 1a 时, 2 1 1 4 1 2 1.≥ x xf x x x x ‚ ‚ ‚ ,函数 ( )f x 在( ,1) 上为增函数, 函数值大于 1,在 3[1, ]2 为减函数,在 3[ , )2 为增函数,当 3 2x 时, ( )f x 取得最小值 为 1; (2)①若函数 ( ) 2xg x a 在 1x 时与 x 轴有一个交点,则 0a ,并且当 1x 时, (1) 2g a >0 ,则0 2a ,函数 ( ) 4( )( 2 )h x x a x a 与 x 轴有一个交点,所以 2 1且 1a a 1 12 a ; ②若函数 ( ) 2xg x a 与 x 轴有无交点,则函数 ( ) 4( )( 2 )h x x a x a 与 x 轴有 两个交点,当 0a 时 ( )g x 与 x 轴有无交点, ( ) 4( )( 2 )h x x a x a 在 1x 与 x 轴有无交点,不合题意;当 (1) 2 0h a 时, 2a ,( )h x 与 x 轴有两个交点,x a 和 2x a ,由于 2a ,两交点横坐标均满足 1x ;综上所述a 的取值范围 1 12 a 或 2a . 【2015 高考浙江,理 18】已知函数 2( ) ( , )f x x ax b a b R ,记 ( , )M a b 是| ( ) |f x 在 区间[ 1,1] 上的最大值. (1)证明:当| | 2a 时, ( , ) 2M a b ; (2)当 a ,b 满足 ( , ) 2M a b ,求| | | |a b 的最大值. 【答案】(1)详见解析;(2)3. 【解析】 (1)由 2 2( ) ( )2 4 a af x x b ,得对称轴为直线 2 ax ,由| | 2a ,得 | | 12 a ,故 ( )f x 在[ 1,1] 上单调,∴ ( , ) max{| (1) |,| ( 1) |}M a b f f ,当 2a 时,由 (1) ( 1) 2 4f f a ,得 max{ (1), ( 1)} 2f f ,即 ( , ) 2M a b ,当 2a 时,由 ( 1) (1) 2 4f f a ,得 max{ ( 1), (1)} 2f f ,即 ( , ) 2M a b ,综上,当| | 2a 时, ( , ) 2M a b ;(2)由 ( , ) 2M a b 得|1 | | (1) | 2a b f ,|1 | | ( 1) | 2a b f ,故 | | 3a b ,| | 3a b ,由 | |, 0| | | | | |, 0 a b aba b a b ab ,得| | | | 3a b ,当 2a , 1b 时,| | | | 3a b ,且 2| 2 1|x x 在[ 1,1] 上的最大值为 2 ,即 (2, 1) 2M ,∴| | | |a b 的最大值为 3. (2014·湖南卷)某市生产总值连续两年持续增加,第一年的增长率为 p,第二年的增长率 为 q,则该市这两年生产总值的年平均增长率为( ) A.p+q 2 B.(p+1)(q+1)-1 2 C. pq D. (p+1)(q+1)-1 【答案】D 【解析】设年平均增长率为 x,则有(1+p)(1+q)=(1+x)2,解得 x= (1+p)(1+q)- 1. (2014·陕西卷)如图 12,某飞行器在 4 千米高空水平飞行,从距着陆点 A 的水平距离 10 千米处开始下降,已知下降飞行轨迹为某三次函数图像的一部分,则该函数的解析式为 ( ) 图 12 A.y= 1 125 x3-3 5 x B.y= 2 125 x3-4 5 x C.y= 3 125 x3-x D.y=- 3 125 x3+1 5 x 【答案】A 1.抽气机每次抽出容器内空气的 60%,要使容器内剩下的空气少于原来的 0.1%,则至少要 抽(参考数据:lg2=0.301 0,lg3=0.477 1)( ) A.15 次 B.14 次 C.9 次 D.8 次 解析:抽 n 次后容器剩下的空气为(40%)n. 由题意知,(40%)n<0.1%,即 0.4n<0.001, ∴nlg0.4<-3, ∴n> 3 1-2lg2 = 3 1-2×0.301 0 ≈7.54, ∴n 的最小值为 8. 答案:D 2.某位股民购进某支股票,在接下来的交易时间内,他的这支股票先经历了 n 次涨停(每次 上涨 10%),又经历了 n 次跌停(每次下跌 10%),则该股民这支股票的盈亏情况(不考虑其他 费用)为( ) A.略有盈利 B.略有亏损 C.没有盈利也没有亏损 D.无法判断盈亏情况 解析:设该股民购进股票的资金为 a,则交易结束后,所剩资金为:a(1+10%)n·(1-10%)n =a·(1-0.01)n=a·0.09n查看更多
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