導數的引入為解決有關函式問題提供了廣闊的思路,利用導數解決一些實際問題是函式內容的繼續延伸,使解決問題的方法變得簡化,逐漸成為高考的一熱點,下面對導數在實際應用四類題型作簡單的分析:
一、與容積(體積)有關的實際問題:
例1、如圖所示,在邊長為60的正方形鐵片的四角上切去相等的正方形,再把它的邊沿虛線折起,做成乙個無蓋的長方體箱子,則箱底的邊長是多少時,箱子的容積最大?最大容積式多少?
分析:可設箱高為,然後表達體積關於的函式,再求最值。
解:設箱的高為,則箱底邊長為,則箱子容積關於箱高的函式關係式為:,
∴,令,得或(捨去),
當時,;當時,,
∴當時,取得最大值。
此時,箱底邊長為,箱子的容積為,
即當箱子的高為,箱底邊長為時,箱子容積最大,最大容積為。
點評:在實際問題中,若能判定函式在定義域開區間內有唯一的極值點時,那麼可以判定這個極值點的函式值就是最大(小)值。
二、與生產利潤有關的實際問題:
例2、某工廠生產某種產品,已知該產品的年生產量與每噸產品的**(元/噸)之間的函式關係式為,且生產的成本為(元),問該廠每年生產多少噸產品才能使利潤達到最大?最大利潤為多少?
分析:解本題的關鍵是利用「利潤=收入-成本」這一等量關係,建立目標函式,注意確定函式定義域,然後利用導數求最值。
解:設每年生產時的利潤為,
則,令,解得(捨去),
∵在內只有乙個點,使,且,
∴當時,函式有最大值(元),
即該廠每年生產200噸產品才能利潤達到最大,最大利潤元。
點評:解決本題的關鍵在於設出變數,建立函式關係式,確定函式的定義域,在利用導數求解函式的最值,體現了導數在函式中的應用。
三、與建築用料有關的實際應用:
例3、某單位用木料製作如圖所示的框架,框架的下部是邊長分別為(單位:)的矩形,上部是等腰直角三角形,要求框架圍成的總面積為,問分別為多少時用料最省?(精確到0.001)
分析:解答本題可先利用面積為,找出的關係,再列用料的函式關係式求最值。
解:由題意,得,∴ ,
於是框架用料長度為,
令,即,
解得(捨去),
當時,;當時,,
∴當時,取得最小值,此時,,
即當為,為時,用料最省。
點評:本題中有兩個變數,應注意利用題目中的條件尋求兩個變數的關鍵進行消元,變為只含乙個變數的函式,消元過程中應特別注意挖掘變數的範圍及實際問題中變數的範圍。
四、與現實相關的實際問題:
例4、兩縣城a和b相聚20km,現計畫在兩縣城外以ab為直徑的半圓弧上選擇一點c建造垃圾處理廠,其對城市的影響度與所選地點到城市的的距離有關,對城a和城b的總影響度為城a與城b的影響度之和,記c點到城a的距離為x km,建在c處的垃圾處理廠對城a和城b的總影響度為y,統計調查表明:垃圾處理廠對城a的影響度與所選地點到城a的距離的平方成反比,比例係數為4;對城b的影響度與所選地點到城b的距離的平方成反比,比例係數為k ,當垃圾處理廠建在的中點時,對稱a和城b的總影響度為0.0065.
(1)將y表示成x的函式;
(11)討論(1)中函式的單調性,並判斷弧上是否存在一點,使建在此處的垃圾處理廠對城a和城b的總影響度最小?若存在,求出該點到城a的距離,若不存在,說明理由。
分析:根據題意,利用三角形勾股定理建立函式關係,利用導數求最值
解:(1)如右圖,由題意知ac⊥bc, ,,
當垃圾處理廠建在弧ab的中點時,垃圾處理廠到a、b的距離都相等,
且為,所以有,
解得,∴
(2)∵==,
令,得,解得,即,
又因為,所以函式在上是減函式,
在上是增函式,∴當時,y取得最小值,
所以在弧ab上存在一點,且此點到城市a的距離為,使建在此處的垃圾
處理廠對城市a、b的總影響度最小.
點評:本題以實際應用題為背景,從實際問題中抽象出數學模型,在第(2)問中,求函式取最大值時的x的值時,又考查了利用導數研究函式的單調性、最值以及運算能力.
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