1819 第3章 6 指数函数幂函数对数函数增长的比较.docx

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1819第3章6指数函数幂函数对数函数增长的比较

18-19第3章§6 指数函数、幂函数、对数函数增长的比拟

§6 指数函数、幂函数、对数函数增长的比拟

学习目标:

1.结合实例体会直线上升、指数爆炸、对数增长等不同增长的函数模型的意义,理解它们增长的差异性.(重点)2.会利用指数函数、幂函数和对数函数的图像比照研究函数的增长快慢.(难点)

[自主预习·探新知]

指数函数、幂函数、对数函数增长的比拟

阅读教材P98~P103有关内容,完成以下问题.

1.三种函数的增长趋势

当a>1时,指数函数y=ax是增函数,并且当a越大时,其函数值的增长就越快.

当a>1时,对数函数y=logax是增函数,并且当a越小时,其函数值的增长就越快.

当x>0,n>1时,幂函数y=xn也是增函数,并且当x>1时,n越大,其函数值的增长就越快.

思考1:

在指数函数、对数函数、幂函数三类函数中,函数值增长最快的是哪个函数?

[提示] 指数函数

2.三种函数的增长比照

对数函数y=logax(a>1)增长最慢,幂函数y=xn(n>0),指数函数y=ax(a>1)增长的快慢交替出现,当x足够大时,一定有ax>xn>logax.

思考2:

在区间(0,+∞)上,当a>1,n>0时,是否总有logax

[提示] 不是,但总存在x0,使得当a>1,n>0,x>x0时,logax

[根底自测]

1.思考辨析

(1)y=x10比yx的增长速度更快些.(  )

(2)对于任意的x>0,都有2x>log2x.(  )

(3)对于任意的x,都有2x>x2.(  )

[答案] 

(1)× 

(2)√ (3)×

2.假设x∈(1,2),那么以下结论正确的选项是(  )

A.2x>x

>lgxB.2x>lgx>x

C.x

>2x>lgxD.x

>lgx>2x

A

3.如图361所示曲线反映的是________函数模型的增长趋势.

图361

对数

4.当x>4时,a=4x,b=log4x,c=x4的大小关系是________.

【导学号:

60712318】

a>c>b

[合作探究·攻重难]

指数、对数、幂函数增长趋势的比拟

 函数f(x)=2x和g(x)=x3的图像如图362所示.设两函数的图像交于点A(x1,y1),B(x2,y2),且x1

图362

(1)请指出示意图中曲线C1,C2分别对应哪一个函数;

(2)结合函数图像,比拟f(8),g(8),f(2016),g(2016)的大小.

[思路探究] 先观察图像,比拟相关区域函数值的大小,最后得出结论.

[解] 

(1)C1对应的函数为g(x)=x3,C2对应的函数为f(x)=2x.

(2)∵g

(1)=1,f

(1)=2,g

(2)=8,f

(2)=4,g(9)=729,f(9)=512,g(10)=1000,f(10)=1024,

∴f

(1)>g

(1),f

(2)

(2),f(9)g(10).

∴1

∴x1<8

从图像上知,当x1

当x>x2时,f(x)>g(x),且g(x)在(0,+∞)上是增函数.

∴f(2016)>g(2016)>g(8)>f(8).

[规律方法] 三种函数模型的表达形式及其增长特点:

(1)指数函数模型:

能用指数型函数f(x)=abx+c(a,b,c为常数,a>0,b>1)表达的函数模型,其增长特点是随着自变量x的增大,函数值增长的速度越来越快,常称之为“指数爆炸〞.

(2)对数函数模型:

能用对数型函数f(x)=mlogax+n(m,n,a为常数,m≠0,x>0,a>1)表达的函数模型,其增长的特点是开始阶段增长得较快,但随着x的逐渐增大,其函数值变化得越来越慢,常称之为“蜗牛式增长〞.

(3)幂函数模型:

能用幂型函数f(x)=axα+b(a,b,α为常数,a≠0,α≠1)表达的函数模型,其增长情况由a和α的取值确定,常见的有二次函数模型和反比例函数模型.

[跟踪训练]

f(x)=lgx,g(xx-1的图像如图363所示.

图363

(1)试根据函数的增长差异指出曲线C1,C2分别对应的函数;

(2)比拟两函数的增长差异(以两图像交点为分界点,对f(x),g(x)的大小进行比拟).

【导学号:

60712319】

[解] 

(1)C1对应的函数为g(xx-1,

C2对应的函数为f(x)=lgx.

(2)当xf(x);

当x1g(x);

当x>x2时,g(x)>f(x);

当x=x1或x=x2时,f(x)=g(x).

建立函数模型解决实际问题

 假设你有一笔资金用于投资,现有三种投资方案供你选择,这三种方案的回报如下:

方案一:

每天回报40元;

方案二:

第一天回报10元,以后每天比前一天多回报10元;

方案三:

第一天回报0.4元,以后每天的回报比前一天翻一番.

请问,你会选择哪种投资方案?

[思路探究] 首先建立不同回报对应的函数模型,结合其图像解决问题.

[解] 设第x天所得回报是y元.

由题意,方案一:

y=40(x∈N+);

方案二:

y=10x(x∈N+);

方案三:

y×2x-1(x∈N+).

作出三个函数的图像如图:

由图可以看出,从每天回报看,在第1天到第3天,方案一最多,在第4天,方案一、二一样多,方案三最少,在第5天到第8天,方案二最多,第9天开始,方案三比其他两个方案所得回报多得多,经验证到第30天,所得回报已超过2亿元,

∴假设是短期投资可选择方案一或方案二,长期的投资那么选择方案三.

通过计算器计算列出三种方案的累积收入表.

∴投资1天到6天,应选方案一,投资7天方案一、二均可,投资8天到10天应选方案二,投资11天及其以上,应选方案三.

[规律方法] 解决应用问题的关键是将应用问题转化成数学问题来解决,结合函数图像有助于直观认识函数间在不同范围的大小关系.

[跟踪训练]

2.有一种树木栽植五年后可成材.在栽植后五年内,年增加20%,如果不砍伐,从第六年到第十年,年增长10%,现有两种砍伐方案:

甲方案:

栽植五年后不砍伐,等到十年后砍伐.

乙方案:

栽植五年后砍伐重栽,再过五年再砍伐一次.

请计算后答复:

十年内哪一个方案可以得到较多的木材?

(不考虑最初的树苗本钱,只按成材的树木计算)

【导学号:

60712320】

[解] 设树林最初栽植量为a,甲方案在10年后树木产量为y1=a(1+20%)5(1+10%)5=a×1.1)5≈4a.

乙方案在10年后树木产量为

y2=2a(1+20%)5=2a5≈a.

y1-y2=4aa<0,

因此,乙方案能获得更多的木材.

选择函数模型

[探究问题]

1.如图364给出了红豆生长时间t(月)与枝数y(枝)的散点图,那么最能拟合诗句“红豆生南国,春来发几枝〞所提到的红豆生长时间与枝数的关系的函数模型是什么?

图364

提示:

由题中图像可知,该函数模型为指数模型.

2.四个变量y1,y2,y3,y4随变量x变化的数据如下表:

x

1

5

10

15

20

25

30

y1

2

26

101

226

401

626

901

y2

2

32

1024

32768

×106

×107

×109

y3

2

10

20

30

40

50

60

y4

2

关于x呈指数函数变化的变量是什么?

提示:

由表中的数据变化知,是指数函数变化的变量是y2.

 20世纪90年代,气候变化专业委员会向各国政府提供的一项报告指出:

全球气候逐年变暖的一个重要因素是人类在能源利用与森林砍伐中CO2体积分数增加,据测,1990年,1991年,1992年大气中CO2体积分数分别比1989年增加了1个可比单位,3个可比单位,6个可比单位,假设用一个函数模拟20世纪90年代中每年CO2体积分数增加的可比单位数y与年份增加数x(即当年数与1989年的差)的关系,模拟函数可选用二次函数f(x)=px2+qx+r(其中p,q,r为常数),或g(x)=abx+c(a,b,c为常数且b>0,b≠1).

(1)根据题目中的数据,求f(x),g(x)的解析式;

(2)如果1994年大气中CO2体积分数比1989年增加了16个可比单位,请问以上哪个函数作为模拟函数较好?

并说明理由.

【导学号:

60712321】

[思路探究] 

(1)列出方程组求系数,从而求解析式;

(2)由x=5得出函数值,通过比拟选择模拟函数.

[解] 

(1)由题目中的数据得

解得

解得

所以f(x)=

x2+

x,g(x)=

·

-3.

(2)因为f(5)=15,g(5)=17.25,f(5)更接近16,

所以选用f(x)=

x2+

x作为模拟函数好.

[规律方法] 解决函数应用题时的常用方法:

(1)先依据给出的数据作出散点图,大体估计函数模型,设出函数模型,列出方程组求系数,即可确定出函数模型.

(2)将求出的函数通过数据比拟确定出最适合的函数模型.

[跟踪训练]

3.某地西红柿从2月1日起开始上市.通过市场调查,得到西红柿种植本钱Q(单位:

元/102kg)与上市时间t(单位:

天)的数据如下表:

时间t

50

110

250

种植本钱Q

150

108

150

(1)根据上表数据,从以下函数中选取一个函数,描述西红柿种植本钱Q与上市时间t的变化关系.

Q=at+b,Q=at2+bt+c,

Q=a·bt,Q=a·logbt.

(2)利用你选取的函数,求西红柿种植本钱最低时的上市天数及最低种植本钱.

[解] 

(1)由表中数据知,当时间t变化时,种植本钱并不是单调的,

故只能选择Q=at2+bt+c,

解得Q=

t2-

t+

.

(2)Q=

(t-150)2+

(t-150)2+100,

所以当t=150天时,西红柿的种植本钱最低,为100元/102kg.

[当堂达标·固双基]

1.以下函数中,自变量x充分大时,增长速度最快的是(  )

【导学号:

60712322】

A.y=6xB.y=log6x

C.y=x6D.y=6x

A

2.以下四种说法中,正确的选项是(  )

A.幂函数增长的速度比一次函数增长的速度快

B.对任意的x>0,xa>logax

C.对任意的x>0,ax>logax

D.一定存在x0,使x>x0,总有ax>xn>logax

D [对于A,幂函数的增长速度受幂指数影响,幂指数与一次项系数不确定,增长速度不能比拟,而B、C都受a的影响.]

3.三个变量y1,y2,y3随自变量x的变化情况如下表:

x

1

3

5

7

9

11

y1

5

135

625

1715

3645

6633

y2

5

29

245

2189

19685

177149

y3

5

其中关于x呈对数型函数变化的变量是___________________,

呈指数型函数变化的变量是________,呈幂函数型函数变化的变量是________.

【导学号:

60712323】

y3 y2 y1 [由表中数据可知,y1随x的增加成倍增加,属于幂函数型函数变化,y2随x的增加成“几何级数〞增加,属于指数型函数变化,y3随x的增加增加越来越慢,属于对数函数变化.]

4.某商场2021年一月份到十二月份销售额呈现先下降后上升的趋势,现有三种函数模型:

①f(x)=p·qx(q>0,q≠1);

②f(x)=logpx+q(p>0,p≠1);

③f(x)=x2+px+q.

能较准确反映商场月销售额f(x)与月份x关系的函数模型为________(填写相应函数的序号),假设所选函数满足f

(1)=10,f(3)=2,那么f(x)=________.

③,x2-8x+17 [①②均单调,③先减后增,故能较准确反映商场月销售额f(x)与月份x关系的函数模型为③

由f

(1)=10,f(3)=2,得

解得p=-8,q=17,

所以,f(x)=x2-8x+17.]

5.用模型f(x)=ax+b来描述某企业每季度的利润f(x)(亿元)和生产本钱投入x(亿元)的关系.统计说明,当每季度投入1(亿元)时利润y1=1(亿元),当每季度投入2(亿元)时利润y2=2(亿元),当每季度投入3(亿元)时利润y3=2(亿元).又定义:

当f(x)使[f

(1)-y1]2+[f

(2)-y2]2+[f(3)-y3]2的数值最小时为最正确模型.

(1)当b=

时,求相应的a使f(x)=ax+b成为最正确模型;

(2)根据题

(1)得到的最正确模型,请预测每季度投入4(亿元)时利润y4(亿元)的值.

【导学号:

60712324】

[解] 

(1)b=

时,[f

(1)-y1]2+[f

(2)-y2]2+[f(3)-y3]2

=14

∴a=

时,f(x)=

x+

为最正确模型.

(2)f(x)=

,那么y4=f(4)=

.

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