通用高考数学一轮复习第二章函数概念与基本初等函数Ⅰ29函数模型及其应用学案理.docx

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通用高考数学一轮复习第二章函数概念与基本初等函数Ⅰ29函数模型及其应用学案理

§2.9 函数模型及其应用

考纲展示► 

1.了解指数函数、对数函数以及幂函数的增长特征,知道直线上升、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.

考点1 用函数图象刻画实际问题中两个变量的变化过程

[典题1] 

(1)[2017·浙江湖州模拟]物价上涨是当前的主要话题,特别是菜价,我国某部门为尽快实现稳定菜价,提出四种绿色运输方案.据预测,这四种方案均能在规定的时间T内完成预测的运输任务Q0,各种方案的运输总量Q与时间t的函数关系如图所示,在这四种方案中,运输效率(单位时间的运输量)逐步提高的是(  )

A          B

C          D

 

[答案] B

(2)已知正方形ABCD的边长为4,动点P从点B开始沿折线BCDA向点A运动.设点P运动的路程为x,△ABP的面积为S,则函数S=

f(x)的图象是(  )

A          B

C          D

[答案] D

[解析] 依题意知,当0≤x≤4时,f(x)=2x;

当4

[点石成金] 判断函数图象与实际问题变化过程相吻合的两种方法

(1)构建函数模型法:

当根据题意易构建函数模型时,先建立函数模型,再结合模型选图象.

(2)验证法:

当根据题意不易建立函数模型时,则根据实际问题中两变量的变化快慢等特点,结合图象的变化趋势,验证是否吻合,从中排除不符合实际的情况,选择出符合实际情况的答案.

考点2 应用所给函数模型解决实际问题

[典题2] 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微克时治疗疾病有效,求服药一次后治疗疾病有效的时间.

[解] 

(1)由题图,设y=

当t=1时,由y=4,得k=4,

1-a=4,得a=3.

所以y=

(2)由y≥0.25,得

解得

≤t≤5.

因此服药一次后治疗疾病有效的时间是5-

(小时).

[点石成金] 求解已给函数模型解决实际问题的关注点

(1)认清所给函数模型,弄清哪些量为待定系数.

(2)根据已知利用待定系数法,确定模型中的待定系数.

(3)利用该模型求解实际问题.

[提醒] 解决实际问题时要注意自变量的取值范围.

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1000.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级地震的最大振幅的________倍.

答案:

6'10000 

解析:

根据题意,由lg1000-lg0.001=6,得此次地震的震级为6级.因为标准地震的振幅为0.001,设9级地震的最大振幅为A9,则lgA9-lg0.001=9,解得A9=106,同理5级地震的最大振幅A5=102,所以9级地震的最大振幅是5级地震的最大振幅的10000倍.

考点3 构建函数模型解决实际问题

1.几类函数模型

函数模型

函数解析式

一次函

数模型

f(x)=ax+b(a,b为常数,a≠0)

反比例函

数模型

f(x)=

+b(k,b为常数且k≠0)

二次函

数模型

f(x)=ax2+bx+c

(a,b,c为常数,a≠0)

指数函

数模型

f(x)=bax+c

(a,b,c为常数,b≠0,a>0且a≠1)

对数函

数模型

f(x)=blogax+c

(a,b,c为常数,b≠0,a>0且a≠1)

幂函数

模型

f(x)=axn+b(a,b为常数,a≠0)

2.三种函数模型的性质

   函数

性质   

y=ax(a>1)

y=logax(a>1)

y=xn(n>0)

在(0,+∞)上

的增减性

单调______

单调______

单调递增

增长速度

越来越快

越来越慢

相对平稳

图象的变化

随x的增大逐渐表现为与________平行

随x的增大逐渐表现为与________平行

随n值变化而各有不同

值的比较

存在一个x0,当x>x0时,有logax

答案:

递增 递增 y轴 x轴 

求解实际问题的两个误区:

忽略自变量的取值范围;忽略数学结果的实际合理性.

(1)据调查,某自行车存车处在某星期日的存车量为4000辆次,其中变速车存车费是每辆一次0.3元,普通车存车费是每辆一次0.2元.若普通车存车数为x辆次,存车费总收入为y元,则y关于x的函数关系式是________.

答案:

y=-0.1x+1200(0≤x≤4000,x∈N) 

解析:

y=0.2x+(4000-x)×0.3=-0.1x+1200(0≤x≤4000,x∈N),这里不能忽略x的取值范围,否则函数解析式失去意义.

(2)要在边长为16米的正方形草坪上安装喷水龙头,使整个草坪都能喷洒到水,假设每个喷水龙头的喷洒范围都是半径为6米的圆面,则最少需安装喷水龙头________个.

答案:

4

解析:

可以将正方形分割成4个全等的正方形,每个小正方形的对角线长为8

<12,所以安装4个喷水龙头就可以满足题意.由于是实际问题,不可以这样理解:

每个喷水龙头可喷洒的面积为36π平方米,3个喷水龙头即可喷洒的面积为108π平方米,又108π>162,最后得出安装3个就可以,这是错误的.

复利公式.

(1)某种储蓄按复利计算利息,若本金为a元,每期利率为r,存期是x,本利和(本金加利息)为y元,则本利和y随存期x变化的函数关系式是________.

答案:

y=a(1+r)x

(2)人口的增长、细胞分裂的个数以及存款利率(复利)的计算等问题都可以用________函数模型解决.

答案:

指数

[考情聚焦] 高考对函数应用的考查,常与二次函数、基本不等式及导数等知识交汇,以解答题为主要形式出现,考查用函数知识解决以社会实际生活为背景的成本最低、利润最高、产量最大、效益最好、用料最省等实际问题.

主要有以下几个命题角度:

角度一

二次函数模型

[典题3] 为了保护环境,发展低碳经济,某单位在国家科研部门的支持下,进行技术攻关,采用了新工艺,把二氧化碳转化为一种可利用的化工产品.已知该单位每月的处理量最少为400吨,最多为600吨,月处理成本y(元)与月处理量x(吨)之间的函数关系可近似地表示为:

y=

x2-200x+80000,且每处理一吨二氧化碳得到可利用的化工产品的价值为100元.则该单位每月能否获利?

如果获利,求出最大利润;如果不获利,则国家至少需要补贴多少元才能使该单位不亏损?

[解] 设该单位每月获利为S,

则S=100x-y=100x-

=-

x2+300x-80000=-

(x-300)2-35000,

因为400≤x≤600,所以当x=400时,S有最大值-40000.

故该单位不获利,需要国家每月至少补贴40000元,才能不亏损.

[点石成金] 二次函数模型问题的三个注意点

(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.

角度二

构造分段函数模型

[典题4] 国庆期间,某旅行社组团去风景区旅游,若每团人数在30或30以下,飞机票每张收费900元;若每团人数多于30,则给予优惠:

每多1人,机票每张减少10元,直到达到规定人数75人为止.每团乘飞机,旅行社需付给航空公司包机费15000元.

(1)写出飞机票的价格关于人数的函数;

(2)每团人数为多少时,旅行社可获得最大利润?

[解] 

(1)设旅行团人数为x,由题得0

则y=

即y=

(2)设旅行社获利S元,

则S=

即S=

因为S=900x-15000在区间(0,30]上为单调增函数,故当x=30时,S取最大值12000元,

又S=-10(x-60)2+21000在区间(30,75]上,

当x=60时,取得最大值21000.

故当x=60时,旅行社可获得最大利润.

[点石成金] 解决分段函数模型问题的三个注意点

(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、简捷,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)值的最大者(最小者).

角度三

构建“对勾”函数f(x)=x+

(a>0)模型

[典题5] 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)=

(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] 

(1)由已知条件得C(0)=8,则k=40,

因此f(x)=6x+20C(x)

=6x+

(0≤x≤10).

(2)f(x)=6x+10+

-10

≥2

-10

=70(万元),

当且仅当6x+10=

,即x=5时等号成立.

所以当隔热层厚度为5cm时,总费用f(x)达到最小值,最小值为70万元.

[点石成金] 应用函数模型y=x+

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)=

叠加而成的.

(2)解决实际问题时一般可以直接建立f(x)=ax+

的模型,有时可以将所列函数关系式转化为f(x)=ax+

的形式.

(3)利用模型f(x)=ax+

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.

角度四

构建指、对函数或复杂的分式结构函数模型

[典题6] 已知一容器中有A,B两种菌,且在任何时刻A,B两种菌的个数乘积为定值1010,为了简单起见,科学家用PA=lgnA来记录A菌个数的资料,其中nA为A菌的个数,现有以下几种说法:

①PA≥1;

②若今天的PA值比昨天的PA值增加1,则今天的A菌个数比昨天的A菌个数多10;

③假设科学家将B菌的个数控制为5万,则此时5

lg2≈0.3).

则正确的说法为________.(写出所有正确说法的序号)

[答案] ③

[解析] 当nA=1时,PA=0,故①错误;

若PA=1,则nA=10,若PA=2,则nA=100,故②错误;

B菌的个数为nB=5×104,

∴nA=

=2×105,∴PA=lgnA=lg2+5.

又∵lg2≈0.3,∴5

[点石成金] 一般地,涉及增长率问题、存蓄利息问题、细胞分裂问题等,都可以考虑用指数函数的模型求解.求解时注意指数式与对数式的互化,指数函数的值域的影响以及实际问题中的条件限制.

[方法技巧] 解函数应用问题的四步骤

(1)审题:

弄清题意,分清条件和结论,理顺数量关系,初步选择函数模型;

(2)建模:

将自然语言转化为数学语言,将文字语言转化为符号语言,利用数学知识,建立相应的函数模型;

(3)解模:

求解函数模型,得出数学结论;

(4)还原:

将数学结论还原为实际意义的问题.

以上过程用框图表示如下:

[易错防范] 1.解应用题思路的关键是审题,不仅要明白、理解问题讲的是什么,还要特别注意一些关键的字眼(如“几年后”与“第几年后”).

2.在解应用题建模后一定要注意定义域,建模的关键是注意寻找量与量之间的相互依赖关系.

3.解决完数学模型后,注意转化为实际问题写出总结答案.

真题演练集训

 

1.[2016·四川卷]某公司为激励创新,计划逐年加大研发资金投入.若该公司2015年全年投入研发资金130万元,在此基础上,每年投入的研发资金比上一年增长12%,则该公司全年投入的研发资金开始超过200万元的年份是(  )

(参考数据:

lg1.12≈0.05,lg1.3≈0.11,lg2≈0.30)

A.2018年B.2019年

C.2020年D.2021年

答案:

B

解析:

根据题意,知每年投入的研发资金增长的百分率相同,所以,从2015年起,每年投入的研发资金组成一个等比数列{an},其中,首项a1=130,公比q=1+12%=1.12,所以an=130×1.12n-1.由130×1.12n-1>200,两边同时取对数,得n-1>

,又

=3.8,则n>4.8,即a5开始超过200,所以2019年投入的研发资金开始超过200万元,故选B.

2.[2015·北京卷]汽车的“燃油效率”是指汽车每消耗1升汽油行驶的里程,如图描述了甲、乙、丙三辆汽车在不同速度下的燃油效率情况.下列叙述中正确的是(  )

A.消耗1升汽油,乙车最多可行驶5千米

B.以相同速度行驶相同路程,三辆车中,甲车消耗汽油最多

C.甲车以80千米/小时的速度行驶1小时,消耗10升汽油

D.某城市机动车最高限速80千米/小时.相同条

件下,在该市用丙车比用乙车更省油

答案:

D

解析:

根据图象所给数据,逐个验证选项.

根据图象知消耗1升汽油,乙车最多行驶里程大于5千米,故选项A错;以相同速度行驶时,甲车燃油效率最高,因此以相同速度行驶相同路程时,甲车消耗汽油最少,故选项B错;甲车以80千米/小时的速度行驶时燃油效率为10千米/升,行驶1小时,里程为80千米,消耗8升汽油,故选项C错;最高限速80千米/小时,丙车的燃油效率比乙车高,因此相同条件下,在该市用丙车比用乙车更省油,故选项D对.

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.

B.

C.

D.

-1

答案:

D

解析:

设年平均增长率为x,原生产总值为a,

则(p+1)(q+1)a=a(1+x)2,解得x=

-1,故选D.

4.[2015·四川卷]某食品的保鲜时间y(单位:

h)与储藏温度x(单位:

℃)满足函数关系y=ekx+b(e=2.718…为自然对数的底数,k,b为常数).若该食品在0℃的保鲜时间是192h,在22℃的保鲜时间是48h,则该食品在33℃的保鲜时间是________h.

答案:

24

解析:

由已知条件,得192=eb,∴b=ln192.

又∵48=e22k+b=e22k+ln192=192e22k=192(e11k)2,

∴e11k=

=.设该食品在33℃的保鲜时间是th,则t=e33k+ln192=192e33k=192(e11k)3=192×

3=24.

课外拓展阅读

利用函数模型巧解抽象函数问题

函数部分有一类抽象函数问题,这类问题给定函数f(x)的某些性质,要证明它的其他性质,或利用这些性质解一些不等式或方程.这些题目的设计一般都有一个基本函数作为“模型”,若能分析猜测出这个函数模型,结合这个函数模型的其他性质来思考解题方法,那么这类问题就能简单获解.

[典例1] 已知函数f(x)对任意实数x,y均有f(x+y)=f(x)+f(y),且当x>0时有f(x)>0,f(-1)=-2,求f(x)在[-2,1]上的值域.

[思路分析] 

―→

[解] 因为对任意实数x,y均有f(x+y)=f(x)+f(y),

令x=y=0,则f(0)=f(0)+f(0),故f(0)=0;

再令y=-x,则f(x-x)=f(x)+f(-x)=0,

所以f(-x)=-f(x),即f(x)为奇函数.

设x10.

因为当x>0时,f(x)>0,所以f(x2-x1)>0.

所以f(x2)-f(x1)=f(x2-x1)>0,所以f(x)为R上的增函数.

又f(-2)=f(-1-1)=2f(-1)=-4,

f

(1)=-f(-1)=2,

所以当x∈[-2,1]时,f(x)∈[-4,2].

[典例2] 设函数f(x)的定义域是R,对于任意实数m,n,恒有f(m+n)=f(m)·f(n),且当x>0时,0

(1)求证:

f(0)=1,且当x<0时,有f(x)>1;

(2)判断f(x)在R上的单调性.

[思路分析] 

(1)[证明] 因为对任意实数m,n,恒有f(m+n)=f(m)·f(n),

令m=1,n=0,则f

(1)=f

(1)·f(0).

因为当x>0时,0

设m=x<0,n=-x>0,所以f(0)=f(x)·f(-x),

所以f(x)=

>1.

即当x<0时,有f(x)>1.

(2)[解] 设x10,

所以0

(1)知,f(x1)>0,

所以f(x2)-f(x1)=f[(x2-x1)+x1]-f(x1)=f(x2-x1)·f(x1)-f(x1)=f(x1)[f(x2-x1)-1]<0,

即f(x2)

[典例3] 设函数f(x)满足f

=f(x)-f(y).

(1)求证:

f

(1)=0;

(2)求证:

f(xn)=nf(x)(n∈N).

[证明] 

(1)令x=y=1,则f

=f

(1)-f

(1)=0,从而f

(1)=0.

(2)因为f(xy)=f

=f(x)-f

=f(x)-f

(1)+f(y)=f(x)+f(y),

所以f(xn)=f(x·x·x·…·x)=nf(x)(n∈N).

n个x

归纳总结

利用函数模型解决抽象函数问题时,可以先从题设条件及欲证结论入手,多方面猜想函数模型,然后以此函数模型为桥梁,找出证明抽象函数其他性质的方法.常见的抽象函数的性质与对应的特殊函数模型的对照表如下:

抽象函数的性质

特殊函数模型

①f(x+y)=f(x)+f(y)(x>0,y>0);

②f(x-y)=f(x)-f(y)(x>0,y>0)

正比例函数

f(x)=kx(k≠0)

①f(x)f(y)=f(x+y)(x,y∈R);

=f(x-y)(x,y∈R,f(y)≠0)

指数函数

f(x)=ax

(a>0,a≠1)

①f(xy)=f(x)+f(y)(x>0,y>0);

②f

=f(x)-f(y)(x>0,y>0)

对数函数

f(x)=logax

(a>0,a≠1)

①f(xy)=f(x)f(y)(x,y∈R);

②f

(x,y∈R,y≠0)

幂函数

f(x)=xn

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