内容正文:
第二章 函数
§2.10 函数模型的应用
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01
跃升 关键能力
02
课时冲关
03
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第二章 函数
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★[考试要求]
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、分段函数等普遍使用的函数模型)在社会生活中的广泛应用.
1.几种常见的函数模型
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)
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,a>0且a≠1,b≠0)
对数函数模型
f(x)=blogax+c(a,b,c为常数,a>0且a≠1,b≠0)
幂函数模型
f(x)=axn+b(a,b,n为常数,a≠0,n≠0)
2.三种函数模型性质比较
y=ax(a>1)
y=logax(a>1)
y=xn(n>0)
在(0,+∞)上
的单调性
增函数
增函数
增函数
增长速度
越来越快
越来越慢
相对平稳
图象的变化
随x值增大,图象与 y轴 接近平行
随x值增大,图象与 x轴 接近平行
随n值变化而不同
1.“直线上升”是匀速增长,其增长量固定不变;“指数增长”先慢后快,其增长量成倍增加,常用“指数爆炸”来形容;“对数增长”先快后慢,其增长量越来越小.
2.充分理解题意,并熟练掌握几种常见函数的图象和性质是解题的关键.
3.易忽视实际问题中自变量的取值范围,需合理确定函数的定义域,必须验证数学结果对实际问题的合理性.
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)函数y=2x的函数值比y=x2的函数值大.( × )
(2)“指数爆炸”是指数型函数y=a·bx+c(a≠0,b>0,b≠1)增长速度越来越快的形象比喻.( × )
(3)幂函数增长比直线增长更快.( × )
(4)不存在x0,使 ( × )
2.下列函数中,随着x的增长,增长速度最快的是( )
A.y=50
B.y=1 000 x
C.y=2ln x
D.y=eq \f(1,1 000)ex
解析:D [依据常函数、一次函数、对数函数、指数函数的性质可知增长速度最快的函数模型是指数函数,故随着x的增长,y=eq \f(1,1 000)ex增长速度最快.]
3.在一次数学实验中,某同学运用图形计算器采集到如下一组数据:
x
0.24
0.51
1
2.02
3.98
8.02
y
-2.0
-1.0
0
1.00
2.0
3.0
在四个函数模型(a,b为待定系数)中,最能反映x,y函数关系的是( )
A.y=a+bx
B.y=a+bx
C.y=a+logbx
D.y=a+eq \f(b,x)
解析:C [根据表中数据,作出散点图如下,
由散点图可知,散点图和对数函数图象接近,可选择y=a+logbx反映x,y函数关系.]
4.生产一定数量的商品的全部费用称为生产成本,某企业一个月生产某种商品x万件时的生产成本为C(x)=eq \f(1,2)x2+2x+20(万元).一万件售价为20万元,为获取更大利润,该企业一个月应生产该商品数量为________万件.
解析:利润L(x)=20x-C(x)=-eq \f(1,2)(x-18)2+142,当x=18时,L(x)有最大值.
答案:18
用函数图象刻画变化过程
[例1] (1)[多选]血药浓度是指药物吸收后在血浆内的总浓度.药物在人体内发挥治疗作用时,该药物的血药浓度应介于最低有效浓度和最低中毒浓度之间.已知成人单次服用1单位某药物后,体内血药浓度及相关信息如图所示:
根据图中提供的信息,下列关于成人使用该药物的说法中,正确的是( )
A.首次服用该药物1单位约10分钟后,药物发挥治疗作用
B.每次服用该药物1单位,两次服药间隔小于2小时,一定会产生药物中毒
C.每间隔5.5小时服用该药物1单位,可使药物持续发挥治疗作用
D.首次服用该药物1单位3小时后,再次服用该药物1单位,不会发生药物中毒
[解析] 从图象中可以看出,首次服用该药物1单位约10分钟后药物发挥治疗作用,A正确;根据图象可知,首次服用该药物1单位约1小时后的血药浓度达到最大值,由图象可知,当两次服药间隔小于2小时时,一定会产生药物中毒,B正确;服药5.5小时时,血药浓度等于最低有效浓度,此时再服药,血药浓度增加,可使药物持续发挥治疗作用,C正确;第一次服用该药物1单位4小时后与第2次服用该药物1单位1小时后,血药浓度之和大于最低中毒浓度,因此一定会发生药物中毒,D错误.
[答案] ABC
(2)(2025·武汉调研)为研究西南高寒山区一种常见树的生长周期中前10年的生长规律,统计显示,生长4年的树高为eq \f(7,3)米,如图所示的散点图,记录了样本树的生长时间t(年)与树高y(米)之间的关系.请你据此判断,在下列函数模型:①y=2t-a;②y=a+log2t;③y=eq \f(1,2)t+a;④y=eq \r(t)+a中(其中a为正的常数),生长年数与树高的关系拟合最好的是________(填写序号),估计该树生长8年后的树高为________米.
[解析] 由散点图的走势,知模型①不合适.
曲线过点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4,\f(7,3))),则后三个模型的解析式分别为②y=eq \f(1,3)+log2t;③y=eq \f(1,2)t+eq \f(1,3);④y=eq \r(t)+eq \f(1,3),当t=1时,代入④中,得y=eq \f(4,3),与图不符,易知拟合最好的是②.
将t=8代入②式,得y=eq \f(1,3)+log28=eq \f(10,3)(米).
[答案] ② eq \f(10,3)
判断函数图象与实际问题变化过程相吻合方法
(1)构建函数模型法:当由题意易构建函数模型时,可建立函数模型,结合模型选图象.
(2)验证法: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.
[多选]一辆赛车在一个周长为3 km的封闭跑道上行驶,跑道由几段直道和弯道组成,图1反映了赛车在“计时赛”整个第二圈的行驶速度与行驶路程之间的关系.
根据图1,以下四个说法中正确的是( )
A.在第二圈的2.6 km到2.8 km之间,赛车速度逐渐增加
B.在整个跑道上,最长的直线路程不超过0.6 km
C.大约在第二圈的0.4 km到0.6 km之间,赛车开始了那段最长直线路程的行驶
D.在图2的四条曲线(注:S为初始记录数据位置)中,曲线B最能符合赛车的运动轨迹
解析:AD [由图1知,在2.6 km到2.8 km之间,图象上升,故在第二圈的2.6 km到2.8 km之间,赛车速度逐渐增加,故A正确;在整个跑道上,高速行驶时最长为1.8 km到2.4 km之间,但直道加减速也有路程,故最长的直线路程有可能超过0.6 km,故B不正确;最长直线路程应在1.4 km到1.8 km之间开始,故C不正确;由图1可知,跑道应有3个弯道,且两长一短,故D正确.]
已知函数模型的实际问题
[例2] (1)“喊泉”是一种地下水的毛细现象.人们在泉口吼叫或发出其他声音时声波传入泉洞内的储水池,进而产生“共鸣”等作用,激起水波,形成涌泉.声音越大,涌起的泉水越高.已知听到的声强I与标准声强I0(I0约为10-12,单位:W/m2)之比的常用对数称作声强的声强级,记作L(贝尔),即L=lgeq \f(I,I0).取贝尔的10倍作为响度的常用单位,简称为分贝.已知某处“喊泉”的声音强度y(分贝)与喷出的泉水高度x(m)
之间满足关系式y=2x,甲、乙两名同学大喊一声激起的涌泉的最高高度分别为70 m,60 m.若甲同学大喊一声的声强大约相当于n个乙同学同时大喊一声的声强,则n的值约为( )
A.10
B.100
C.200
D.1 000
[解析] 设甲同学的声强为I1,乙同学的声强为I2,则140=10lgeq \f(I1,10-12),120=10lgeq \f(I2,10-12),所以I1=102,I2=1,从而eq \f(I1,I2)=100.所以n的值约为100.
[答案] B
(2)[多选]漳州市龙海区港尾镇和浮宫镇盛产杨梅,杨梅果味酸甜适中,有开胃健脾、生津止渴、消暑除烦,抑菌止泻,降血脂血压等功效.杨梅的保鲜时间很短,当地技术人员采用某种保鲜方法后可使得杨梅采摘之后的时间t(单位:小时)与失去的新鲜度y满足函数关系y=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\f(1,1 000)t2,0≤t<10,,mat,10≤t≤100,)),其中m,a为常数.已知采用该种保鲜方法后,
杨梅采摘10小时之后失去10%的新鲜度,采摘40小时之后失去20%的新鲜度.如今我国物流行业蓬勃发展,为了保证港尾镇的杨梅运输到北方某城市销售时的新鲜度不低于85%,则物流时间(从杨梅采摘的时刻算起)可以是(参考数据:log23≈1.6)( )
A.20小时
B.25小时
C.28小时
D.35小时
[解析] 由题意可知eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(10%=ma10,20%=ma40)),
所以a30=2即,m=eq \f(\r(3,4),20),由题意可知当t<10时,失去的新鲜度小于10%,没有超过15%,当t≥10时,则有eq \f(\r(3,4),20)at≤15%即eq \f(\r(3,4),20)≤15%,所以≤eq \f(3,2)
eq \r(3,2),所以eq \f(t,30)≤log2eq \f(3,2)+log2eq \r(3,2),解得t≤28.
[答案] ABC
1.求解已知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.
2.利用函数模型,借助函数的性质、导数等求解实际问题,并进行检验.
(2025·合肥模拟)声强级(单位:dB)由公式LI=10lgeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(I,10-12)))给出,其中I为声强(单位:W/m2).某班级为规范同学在公共场所说话的文明礼仪,开展了“不敢高声语,恐惊读书人”主题活动,要求课下同学之间交流时,每人的声强级不超过40 dB,现已知4位同学课间交流时,每人的声强分别为10-7 W/m2,2×10-9 W/m2,5×10-10 W/m2,9×10-11W/m2,则这4人中达到班级要求的有( )
A.1人
B.2人
C.3人
D.4人
解析:C [依题意,当I=10-7W/m2时,LI=10lgeq \f(10-7,10-12)=10lg105=50;当I=2×10-9W/m2时,LI=10lgeq \f(2×10-9,10-12)=10lg(2×103)=10(lg 2+3)=30+10lg 2<30+10lg 10=40;当I=5×10-10W/m2时,LI=10lgeq \f(5×10-10,10-12)=10lg(5×102)=10(lg 5+2)=20+10lg 5<20+10lg 10=30;当I=9×10-11W/m2时,LI=10lgeq \f(9×10-11,10-12)=10lg(9×10)=10(lg 9+1)=10+10lg 9<10+10lg 10=20.所以这4人中达到班级要求的有3人.]
构造函数模型的实际问题
[例3] 汽车智能辅助驾驶已开始得到应用,其自动刹车的工作原理是用雷达测出车辆与前方障碍物之间的距离,当此距离等于报警距离时就开启报警提醒,等于危险距离时就自动刹车.某种算法将报警时间分为4段(如图所示),分别为准备时间t0、人的反应时间t1、系统反应时间t2、制动时间t3,相应的距离分别为d0,d1,d2,d3,当车速为v(单位:m/s),且0≤v≤33.3时,通过大数据统计分析得到下表(其中系数k随地面湿滑程度等路面情况而变化,且0.5≤k≤0.9).
阶段
准备
人的反应
系统反应
制动
时间
t0
t1=0.8 s
t2=0.2 s
t3
距离
d0=30 m
d1
d2
d3=eq \f(v2,20k)m
(1)请写出报警距离d(单位:m)与车速v(单位:m/s)之间的表达式;
(2)若要求汽车不论在何种路面情况下行驶,报警距离均小于90 m,则汽车的行驶速度应限制在多少以下?
[解] (1)根据题意,d=d0+d1+d2+d3=30+0.8v+0.2v+eq \f(v2,20k)=30+v+eq \f(v2,20k)(0≤v≤33.3).
(2)根据题意,对任意的k∈[0.5,0.9],d<90恒成立,即对任意的k∈[0.5,0.9],30+v+eq \f(v2,20k)<90恒成立.
易知当v=0时,满足题意;
当0<v≤33.3时,有eq \f(1,20k)<eq \f(60,v2)-eq \f(1,v)对任意的k∈[0.5,0.9]恒成立,
由k∈[0.5,0.9],得eq \f(1,20k)∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,18),\f(1,10))),
所以eq \f(60,v2)-eq \f(1,v)>eq \f(1,10),
即v2+10v-600<0,解得-30<v<20,
所以0<v<20.
综上,0≤v<20.
所以汽车的行驶速度应限制在20 m/s以下.
构建函数模型解决实际问题的步骤
(1)审题:弄清题意,识别条件与结论,弄清数量关系,初步选择数学模型;
(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,利用已有知识建立相应的数学模型;
(3)解模:求解数学模型,得出结论;
(4)还原:将数学问题还原为实际问题.
现将石片扔向水面,假设石片第一次接触水面的速率为100 m/s,这是第一次“打水漂”,然后石片在水面上多次“打水漂”,每次“打水漂”的速率为上一次的90%,若要使石片的速率低于60 m/s,则至少需要“打水漂”的次数为(参考数据:取ln 0.6≈-0.511,ln 0.9≈-0.105)( )
A.4
B.5
C.6
D.7
解析:C [设石片第n次“打水漂”时的速率为vn,
则vn=100×0.90n-1.
由100×0.90n-1<60,得0.90n-1<0.6,
则(n-1)ln 0.90<ln 0.6,
即n-1>eq \f(ln 0.6,ln 0.9)≈eq \f(-0.511,-0.105)≈4.87,则n>5.87,
故至少需要“打水漂”的次数为6.]
$$