导数的实际应用:利润问题、面积与体积问题、成本问题专项训练-2025-2026学年高二下学期数学人教A版选择性必修第二册

2026-03-03
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导数的实际应用:利润问题、面积与体积问题、成本问题专项训练 导数的实际应用:利润问题、面积与体积问题、成本问题专项训练 考点目录 利润问题 面积与体积问题 成本问题 考点一 利润问题 例1.(24-25高二下·福建厦门·月考)某商场销售某种商品的经验表明,该商品每日的销售量y(单位:千克)与销售价格x(单位:元/千克,)满足:当时,,(为常数);当时,.已知当销售价格为2元/千克时,每日可销售出该商品800千克;当销售价格为3元/千克时,每日可售出150千克. (1)求的值,并确定y关于x的函数解析式; (2)若该商品的销售成本为1元/千克,试确定销售价格x的值,使店铺每日销售该商品所获利润最大. 例2.(25-26高二上·湖南邵阳·期末)春节是中国民间最隆重的最富有特色的传统节日之一,一般从腊八或者小年开始,到元宵节都叫过年.在此,提前祝各位新年快乐!为了庆祝2026年春节,火某镇的某商场销售经理进行调研,发现了销售某一种商品的经验,该商品每日的销售量(千克)与销售价格(元/千克)满足关系式,其中,是常量.已知销售价格为5元/千克时,每日可销售出该商品11千克. (1)求实数的值; (2)若该商品的成本为3元/千克,试确定销售价格的值,使该商场每日销售该商品所获得的利润最大,并求出最大值. 例3.(25-26高三上·上海·期中)某工厂某种产品的年固定成本为300万元,每生产件,需另投入成本为(万元),当年产量不足80件时,(万元);当年产量不小于80件时,(万元).每件产品售价为50万元,通过市场分析,该厂生产的产品能全部售完. (1)写出年利润(万元)关于年产量(件)的函数解析式; (2)年产量为多少时,该厂在这一产品的生产中所获利润最大? 变式1.(24-25高二下·安徽·月考)某商场在“五一”劳动节期间,要对某商品进行调价,已知该商品的每日销售量y(单位:)与销售价格x(单位:百元/)满足,其中,该商品的成本为1百元/. (1)将该商场每日销售该商品所获利润表示为销售价格x的函数; (2)当每日销售该商品所获利润最大和最小时,销售价格分别是多少?(参考数据:) 变式2.(24-25高二下·上海松江·月考)某公司生产的某批产品的销售量x万件(生产量与销售量相等),,已知生产该批产品共需投入成本万元,产品的销售价格定为元/件. (1)将该产品的利润y万元表示为销售量x万元的函数; (2)当销售量x投入多少时,该公司的利润最大,最大值多少? 变式3.(24-25高二下·江西赣州·月考)某商店经销一种商品,每件产品的成本为30元,并且每卖出一件产品需向税务部门上交a元(a为常数,)的税收.设每件产品的售价为x元,根据市场调查,日销售量与(e为自然对数的底数)成反比.已知每件产品的售价为40元时,日销售量为10件. (1)求该商店的日利润元与每件产品的日售价x元的函数关系式; (2)当每件产品的售价为多少元时,该商品的日利润最大,并求出的最大值. 考点二 面积与体积问题 例1.(25-26高二上·上海·期末)如图所示,置于水平桌面的正四棱柱为内壁厚度忽略不计的有底且无盖容器,其高为,底面四边形是边长等于的正方形,容器内有液体,液面高度恰为2.由制作工艺的限制,满足. (1)当时,求容器的容积和液体体积; (2)在满足题意的条件下,求的取值范围,并请问当为何值时,容器的容积可达最大? (3)当时,将该容器绕着逆时针旋转,设平面和水平面所成的锐二面角的大小为,若液体在旋转过程中总不溢出,求的取值范围. 例2.(25-26高三上·广东汕尾·月考)(1)已知点是曲线上的一点,且点的横坐标是1,求曲线在点处的切线方程. (2)将一个边长为12的正方形铁片的四角截去四个边长均为的小正方形,做成一个容积为的无盖方盒,求无盖方盒的容积的最大值及此时小正方形边长的值. 例3.(25-26高二上·江苏宿迁·期末)某饮料公司计划生产一种容积为500mL的圆柱形易拉罐,其侧面的制造成本为1元/平方厘米,罐顶和罐底的制造成本为2元/平方厘米.设易拉罐底面半径为厘米,高为厘米,制造总成本为元.(立方厘米) (1)求的表达式; (2)当易拉罐总制造成本最低时,求底面半径与高的比值. 变式1.(24-25高二下·广东汕头·月考)如图所示,ABCD是边长为40cm的正方形硬纸片,切去阴影部分所示的四个全等的等腰直角三角形,再沿虚线折起,使得四个点重合于点P,正好形成一个正四棱柱形状的包装盒,E、F在AB上是被切去的等腰直角三角形斜边的两个端点,设. (1)若广告商要求包装盒侧面积S(cm)最大,试问x应取何值? (2)若广告商要求包装盒容积V(cm)最大,试问x应取何值?并求出此时包装盒的高与底面边长的比值. 变式2.(24-25高二下·广西南宁·月考)某企业拟建造如图所示的容器(不计厚度,长度单位:米),其中容器的中间为圆柱形,左右两端均为半球形,按照设计要求,容器的容积为立方米,且.假设该容器的建造费用仅与其表面积有关.已知圆柱形部分每平方米建造费用为3千元,半球形部分每平方米建造费用为千元,设该容器的建造费用为千元. (1)写出关于的函数表达式,并求该函数的定义域; (2)求该容器的建造费用最小时的. 变式3.(24-25高三上·北京·月考)现有一张长为40cm,宽为30cm的长方形铁皮,准备用它做成一只无盖长方体铁皮盒,要求材料利用率为,不考虑焊接处损失.如图,在长方形的一个角剪下一块正方形铁皮,作为铁皮盒的底面,用余下材料剪拼后作为铁皮盒的侧面,设长方体的底面边长为xcm,高为ycm,体积为. (1)求出y关于x的函数解析式; (2)求该铁皮盒体积的最大值. 考点三 成本问题 例1.(25-26高二上·上海·期中)甲、乙两地相距千米,汽车从甲地匀速驶向乙地,速度不得超过千米/小时.已知汽车每小时的运输成本(以元为单位)由可变部分和固定部分组成:可变部分与速度(千米/小时)的立方成正比,比例系数为,固定部分为. (1)把全部运输成本元表示为速度(千米/小时)的函数,并指出这个函数的定义域; (2)为了使全部运输成本最小,汽车应以多大速度行驶? 例2.(24-25高二下·江苏南京·月考)甲、乙两地相距1000千米,汽车从甲地匀速驶向乙地,速度不得超过120千米/小时.已知汽车每小时的运输成本(以元为单位)由可变部分和固定部分组成:可变部分与速度v(千米/小时)的立方成正比,比例系数为,固定部分为a(a>0). (1)把全部运输成本y元表示为速度v(千米/小时)的函数,并指出这个函数的定义域; (2)为了使全部运输成本最小,汽车应以多大速度行驶? 例3.(24-25高二下·江苏无锡·期中)某市有一特色酒店由10座完全相同的帐篷构成(如图1).每座帐篷的体积为 m3,且分上下两层,其中上层是半径为r()(单位:m)的半球体,下层是半径为r m,高为h m的圆柱体(如图2).经测算,上层半球体部分每平方米建造费用为2千元,下方圆柱体的侧面、隔层和地面三个部分平均每平方米建造费用为3千元,设所有帐篷的总建造费用为y千元.(提示:球体积公式:) (1)求y关于r的函数解析式,并指出该函数的定义域; (2)当半径r为何值时,所有帐篷的总建造费用最小,并求出最小值. 变式1.(24-25高二下·重庆·月考)2023年我国汽车出口跃居世界首位.整车出口491万辆,同比增长.作为中国外贸“新三样”之一,新能源汽车成为出口增长新动能.已知某款新能源汽车在匀速行驶状态下每千米的耗电量(单位:)与速度(单位:)在的函数关系为.假设电价是1元. (1)当车速为多少时,车辆每千米的耗电量最低? (2)已知司机的工资与开车时间成正比例关系,若总费用=电费+司机的工资,甲地到乙地的距离为,最经济的车速是,则司机每小时的工资为多少元? 变式2.(24-25高二下·上海奉贤·月考)学校要建造一个面积为10000平方米的运动场. 如图,运动场由一个矩形和分别以、为直径的两个半圆组成. 跑道是一条宽8米的塑胶跑道,运动场除跑道外,其它地方均铺设草皮. 已知塑胶跑道每平方米造价为150元,草皮每平方米造价为30元. (1)设半圆的半径(米),试建立塑胶跑道面积与的函数关系式; (2)由于条件限制,问当取何值时,运动场造价最低?(精确到元). 变式3.(24-25高二下·福建福州·月考)福州某公园有一个半圆形荷花池(如图所示),为了让游客深入花丛中体验荷花美景,公园管理处计划在半圆形荷花池中设计栈道观景台和栈道、、、,观景台在半圆形的中轴线上(如图,与直径垂直,与不重合),通过栈道把荷花池连接起来,使人行其中有置身花海之感.已知米,,栈道总长度为.    (1)求关于的函数关系式. (2)若栈道的造价为每米千元,问:栈道长度是多少时,栈道的建设费用最小?并求出该最小值. 2 学科网(北京)股份有限公司 $导数的实际应用:利润问题、面积与体积问题、成本问题专项训练 导数的实际应用:利润问题、面积与体积问题、成本问题专项训练 考点目录 利润问题 面积与体积问题 成本问题 考点一 利润问题 例1.(24-25高二下·福建厦门·月考)某商场销售某种商品的经验表明,该商品每日的销售量y(单位:千克)与销售价格x(单位:元/千克,)满足:当时,,(为常数);当时,.已知当销售价格为2元/千克时,每日可销售出该商品800千克;当销售价格为3元/千克时,每日可售出150千克. (1)求的值,并确定y关于x的函数解析式; (2)若该商品的销售成本为1元/千克,试确定销售价格x的值,使店铺每日销售该商品所获利润最大. 【答案】(1),, (2)销售价格元时,利润最大. 【详解】(1)由题意可知时,,所以, 又当时,,所以, 解得,可得, 所以. (2)由题意:, 当时,, 则, 则令,解得,令,解得或, 所以在上递增,在上递减, 因为, 所以当时有最大值,且; 当时,, 当且仅当,即时取等号, 所以时有最大值,因为, 所以当时,有最大值1840,即当销售价格为5.3元/千克时,店铺所获利润最大. 例2.(25-26高二上·湖南邵阳·期末)春节是中国民间最隆重的最富有特色的传统节日之一,一般从腊八或者小年开始,到元宵节都叫过年.在此,提前祝各位新年快乐!为了庆祝2026年春节,火某镇的某商场销售经理进行调研,发现了销售某一种商品的经验,该商品每日的销售量(千克)与销售价格(元/千克)满足关系式,其中,是常量.已知销售价格为5元/千克时,每日可销售出该商品11千克. (1)求实数的值; (2)若该商品的成本为3元/千克,试确定销售价格的值,使该商场每日销售该商品所获得的利润最大,并求出最大值. 【答案】(1) (2)4元/千克,最大值为42元 【详解】(1)∵当时,, ∴由函数式, 得. (2)由(1)知该商品每日的销售量, ∴商场每日销售该商品所获得的利润为, ,     . 令,得, 当时,,函数在上单调递增; 当时,,函数在上单调递减. ∴当时,函数取得最大值, ∴当销售价格为4元/千克时,商场每日销售该商品所获得的利润最大,最大值为42元. 例3.(25-26高三上·上海·期中)某工厂某种产品的年固定成本为300万元,每生产件,需另投入成本为(万元),当年产量不足80件时,(万元);当年产量不小于80件时,(万元).每件产品售价为50万元,通过市场分析,该厂生产的产品能全部售完. (1)写出年利润(万元)关于年产量(件)的函数解析式; (2)年产量为多少时,该厂在这一产品的生产中所获利润最大? 【答案】(1),其中 (2)100件 【详解】(1)当时, ; 当时, , 所以,其中. (2)当时, 当时,取得最大值900万元; 当时, , 当且仅当,即时, 取得最大值950万元, 所以当产量为100件时,该厂在这一商品中所获利润最大,最大利润为950万元 变式1.(24-25高二下·安徽·月考)某商场在“五一”劳动节期间,要对某商品进行调价,已知该商品的每日销售量y(单位:)与销售价格x(单位:百元/)满足,其中,该商品的成本为1百元/. (1)将该商场每日销售该商品所获利润表示为销售价格x的函数; (2)当每日销售该商品所获利润最大和最小时,销售价格分别是多少?(参考数据:) 【答案】(1),() (2)当销售单价(百元)时,利润最大;当销售单价(百元)时,利润最小. 【详解】(1)由题意:,(). (2)因为,(). 设,(). 则,因为,所以. 所以函数在上单调递增. 又,, 又 当时,,所以,所以在上单调递减; 当时,,所以,所以在上单调递增. 又, , . 所以当销售单价(百元)时,利润最大;当销售单价(百元)时,利润最小. 变式2.(24-25高二下·上海松江·月考)某公司生产的某批产品的销售量x万件(生产量与销售量相等),,已知生产该批产品共需投入成本万元,产品的销售价格定为元/件. (1)将该产品的利润y万元表示为销售量x万元的函数; (2)当销售量x投入多少时,该公司的利润最大,最大值多少? 【答案】(1) (2)当时,利润最大,最大为520万元 【详解】(1)由题意知, , . (2), 当时,,函数单调递增; 当时,,函数单调递减, 则当时,利润最大,最大为520万元. 变式3.(24-25高二下·江西赣州·月考)某商店经销一种商品,每件产品的成本为30元,并且每卖出一件产品需向税务部门上交a元(a为常数,)的税收.设每件产品的售价为x元,根据市场调查,日销售量与(e为自然对数的底数)成反比.已知每件产品的售价为40元时,日销售量为10件. (1)求该商店的日利润元与每件产品的日售价x元的函数关系式; (2)当每件产品的售价为多少元时,该商品的日利润最大,并求出的最大值. 【答案】(1) (2)答案见解析 【详解】(1)设日销售量为,则, 则,且日销售量为件, 所以日利润,. (2)由(1)得,则. 因为,则, ①当时,则, 当时,,在内单调递减. 可知当时,取最大值,最大值为; ②当时,, 令,解得;令,解得; 可知在内单调递减,在内单调递增, 则当时,取最大值,最大值为. 综上所述:. 考点二 面积与体积问题 例1.(25-26高二上·上海·期末)如图所示,置于水平桌面的正四棱柱为内壁厚度忽略不计的有底且无盖容器,其高为,底面四边形是边长等于的正方形,容器内有液体,液面高度恰为2.由制作工艺的限制,满足. (1)当时,求容器的容积和液体体积; (2)在满足题意的条件下,求的取值范围,并请问当为何值时,容器的容积可达最大? (3)当时,将该容器绕着逆时针旋转,设平面和水平面所成的锐二面角的大小为,若液体在旋转过程中总不溢出,求的取值范围. 【答案】(1)48,  32 (2)72 (3) 【详解】(1)当时, 容器的容积,液体体积. (2). 由于液面的高度为2,故容器的高度,即,,又. 的取值范围是. 此时容器的容积. ,令,即,解得或. 又,,即在上单调递增. . (3)当时,由得,液体体积. 当液面与水平面平行时,此时有最大值.过作交于点. 设,则,液体的体积,解得. ,,. 故的取值范围是. 例2.(25-26高三上·广东汕尾·月考)(1)已知点是曲线上的一点,且点的横坐标是1,求曲线在点处的切线方程. (2)将一个边长为12的正方形铁片的四角截去四个边长均为的小正方形,做成一个容积为的无盖方盒,求无盖方盒的容积的最大值及此时小正方形边长的值. 【答案】(1);(2)最大值为128, 【详解】(1); 当时,; 即可得点处的切线方程为, 即. (2)依题意,无盖方盒的底面正方形边长为,高为,显然, 所以方盒的容积 求导得, 当时,,当时,, 函数在上单调递增,在上单调递减, 因此当时,, 所以无盖方盒的容积的最大值为128,此时 例3.(25-26高二上·江苏宿迁·期末)某饮料公司计划生产一种容积为500mL的圆柱形易拉罐,其侧面的制造成本为1元/平方厘米,罐顶和罐底的制造成本为2元/平方厘米.设易拉罐底面半径为厘米,高为厘米,制造总成本为元.(立方厘米) (1)求的表达式; (2)当易拉罐总制造成本最低时,求底面半径与高的比值. 【答案】(1) (2). 【详解】(1)由题意得:,则, 总成本函数为. 所以. (2)因为, . 令得, 当时,,单调递减, 当时,,单调递增; 所以当时函数有极小值也是最小值为. 此时,则. 答:使得易拉罐总制造成本最低时的底面半径r和高h的比值为. 变式1.(24-25高二下·广东汕头·月考)如图所示,ABCD是边长为40cm的正方形硬纸片,切去阴影部分所示的四个全等的等腰直角三角形,再沿虚线折起,使得四个点重合于点P,正好形成一个正四棱柱形状的包装盒,E、F在AB上是被切去的等腰直角三角形斜边的两个端点,设. (1)若广告商要求包装盒侧面积S(cm)最大,试问x应取何值? (2)若广告商要求包装盒容积V(cm)最大,试问x应取何值?并求出此时包装盒的高与底面边长的比值. 【答案】(1) (2), 【详解】(1)设包装盒的底面边长为,高为, 则由题意可得,,,其中, 所以, 因此,当时,取得最大值; (2)根据题意,由(1)有, 所以, 由得,(舍)或, 当时,,函数单调递增; 当时,,函数单调递减; 所以当时,函数取得极大值,也是最大值; 此时包装盒的高与底面边长的比值. 变式2.(24-25高二下·广西南宁·月考)某企业拟建造如图所示的容器(不计厚度,长度单位:米),其中容器的中间为圆柱形,左右两端均为半球形,按照设计要求,容器的容积为立方米,且.假设该容器的建造费用仅与其表面积有关.已知圆柱形部分每平方米建造费用为3千元,半球形部分每平方米建造费用为千元,设该容器的建造费用为千元. (1)写出关于的函数表达式,并求该函数的定义域; (2)求该容器的建造费用最小时的. 【答案】(1),定义域为 (2)答案见解析 【详解】(1)设容器的容积为,由题意知, 故,由于, 因此,整理得, 所以建造费用. 因此,定义域为. (2)由(1)得, 由于,所以, 当时,. 令,则, 所以. ①当,即时,当时,; 当时,;当时,, 则函数在上单调递减,在上单调递增, 所以是函数的极小值点,也是最小值点. ②当,即时, 当时,,函数在上单调递减, 所以是函数的最小值点. 综上所述,当,建造费用最小时; 当,建造费用最小时. 变式3.(24-25高三上·北京·月考)现有一张长为40cm,宽为30cm的长方形铁皮,准备用它做成一只无盖长方体铁皮盒,要求材料利用率为,不考虑焊接处损失.如图,在长方形的一个角剪下一块正方形铁皮,作为铁皮盒的底面,用余下材料剪拼后作为铁皮盒的侧面,设长方体的底面边长为xcm,高为ycm,体积为. (1)求出y关于x的函数解析式; (2)求该铁皮盒体积的最大值. 【答案】(1),; (2) 【详解】(1)因为材料利用率为,由题意可得,即; 因为长方形铁皮长为40,宽为30,故, 综上,,; (2)铁皮盒体积, ,令,得 的变化情况如下: 20 + 0 - 则在上为增函数,在上为减函数, 则当时,取最大值,最大值为. 考点三 成本问题 例1.(25-26高二上·上海·期中)甲、乙两地相距千米,汽车从甲地匀速驶向乙地,速度不得超过千米/小时.已知汽车每小时的运输成本(以元为单位)由可变部分和固定部分组成:可变部分与速度(千米/小时)的立方成正比,比例系数为,固定部分为. (1)把全部运输成本元表示为速度(千米/小时)的函数,并指出这个函数的定义域; (2)为了使全部运输成本最小,汽车应以多大速度行驶? 【答案】(1), (2)应该以千米/小时行驶 【详解】(1)由题意得,每小时运输成本为,全程行驶时间为小时, 所以,. (2), 当时,, 当时,,即在上单调递减, 当时,,即在上单调递增, 所以当时,最小. 综上:应该以千米/小时行驶. 例2.(24-25高二下·江苏南京·月考)甲、乙两地相距1000千米,汽车从甲地匀速驶向乙地,速度不得超过120千米/小时.已知汽车每小时的运输成本(以元为单位)由可变部分和固定部分组成:可变部分与速度v(千米/小时)的立方成正比,比例系数为,固定部分为a(a>0). (1)把全部运输成本y元表示为速度v(千米/小时)的函数,并指出这个函数的定义域; (2)为了使全部运输成本最小,汽车应以多大速度行驶? 【答案】(1) (2)答案见解析 【详解】(1)由题意得,每小时运输成本为,全程行驶时间为小时,所以 (2) 当时,当时,, 当时,,单调递减, 当时,单调递增, 所以当时,最小; 当时,,单调递减,当时,最小; 综上:当时,应该以千米/小时行驶; 当时,应该以千米/小时行驶 例3.(24-25高二下·江苏无锡·期中)某市有一特色酒店由10座完全相同的帐篷构成(如图1).每座帐篷的体积为 m3,且分上下两层,其中上层是半径为r()(单位:m)的半球体,下层是半径为r m,高为h m的圆柱体(如图2).经测算,上层半球体部分每平方米建造费用为2千元,下方圆柱体的侧面、隔层和地面三个部分平均每平方米建造费用为3千元,设所有帐篷的总建造费用为y千元.(提示:球体积公式:) (1)求y关于r的函数解析式,并指出该函数的定义域; (2)当半径r为何值时,所有帐篷的总建造费用最小,并求出最小值. 【答案】(1),定义域为 (2),最小值为 【详解】(1)由题意可得,所以h, 所以 , 即 , 因为,,所以,则, 所以定义域为. (2)设, 则,令,解得, 当时,,单调递减, 当时,,单调递增, 所以当时,取得极小值,即最小值, 且,总费用最小值为, 所以当半径r为时,建造费用最小,最小为千元. 变式1.(24-25高二下·重庆·月考)2023年我国汽车出口跃居世界首位.整车出口491万辆,同比增长.作为中国外贸“新三样”之一,新能源汽车成为出口增长新动能.已知某款新能源汽车在匀速行驶状态下每千米的耗电量(单位:)与速度(单位:)在的函数关系为.假设电价是1元. (1)当车速为多少时,车辆每千米的耗电量最低? (2)已知司机的工资与开车时间成正比例关系,若总费用=电费+司机的工资,甲地到乙地的距离为,最经济的车速是,则司机每小时的工资为多少元? 【答案】(1) (2)150元. 【详解】(1)由 有,令,得或(舍), 当时,,单调递减, 当时,,单调递增, 所以当车速为时,车辆每千米的耗电量最低; (2)设司机的工资为元,则行车的总费用为 ,由题意知时,, 得,即司机每小时的工资为150元. 变式2.(24-25高二下·上海奉贤·月考)学校要建造一个面积为10000平方米的运动场. 如图,运动场由一个矩形和分别以、为直径的两个半圆组成. 跑道是一条宽8米的塑胶跑道,运动场除跑道外,其它地方均铺设草皮. 已知塑胶跑道每平方米造价为150元,草皮每平方米造价为30元. (1)设半圆的半径(米),试建立塑胶跑道面积与的函数关系式; (2)由于条件限制,问当取何值时,运动场造价最低?(精确到元). 【答案】(1) (2) 【详解】(1)塑胶跑道面积 因为所以,故定义域为 (2)设运动场造价为元; ,令, ,当时,解得, 所以在上恒成立,所以在上为减函数, 所以函数在上为减函数,因为, 所以当时,运动场造价最低为626510元. 变式3.(24-25高二下·福建福州·月考)福州某公园有一个半圆形荷花池(如图所示),为了让游客深入花丛中体验荷花美景,公园管理处计划在半圆形荷花池中设计栈道观景台和栈道、、、,观景台在半圆形的中轴线上(如图,与直径垂直,与不重合),通过栈道把荷花池连接起来,使人行其中有置身花海之感.已知米,,栈道总长度为.    (1)求关于的函数关系式. (2)若栈道的造价为每米千元,问:栈道长度是多少时,栈道的建设费用最小?并求出该最小值. 【答案】(1), (2)栈道长度是时建设费用最小,最小值为千元 【详解】(1)因为在半圆形的中轴线上,,米,, 所以,, 所以, 所以栈道总长度 ,. (2)由(1)得,, 所以当时,,单调递减,当时,,单调递增, 所以当,即时,栈道的建设费用最小, 建设费用最小值为千元. 2 学科网(北京)股份有限公司 $

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