内容正文:
专题06实际问题与二次函数 暑假预习讲义
✺知识框架
◆ 实际问题解题步骤:生活实际问题→梳理数量关系→建立二次函数模型→确定自变量实际取值范围→区间内求解函数最值→还原得出实际答案
◆ 三大核心模型 :销售利润模型:商品涨跌价、销量变化与总利润最值问题
几何面积模型:矩形围栏、靠墙图形等几何图形面积最值问题
抛物线轨迹模型:拱桥、喷泉、球类抛射等抛物线实际应用问题
◆ 自变量取值范围限定:实际问题中长度、数量、距离等均为非负量,需结合题意限定自变量有效范围
◆ 区间最值判定规则:根据抛物线对称轴(顶点横坐标)是否在自变量取值区间内,判断函数最值的取值位置
✺学习目标
1.解题流程:熟练掌握二次函数解决实际问题的完整解题步骤,能准确区分自变量与因变量,规范设元、列式,顺利将生活实际问题转化为二次函数数学模型。
2.模型掌握:熟练掌握教材三类核心应用题模型,理清销售利润、几何面积、抛物线轨迹问题的建模思路与解题方法,能独立完成课内基础最值计算、求值类习题。
3.最值求解:掌握实际问题自变量取值范围的判定方法,理解有限区间内二次函数的增减性与最值规律,能分情况准确求解二次函数在实际范围内的最大值与最小值。
核心素养:建立数学建模与数形结合思想,养成“先定取值范围、再求函数最值”的规范解题习惯,夯实二次函数应用基础,为开学综合题型学习做好铺垫。
✺题型归纳
题型1.图形问题
题型2.图形运动问题
题型3.拱桥问题
题型4.销售问题
题型5.投球问题
题型6.喷水问题
题型7.增长率问题
题型8.其他问题
题型9.巩固测试
✺知识◆清单
知识点一、二次函数解决实际问题的步骤
利用二次函数解决实际问题的基本思路:
审题分析:梳理题目已知条件,找出变量之间的变化关系;
规范设元:合理设置自变量和函数,明确变量对应的实际意义;
建立模型:根据等量关系,列出二次函数解析式 y=ax2+bx+c(a≠0);
限定范围:结合生活实际和题干要求,确定自变量的有效取值范围;
求解最值:结合抛物线开口方向、对称轴和取值范围,求出函数最值;
规范作答:将数学结果转化为实际问题答案,完整作答。
★重点提示:实际应用题必须写明自变量取值范围,无实际意义的最值结果不成立,是高频易错点。
知识点二、销售利润最值模型
单件利润 = 单件售价 − 单件进价
总利润 = 单件利润 × 销售数量
题型规律:商品涨价销量减少、降价销量增加,总利润可整理为开口向下的二次函数,存在最大值。
解题关键:求出顶点对应的最优售价后,必须验证该数值在自变量有效取值范围内。
知识点三、几何图形面积最值
常见题型:矩形围栏、靠墙矩形、组合几何图形等面积最值问题,是课内基础重点题型。
建模方法:用含自变量的代数式表示图形边长、高等关键量,结合几何面积公式列出二次函数,利用函数性质求解面积最值。
取值限制:几何边长必须为正数,以此确定自变量的取值范围。
知识点四、抛物线实际轨迹模型
拱桥、喷泉、球类抛射等物体运动轨迹,均可抽象为抛物线,统一解题步骤:
1.根据图形特征建立合适的平面直角坐标系,简化计算;
2.利用图象已知点坐标,通过待定系数法求出抛物线解析式;
3.结合解析式代入求值,求解对应高度、水平距离,解决实际问题。
知识点五、有限区间内二次函数最值规律
二次函数在全体实数范围内,最值仅在顶点处取得;但实际问题自变量存在取值限制,需分两种情况判断最值:
对称轴在取值区间内:最值在顶点处取得;a>0开口向上有最小值,a<0 开口向下有最大值。
对称轴不在取值区间内:函数在区间内单调变化,最值取自变量区间两端点数值。
核心总结:解决二次函数实际最值问题,先判断对称轴是否在有效取值范围内,再确定最值位置。
✺题型◆精讲
题型1.图形问题
1.如图,利用一面墙,用40米长的篱笆围成一块矩形场地,如果墙长为25米,那么围成矩形场地的最大面积是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】本题考查了二次函数的应用,熟练利用二次函数的性质是解题的关键.
设米,则米,表示出矩形场地的面积,利用二次函数的性质即可解答.
【详解】解:如图,设米,则米,
,墙长为25米,
,
解得,
令矩形场地的面积为,
,
所以当时,有最大值,
即围成矩形场地的最大面积是,
故选:B.
2.如图所示,是一个长、宽的矩形花园,根据需要将它的长缩短、宽增加,要想使修改后的花园面积达到最大,则__________.
【答案】
【分析】先根据矩形的面积公式列出函数关系式,再根据二次函数的性质即可求得结果.
【详解】解:由题意得修改后的花园面积,
∵,
∴当时,修改后的花园面积达到最大.
3.用一段长为40米的篱笆围成一边靠墙的草坪,墙长16米,当这个矩形的长和宽分别为多少时,草坪面积最大?最大面积为多少?
【答案】当矩形长为16米,宽为12米时草坪面积最大,最大面积为192平方米
【详解】解:设与墙垂直的篱笆长为,则与墙平行的篱笆长为,
,,
解得,
草坪面积,
,该二次函数的图像开口向下,对称轴为直线,
又,在此范围内,随的增大而减小,
当时,草坪面积最大,最大值为,
答:当矩形长为16米,宽为12米时草坪面积最大,最大面积为192平方米.
题型2.图形运动问题
1.如图,在矩形中,,P,Q分别是边上的动点,,设,则y关于x的函数图象大致是( )
A.B. C. D.
【答案】C
【分析】过作的垂线,根据矩形的性质以及勾股定理,写出关于的表达式从而可以得到图象的形状.
【详解】解:过作于,
四边形为矩形,
, ,
∴,
四边形也是矩形,
,,
,
,
在上,在上,
,,
,
关于的函数图象是开口向上,对称轴为的抛物线.
2.如图,在中,,,,动点从点开始沿边向以的速度移动(不与点重合),动点从点开始沿边向以的速度移动(不与点C重合).如果分别从同时出发,那么经过______秒,四边形的面积最小.
【答案】3
【分析】本题考查了二次函数的应用,正确列出函数关系式是解题关键.
设移动时间为秒,四边形的面积为,先分别求出的长,再利用面积减去面积求出四边形的面积,然后利用二次函数的性质求解即可得.
【详解】解:设移动时间为秒,四边形的面积为,
由题意得:,,
,
,
,
,
整理得:,
由二次函数的性质可知,当时,取得最小值27,
即经过3秒,四边形的面积最小,
故答案为:3.
3.如图,中,,点P从点A开始沿边向B以的速度移动,点Q从点B开始沿边向点C以的速度移动.如果点P,Q分别从点A,B同时出发,经过的时间为t秒,的面积为S.
(1)求S与t之间的函数关系式,并指出t的取值范围;
(2)求当时,t的值.
【答案】(1),
(2)
【分析】本题考查了二次函数的应用,列出函数关系式是解题的关键.
(1)根据三角形的面积,即可求解;
(2)当时,,解方程即可求解.
【详解】(1)解:由题意得,,
;
(2)解:当时,
,
解得.
所以经过2秒或4秒时的面积为.
题型3.拱桥问题
1.赛龙舟是中国端午节的习俗之一.某地计划进行一场划龙舟比赛,图①是比赛途中经过的一座拱桥,图②是该桥露出水面的主桥拱的示意图,可看作抛物线的一部分.如图所示建立平面直角坐标系,桥拱上的点到水面的竖直高度与到点的水平距离近似满足函数关系.据调查,龙舟最高处距离水面,为保障安全,通过拱桥时龙舟最高处到桥拱的竖直距离至少.有下列结论:
①水面宽度;
②拱桥的最大高度是;
③若每条龙舟赛道宽度为,最多可设计龙舟赛道条.
其中,正确结论的个数有( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】令,求出的值,可判断①正确,把解析式化为顶点式,可判定②正确,令,求出的值,可得水面的安全距离为,可得设计龙舟赛道数为,即可判定③正确;综上即可得答案.
【详解】解:∵竖直高度与到点的水平距离近似满足函数关系,
∴当时,,
解得:,,
∴水面宽度,故①正确;
∵,
∴拱桥的最大高度是,故②正确;
∵龙舟最高处距离水面,为保障安全,通过拱桥时龙舟最高处到桥拱的竖直距离至少,
∴通过拱桥时龙舟最高处到水面至少,
当时,,
解得:,,
∴水面的安全距离为,
∵每条龙舟赛道宽度为,
∴可设计龙舟赛道数为(个),
∴最多可设计龙舟赛道条,故③正确.
综上所述:正确结论的个数有个.
2.如图是搭建一座蔬菜大棚的横截面,其形状可以用抛物线表示,施工队计划在大棚正中搭建一个矩形脚手架,点在抛物线上,若,则脚手架的高度为_________米.
【答案】6
【分析】本题考查了二次函数的应用问题,设出点D的坐标并代入解析式是解题的关键.设,然后用m表示D点的坐标,将D点坐标代入抛物线解析式求出m,从而可得到的值.
【详解】解:,矩形脚手架在大棚正中,
设,,则,
D点坐标为,
将代入,
得,
解得或(舍),
,
故答案为:6.
3.如图1是佛山市顺德区顺峰山公园景区的大门,是一座三跨式巨型中式牌坊,享有“中华第一牌坊”的美誉.已知中间主跨地面宽度为35米,实际结构可简化为图2所示的组合图形:上部为抛物线形,下部为矩形.某测量小组测得为3米,从A点出发,沿主跨地面向右侧走2米到达点E,测得E点处对应的高度(即点E上方到抛物线轮廓的竖直距离)为6.3米,请你结合数据,求出主跨的高度(即抛物线顶点到地面的距离).(精确到)
【答案】主跨的高度约为.
【分析】以线段所在直线为x轴,线段的垂直平分线为y轴,建立平面直角坐标系,由题意可得,,设该抛物线的表达式为,求出抛物线的解析式即可解答.
【详解】解:以线段所在直线为x轴,线段的垂直平分线为y轴,建立平面直角坐标系,如答图所示.
,
,,
,.
设该抛物线的表达式为,
将,代入,得,
解得,
该抛物线的表达式为.
当时,.
答:主跨的高度约为.
题型4.销售问题
1.某商品进价9元,售价10元时可售100件,每涨价1元销量减少10件,设涨价x元,利润y元,函数关系式正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】本题考查实际问题与二次函数的应用,解题的关键是明确“利润每件利润销售量”的数量关系.
先确定涨价后的每件售价、每件利润,再确定涨价后的销售量,最后根据“利润每件利润销售量”列出函数式.
【详解】解:商品原售价为10元,涨价元后,新售价为元,
商品进价为9元,因此每件利润为“售价进价”,即元,
原销售量为100件,每涨价1元销量减少10件,因此涨价元后,销售量为件,
利润每件利润销售量,代入得:
故选:C.
2.某水果店单件水果售价(元)与销售月份满足一次函数关系 ,单件水果进价(元)与销售月份满足二次函数关系,二次函数的图象如图所示,抛物线顶点为并且经过,则这个水果店在一年中的最高单件水果利润为___________元.
【答案】7
【分析】先求解,设单件水果利润为:元,可得,再进一步求解即可.
【详解】解:由题意设,
把代入得:,
解得:,
∴抛物线为,
设单件水果利润为:元,
∴,
∵,
∴当时,单件利润的最大值为元.
3.某文具店购进一批纪念册,每本进价为20元,出于营销考虑,要求每本纪念册的售价不低于20元且不高于28元.在销售过程中发现该纪念册每周的销售量(本)与每本纪念册的售价(元)之间满足一次函数关系:;设该文具店每周销售这种纪念册所获得的利润为元,将该纪念册销售单价定为多少元时,才能使文具店销售该纪念册所获利润最大?最大利润是多少?
【答案】销售单价定为28元时,所获利润最大,最大利润是192元
【分析】本题根据利润等于每本利润乘以销售量,列出利润关于售价的二次函数,再结合给定的售价范围和二次函数的增减性,即可求出最大利润和对应的销售单价.
【详解】解:由题意可得,每本纪念册的利润为元,销售量,售价满足
总利润
整理得:
配方得:
抛物线开口向下,当时,随的增大而增大
又
当时,取得最大值
将代入得:(元)
答:将该纪念册销售单价定为28元时,文具店销售该纪念册所获利润最大,最大利润是192元.
题型5.投球问题
1.从地面竖直向上抛出一个小球,小球的高度(单位:)与小球的运动时间(单位:)之间的关系是.有下列结论:
①小球从抛出到落地需要;
②小球运动中的高度可以是;
③小球运动时的高度小于运动时的高度.
其中,正确结论的个数是()
A.0 B.1 C.2 D.3
【答案】B
【分析】本题考查二次函数的实际应用,分别通过解方程求落地时间,配方求最大高度,代入计算函数值比较大小,逐一验证三个结论即可.
【详解】解:①:小球落地时高度,令,
得,
因式分解得,
解得或,
为抛出时刻,因此小球从抛出到落地需要,①正确.
②:,
,
的最大值为,,
因此小球高度不可能达到,②错误.
③:当时,,
当时,,
,
因此小球运动时的高度大于运动时的高度,③错误.
综上,正确结论的个数是,故选B.
2.从地面竖直向上抛出一小球,小球距离地面的高度与小球的运动时间之间的关系式是.当小球到达最高点时,距离地面的高度是______.
【答案】20
【分析】本题考查二次函数的应用,已知高度h与时间t的关系式为,抛物线开口向下,最大值出现在顶点处.需要先求出顶点的横坐标t,再代入原式求出对应的最大高度h.
【详解】解:∵,
∴顶点的横坐标为,
把代入得,
∴当小球到达最高点时,距离地面的高度是,
故答案为:20.
3.为贯彻落实“五育并举”的教育方针,某校开设了篮球队,如图,篮球运动员投篮时,篮球的运动路线可近似看作抛物线的一部分.已知篮球从距地面2米的点A处投出,并落在水平地面上的点M处,其运动路线的最高点P距地面3.8米,最高点P与篮球出手点A的水平距离为3米.以地面所在直线为x轴,过点A且与垂直的直线为y轴,建立平面直角坐标系.
(1)求点P所在抛物线的函数表达式;
(2)已知篮球运动路线的形状保持不变(即抛物线的形状不变),若将篮球从点A正上方1米的点B处投出,落地点为N,点N在x轴的正半轴上,求点B与落地点N的水平距离的长.
【答案】(1)
(2)米.
【分析】(1)根据题意可知、,设抛物线顶点式为,将代入计算即可;
(2)根据平移的性质得到,令,求解后根据在正半轴取合适的值即可.
【详解】(1)解:根据题意可得:出手点的坐标为,
最高点距水平距离3米,距地面3.8米,因此坐标为.
设抛物线顶点式为,
将代入得:,
解得:,
∴;
(2)解:∵将篮球从点A正上方1米的点B处投出,
∴新抛物线表达式为:,
令,得:,
解得,
∵在正半轴,
∴,
∴米.
题型6.喷水问题
1.为了使居住环境更加美观,某小区建造了一个小型喷泉,水流从地面上的点O喷出,在各个方向上沿形状相同的抛物线落到地面,某方向上抛物线的形状如图所示,落点A到点O的距离为4,水流喷出的高度与水平距离之间近似满足函数关系式,则水流喷出的最大高度为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据点A到点O的距离为4,得到,代入求得,再将解析式化为顶点式即可得解;
【详解】点A到点O的距离为4,
,
把代入得
,
,
,
水流喷出的最大高度为,
故选择:A
【点睛】本题考查了二次函数的应用,二次函数的性质,正确的求出函数解析式是解题的关键.
2.如图,据生物学资料介绍,射水鱼会从口中射出一股水流击中昆虫达到捕食目的,其射出的水流可以看作一条抛物线的一部分(不考虑空气阻力).图是一次捕食中一条射水鱼发现一只昆虫后射出水流的图象,其中水流从点射出,水流运动的高度与水平距离近似满足函数关系.若这只昆虫在点,则这次射出的水流________________击中昆虫.(填“能”或“不能”)
【答案】不能
【分析】要判断水流能否击中昆虫,只需验证点是否在抛物线上,即将代入函数解析式计算y的值,并与昆虫的高度进行比较.
【详解】解:当时,,
∵,即当水平距离为时,水流的高度为,低于昆虫所在的高度,
∴不在抛物线上,
∴这次射出的水流不能击中昆虫.
3.某公园的人工湖里有一处喷水景观(如图1),从垂直于湖面的喷头喷出的水柱呈抛物线形状.数学兴趣小组的同学对此展开研究,建立如图2所示的平面直角坐标系,并通过测量得出如下表中所示的几组数据,其中是水柱距喷水头的水平距离,是水柱距湖面的高度.
…
…
请解决以下问题:
(1)求喷出的水柱所在抛物线的表达式;
(2)已知喷出的水柱刚好落在人工湖边缘,如果改变喷头的推力大小,使得喷出的水柱所在抛物线为,那么此时喷出的水柱是否会落到人工湖外?请说明理由.
(3)在(1)的条件下,公园增设了新的游玩项目,购置了宽度为,顶棚到湖面高度为的平顶游船,游船从水柱最高处的正下方通过,别有一番趣味,请通过计算说明游船是否有被水柱喷到的危险.
【答案】(1)
(2)答:此时喷出的水柱会落到人工湖外.
理由如下:
对于,
令,得,
解得或(舍去),
对于,
令,得,
解得或(舍去),
∵,
∴此时喷出的水柱会落到人工湖外;
(3)解:对于,
当,即时,,
∵,
∴游船有被水柱喷到的危险.
【分析】(1)利用待定系数法求函数解析式即可;
(2)分别求出当时,改变喷头的推力前后的两个抛物线解析式中的,比较后即可得出结论;
(3)求出抛物线上时,的值,与船的高度比较后得出结论.
【详解】(1)解:由表格中数据,可知抛物线的顶点坐标为,
∴设抛物线的表达式为,
将代入,
得,
解得,
∴喷出的水柱所在抛物线的表达式为:.
(2)略
(3)略
题型7.增长率问题
1.由于长期受新型冠状病毒的影响,核酸检测试剂需求量剧增,某医院去年一月份用量是8000枚,二、三两个月用量连续增长,若月平均增长率为x,则该医院三月份用核酸检测试剂的数量y(枚)与x的函数关系式是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【分析】本题考查二次函数的应用,设月平均增长率为x,根据题意列出函数关系式即可.
掌握增长率问题中增加量平均增长率原销售量,抓住公式列函数式是解题关键.
【详解】设月平均增长率为x,
根据题意得,.
故选:B.
2.某商场开展了家电惠民补贴活动,其中9月份投入资金20万元,设平均每月投入资金的增长率为x(),11月份的投入资金为y万元,则可列y关于x的函数表达式为______.
【答案】
【分析】本题考查了根据实际问题列二次函数的关系式的知识,从9月到11月经过两个月,每月增长率为x,因此11月资金是9月资金乘以的平方.
【详解】解:9月份投入资金为20万元,每月增长率为x,则10月份投入资金为万元,11月份投入资金为万元,
故.
故答案为:.
3.某公司月份的营收为万元,设每个月营收的增长率相同,且为 ,月份的营收为万元,写出关于的函数解析式.
【答案】
【分析】设每月增长率都为,所以5月份的营收为万元,6月份的营收为万元.
【详解】解:因为月份的营收为万元,月份起,每月增长率都为,所以月份的营收为万元,月份的营收为万元.
∴
故答案为:.
【点睛】本题考查了二次函数的应用,根据题意列出函数关系式解题的关键.
题型8.其他问题
1.公路上行驶的汽车,当遇到紧急情况时,司机急刹车,但由于惯性汽车要滑行才能停下来,若急刹车时汽车的行驶路程s(米)与时间t(秒)的函数关系式为,则下列说法正确的是( )
A.汽车滑行2秒时停止 B.汽车可以滑行4秒后才停止
C.滑行速度先变大后变小 D.滑行的最远距离是30米
【答案】A
【分析】本题主要考查了二次函数的实际应用,将路程函数配方成顶点形式,当s有最大值时,汽车停止,据此确定汽车停止滑行的时间和最远距离,根据实际情形可知,刹车滑行过程中速度应该逐渐减小,据此可得答案.
【详解】解:∵,且,
∴当时,s有最大值,最大值为20,
∴汽车滑行2秒时停止,滑行的最远距离是20米,
从实际出发,刹车滑行过程中,汽车的速度应该逐渐变小,
∴只有A选项的说法正确,符合题意,
故选:A.
2.某食品加工厂专门生产爆米花,在生产过程中,爆开且不糊的粒数的百分比称为“可食用率”.为了提升产品品质、降低生产成本,技术人员研究发现,在特定生产条件下,可食用率与加工时间(单位:分钟)满足函数表达式,为了让爆米花的可食用率达到最高,最佳加工时间为_________分钟.
【答案】3.75
【分析】根据二次函数的最值问题进行求解即可.
【详解】解:∵,且,
∴当时,y取得最大值,
∴最佳加工时间为3.75分钟.
3.如图,一位跳台滑雪运动员在一次训练中从起跳点起跳飞出,在着陆坡着陆.已知起跳点与着陆坡上的计分参照点的竖直距离为,水平距离为.按如图所示的平面直角坐标系,这位运动员这次起跳后在空中的运动轨迹近似满足抛物线.
(1)求的值和该运动员这次起跳后在空中飞行的最大高度;
(2)请通过计算,判断着陆时他能越过点吗?
【答案】(1),该运动员这次起跳后在空中飞行的最大高度为
(2)运动员着陆时他能越过点
【分析】(1)由题意可得,,将其代入抛物线解析式即可得到的值,进而求出抛物线的解析式,再将解析式化为顶点式,利用函数的性质即可求解;
(2)在函数解析式中令,求出的值,再与比较,即可判断.
【详解】(1)解:由题意可得,,
将代入,得,
解得,
,
化为顶点式为,
,
当时,有最大值,最大值为,
,该运动员这次起跳后在空中飞行的最大高度为;
(2)由(1)可得,这位运动员这次起跳后在空中的运动轨迹近似满足抛物线,
令,则,
解得,,
,且,
,舍去,
,
,
,
,
即运动员着陆时他能越过点.
✺巩固测试
一、单选题
1.如图,小聪借助直角墙角建一个矩形花园,花园两边由总长为的篱笆围成,墙长,,则花园最大面积为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】设,则,求得的取值范围,再利用二次函数的性质即可解答.
【详解】解:设,则,
墙长,,
,,
解得,
花园的面积,
∴当时,花园面积最大,最大面积为.
2.如图是抛物线形拱桥,当拱顶离水面时,水面宽,则水面下降时,水面宽度为( ).
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】本题考查了二次函数图象的性质,掌握待定系数法求解析式,自变量的值的计算是关键.
根据题意建立平面直角坐标系,运用待定系数法得到解析式为,结合题意把代入计算即可求解.
【详解】解:如图所示,建立平面直角坐标系,
∴抛物线过,
设抛物线的解析式为,
把代入得,,即,
解得,,
∴二次函数解析式为,
∵水面下降,即,
∴,
整理得,,
∴,
解得,,
∴,
∴水面宽度为,
故选:B .
3.某企业的销售利润原来是m万元,经过连续两年的增长达到了y万元,如果每年增长的百分数都是x,那么y 与x的函数关系式是( )
A.y=x+m B.y=m(x-1) C.y=m(1+x) D.y=m(1-x)
【答案】C
【分析】根据题意列出函数关系式即可,先求得第一年的利润m(1+x),再求得第二年的利润为m(1+x)
【详解】根据题意,某企业的销售利润原来是m万元,经过连续两年的增长达到了y万元,每年增长的百分数都是x,则,
故选C
【点睛】本题考查了二次函数的应用,明确题意、掌握增长率问题是解题的关键.
4.如图,物流无人机在配送包裹时,将无人机当作一个点看,其飞行轨迹可近似看作抛物线的一部分,设无人机从地面原点处起飞,飞行路线为 ,已知无人机在飞行过程中达到的最大高度为米,则该抛物线的解析式为( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】根据无人机在飞行过程中达到的最大高度为米,得到 ,把代入解析式,确定值即可.
【详解】根据题意得 ,
抛物线的解析式为,
把代入解析式,得,
解得,
抛物线的解析式为.
二、填空题
5.若某飞机落地时,飞机在地面滑行距离s(米)与滑行时间t(秒)的关系近似满足:,则该飞机从落地到停止,在地面滑行的时间为________秒.
【答案】15
【分析】本题考查了二次函数的性质,利用二次函数的性质即可得解.
飞机停止时滑行距离达到最大值,根据二次函数的性质,顶点横坐标即为滑行时间.
【详解】解:二次函数的二次项系数,函数图象开口向下,有最大值,,
当时,取得最大值,飞机停止滑行.
故答案为15.
6.某宾馆有120间标准房,当标准房价格为100元时,每天都客满,市场调查表明标准房价格在元之间(含100元,150元)浮动时,每提高10元,日均入住数减少6间.如果不考虑其他因素,该宾馆将标准房价格提高到________元时,客房的日营业收入最大.
【答案】150
【分析】本题考查二次函数在实际问题中的应用,通过建立日营业收入与房价提高量之间的二次函数关系,利用二次函数的性质求最大值,熟练掌握二次函数的性质是解此题的关键.
【详解】解:设房价提高个10元,则房价为元,日均入住数为间.设日营业收入为,
由题意可得:.
由于二次项系数,函数图象开口向下,
所以在对称轴处取得最大值.
此时房价为元,且150在元范围内.
故答案为:150.
7.如图1,在中,,D为上一点,,动点P以每秒1个单位长度的速度从点C出发,沿的方向匀速运动;到达点A时停止,以为边作正方形.设点P的运动时间为ts,正方形的面积为S,当点P由点B运动到点A时,经探究发现S是关于t的二次函数,并绘制成如图2所示的图象,则由图象可知线段的长为_________.
【答案】
【分析】本题主要考查二次函数的图象和性质,由图2可得:当点P运动到点A处时,,由此可得的长,进而可得的长.理解题意,结合图象,运用数形结合的思想是解题的关键.
【详解】解:由图2可得:当点P运动到点A处时,,
∴,
∴.
故答案为:.
8.某广场上有一个小型喷泉,水流从垂直于地面的水管喷出,的长为,水流在各个方向上沿形状相同的抛物线路径落到地面上,某方向上抛物线路径的形状如图所示,落点到点的距离为.建立平面直角坐标系,水流喷出的高度(单位:)与水平距离(单位:)之间近似满足函数关系式(),则水流喷出的最大高度为_____________.
【答案】/米
【分析】由题意可得,抛物线经过点和,把上述两个点的坐标代入二次函数表达式,可求出a和c的值,则抛物线的解析式可求出,再把抛物线解析式化为顶点式即可求出水流喷出的最大高度.
【详解】解:由题意可得,抛物线经过点和,
把上述两个点坐标代入二次函数表达式得:
,
解得:,
∴函数表达式为:,
∵,故函数有最大值,
∴当时,y取得最大值,此时,
答:水流喷出的最大高度为.
三、解答题
9.如图,抛物线过点,矩形的边在线段上(点A在点B的左边),点C,D在抛物线上.设,当时,.
(1)求抛物线的函数表达式.
(2)当t为何值时,矩形的周长有最大值?最大值是多少?
【答案】(1)抛物线的函数表达式为
(2)当时,矩形的周长有最大值,最大值为
【分析】(1)由点的坐标设抛物线的交点式,再把点D的坐标代入计算可得;
(2)由抛物线的对称性得,据此知,再由时,根据矩形的周长公式列出函数解析式,配方成顶点式即可求得.
【详解】(1)解:设抛物线解析式为,
∵当时,,
∴点D的坐标为,
∴将点D坐标代入解析式得,
解得:,
∴抛物线的函数表达式为;
(2)解:由抛物线的对称性得,
∴,
当时,,
∴矩形的周长
,
∵,
∴当时,矩形的周长有最大值,最大值为.
10.某文具店购进一批纪念册,每本进价为20元,根据市场调查,当销售单价为22元时,每周的销售量为36本,售价每提高1元,每周的销售量就减少2本.
(1)请求出该纪念册每周的销售量y(本)与每本纪念册的售价x(元)之间的函数关系式;
(2)物价部门规定,每本纪念册的售价不高于28元.设该文具店每周销售这种纪念册所获得的利润为W元,将该纪念册的销售单价x定为多少时,才能使文具店销售该纪念册所获利润最大?最大利润是多少?
【答案】(1)
(2)当销售单价为28元时,利润最大,最大利润为192元
【分析】(1)根据“单价每涨1元,销量少2本”,用基础销量减去涨价减少的销量,列出一次函数;
(2)单本利润=售价进价,总利润单本利润销量,得到二次函数;二次函数开口向下,对称轴左侧随增大而增大,结合售价上限,取时利润最大.
【详解】(1)解:由题意得:,
即:.
(2)解:,
,开口向下,
∴当时,W随x的增大而增大,
,
∴当时,W最大,
此时(元),
答:当销售单价为28元时,利润最大,最大利润为192元.
11.如图所示,已知在中,,点Q从点A开始沿边向点B以的速度移动,点P从点B开始沿边向点C以的速度移动,当P运动到C时,两点停止运动.设运动时间为t秒.
(1)填空: , . (用含t的代数式表示);
(2)如果P、Q分别从A、B两点出发,那么几秒后,的面积等于?
(3)在(1)中,的面积能否等于?试说明理由.
(4)点P、Q运动几秒后,的面积最大?最大值为多少?
【答案】(1);;
(2)1秒后
(3)解:不能,理由如下:
当的面积等于时,则,
整理,得,
∴,
∴方程没有实数根,
故的面积不能等于;
(4)当P、Q运动2秒后,的面积最大,最大为.
【分析】(1)根据路程等于速度乘以时间以及线段的和差关系列出代数式即可;
(2)根据三角形的面积公式列出方程进行求解即可;
(3)根据三角形的面积公式列出方程,求出判别式的符号,即可得出结果;
(4)将三角形的面积转化为二次函数求最值即可.
【详解】(1)解:由题意,得,
∴;
(2)解:∵,,,
∴的面积,
解得或,
当时,(不符合题意,舍去);
∴,
答:1秒后,的面积等于;
(3)略
(4)解:当点运动到点时,秒;
由题意,,
∴抛物线的开口向下,对称轴为直线,
∴当时,随着的增大而增大,
∵,
∴当时,的值最大为;
故当P、Q运动2秒后,的面积最大,最大为.
12.无人机融合了航空动力学、导航控制、无线通信等技术,可航拍记录生活、助力行业作业、支援应急救援等,成为贴近日常的实用科技伙伴.数学小组运用信息技术模拟无人机飞行过程,如图,以无人机的地面起飞点为原点,地平线为轴,垂直于地面的直线为轴,建立平面直角坐标系.无人机在起飞后沿直线上升,到达点后,此时距离地面0.1千米,保持高度不变,以20千米/小时的速度水平飞行0.04小时后到达点,此时,发现前方距离起点水平距离2千米处出现一障碍物高度为0.275千米,无人机随即开启紧急避障模式,飞行轨迹呈抛物线形状,越过障碍物后降落到地面点处.已知直线的表达式为,抛物线的表达式为.
(1)点的坐标为_________,点的坐标为_________;
(2)求抛物线的表达式;
(3)如图,若无人机在点发现障碍物后,可沿原水平方向继续飞行千米后再开启紧急避障模式,开启后飞行轨迹的形状不变,且飞行轨迹最高点的高度不变.为确保无人机飞行高度不低于障碍物高度,求的最大值.
【答案】(1);
(2)
(3)
【分析】(1)根据直线的表达式可知点的坐标,根据无人机的水平距离可知点的坐标;
(2)将点的坐标代入即可求解;
(3)根据平移的性质可知平移后的函数解析式,代入点的坐标即可求解范围.
【详解】(1)解:∵直线的表达式为,A的高度为:千米,
则得,
解得:,
∴
无人机的速度为20千米/小时的速度水平飞行0.04小时后到达点,
则水平距离为:(千米)
则点的横坐标为:,
则点;
(2)解:∵抛物线经过点,
则将点代入抛物线的表达式得:,
解得:,
则抛物线的表达式为:;
(3)解:由题可知点,
由(2)可知抛物线的顶点坐标为:,
则平移后得顶点坐标为,
点平移后的坐标为:
则新抛物线的表达式为:,
∴抛物线的轨迹在点的上方,
将点的坐标代入可得,
解得:
则的最大值为:.
试卷第1页,共3页
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专题06实际问题与二次函数 暑假预习讲义
✺知识框架
◆ 实际问题解题步骤:生活实际问题→梳理数量关系→建立二次函数模型→确定自变量实际取值范围→区间内求解函数最值→还原得出实际答案
◆ 三大核心模型 :销售利润模型:商品涨跌价、销量变化与总利润最值问题
几何面积模型:矩形围栏、靠墙图形等几何图形面积最值问题
抛物线轨迹模型:拱桥、喷泉、球类抛射等抛物线实际应用问题
◆ 自变量取值范围限定:实际问题中长度、数量、距离等均为非负量,需结合题意限定自变量有效范围
◆ 区间最值判定规则:根据抛物线对称轴(顶点横坐标)是否在自变量取值区间内,判断函数最值的取值位置
✺学习目标
1.解题流程:熟练掌握二次函数解决实际问题的完整解题步骤,能准确区分自变量与因变量,规范设元、列式,顺利将生活实际问题转化为二次函数数学模型。
2.模型掌握:熟练掌握教材三类核心应用题模型,理清销售利润、几何面积、抛物线轨迹问题的建模思路与解题方法,能独立完成课内基础最值计算、求值类习题。
3.最值求解:掌握实际问题自变量取值范围的判定方法,理解有限区间内二次函数的增减性与最值规律,能分情况准确求解二次函数在实际范围内的最大值与最小值。
核心素养:建立数学建模与数形结合思想,养成“先定取值范围、再求函数最值”的规范解题习惯,夯实二次函数应用基础,为开学综合题型学习做好铺垫。
✺题型归纳
题型1.图形问题
题型2.图形运动问题
题型3.拱桥问题
题型4.销售问题
题型5.投球问题
题型6.喷水问题
题型7.增长率问题
题型8.其他问题
题型9.巩固测试
✺知识◆清单
知识点一、二次函数解决实际问题的步骤
利用二次函数解决实际问题的基本思路:
审题分析:梳理题目已知条件,找出变量之间的变化关系;
规范设元:合理设置自变量和函数,明确变量对应的实际意义;
建立模型:根据等量关系,列出二次函数解析式 y=ax2+bx+c(a≠0);
限定范围:结合生活实际和题干要求,确定自变量的有效取值范围;
求解最值:结合抛物线开口方向、对称轴和取值范围,求出函数最值;
规范作答:将数学结果转化为实际问题答案,完整作答。
★重点提示:实际应用题必须写明自变量取值范围,无实际意义的最值结果不成立,是高频易错点。
知识点二、销售利润最值模型
单件利润 = 单件售价 − 单件进价
总利润 = 单件利润 × 销售数量
题型规律:商品涨价销量减少、降价销量增加,总利润可整理为开口向下的二次函数,存在最大值。
解题关键:求出顶点对应的最优售价后,必须验证该数值在自变量有效取值范围内。
知识点三、几何图形面积最值
常见题型:矩形围栏、靠墙矩形、组合几何图形等面积最值问题,是课内基础重点题型。
建模方法:用含自变量的代数式表示图形边长、高等关键量,结合几何面积公式列出二次函数,利用函数性质求解面积最值。
取值限制:几何边长必须为正数,以此确定自变量的取值范围。
知识点四、抛物线实际轨迹模型
拱桥、喷泉、球类抛射等物体运动轨迹,均可抽象为抛物线,统一解题步骤:
1.根据图形特征建立合适的平面直角坐标系,简化计算;
2.利用图象已知点坐标,通过待定系数法求出抛物线解析式;
3.结合解析式代入求值,求解对应高度、水平距离,解决实际问题。
知识点五、有限区间内二次函数最值规律
二次函数在全体实数范围内,最值仅在顶点处取得;但实际问题自变量存在取值限制,需分两种情况判断最值:
对称轴在取值区间内:最值在顶点处取得;a>0开口向上有最小值,a<0 开口向下有最大值。
对称轴不在取值区间内:函数在区间内单调变化,最值取自变量区间两端点数值。
核心总结:解决二次函数实际最值问题,先判断对称轴是否在有效取值范围内,再确定最值位置。
✺题型◆精讲
题型1.图形问题
1.如图,利用一面墙,用40米长的篱笆围成一块矩形场地,如果墙长为25米,那么围成矩形场地的最大面积是( )
A. B. C. D.
2.如图所示,是一个长、宽的矩形花园,根据需要将它的长缩短、宽增加,要想使修改后的花园面积达到最大,则__________.
3.用一段长为40米的篱笆围成一边靠墙的草坪,墙长16米,当这个矩形的长和宽分别为多少时,草坪面积最大?最大面积为多少?
题型2.图形运动问题
1.如图,在矩形中,,P,Q分别是边上的动点,,设,则y关于x的函数图象大致是( )
A.B. C. D.
2.如图,在中,,,,动点从点开始沿边向以的速度移动(不与点重合),动点从点开始沿边向以的速度移动(不与点C重合).如果分别从同时出发,那么经过______秒,四边形的面积最小.
3.如图,中,,点P从点A开始沿边向B以的速度移动,点Q从点B开始沿边向点C以的速度移动.如果点P,Q分别从点A,B同时出发,经过的时间为t秒,的面积为S.
(1)求S与t之间的函数关系式,并指出t的取值范围;
(2)求当时,t的值.
题型3.拱桥问题
1.赛龙舟是中国端午节的习俗之一.某地计划进行一场划龙舟比赛,图①是比赛途中经过的一座拱桥,图②是该桥露出水面的主桥拱的示意图,可看作抛物线的一部分.如图所示建立平面直角坐标系,桥拱上的点到水面的竖直高度与到点的水平距离近似满足函数关系.据调查,龙舟最高处距离水面,为保障安全,通过拱桥时龙舟最高处到桥拱的竖直距离至少.有下列结论:
①水面宽度;
②拱桥的最大高度是;
③若每条龙舟赛道宽度为,最多可设计龙舟赛道条.
其中,正确结论的个数有( )
A. B. C. D.
2.如图是搭建一座蔬菜大棚的横截面,其形状可以用抛物线表示,施工队计划在大棚正中搭建一个矩形脚手架,点在抛物线上,若,则脚手架的高度为_________米.
3.如图1是佛山市顺德区顺峰山公园景区的大门,是一座三跨式巨型中式牌坊,享有“中华第一牌坊”的美誉.已知中间主跨地面宽度为35米,实际结构可简化为图2所示的组合图形:上部为抛物线形,下部为矩形.某测量小组测得为3米,从A点出发,沿主跨地面向右侧走2米到达点E,测得E点处对应的高度(即点E上方到抛物线轮廓的竖直距离)为6.3米,请你结合数据,求出主跨的高度(即抛物线顶点到地面的距离).(精确到)
题型4.销售问题
1.某商品进价9元,售价10元时可售100件,每涨价1元销量减少10件,设涨价x元,利润y元,函数关系式正确的是( )
A. B.
C. D.
2.某水果店单件水果售价(元)与销售月份满足一次函数关系 ,单件水果进价(元)与销售月份满足二次函数关系,二次函数的图象如图所示,抛物线顶点为并且经过,则这个水果店在一年中的最高单件水果利润为___________元.
3.某文具店购进一批纪念册,每本进价为20元,出于营销考虑,要求每本纪念册的售价不低于20元且不高于28元.在销售过程中发现该纪念册每周的销售量(本)与每本纪念册的售价(元)之间满足一次函数关系:;设该文具店每周销售这种纪念册所获得的利润为元,将该纪念册销售单价定为多少元时,才能使文具店销售该纪念册所获利润最大?最大利润是多少?
题型5.投球问题
1.从地面竖直向上抛出一个小球,小球的高度(单位:)与小球的运动时间(单位:)之间的关系是.有下列结论:
①小球从抛出到落地需要;
②小球运动中的高度可以是;
③小球运动时的高度小于运动时的高度.
其中,正确结论的个数是()
A.0 B.1 C.2 D.3
2.从地面竖直向上抛出一小球,小球距离地面的高度与小球的运动时间之间的关系式是.当小球到达最高点时,距离地面的高度是______.
3.为贯彻落实“五育并举”的教育方针,某校开设了篮球队,如图,篮球运动员投篮时,篮球的运动路线可近似看作抛物线的一部分.已知篮球从距地面2米的点A处投出,并落在水平地面上的点M处,其运动路线的最高点P距地面3.8米,最高点P与篮球出手点A的水平距离为3米.以地面所在直线为x轴,过点A且与垂直的直线为y轴,建立平面直角坐标系.
(1)求点P所在抛物线的函数表达式;
(2)已知篮球运动路线的形状保持不变(即抛物线的形状不变),若将篮球从点A正上方1米的点B处投出,落地点为N,点N在x轴的正半轴上,求点B与落地点N的水平距离的长.
题型6.喷水问题
1.为了使居住环境更加美观,某小区建造了一个小型喷泉,水流从地面上的点O喷出,在各个方向上沿形状相同的抛物线落到地面,某方向上抛物线的形状如图所示,落点A到点O的距离为4,水流喷出的高度与水平距离之间近似满足函数关系式,则水流喷出的最大高度为( )
A. B. C. D.
2.如图,据生物学资料介绍,射水鱼会从口中射出一股水流击中昆虫达到捕食目的,其射出的水流可以看作一条抛物线的一部分(不考虑空气阻力).图是一次捕食中一条射水鱼发现一只昆虫后射出水流的图象,其中水流从点射出,水流运动的高度与水平距离近似满足函数关系.若这只昆虫在点,则这次射出的水流________________击中昆虫.(填“能”或“不能”)
3.某公园的人工湖里有一处喷水景观(如图1),从垂直于湖面的喷头喷出的水柱呈抛物线形状.数学兴趣小组的同学对此展开研究,建立如图2所示的平面直角坐标系,并通过测量得出如下表中所示的几组数据,其中是水柱距喷水头的水平距离,是水柱距湖面的高度.
…
…
请解决以下问题:
(1)求喷出的水柱所在抛物线的表达式;
(2)已知喷出的水柱刚好落在人工湖边缘,如果改变喷头的推力大小,使得喷出的水柱所在抛物线为,那么此时喷出的水柱是否会落到人工湖外?请说明理由.
(3)在(1)的条件下,公园增设了新的游玩项目,购置了宽度为,顶棚到湖面高度为的平顶游船,游船从水柱最高处的正下方通过,别有一番趣味,请通过计算说明游船是否有被水柱喷到的危险.
题型7.增长率问题
1.由于长期受新型冠状病毒的影响,核酸检测试剂需求量剧增,某医院去年一月份用量是8000枚,二、三两个月用量连续增长,若月平均增长率为x,则该医院三月份用核酸检测试剂的数量y(枚)与x的函数关系式是( )
A. B.
C. D.
2.某商场开展了家电惠民补贴活动,其中9月份投入资金20万元,设平均每月投入资金的增长率为x(),11月份的投入资金为y万元,则可列y关于x的函数表达式为______.
3.某公司月份的营收为万元,设每个月营收的增长率相同,且为 ,月份的营收为万元,写出关于的函数解析式.
题型8.其他问题
1.公路上行驶的汽车,当遇到紧急情况时,司机急刹车,但由于惯性汽车要滑行才能停下来,若急刹车时汽车的行驶路程s(米)与时间t(秒)的函数关系式为,则下列说法正确的是( )
A.汽车滑行2秒时停止 B.汽车可以滑行4秒后才停止
C.滑行速度先变大后变小 D.滑行的最远距离是30米
2.某食品加工厂专门生产爆米花,在生产过程中,爆开且不糊的粒数的百分比称为“可食用率”.为了提升产品品质、降低生产成本,技术人员研究发现,在特定生产条件下,可食用率与加工时间(单位:分钟)满足函数表达式,为了让爆米花的可食用率达到最高,最佳加工时间为_________分钟.
3.如图,一位跳台滑雪运动员在一次训练中从起跳点起跳飞出,在着陆坡着陆.已知起跳点与着陆坡上的计分参照点的竖直距离为,水平距离为.按如图所示的平面直角坐标系,这位运动员这次起跳后在空中的运动轨迹近似满足抛物线.
(1)求的值和该运动员这次起跳后在空中飞行的最大高度;
(2)请通过计算,判断着陆时他能越过点吗?
✺巩固测试
一、单选题
1.如图,小聪借助直角墙角建一个矩形花园,花园两边由总长为的篱笆围成,墙长,,则花园最大面积为( )
A. B. C. D.
2.如图是抛物线形拱桥,当拱顶离水面时,水面宽,则水面下降时,水面宽度为( ).
A. B. C. D.
3.某企业的销售利润原来是m万元,经过连续两年的增长达到了y万元,如果每年增长的百分数都是x,那么y 与x的函数关系式是( )
A.y=x+m B.y=m(x-1) C.y=m(1+x) D.y=m(1-x)
4.如图,物流无人机在配送包裹时,将无人机当作一个点看,其飞行轨迹可近似看作抛物线的一部分,设无人机从地面原点处起飞,飞行路线为 ,已知无人机在飞行过程中达到的最大高度为米,则该抛物线的解析式为( )
A. B.
C. D.
二、填空题
5.若某飞机落地时,飞机在地面滑行距离s(米)与滑行时间t(秒)的关系近似满足:,则该飞机从落地到停止,在地面滑行的时间为________秒.
6.某宾馆有120间标准房,当标准房价格为100元时,每天都客满,市场调查表明标准房价格在元之间(含100元,150元)浮动时,每提高10元,日均入住数减少6间.如果不考虑其他因素,该宾馆将标准房价格提高到________元时,客房的日营业收入最大.
7.如图1,在中,,D为上一点,,动点P以每秒1个单位长度的速度从点C出发,沿的方向匀速运动;到达点A时停止,以为边作正方形.设点P的运动时间为ts,正方形的面积为S,当点P由点B运动到点A时,经探究发现S是关于t的二次函数,并绘制成如图2所示的图象,则由图象可知线段的长为_________.
8.某广场上有一个小型喷泉,水流从垂直于地面的水管喷出,的长为,水流在各个方向上沿形状相同的抛物线路径落到地面上,某方向上抛物线路径的形状如图所示,落点到点的距离为.建立平面直角坐标系,水流喷出的高度(单位:)与水平距离(单位:)之间近似满足函数关系式(),则水流喷出的最大高度为_____________.
三、解答题
9.如图,抛物线过点,矩形的边在线段上(点A在点B的左边),点C,D在抛物线上.设,当时,.
(1)求抛物线的函数表达式.
(2)当t为何值时,矩形的周长有最大值?最大值是多少?
10.某文具店购进一批纪念册,每本进价为20元,根据市场调查,当销售单价为22元时,每周的销售量为36本,售价每提高1元,每周的销售量就减少2本.
(1)请求出该纪念册每周的销售量y(本)与每本纪念册的售价x(元)之间的函数关系式;
(2)物价部门规定,每本纪念册的售价不高于28元.设该文具店每周销售这种纪念册所获得的利润为W元,将该纪念册的销售单价x定为多少时,才能使文具店销售该纪念册所获利润最大?最大利润是多少?
11.如图所示,已知在中,,点Q从点A开始沿边向点B以的速度移动,点P从点B开始沿边向点C以的速度移动,当P运动到C时,两点停止运动.设运动时间为t秒.
(1)填空: , . (用含t的代数式表示);
(2)如果P、Q分别从A、B两点出发,那么几秒后,的面积等于?
(3)在(1)中,的面积能否等于?试说明理由.
(4)点P、Q运动几秒后,的面积最大?最大值为多少?
12.无人机融合了航空动力学、导航控制、无线通信等技术,可航拍记录生活、助力行业作业、支援应急救援等,成为贴近日常的实用科技伙伴.数学小组运用信息技术模拟无人机飞行过程,如图,以无人机的地面起飞点为原点,地平线为轴,垂直于地面的直线为轴,建立平面直角坐标系.无人机在起飞后沿直线上升,到达点后,此时距离地面0.1千米,保持高度不变,以20千米/小时的速度水平飞行0.04小时后到达点,此时,发现前方距离起点水平距离2千米处出现一障碍物高度为0.275千米,无人机随即开启紧急避障模式,飞行轨迹呈抛物线形状,越过障碍物后降落到地面点处.已知直线的表达式为,抛物线的表达式为.
(1)点的坐标为_________,点的坐标为_________;
(2)求抛物线的表达式;
(3)如图,若无人机在点发现障碍物后,可沿原水平方向继续飞行千米后再开启紧急避障模式,开启后飞行轨迹的形状不变,且飞行轨迹最高点的高度不变.为确保无人机飞行高度不低于障碍物高度,求的最大值.
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