高二数学生活中优化问题举例人教a选修.pptx
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1、【题型示范题型示范】类型一类型一 几何中的最值问题几何中的最值问题【典例典例1 1】(1)(1)用长为用长为18m18m的钢条围成一个长方体形状的框架,的钢条围成一个长方体形状的框架,要求长方体的长与宽之比为要求长方体的长与宽之比为2121,则该长方体的最大体积是,则该长方体的最大体积是_m_m3 3.第1页/共55页(2)(2)如图,等腰梯形如图,等腰梯形ABCDABCD的三边的三边ABAB,BCBC,CDCD分别与函数分别与函数y=-xy=-x2 2+2+2,x-2x-2,22的图象切于点的图象切于点P P,Q Q,R.R.求梯形求梯形ABCDABCD面积的最小面积的最小值值.第2页/共5
2、5页【解题探究解题探究】1.1.题题(1)(1)中应设哪个未知量中应设哪个未知量?如何表示其他的量如何表示其他的量?2.2.题题(2)(2)中如何巧设切点坐标中如何巧设切点坐标?在曲线上一点处的切线方程公式在曲线上一点处的切线方程公式是什么是什么?【探究提示探究提示】1.1.根据题意知,长方体的所有棱长和是根据题意知,长方体的所有棱长和是18m18m,故,故可设出宽,用宽表示出长和高,将体积表示成宽的函数,用导可设出宽,用宽表示出长和高,将体积表示成宽的函数,用导数来求其最大值即可数来求其最大值即可.2.2.可设点可设点P P的坐标为的坐标为(t t,-t-t2 2+2)+2)(0t2)(0t
3、2),过曲线上一点的切,过曲线上一点的切线方程公式是线方程公式是y-f(xy-f(x0 0)=f(x)=f(x0 0)(x-x)(x-x0 0).).第3页/共55页【自主解答自主解答】(1)(1)设该长方体的宽是设该长方体的宽是x mx m,由题意知,其长是,由题意知,其长是2x m2x m,高是,高是 则该长方体的体积则该长方体的体积V(x)=xV(x)=x2x2x(-3x)=-6x(-3x)=-6x3 3+9x+9x2 2,由,由V(x)=0V(x)=0,得到,得到x=1x=1,且当,且当0 0 x x1 1时,时,V(x)V(x)0 0;当;当1 1x x 时,时,V(x)V(x)0
4、0,即体积,即体积函数函数V(x)V(x)在在x=1x=1处取得极大值处取得极大值V(1)=3V(1)=3,也是函数,也是函数V(x)V(x)在定义域在定义域上的最大值上的最大值所以该长方体体积最大值是所以该长方体体积最大值是3 m3 m3 3答案:答案:3 3第4页/共55页(2)(2)设梯形设梯形ABCDABCD的面积为的面积为S S,点,点P P的坐标为的坐标为(t(t,-t-t2 2+2)(0t2)+2)(0t2)由题意得,点由题意得,点Q Q的坐标为的坐标为(0(0,2)2),直线,直线BCBC的方程为的方程为y=2y=2因为因为y=-xy=-x2 2+2+2,所以,所以y=-xy=
5、-x,所以,所以y|y|x=tx=t=-t=-t,所以直线所以直线ABAB的方程为的方程为y-(-ty-(-t2 2+2)=-t(x-t)+2)=-t(x-t),即:即:y=-tx+ty=-tx+t2 2+2+2,令,令y=0y=0得,得,所以所以A(A(,0).0).令令y=2y=2得,得,x=tx=t,所以,所以B(tB(t,2)2),所以所以第5页/共55页令令S=0S=0得得t=.t=.故当故当t=t=时,时,S S有最小值为有最小值为所以梯形所以梯形ABCDABCD的面积的最小值为的面积的最小值为第6页/共55页【方法技巧方法技巧】1 1解决面积、体积最值问题的思路解决面积、体积最值
6、问题的思路解决面积、体积的最值问题,要正确引入变量,将面积或体积解决面积、体积的最值问题,要正确引入变量,将面积或体积表示为变量的函数,结合实际问题的定义域,利用导数求解函表示为变量的函数,结合实际问题的定义域,利用导数求解函数的最值数的最值2.2.利用导数解决优化问题的基本思路利用导数解决优化问题的基本思路第7页/共55页3.3.解决优化问题时应注意的问题解决优化问题时应注意的问题(1)(1)列函数关系式时,注意实际问题中变量的取值范围,即函列函数关系式时,注意实际问题中变量的取值范围,即函数的定义域数的定义域.(2)(2)一般地,通过函数的极值来求得函数的最值一般地,通过函数的极值来求得函
7、数的最值.如果函数如果函数f(x)f(x)在给定区间内只有一个极值点或函数在给定区间内只有一个极值点或函数f(x)f(x)在开区间上只有一个在开区间上只有一个点使点使f(x)=0f(x)=0,则只要根据实际意义判断该值是最大值还是最,则只要根据实际意义判断该值是最大值还是最小值即可,不必再与端点处的函数值进行比较小值即可,不必再与端点处的函数值进行比较.第8页/共55页【变式训练变式训练】某出版社出版一读物,一页上所印文字占去某出版社出版一读物,一页上所印文字占去150cm150cm2 2,上、下要留,上、下要留1.5cm1.5cm空白,左、右要留空白,左、右要留1cm1cm空白,出版商空白,
8、出版商为节约纸张,应选用怎样尺寸的页面为节约纸张,应选用怎样尺寸的页面?【解题指南解题指南】设所印文字区域的左右长为设所印文字区域的左右长为x cmx cm,确定纸张的长,确定纸张的长与宽,表示出面积,利用导数,确定函数的单调性,即可求得与宽,表示出面积,利用导数,确定函数的单调性,即可求得结论结论第9页/共55页【解析解析】设所印文字区域的左右长为设所印文字区域的左右长为x cmx cm,则上下长为,则上下长为 cmcm,所以纸张的左右长为,所以纸张的左右长为(x+2)cm(x+2)cm,上下长为,上下长为(+(+3)cm3)cm,所以纸张的面积,所以纸张的面积S=(x+2)(+3)=3x+
9、156S=(x+2)(+3)=3x+156所以所以S=S=,令,令S=0S=0解得解得x=10 x=10当当x x1010时,时,S S单调递增;当单调递增;当0 0 x x1010时,时,S S单调递减单调递减所以当所以当x=10 x=10时,时,S Sminmin=216(cm=216(cm2 2),此时纸张的左右长为,此时纸张的左右长为12 cm12 cm,上,上下长为下长为18 cm18 cm故当纸张的边长分别为故当纸张的边长分别为12 cm12 cm,18 cm18 cm时最节约时最节约第10页/共55页【补偿训练补偿训练】已知三棱锥已知三棱锥S-ABCS-ABC的底面是正三角形,点
10、的底面是正三角形,点A A在侧面在侧面SBCSBC上的射影上的射影H H是是SBCSBC的垂心,的垂心,SA=aSA=a,则此三棱锥体积的最大,则此三棱锥体积的最大值是值是_._.【解题指南解题指南】说明点说明点S S在底面在底面ABCABC上的射影上的射影O O为为ABCABC的垂心,三的垂心,三棱锥棱锥S-ABCS-ABC为正三棱锥,记为正三棱锥,记SO=h(ha)SO=h(ha),求出,求出AOAO,ABAB,表示出,表示出f(h)f(h),通过导数求出函数的最大值,通过导数求出函数的最大值.第11页/共55页【解析解析】因为点因为点A A在侧面在侧面SBCSBC上的射影上的射影H H是
11、是SBCSBC的垂心,所以点的垂心,所以点S S在底面在底面ABCABC上的射影上的射影O O为为ABCABC的垂心;又的垂心;又ABCABC为正三角形,为正三角形,所以所以O O为为ABCABC的中心,即三棱锥的中心,即三棱锥S-ABCS-ABC为正三棱锥记为正三棱锥记SO=h(hSO=h(ha)a),则,则AO=AO=,于是有,于是有AB=AB=,记三棱锥,记三棱锥S-ABCS-ABC的体积为的体积为f(h)f(h),则,则f(h)=(af(h)=(a2 2-h-h2 2)h)h,f(h)=(af(h)=(a2 2-3h-3h2 2),所以所以f(h)f(h)maxmax=答案:答案:第1
12、2页/共55页类型二类型二 用料用料(费用费用)最省问题最省问题【典例典例2 2】(1)(1)圆柱形金属饮料罐的容积一定,要使生产这种金圆柱形金属饮料罐的容积一定,要使生产这种金属饮料罐所用的材料最省,它的高与底面半径比为属饮料罐所用的材料最省,它的高与底面半径比为_._.第13页/共55页(2)(2)某网球中心欲建连成片的网球场数块,用某网球中心欲建连成片的网球场数块,用128128万元购买土地万元购买土地1000010000平方米,该中心每块球场的建设面积为平方米,该中心每块球场的建设面积为10001000平方米,球平方米,球场的总建筑面积的每平方米的平均建设费用与球场数有关,当场的总建筑
13、面积的每平方米的平均建设费用与球场数有关,当该中心建球场该中心建球场x x块时,每平方米的平均建设费用块时,每平方米的平均建设费用(单位:元单位:元)可可近似地用近似地用f(x)=800(f(x)=800(1+ln x1+ln x)来刻画来刻画.为了使该球场每平方米为了使该球场每平方米的综合费用最省的综合费用最省(综合费用是建设费用与购地费用之和综合费用是建设费用与购地费用之和),该网,该网球中心应建几个球场球中心应建几个球场?第14页/共55页【解题探究解题探究】1.1.题题(1)(1)中圆柱形金属饮料罐容积一定,底面半中圆柱形金属饮料罐容积一定,底面半径和高有什么关系径和高有什么关系?2.
14、2.题题(2)(2)中解决用料中解决用料(费用费用)最省问题的关键是什么最省问题的关键是什么?【探究提示探究提示】1.V=R1.V=R2 2h h,即,即2.2.解决用料解决用料(费用费用)最省问题的关键是选取合适的量作为自变量,最省问题的关键是选取合适的量作为自变量,把要求解的问题表示成自变量的函数,再利用导数求出最小值把要求解的问题表示成自变量的函数,再利用导数求出最小值.第15页/共55页【自主解答自主解答】(1)(1)设圆柱形饮料罐的高为设圆柱形饮料罐的高为h h,底面半径为,底面半径为R R,则表面积则表面积S=2Rh+2RS=2Rh+2R2 2.由由V=RV=R2 2h h,得得h
15、=h=,则,则S(R)=S(R)=+2R=+2R2 2,令,令S(R)=S(R)=解得解得R=R=从而从而即即h=2Rh=2R,因为,因为S(R)S(R)只有一个极值,所以它是最小值,当饮料只有一个极值,所以它是最小值,当饮料罐的高与底面直径相等,即罐的高与底面直径相等,即hR=21hR=21时所用材料最省时所用材料最省.答案:答案:2121第16页/共55页(2)(2)设建成设建成x x个球场,则个球场,则1x101x10,每平方米的购地费用为,每平方米的购地费用为 元,元,因为每平方米的平均建设费用因为每平方米的平均建设费用(单位:元单位:元)可近似地用可近似地用f(x)=f(x)=800
16、(1+ln x)800(1+ln x)来表示,所以每平方米的综合费用为来表示,所以每平方米的综合费用为g(x)=g(x)=f(x)+=800+160ln x+(xf(x)+=800+160ln x+(x0)0),所以,所以g(x)=g(x)=(x (x0)0),令令g(x)=0g(x)=0,则,则x=8x=8,当,当0 0 x x8 8时,时,g(x)g(x)0 0,当,当x x8 8时,时,g(x)g(x)0 0,所以,所以x=8x=8时,函数取得极小值,且为最小值时,函数取得极小值,且为最小值故当建成故当建成8 8座球场时,每平方米的综合费用最省座球场时,每平方米的综合费用最省第17页/共
17、55页【延伸探究延伸探究】若把题若把题(1)(1)中的条件改为圆柱形金属饮料罐的表中的条件改为圆柱形金属饮料罐的表面积为定值面积为定值S S,要使它的容积最大,它的高与底面半径的比为,要使它的容积最大,它的高与底面半径的比为_._.【解题指南解题指南】先写出饮料罐的高与底面半径的关系,再把饮料先写出饮料罐的高与底面半径的关系,再把饮料罐的体积表示成底面半径的函数,利用导数求出饮料罐容积最罐的体积表示成底面半径的函数,利用导数求出饮料罐容积最大时满足的条件,再求高与底面半径的比大时满足的条件,再求高与底面半径的比.第18页/共55页【解析解析】因为因为S=2Rh+2RS=2Rh+2R2 2,所以
18、,所以所以所以V(R)=V(R)=(S-2R=(S-2R2 2)R=SR-R)R=SR-R3 3,V(R)=S-3RV(R)=S-3R2 2=0=0,得,得S=6RS=6R2 2,当当S=6RS=6R2 2时,容积最大,时,容积最大,此时此时6R6R2 2=2Rh+2R=2Rh+2R2 2即即hR=21.hR=21.答案:答案:2121第19页/共55页【方法技巧方法技巧】利用导数解决生活中优化问题的四个步骤利用导数解决生活中优化问题的四个步骤第20页/共55页【变式训练变式训练】统计表明:某种型号的汽车在匀速行驶中每小时统计表明:某种型号的汽车在匀速行驶中每小时的耗油量的耗油量y(y(升升)
19、关于行驶速度关于行驶速度x(x(千米千米/小时小时)的函数解析式可以的函数解析式可以表示为表示为 ,x(0 x(0,120120,且甲、乙两地,且甲、乙两地相距相距100100千米,则当汽车以多少千米千米,则当汽车以多少千米/小时的速度匀速行驶时,小时的速度匀速行驶时,从甲地到乙地耗油量最少从甲地到乙地耗油量最少.【解题指南解题指南】根据题意求出总耗油量根据题意求出总耗油量h(x)h(x)与速度与速度x x的关系式,的关系式,再利用导函数求出再利用导函数求出h(x)h(x)的极小值判断出就是最小值即可的极小值判断出就是最小值即可第21页/共55页【解析解析】当速度为当速度为x x千米千米/小时
20、时,汽车从甲地到乙地行驶了小时时,汽车从甲地到乙地行驶了 小时,设耗油量为小时,设耗油量为h(x)h(x)升,升,依题意得依题意得h(x)=h(x)=h(x)=h(x)=令令h(x)=0h(x)=0,得,得x=80 x=80当当x(0 x(0,80)80)时,时,h(x)h(x)0 0,h(x)h(x)是减函数;是减函数;当当x(80 x(80,120)120)时,时,h(x)h(x)0 0,h(x)h(x)是增函数是增函数第22页/共55页所以当所以当x=80 x=80时,时,h(x)h(x)取到极小值取到极小值h(80)=11h(80)=112525因为因为h(x)h(x)在在(0(0,1
21、20120上只有一个极值,所以它是最小值故上只有一个极值,所以它是最小值故当汽车以当汽车以8080千米千米/小时的速度匀速行驶时,从甲地到乙地耗油小时的速度匀速行驶时,从甲地到乙地耗油最少,最少为最少,最少为11112525升升第23页/共55页【补偿训练补偿训练】(2014(2014南京高二检测南京高二检测)如图,如图,现要在边长为现要在边长为100 m100 m的正方形区域的正方形区域ABCDABCD内建内建一个交通一个交通“环岛环岛”以正方形的四个顶点为以正方形的四个顶点为圆心,在四个角分别建半径为圆心,在四个角分别建半径为x m(xx m(x不小于不小于9)9)的扇形花坛,以正方形的中
22、心为圆心建一个半径为的扇形花坛,以正方形的中心为圆心建一个半径为 x x2 2 m m的的圆形草地圆形草地.为了保证道路畅通,岛口宽不小于为了保证道路畅通,岛口宽不小于60 m60 m,绕岛行驶,绕岛行驶的路宽均不小于的路宽均不小于10 m.10 m.第24页/共55页(1)(1)求求x x的取值范围的取值范围.(.(运算中运算中 取取1.4)1.4)(2)(2)若中间草地的造价为若中间草地的造价为a a元元/m/m2 2,四个花坛的造价为,四个花坛的造价为 元元/m/m2 2,其余区域的造价为,其余区域的造价为 元元/m/m2 2,当,当x x取何值时,可使取何值时,可使“环环岛岛”的整体造
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