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- 2021-06-11 发布
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§1.4.1 生活中的优化问题举例(1)
【学情分析】:
导数在实际生活中的应用主要是解决有关函数最大值、最小值的实际问题,主要有以下几个方面:
1、与几何有关的最值问题;2、与物理学有关的最值问题;3、与利润及其成本有关的最值问题;4、
效率最值问题。
【教学目标】:
1.掌握利用导数求函数最值的基本方法。
2.提高将实际问题转化为数学问题的能力. 提高学生综合、灵活运用导数的知识解决生活中问题的能
力
3.体会导数在解决实际问题中的作用.
【教学重点】:
利用导数解决生活中的一些优化问题.
【教学难点】:
将生活中的问题转化为用函数表示的数学问题,再用导数解决数学问题,从而得出问题的最优化选择。
【教学突破点】:
利用导数解决优化问题的基本思路:
解决数学模型
作答
用函数表示的数学问题优化问题
用导数解决数学问题优化问题的答案
【教法、学法设计】:
【教学过程设计】:
教学环节 教学活动 设计
意图
(1)复习引入:提问用导
数法求函数最值的基本
步骤
学生回答:导数法求函数最值的基本步骤
为课
题作
铺
垫.
(2)典型例题讲解
例 1、 把边长为 a cm 的正方形纸板的四个角剪去四个相等的小正
方形(如图示),折成一个无盖的盒子,问怎样做才能使盒子的容积
最大?
解 设剪去的小方形的边长为 x ,则盒子的为
2( 2 )V x a x (0 )2
ax ,
求导数,得
2( 2 ) 4 ( 2 ) (2 )(6 )V a x x a x x a x a ,
选择
一个
学生
感觉
不是
很难
的题
目作
为例
题,
令 0V 得
6
ax 或
2
ax ,其中
2
ax 不合题意,故在区间
(0, )2
a 内只有一个根:
6
ax ,
显然, 0 ( ) 0 ( ) 06 6 2
a a ax x x x , ,时v 时v
因此,当四角剪去边长为
6
a cm 的小正方形时,做成的纸盒的容积
最大.
让学
生自
己体
验一
下应
用题
中最
优化
化问
题的
解
法。
(3) 利用导数解决优化
问题的基本思路:
1、 生活中的优化问题转化为数学问题
2、 立数学模型(勿忘确定函数定义域)
3、 利用导数法讨论函数最值问题
使学
生对
该问
题的
解题
思路
清析
化。
(4)加强巩固 1
例 2、铁路 AB 段长 100 千米,工厂 C 到铁路的距离 AC 为 20 千
米,现要在 AB 上找一点 D 修一条公路 CD,已知铁路与公路每吨
千米的运费之比为 3:5,问 D 选在何处原料从 B 运到 C 的运费最
省?
解: 设 AD 的长度为 x 千米,建立运费 y 与 AD 的长度 x 之间的
函数关系式,则
CD= 2 220 x ,BD=100-x,公路运费 5k 元/Tkm,铁路运费
3k 元/Tkm
y= 25 400 3 (100 )k x k x , ( 0,100 )x
求出 f' (x)=
2
5 3
400
kx k
x
,
令 f’(x)=0,得 3600+9x2=25x2
解得 x1=15,x2=-15(舍去),
∵y(15)=330k
y(0)=400k,y(100)≈510k
∴原料中转站 D 距 A 点 15 千米时总运费最省。
使学
生能
熟练
步
骤.
(5) 加强巩固 2
例 3、某制造商制造并出售球型瓶装的某种饮料.瓶子的制造成本
是 20.8 r 分,其中 r 是瓶子的半径,单位是厘米。已知每出售 1
mL 的饮料,制造商可获利 0.2 分,且制造商能制作的瓶子的最大
半径为 6cm
问题:(1)瓶子的半径多大时,能使每瓶饮料的利润最大?
(2)瓶子的半径多大时,每瓶的利润最小?
解:由于瓶子的半径为 r ,所以每瓶饮料的利润是
3
3 2 240.2 0.8 0.8 , 0 63 3
ry f r r r r r
令 20.8 ( 2 ) 0f r r r 解得 2r ( 0r 舍去)
当 0 , 2r 时, 0f r ;当 2 , 6r 时, 0f r .
当半径 2r 时, 0f r 它表示 f r 单调递增,即半径越大,
利润越高;
当半径 2r 时, 0f r 它表示 f r 单调递减,即半径越大,
利润越低.
(1) 半径为 2 cm 时,利润最小,这时 2 0f ,表示此种瓶
内饮料的利润还不够瓶子的成本,此时利润是负值.
(2) 半径为 6 cm 时,利润最大.
换一个角度:如果我们不用导数工具,直接从函数的图像上观察,
会有什么发现?
有图像知:当 3r 时, 3 0f ,即瓶子的半径为 3cm 时,饮料
的利润与饮料瓶的成本恰好相等;当 3r 时,利润才为正值.
当 0 , 2r 时, 0f r , f r 为减函数,其实际意义为:
瓶子的半径小于 2cm 时,瓶子的半径越大,利润越小,半径为 2 cm
时,利润最小.
提高
提高
问题
的综
合
性,
锻炼
学生
能
力。
(6)课堂小结
1、 建立数学模型(确立目标函数)是解决应用性性问题的关键
2、 要注意不能漏掉函数的定义域
3、 注意解题步骤的规范性
(7)作业布置:教科书 P104 A 组 1,2,3。
(8 备用题目:
1、要做一个圆锥形漏斗,其母线长为 20cm ,要使其体积最大,则其高为 ( A )
A 20 3
3 cm B 100cm C 20cm D 20
3 cm
2、设正四棱柱体积为 V,那么其表面积最小时,底面边长为 (A )
A 3 V B 3 2V C 3 4V D 32 V
3、设 8 分成两个数,使其平方和最小,则这两个数为 4 。
4、用长度为的铁丝围成长方形,则围成的最大面积是 4 。
5、某厂生产产品固定成本为 500 元,每生产一单位产品增加成本 10 元。已知需求函数为:
200 4q p ,问:产量为多少时,利润最大?最大利润是多少?
解:先求出利润函数的表达式:
( ) ( ) ( ) (500 10 )L q R q C q pq q
2200 1500 10 40 5004 4
q q q q q
再求导函数:
1( ) 402L q q
求得极值点:q = 80。只有一个极值点,就是最值点。
故得:q = 80 时,利润最大。最大利润是:
21(80) 80 40 80 500 11004L
注意:还可以计算出此时的价格:p = 30 元。
6、用长为 90cm,宽为 48cm 的长方形铁皮做一个无盖的容器.先在四角分别截去一个小正方
形.然后把四边翻转 90 度角,再焊接而成(如图).问容器的高为多少时,容器的容积最大?
最大容积是多少?
48
48 2x
90 2x
48 2x
x
x
解:设容器高为 xcm,容器的体积为 V(x),则
( ) (90 2 )(48 2 )V x x x x 3 24 276 4320x x x
48 2 0,90 2 0, 0x x x
0 24x
2( ) ( ) 12 552 4320V x V x x x 求 导数得 12( 10)( 36)x x
令 1 2( ) 0 10, 36( )V x x x 解得 舍
(0,10) , '( ) 0, ( )x V x V x 当 时 那么 为增函数
(10,24) , '( ) 0, ( )x V x V x 当 时 那么 为减函数
, (0,24) , ( ) 10V x x 因此 在定义域 内 函数 只有当 时取得最大值
3(10) 10 (90 20) (48 20) 19600( )V cm 其最大值为
3: 10 , , 19600( )cm cm答 当容器的高为 时 容器的容积最大 最大容积为
令 1 2( ) 0 10, 36( )V x x x 解得 舍
(0,10) , '( ) 0, ( )x V x V x 当 时 那么 为增函数
(10,24) , '( ) 0, ( )x V x V x 当 时 那么 为减函数
, (0,24) , ( ) 10V x x 因此 在定义域 内 函数 只有当 时取得最大值
3(10) 10 (90 20) (48 20) 19600( )V cm 其最大值为
3: 10 , , 19600( )cm cm答 当容器的高为 时 容器的容积最大 最大容积为
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