人教高中数学选修22课件14生活中的优化问题举例共29张PPT.docx

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14生活中的优化问题举例

 

目标导航

预习导引

 

 

学习II

1・学会解决利润最大、用料最省、效率最高等优化问题;

2•学会利用导数解决生活中简单实际问题,并体会导数在解决实际问题中的作用;

3.提高将实际问题转化为数学问题的能力.

重点难点

重点:

用导数解决实际生活中的最优化问题;难点:

将实际问题转化为数学问题.

1•优化问题

生活中经常遇到求、、等问题,这些问

题通常称为优化问题.

2•利用导数解决优化问题的基本思路

 

 

目标导航

预习导引

课堂合作探究

KETANGHEZUOTANJIU

交流

些问题?

 

一、利润最大问题

吧活动与探究

1・解决优化问题的基本思路是什么?

2•在实际问题中,常遇到函数在定义域内只有一个极值点的情况,这个极值是我们需要的最值吗?

解题步骤中应怎样处理?

—仞11某汽车生产企业上年度生产一品牌汽车的投入成本为10万元/辆,出厂价为13万元/辆,年销售量为5000辆.本年度为适应市场需求,计划提高产品档次,适当增加投入成本,若每辆车投入成本增加的比例为x(0

(1)若年销售量增加的比例为0.4x,为使本年度的年利润比上年度有所增加,则投入成本增加的比例x应在什么范围内?

(2)若年销售量关于x的函数为y=3240(-x2+2x+|),贝U当x为何

值时,本年度的年利润最大?

最大利润是多少?

解:

⑴由题意得止年度的利润为(13-10)x5000=15000(万元);本年度每辆车的投入成本为10x(l+x);

本年度每辆车的出厂价为13x(l+0.7x);本年度年销售量为5000x(1+0.4X),因此本年度的年利润为y=[13x(1+0.7x)-10x(1+x)]x5000x(l+0.4x)=(3-0.9x)x5000x(l+0.4x)

=-l800x2+1500x+15OOO(Ovxvl),

由・1800x2+1500x+15000>15000,解得Ovxv;

所以当Ovxg时,本年度的年利润比上年度有所增加.

O

(2)本年度的年利润为f(x)=(3-0.9x)x3240x(-x2+2x+|)=3

240x(0.9x3-4.8x2+4.5x+5),

则f(x)=3240x(2.7x2-9.6x+4.5)=972(9x-5)•(x-3),由f(x)=O,解得

x=|,或x=3(舍去),

当xe(O,|)0^,f(x)>O,f(x)S增函数;

当xe(|,l)a^,f(x)

所以当x=|时,f(x)取极大值f(|)=20000万元

因为f(x)在区间(0,1)上只有一个极大值,所以它是最大值,所以当

x三时,本年度的年利润最大,最大利润为20000万元.

9

吧迁移与应用

1.某商场从生产厂家以每件20元购进一批商品,若该商品定价为P元,则销售量Q(单位:

件)与定价P(单位:

元)有如下关系:

Q=8300-170P-P2则该商场定价为元时,毛利润L最大.

2•某工厂生产某种产品,已知该产品的月产量x(吨)与每吨产品的

价格P(元/吨)之间的关系为P二24200寺?

且生产x吨的成本为R二50

000+200X元•问该产品每月生产多少吨产品才能使利润达到最大?

最大利润是多少?

(利润二收入■成本)

利用导数解决生活中的最优化问题的一般步骤:

第一步,分析实际问题中各个量之间的关系,列出实际问题的数学模型,写出实际问题中变量之间的函数关系y=f(x).

第二步,求函数的导数f(x),解方程f(x)=O.

第三步,比较函数在区间端点和使f(x)=O的点的函数值的大小,最大(小)者为最大(小)值.

二、费用最省问题

S3活动与探究

匸二例2如图所示,设铁路AB=50,B,C之间距离为10,现将货物从A运往C,已知单位距离铁路费用为2,公路费用为4,问在AB上何处修筑公路至C,可使运费由A至C最省?

MB

解:

设MB二x,于是AM上的运费为2(50-x),MC上的运费为

4“102+x2,则由A到C的总运费为p(x)=2(50-x)+4V100+x2(0WxW50).

P'(x)=2+石語倉令pg=o,解得X1=J=,X2~(舍去).

当XV詈时,p*(x)<0;当x>詈时,p(x)>0,所以当X二詈时,取得最小值.故在离B点距离为罟的点M处筑公路至C时,由A至C的货物

运费最省.

ES迁移与应用

某单位用2160万元购得一块空地,计划在该地块上建造一栋至少10层、每层2000平方米的楼房.经测算,如果将楼房建为x(x$10)层,则每平方米的平均建筑费用为560+48x(单位:

元)•为了使楼房每平方米的平均综合费用最少,该楼房应建为多少层?

(注:

平均综合费用=平均建筑费用+平均购地费用,

平均购地费用=

购地总费用

建筑总面积

解:

设楼房每平方米的平均综合费用为f(x)元,则

 

=560+48x+1—°-(x^10,xw

X

令几x)=o,得*15,或*・15(舍去),当兀>15时/(x)>0;

当10Wxvl5时/(x)<0,因此当*15时金)取最小值曲5)=2000.

故为了楼房每平方米的平均综合费用最少,该楼房应建为15层.

老師修障

(1)求实际问题的最大(小)值时,一定要从问题的实际意义去考虑,不符合实际意义的理论值应舍去;

(2)在实际问题中,有时会遇到函数在区间内只有一个点使f(x)=O的情形,如果函数在这点有极大(小)值,那么不与端点值比较,也可以知道这就是最大(小)值;

(3)在解决实际优化问题中,不仅要注意将问题中涉及的变量关系用函数关系式给予表示,还应确定函数关系式中自变量的取值范围,即函数的定义域.

三、面积(体积)最大问题

E2活动与探究

1•面积、体积问题一般为几何问题,而求最值问题又是代数问题,由此,解决此类问题的常用方法是什么?

2.周长一定的矩形面积有何特点?

表面积一定的长方体,体积有何特点?

问题导学

例3如图,有一块半椭圆形钢板,其长半轴长为2r,短半轴长为r.计划将此钢板切割成等腰梯形的形状,下底AB是半椭圆的短轴,上底CD的端点在椭圆上,记CD=2x,梯形面积为S.

(1)求面积S以x为自变量的函数式,并写出其定义域;

(2)求面积S的最大值.

解:

(1)依题意,以AB的中点O为原点建

立平面直角坐标系(如图所示),则点C的横坐

2

标为X,点C的纵坐标为y,满足方程筈+

r乙

存i(y>o),

解得y=2Jr2-x2(0

(2)记f(x)=4(x+r)2(r2-x2),0

则f(x)=8(x+r)2(r-2x).

令f(x)=O,得x二扣或x=i•(舍去).

因为当0O;^|r

大值.

因此当x=|r时,S也取得最大值,最大值为=竽己即梯形面积S的最大值为竽己

S3迁移与应用

1.有一道长为16加的篱笆,要围成一个矩形场地,则此矩形场地的最大面积是・

2•用总长为14.8m的钢条制作一个长方体容器的框架,如果所制作容器的底面的一边比另一边长0.5加,那么高为多少时容器的容积最大?

并求出它的最大容积.

••当xe(o,l)时,Vg>O,V(x)为增函数;当xe(i,i.6)时,V(x)vO,V(x)为减函数,在x丘(0,1・6)时取极大值V(l)=1.8,这个极大值就是V在xe(0,1.6)时的最大值,即V,”ax=1.8.这时容器的高为1.2m.

••首高为1.2m时,容器的容积最大,最大值为1.8m3.

名師❾障

(1)求面积、体积的最大值问题是生活、生产中的常见问题,解决这

类问题的关键是根据题设确定出自变量及其取值范围,利用几何性质写出面积或体积关于自变量的函数,然后利用导数的方法来解.

(2)必要时,可选择建立适当的坐标系,利用点的坐标建立函数关系或曲线方程,以利于解决问题.

问题导学

1・一个箱子的容积与底面边长X的关系为V(X)二X

箱子的容积最大时,X的值为()

2•以长为10的线段AB为直径作半圆,则它的内接矩形面积的最大值为

()

A.10BA5C.25D.50

3•把长100cm的铁丝分为两段,各围成正方形,使两个正方形的面积之

和最小,则两段的长分别为

4•已知某生产厂家的年利润y(单位:

万元)与年产量x(单位:

万件)的函数关系式为y=-ix3+81x-234,则使该生产厂家获得最大年利润的年产量为.万件.

5•—艘轮船在航行中每小时的燃料费和它的速度的立方成正比,已知速度为10W/1时的燃料费是每小时6元,而其他与速度无关的费用是每小时96元,为使行驶每千米的费用总和最小,则此轮船的航行速度为

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