浅析高三数学复习中的应用问题

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  (嵊州中学 浙江 嵊州 312400)
  应用题是考查数学应用意识的主要形式,数学应用意识,即应用所学数学知识、思想和方法解决问题,包括解决相关学科、生产、生活中简单的数学问题。应用的主要过程是依据现实的生活背景,提炼相关的数量关系,将现实问题转化为数学问题,构造数学模型,并加以解决,能用数学语言准确地表达和说明。
  数学应用题的解题关键是提高阅读能力即数学审题能力,能从背景中概括出数学本质,抽象出其中的数量关系,转化为函数、方程、不等式、等式等。求解应用题的一般步骤是:
  (1)读题:阅读理解文字表达的题意,分清条件和结论,理顺数量关系;
  (2)建模:将文字语言转化为数学语言,利用数学知识,建立相应的数学模型;
  (3)求解:运用相关数学模型的知识,选择合适的数学方法求解;
  (4)评价:对结果进行验证或评估,最后利用结果对现实作出解释。
  数学高考应用试题体现数学联系实际,加强应用意识,考查考生对现实问题的数学理解的主要题型。应用题将基础知识、方法、能力和数学素养的考查融为一体,凸显能力考查和选拔功能。在近几年高考中,经常涉及的数学应用题,有以下一些类型:函数、不等式应用题,数列应用题、函数应用题、三角应用题、概率统计应用题等等。常涉及到的研究是:优化问题;预测问题;最(极)值问题;测量问题等。
  题型1:函数不等式应用题 函数反映了现实世界的变量之间的关系,因此与生产生活实际有紧密的联系,函数不等式应用题的涵盖面非常广泛,可以与生产工程,生活实际和各学科领域相结合。解决函数应用题,首要的是理解题意,建立函数关系,再利用函数性质、导数或不等式为工具求解。
  例1. 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体积为80π3 立方米,且l≥2r 。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c(c>3)。设该容器的建造费用为y千元。
  (Ⅰ) 写出y关于r的函数表达式,并求该函数的定义域;
  (Ⅱ)求该容器的建造费用最小时的r。
  解:(Ⅰ) 设容器的容积为V,由题意知V=πr2l+43πr3,又V=80π3
  故l=V-43πr3πr2=803r2-43r=43(20r2-r)
  由于l≥2r,因此0  所以建造费用y=2πrlx3+4πr2c=2πrx43(20r2-r)x3+4πr2c
  因此y=4π(c-2)r2+160πr,0  (Ⅱ)由(Ⅰ)得y'=8π(c-2)r-160πr2=8π(c-2)r2(r3-20c-2),0  由于c>3,所以c-2>0
  当r3-20c-2=0时,r=320c-2
  令320c-2=m,则m>0
  所以y'=8π(c-2)r2(r-m)(r2+rm+m2)
  (1)当092时
  当r=m时,y'=0
  当r∈(0,m)时,y'<0
  当r∈(m,2)时,y'>0
  所以当r=m是函数y的极小值点,也是最小值点。
  (2)当m≥2即3  当r∈(0,2)时,y'<0,函数单调递减,
  所以r=2是函数y的最小值点。
  综上所述,当3  当c>92时,建造费用最小時r=320c-2
  点评:函数不等式应用题解题关键是理解题意,分析各已知条件之间的关系,把实际问题中所涉及的几个变量转化成函数关系式,构建相应的函数关系,再用导数或不等式方法加以研究。
  题型2:数列应用题 对于一些整数变量的函数应用题,实质上可归结为数列问题。需要正确设定数列,分析所得数列的性质,结合数列的方法解决问题。
  例2. 某车队2010年初以98万元购进一辆大客车,并投入营运,第一年需支出各种费用12万元,从第二年起每年支出费用均比上一年增加4万元,该车投入营运后每年的票款收入为50万元,设营运n年该车的盈利额为y万元。
  (1)写出y关于n的函数关系式;
  (2)从哪一年开始,该汽车开始获利;
  (3)若盈利额达最大值时,以20万元的价格处理掉该车,此时共共获利多少万元?
  分析:本题问题是建立盈利额y与营运年份n的关系,由于n为整数,实际上是一个数列问题,建立函数表达式,利用函数性质求解,但要注意n为整数,并且把年份与n对应。
  解:(1)y=50n-98-[12n+n(n-1)24]=-2n2+40n-98(n∈N﹡)
  (2)令y>0 ,即n2-20n+49<0推出10- 51  (3)y=-2(n-10)2+102 ,即n=10时,ymax=102,∴此时共获利102+20=122万元。
  点评:数列应用题适宜于解决整数变量的数学问题,关键是设定数列,分析数列的性质,再用数列的方法解决问题。
  题型3:解析几何应用题 解析几何研究了曲线的方程,直线与圆锥曲线在生产生活实际中经常作为数学模型出现。解决此类问题,首先要建立直角坐标系,再根据题意,确定曲线类型,建立方程解决实际问题。
  例3. 如图,某隧道设计为双向四车道,车道总宽22m,要求通行车辆限高4.5m,隧道全长2.5km,隧道的拱线近似地看成半个椭圆形状。若最大拱高h为6m,则隧道设计的拱宽l是多少?(精确到0.1m)
  图1 解:如图1建立直角坐标第,设椭圆方程为x2 a2+y2 b2=1。 将b=h=6与点P(11,4.5)代入椭圆方程,得:
  112 a2+4.52 62=1,解得a=447 7 ,此时l=2a=887 7≈33.3。因此隧道的拱宽约为33.3m。点评:建立适当的坐标系,通过解析法和待定系数法求出椭圆模型,然后应用数学模型解决实际问题。解决圆锥曲线的应用问题时,要善于抓住问题的实质,通过建立解析几何模型,完成应用背景下数学问题的转化。
  抓住各数量之间的关系,紧扣圆锥曲线的概念,充分利用几何性质,灵活运用数学方法,正确完成建模与应用的过程。
  题型4:立体几何应用题 立体几何是研究空间位置关系的数学学科,而空间图形在生产生活中十分常见,随之而产生的实际问题可以借助于立体几何的方法加以研究。例4.请您设计一个帐篷。它下部的形状是高为lm的正六棱柱,上部的形状是侧棱长为3m的正六棱锥(如下图所示)。试问当帐篷的顶点O到底面中心O1的距离为多少时,帐篷的体积最大?
  分析:帐篷的体积是|OO1|的函数,可以通过立体几何的体积公式建立函数关系。解:设OO1 为xm ,则由题设可得正六棱锥底面边长为 32-(x-1)2=8+2x-x2(单位:m )
  于是底面正六边形的面积为(单位:m2 )S=634(8+2x-x2)2=332( 8+2x-x2)
  帐篷的体积为(单位:m3 )V(x)=332( 8+2x-x2) [13(x-1)+1]=32(16+12x-x3),
  求导数,得V'(x)= 32(12-3x2),令V'(x)=0 解得x=-2 (不合题意,舍去),x=2
  当10,V(x)为增函数;当2  答:当OO1为2m时,帐篷的体积最大。
  题型5:概率应用题 随机现象在社会生活中大量存在,而概率统计是研究随机现象的学科,因此解决生活实际中的随机现象问题,可以归结为概率应用题。
  要点聚焦 (1)解答应用题的关键在于审题上,必须过好三关:
  ①通过阅读、理解,明白问题讲的是什么,熟悉实际背景,为解题打开突破口。
  ②将实际问题的文字语言转化为数学的符号语言,用数学式子表示数学关系。
  ③在构建数学模型的过程中,对已知数学知识进行检索,从而认定或构建相应的数学模型,完成由实际问题向数学问题的转化。
  (2)数学应用题可见于高中数学的各块内容,最常见的是: 函数不等式应用题、数列应用题、解析几何应用题、立体几何应用题、概率统计应用题。
  (3)数学应用题最常见的研究问题是最优化问题,设计问题等,其核心思想是建立函数模型,根据不同的函数模型选择相应的数学知识解决问题。
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