函数的应用(二)
数学建模活动:生长规律的描述
一、选择题
1.某公司为了适应市场需求对产品结构做了重大调整,调整后初期利润增长迅速,后来增长越来越慢,若要建立恰当的函数模型来反映该公司调整后利润与时间的关系,可选用( )
A.一次函数
B.二次函数
C.指数型函数
D.对数型函数
2.某校甲、乙两食堂2020年1月份的营业额相等,甲食堂的营业额逐月增加,并且每月增加值相同;乙食堂的营业额也逐月增加,且每月增加的百分率相同.已知2020年9月份两食堂的营业额又相等,则2020年5月份营业额较高的是( )
A.甲
B.乙
C.甲、乙营业额相等
D.不确定
3.某高校为提升科研能力,计划逐年加大科研经费投入.若该高校2017年全年投入科研经费1
300万元,在此基础上,每年投入的科研经费比上一年增长12%,则该高校全年投入的科研经费开始超过2
000万元的年份是(参考数据:lg
1.12≈0.05,lg
1.3≈0.11,lg
2≈0.30)( )
A.2020年
B.2021年
C.2022年
D.2023年
4.某种动物繁殖数量y(只)与时间x(年)的关系为y=alog2(x+1),设这种动物第一年有100只,则第7年它们发展到( )
A.300只
B.400只
C.500只
D.600只
5.碳十四是一种具有放射性的同位素,于1940年被首次发现,美国科学家应用碳十四发明了碳十四年代测定法,并获得了1960年的诺贝尔化学奖.已知当生物死亡时,它体内原有的碳十四含量按确定的规律衰减,大约每经过5
730年衰减为原来的一半,这个时间叫做半衰期,据此规律,生物体内碳十四的含量P与死亡年数t之间的函数关系式为( )
A.P=
B.P=
C.P=eq
\s\up12()
D.P=eq
\s\up12()
二、填空题
6.某个病毒经30分钟繁殖为原来的2倍,且知病毒的繁殖规律为y=ekt(其中k为常数,t表示时间,单位:小时,y表示病毒个数),则k=________.经过5小时,1个病毒能繁殖为________个.
7.在不考虑空气阻力的情况下,火箭的最大速度v米/秒和燃料的质量M千克、火箭(除燃料外)的质量m千克的函数关系式是v=2
000ln.当燃料质量是火箭质量的________倍时,火箭的最大速度可达12千米/秒.
8.某地为了抑制一种有害昆虫的繁殖,引入了一种以该昆虫为食物的特殊动物.已知该动物繁殖数量y(只)与引入时间x(年)的关系为y=alog2(x+1),若该动物在引入一年后的数量为100只,则到第7年它们的数量为________只.
三、解答题
9.某人对东北一种松树的生长进行了研究,收集了其高度h(米)与生长时间t(年)的相关数据,选择h=mt+b与h=loga(t+1)来刻画h与t的关系,你认为哪个符合?并预测第8年的松树高度.
t(年)
1
2
3
4
5
6
h(米)
0.6
1
1.3
1.5
1.6
1.7
10.某化工厂生产一种溶液,按市场要求,杂质含量不能超过0.1%,若初时含杂质2%,每过滤一次可使杂质含量减少,问:至少应过滤几次才能使产品达到市场要求?(已知:lg
2=0.301
0,lg
3=0.477
1)
素养达标
11.某地区植被被破坏,土地沙漠化越来越严重,最近三年测得沙漠增加值分别为0.2万公顷、0.4万公顷和0.76万公顷,则沙漠增加数y公顷关于年数x的函数关系较为近似的是( )
A.y=0.2x
B.y=(x2+2x)
C.y=
D.y=0.2+log16x
12.(多选题)如图所示的是某池塘中的浮萍蔓延的面积y(m2)与时间t(月)的关系:y=at,有以下叙述,其中正确的是( )
A.这个指数函数的底数为2
B.第5个月时,浮萍面积会超过30
m2
C.浮萍从4
m2蔓延到12
m2需要再经过1.5个月
D.若浮萍蔓延到2
m2,3
m2,6
m2,所经过的时间分别为t1,t2,t3,则t1+t2=t3
13.一个容器装有细沙a
cm3,细沙从容器底下一个细微的小孔慢慢地匀速漏出,t
min后剩余的细沙量为y=ae-bt(cm3),经过8
min后发现容器内还有一半的沙子,则再经过________min,容器中的沙子只有开始时的八分之一.
14.地震的震级R与地震释放的能量E的关系为R=(lg
E-11.4).根据英国天空电视台报道,英格兰南部2007年4月28日发生强度至少为4.7级的地震,欧洲地震监测站称,地震的震级为5.0级,而2011年3月11日,日本本州岛发生9.0级地震,那么此次地震释放的能量是5.0级地震释放能量的________倍.
15.有时可用函数f(x)=描述学习某学科知识的掌握程度.其中x表示某学科知识的学习次数(x∈N
),f(x)表示对该学科知识的掌握程度,正实数a与学科知识有关.
(1)证明:当x≥7时,掌握程度的增长量f(x+1)-f(x)总是下降的;
(2)根据经验,学科甲、乙、丙对应的a的取值区间分别为(115,121],(121,127],(127,133].当学习某学科知识6次时,掌握程度是85%,请确定相应的学科.
一、选择题
1.某公司为了适应市场需求对产品结构做了重大调整,调整后初期利润增长迅速,后来增长越来越慢,若要建立恰当的函数模型来反映该公司调整后利润与时间的关系,可选用( )
A.一次函数
B.二次函数
C.指数型函数
D.对数型函数
D [结合“直线上升,对数增长,指数爆炸”可知,只有D选项对数型函数符合题设条件,故选D.]
2.某校甲、乙两食堂2020年1月份的营业额相等,甲食堂的营业额逐月增加,并且每月增加值相同;乙食堂的营业额也逐月增加,且每月增加的百分率相同.已知2020年9月份两食堂的营业额又相等,则2020年5月份营业额较高的是( )
A.甲
B.乙
C.甲、乙营业额相等
D.不确定
A [设甲以后每个月比前一个月增加相同的营业额a,乙每个月比前一个月增加营业额的百分比为x,1月份的营业额设为1,由题意得1+8a=1×(1+x)8,5月份甲的营业额为1+4a,5月份乙的营业额为1×(1+x)4,即.
因为(1+4a)2-(1+8a)=16a2>0,所以1+4a>,所以2020年5月份营业额较高的是甲.]
3.某高校为提升科研能力,计划逐年加大科研经费投入.若该高校2017年全年投入科研经费1
300万元,在此基础上,每年投入的科研经费比上一年增长12%,则该高校全年投入的科研经费开始超过2
000万元的年份是(参考数据:lg
1.12≈0.05,lg
1.3≈0.11,lg
2≈0.30)( )
A.2020年
B.2021年
C.2022年
D.2023年
B [若2018年是第一年,则第n年科研经费为1
300×1.12n,由1
300×1.12n>2
000,可得lg
1.3+nlg
1.12>lg
2,得n×0.05>0.19,n>3.8,n≥4,即到2021年科研经费超过2
000万元.]
4.某种动物繁殖数量y(只)与时间x(年)的关系为y=alog2(x+1),设这种动物第一年有100只,则第7年它们发展到( )
A.300只
B.400只
C.500只
D.600只
A [当x=1时,y=100,得a=100,故当x=7时,y=100log28=300.]
5.碳十四是一种具有放射性的同位素,于1940年被首次发现,美国科学家应用碳十四发明了碳十四年代测定法,并获得了1960年的诺贝尔化学奖.已知当生物死亡时,它体内原有的碳十四含量按确定的规律衰减,大约每经过5
730年衰减为原来的一半,这个时间叫做半衰期,据此规律,生物体内碳十四的含量P与死亡年数t之间的函数关系式为( )
A.P=
B.P=
C.P=eq
\s\up12()
D.P=eq
\s\up12()
C [根据大约每经过5
730年衰减为原来的一半,生物体内碳十四的含量P与死亡年数t之间的函数关系式为P=eq
\s\up12().]
二、填空题
6.某个病毒经30分钟繁殖为原来的2倍,且知病毒的繁殖规律为y=ekt(其中k为常数,t表示时间,单位:小时,y表示病毒个数),则k=________.经过5小时,1个病毒能繁殖为________个.
2ln
2 1
024 [当t=0.5时,y=2,∴2=eeq
\s\up12(k),
∴k=2ln
2,∴y=e2tln
2.
当t=5时,y=e10ln
2=210=1
024.]
7.在不考虑空气阻力的情况下,火箭的最大速度v米/秒和燃料的质量M千克、火箭(除燃料外)的质量m千克的函数关系式是v=2
000ln.当燃料质量是火箭质量的________倍时,火箭的最大速度可达12千米/秒.
e6-1 [当v=12
000时,2
000ln=12
000,
∴ln=6,∴=e6-1.]
8.某地为了抑制一种有害昆虫的繁殖,引入了一种以该昆虫为食物的特殊动物.已知该动物繁殖数量y(只)与引入时间x(年)的关系为y=alog2(x+1),若该动物在引入一年后的数量为100只,则到第7年它们的数量为________只.
300 [将x=1,y=100代入y=alog2(x+1)中,得100=alog2(1+1),解得a=100,则y=100log2(x+1),所以当x=7时,y=100log2(7+1)=300.]
三、解答题
9.某人对东北一种松树的生长进行了研究,收集了其高度h(米)与生长时间t(年)的相关数据,选择h=mt+b与h=loga(t+1)来刻画h与t的关系,你认为哪个符合?并预测第8年的松树高度.
t(年)
1
2
3
4
5
6
h(米)
0.6
1
1.3
1.5
1.6
1.7
[解] 据表中数据作出散点图如图:
由图可以看出用一次函数模型不吻合,选用对数型函数比较合理.
不妨将(2,1)代入到h=loga(t+1)中,得1=loga3,解得a=3.
故可用函数h=log3(t+1)来拟合这个实际问题.
当t=8时,求得h=log3(8+1)=2,
故可预测第8年松树的高度为2米.
10.某化工厂生产一种溶液,按市场要求,杂质含量不能超过0.1%,若初时含杂质2%,每过滤一次可使杂质含量减少,问:至少应过滤几次才能使产品达到市场要求?(已知:lg
2=0.301
0,lg
3=0.477
1)
[解] 法一:∵每次过滤杂质含量降为原来的,过滤n次后杂质含量为×.
依题意,得×≤,即≤,
∵=>,=<,
∴由题意知至少应过滤8次才能使产品达到市场要求.
法二:接法一:≤,
则n(lg
2-lg
3)≤-(1+lg
2),
即n≥≈7.4,又n∈N
,
∴n≥8,即至少应过滤8次才能使产品达到市场要求.
素养达标
11.某地区植被被破坏,土地沙漠化越来越严重,最近三年测得沙漠增加值分别为0.2万公顷、0.4万公顷和0.76万公顷,则沙漠增加数y公顷关于年数x的函数关系较为近似的是( )
A.y=0.2x
B.y=(x2+2x)
C.y=
D.y=0.2+log16x
C [A选项是一次函数,而沙漠增加值无这种倍数关系,显然不适合;
B选项将三点代入,函数值与实际值差的太大,不适合;
C选项将x=1,2,3分别代入得y=0.2,0.4,0.8,与实际增加值比较接近;
D选项将x=2代入得y=0.45,将x=3代入得y≈0.6,与实际值相差太多.]
12.(多选题)如图所示的是某池塘中的浮萍蔓延的面积y(m2)与时间t(月)的关系:y=at,有以下叙述,其中正确的是( )
A.这个指数函数的底数为2
B.第5个月时,浮萍面积会超过30
m2
C.浮萍从4
m2蔓延到12
m2需要再经过1.5个月
D.若浮萍蔓延到2
m2,3
m2,6
m2,所经过的时间分别为t1,t2,t3,则t1+t2=t3
ABD [∵点(1,2)在函数图像上,∴a1=2,即a=2,故A正确.
∵函数y=2t在R上为增函数,且当t=5时,y=32,故B正确.
4对应的t=2,经过1.5月后面积是23.5<12.故C不正确;对于D,2=2x1,3=2x2,6=2x3,
∴x1=1,x2=log23,x3=log26,
又∵1+log23=log22+log23=log26,
∴若浮萍蔓延到2
m2,3
m2,6
m2所经过的时间分别为t1,t2,t3,则t1+t2=t3成立.]
13.一个容器装有细沙a
cm3,细沙从容器底下一个细微的小孔慢慢地匀速漏出,t
min后剩余的细沙量为y=ae-bt(cm3),经过8
min后发现容器内还有一半的沙子,则再经过________min,容器中的沙子只有开始时的八分之一.
16 [当t=0时,y=a,当t=8时,y=ae-8b=a,所以e-8b=,容器中的沙子只有开始时的八分之一时,即y=ae-bt=a,e-bt==(e-8b)3=e-24b,
则t=24,所以再经过16
min.]
14.地震的震级R与地震释放的能量E的关系为R=(lg
E-11.4).根据英国天空电视台报道,英格兰南部2007年4月28日发生强度至少为4.7级的地震,欧洲地震监测站称,地震的震级为5.0级,而2011年3月11日,日本本州岛发生9.0级地震,那么此次地震释放的能量是5.0级地震释放能量的________倍.
1
000
000 [设9.0级地震所释放的能量为E1,5.0级地震所释放的能量为E2.由9.0=(lg
E1-11.4),
得lg
E1=×9.0+11.4=24.9.
同理可得lg
E2=×5.0+11.4=18.9,
从而lg
E1-lg
E2=24.9-18.9=6.
故lg
E1-lg
E2=lg
=6,则=106=1
000
000,
即9.0级地震释放的能量是5.0级地震释放能量的1
000
000倍.]
15.有时可用函数f(x)=描述学习某学科知识的掌握程度.其中x表示某学科知识的学习次数(x∈N
),f(x)表示对该学科知识的掌握程度,正实数a与学科知识有关.
(1)证明:当x≥7时,掌握程度的增长量f(x+1)-f(x)总是下降的;
(2)根据经验,学科甲、乙、丙对应的a的取值区间分别为(115,121],(121,127],(127,133].当学习某学科知识6次时,掌握程度是85%,请确定相应的学科.
[解] (1)证明:当x≥7时,
f(x+1)-f(x)=.
而当x≥7时,函数y=(x-3)(x-4)单调递增,且(x-3)(x-4)>0,故函数f(x+1)-f(x)单调递减,
当x≥7时,掌握程度的增长量f(x+1)-f(x)总是下降的.
(2)由题意可知0.1+15ln
=0.85,
整理得=e0.05,
解得a=×6≈20.50×6=123,123∈(121,127],
由此可知,该学科是乙学科.