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4 二次函数的应用
第1课时
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目录
课前导入
新课精讲
学以致用
课堂小结
课前导入
情景导入
对于某些实际问题,如果其中变量之间的关系可以用二次函数模型来刻画,那么我们就可以利用二次函数的图象和性质来研究.
新课精讲
探索新知
1
知识点
二次函数的最值
1.当自变量的取值范围是全体实数时,函数在顶点处
取得最值.即当x=- 时,y最值= .
当a>0时,在顶点处取得最小值,此时不存在最大
值;当a<0时,在顶点处取得最大值,此时不存在最小值.
探索新知
2. 当自变量的取值范围是x1≤x≤x2时,(1)若在自变量的取值范
围x1≤x≤x2内,最大值与最小值同时存在,如图①,当a>0时,
最小值在x= 处取得,最大值为函数在x=x1,x=x2时的
较大的函数值;当a<0时,
最大值在x= 处取得,
最小值为函数在x=x1,
x=x2时的较小的函数值;
探索新知
(2)若 不在自变量的取值范围x1≤x≤x2内,最大值和
最小值同时存在,且函数
在x=x1,x=x2时的函数值
中,较大的为最大值,较
小的为最小值,如图②.
探索新知
导引:先求出抛物线 y=x 2-2x-3的顶点坐标,然后看顶点
的横坐标是否在所规定的自变量的取值范围内,根据不
同情况求解,也可画出图象,利用图象求解.
例1 分别在下列范围内求函数 y=x 2-2x-3的最值:
(1)0<x<2;(2)2≤x≤3.
探索新知
解:∵y=x 2-2x-3=(x-1)2-4,
∴图象的顶点坐标为(1,-4).
(1)∵x=1在0<x<2范围内,且a=1>0,
∴当x=1时,y 有最小值,y最小值=-4.
∵x=1是0<x<2范围的中点,在直线x=1两侧的图
象左右对称,端点处取不到,
∴不存在最大值.
探索新知
(2)∵x=1不在2≤x≤3范围内(如图),
而函数 y=x 2-2x-3(2≤x≤3)的图象是抛物线
y=x 2-2x-3的一部分,且当2≤x≤3时,
y 随x 的增大而增大,
∴当x=3时,
y最大值=32-2×3-3=0;
当x=2时,
y最小值=22-2×2-3=-3.
探索新知
总 结
求函数在自变量某一取值范围内的最值,可根据函数增减性进行讨论,或画出函数的图象,借助于图象的直观性求解.
典题精讲
1 二次函数y=x 2-4x+c 的最小值为0,则c 的值
为( )
A.2 B.4 C.-4 D.16
已知0≤x≤ ,那么函数 y=-2x 2+8x-6 的最
大值是( )
A.-6 B.-2.5
C.2 D.不能确定
B
B
典题精讲
已知y=-x (x+3-a)+1是关于x 的二次函数,当x 的取值范围在
1≤x≤5时,若y 在x=1时取得最大值,则实数a 的取值情况是( )
A.a=9 B.a=5 C.a≤9 D.a≤5
4 二次函数 y=2x 2-6x+1,当0≤x≤5时,y 的取值范围是________________.
D
若二次函数 y=x 2+ax+5的图象关于直线x=-2对称,
且当m≤x≤0时,y 有最大值5,最小值1,则m 的取值范
围是______________.
探索新知
2
知识点
几何面积的最值
如图,在一个直角三角形的内部作一个矩形ABCD,其中AB 和CD 分别在两直角边上.
(1)如果设矩形的一边AB=x m,
那么AD 边的长度如何表示?
(2)设矩形的面积为y m2,当x
取何值时,y 的值最大?
最大值是多少?
问 题
探索新知
1.利用二次函数求几何图形的面积的最值的一般步骤:
(1)引入自变量;
(2)用含有自变量的代数式分别表示与所求几何图形相关的量;
(3)由几何图形的特征,列出其面积的计算公式,并且用函数表示这个面积;
(4)根据函数的关系式及自变量的取值范围求出其最值.
探索新知
例2 某建筑物的窗户如图所示,它的上半部分是半圆,下半部分是
矩形,制造窗框的材料总长(图中所有黑线的长度和)为15m.
当x 等于多少时,窗户通过的光线最多?(结果精确到0.01m)
此时,窗户的面积是多少?(结果精确到0.01m2)
探索新知
解: ∵ 7x+4y+πx=15,
设窗户的面积是S m2,则S= πx 2+2xy
当x= ≈1.07 时,S最大 = ≈4.02.
因此,当x 约为1.07m时,窗户通过的光线最多.
此时,窗户的面积约为 4.02 m2.
探索新知
例3 如图,已知△ABC 的面积为2 400 cm2,底边BC 长为80cm.
若点D 在BC 边上,E 在AC 边上,F 在AB 边上,且四边形
BDEF 为平行四边形,设BD=x (cm),S BDEF=y (cm2),求:
(1)y 与x 之间的函数关系式.
(2)自变量x 的取值范围.
(3)当x 为何值时,y 取得最大值?最大值是多少?
导引:(1)可分别设出△DCE 的边CD上的高和△ABC 的边BC 上的高,根据条件求出△ABC 的边BC上的高,再利用相似找出其他等量关系,然后设法用x 表示 BDEF 的边BD上的高;(2)BD 在BC 边上,最长不超过BC;(3)根据x 的取值范围及求最值的方法解题.
探索新知
解:(1)设△DCE 的边CD 上的高为h cm,△ABC 的边BC上的
高为b cm,则有S BDEF=xh (cm2).
∵S△ABC= BC·b,
∴2 400= ×80b. ∴b=60.
∵四边形BDEF 为平行四边形,
∴DE∥AB. ∴△EDC∽△ABC.
∴
∴y=x · =- x 2+60x,即y=- x 2+60x.
探索新知
(2)自变量x 的取值范围是0<x<80.
(3)由(1)可得 y=- (x-40)2+1 200.
∵a=- <0,0<x<80,
∴当x=40时,y 取得最大值,最大值是1 200.
探索新知
总 结
本题利用数形结合思想,先利用相似三角形找出各边的关系,再代入数值,用x 表示出h,进而得到y 与x 之间的函数关系式,利用建模思想,建立用二次函数求几何图形的最大面积的模型,再利用配方法求出最大面积.
探索新知
例4 张大伯准备用一面长15 m的墙和长38 m的栅栏修建一个如图所示的
矩形养殖场ABCD,并在养殖场的一侧留出一个2 m宽的门.
(1)求养殖场的面积y (m2)与BC 边的长
x (m)之间的函数关系式.
(2)当BC 边的长为多少时,养殖场的
面积最大?最大面积是多少?
导引:由BC 边的长和栅栏的总长可以表示出AB 的长,故可求
养殖场的面积y 与BC 边的长x 的函数关系式,再由二次
函数的有关性质和自变量的取值范围可求出养殖场的
最大面积.
探索新知
解:(1)由题意得,AB= m,
∴y=x · =x · =- x 2+20x.
由题意知
∴0<x≤15. ∴y=- x 2+20x,其中0<x ≤15.
探索新知
(2)y=- x 2+20x=- (x 2-40x )
=- (x-20)2+200.
∵a=- <0,0<x≤15,∴y 随x 的增大而增大.
∴当x=15时,y最大=- ×(15-20)2+200=187.5.
答:BC 边的长为15 m时,养殖场的面积最大,最大面
积是187.5 m2.
探索新知
总 结
本题利用建模思想,先由图形的面积公式建立函数模型,最后由函数的性质在自变量的取值范围内求出其最值.
典题精讲
1 已知一个直角三角形两直角边长之和为20 cm,则
这个直角三角形的最大面积为( )
A.25 cm2 B.50 cm2
C.100 cm2 D.不确定
2 用一条长为40 cm的绳子围成一个面积为a cm2的长
方形,a 的值不可能为( )
A.20 B.40 C.100 D.120
B
D
典题精讲
3 如图,在矩形ABCD 中,AD=1,AB=2,从较短边AD 上找一点E,过这点剪下两个正方形,它们的边长分别是AE,DE,当剪下的两个正方形的面积之和最小时,点E 应选在( )
A.AD 的中点
B.AE∶ED=( -1)∶2
C.AE∶ED= ∶1
D.AE∶ED=( -1)∶2
A
典题精讲
在一空旷场地上设计一落地为矩形ABCD 的小屋,AB+BC=10 m,拴住小狗的10 m长的绳子一端固定在B 点处,小狗在不能进入小屋内的条件下活动,其可以活
动的区域面积为S (m2).
(1)如图①,若BC=4 m,
则S=________;
4
88πm 2
典题精讲
(2)如图②,现考虑在(1)中矩形ABCD 小屋的右侧以CD 为边拓展一等边三角形CDE 区域,使之变成落地为五边形ABCED 的小屋,其他条件不变,则在BC 的变化过程中,当S 取得最小值时,边BC 的长为________.
典题精讲
(1)∵y=x · =- (x-25)2+ ,
∴当x=25时,占地面积y 最大,
即当饲养室长为25 m时,占地面积最大.
(2)∵y=x · =- (x-26)2+338,
∴当x=26时,占地面积 y 最大,
即当饲养室长为26 m时,占地面积最大.
∵26-25=1≠2,
∴小敏的说法不正确.
解:
学以致用
小试牛刀
如图,在△ABC 中,∠B=90°,AB=8 cm,BC=6 cm,点P从点A 开始沿AB 向B 以2 cm/s的速度移动,点Q 从点B 开始沿BC 向C 以1 cm/s的速度移动.如果P,Q 分别从A,B 同时出发,当△PBQ 的面积最大时,运动时间为________.
1
11.2 s
小试牛刀
某农场拟建一间矩形种牛饲养室,饲养室的一面靠现有墙(墙足够长),已知计划中的建筑材料可建围墙的总长为50 m.设饲养室长为x (m),占地面积为y (m2).
(1)如图①,问当饲养室长x 为多少时,占地面积y 最大?
(2)如图②,现要求在图中所示位
置留2 m宽的门,且仍使饲养室
的占地面积最大,小敏说:“只
要饲养室长比(1)中的长多2 m就
行了.”请你通过计算,判断小
敏的说法是否正确.
2
小试牛刀
工人师傅用一块长为10 dm,宽为6 dm的矩形铁皮制作一个无盖的
长方体容器,需要将四角各裁掉一个正方形.(厚度不计)
小试牛刀
(1)在图中画出裁剪示意图,用实线表示裁剪线,虚线表示折痕;并求长方体底面面积为12 dm2时,裁掉的正方形边长多大?
(2)若要求制作的长方体的底面长不大于底面宽的五倍,并将容器进行防锈处理,侧面每平方分米的费用为0.5元,底面每平方分米的费用为2元,裁掉的正方形边长多大时,总费用最低,最低为多少?
小试牛刀
(1)如图:
设裁掉的正方形边长为x dm,
由题意可得(10-2x )(6-2x )=12,
即x 2-8x+12=0,解得x=2或x=6(舍去).
答:裁掉的正方形的边长为2 dm.
解:
小试牛刀
(2)∵长不大于宽的五倍,
∴10-2x≤5(6-2x ),解得x≤2.5,
又∵x>0,∴0<x≤2.5.
设总费用为w 元,由题意可知
w=0.5×2x (16-4x )+2(10-2x )(6-2x )=4x 2-48x+120=4(x-6)2-24,
∴当0<x≤2.5时,w 随x 的增大而减小,
∴当x=2.5时,w 有最小值,最小值为25.
答:当裁掉边长为2.5 dm的正方形时,总费用最低,最低费用为25元.
小试牛刀
如图,在△ABC 中,∠B=90°,AB=12 mm,BC=24 mm,动点P
从点A 开始沿边AB 向B 以2 mm/s的速度移动,动点Q 从点B 开始沿
边BC 向C 以4 mm/s 的速度移动.已知P,Q 分别从A,B 同时出发,
求△PBQ 的面积S (mm2)与出发时间t (s)的函数表达式,并求出t 为值
时,△PBQ 的面积最大,最大值是多少?
小试牛刀
由题意可知,BP=(12-2t )mm,BQ=4t mm.
∴S= BP BQ= (12-2t ) 4t.
整理,得
S=-4t 2+24t,易知0<t<6.
∵S=-4t 2+24t=-4(t-3)2+36,
∴当t=3时,S 取得最大值,为36.
故S 与t 的函数表达式为S=-4t 2+24t (0<t<6).
当t=3时,△PBQ 的面积最大,最大值为36 mm2.
解:
小试牛刀
5 如图①,为美化校园环境,某校计划在一块长为60 m,宽为40 m的长方形空地上修建一个长方形花圃,并将花圃四周余下的空地修建成同样宽的通道,设通道宽为a m.
小试牛刀
(1)用含a 的式子表示花圃的面积.
(2)如果通道所占面积是整个长方形空地面积的 ,求出此时通道的宽.
(3)已知某园林公司修建通道、花圃的造价y1(元),y2(元)与修建面积x (m2)之间的函数关系如图②所示,如果学校决定由该公司承建此项目,并要求修建的通道的宽度不少于2 m且不超过10 m,那么通道宽为多少时,修建的通道和花圃的总造价最低?最低总造价为多少元?
小试牛刀
(1)由题可知花圃的面积为(60-2a)(40-2a)=4a 2-200a+2 400(m2).
(2)通道的面积为60×40-(4a 2-200a+2 400)=-4a 2+200a (m2),
∴-4a 2+200a= ×2 400.
∴4a 2-200a+900=0.
解得a=5或a=45(舍去).
∴通道的宽为5 m.
解:
小试牛刀
(3)设修建的通道和花圃的总造价为w 元.
由题图可求得y1=40x,
y2=
再设花圃的面积为b m2,则通道的面积为(2 400-b )m2,
∴b=4a 2-200a+2 400=4(a-25)2-100.
∵2≤a≤10,
∴当a=2时,bmax=2 016;
当a=10时,bmin=800.
∴800≤ b ≤2 016.
60x(0≤x<800),
35x+20 000(x ≥800).
小试牛刀
∴w=y1+y2=40(2 400-b)+35b+20 000,
即w=-5b+116 000(800≤ b ≤2 016).
∵w 随b 的增大而减小,
∴当b=2 016时,w 最小,wmin=105 920.
此时2 016=4a 2-200a+2 400,解得a=2或a=48(舍去).
∴当通道宽为2 m时,修建的通道和花圃的总造价最低,为105 920元.
课堂小结
课堂小结
利用二次函数求几何图形面积的最值是二次函数应用的重点之一,解决此类问题的基本方法是:借助已知条件,分析几何图形的性质,确定二次函数表达式,再根据二次函数的图象和性质求出最值,从而解决问题.
同学们,
下节课见!
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