3.4 导数在实际生活中的应用
课时目标 通过用料最省、利润最大、效率最高等优化问题,使学生体会导数在解决实际问题中的作用,会利用导数解决简单的实际生活中的最值问题.
1.解决实际应用问题时,要把问题中所涉及的几个变量转化成函数关系,这需通过分析、联想、抽象和转化完成.函数的最值要由极值和端点的函数值确定,当定义域是开区间,而且其上有惟一的极值,则它就是函数的最值.
2.解决优化问题的基本思路是:
上述解决优化问题的过程是一个典型的数学建模的过程.
一、填空题
1.随着人们生活水平的提高,汽车的拥有量越来越多,据有关统计数据显示,从上午6 点到9点,车辆通过某一路段的用时y(分钟)与车辆进入该路段的时刻t之间的关系可近似表示为y=-t3-t2+36t-.则在这段时间内,通过该路段用时最多的时刻是________.
2.若底面为等边三角形的直棱柱的体积为V,则其表面积最小时,底面边长为________.
3.要做一个圆锥形的漏斗,其母线长为20 cm,要使其体积最大,则高为________ cm.
4.某厂生产某种产品x件的总成本:C(x)=1 200+x3,又产品单价的平方与产品件数x成反比,生产100件这样的产品的单价为50元,总利润最大时,产量应定为________件.
5.
如图所示,一窗户的上部是半圆,下部是矩形,如果窗户面积一定,窗户周长最小时,x与h的比为________.
6.某公司生产某种产品,固定成本为20 000元,每生产一件产品成本增加100元,已知总收益R与年产量x的关系式为R=则总利润最大时,每年生产的产品件数是________.
7.某公司租地建仓库,每月土地占用费y1与仓库到车站的距离成反比,而每月库存货物的运费y2与到车站的距离成正比,如果在距离车站10千米处建仓库,这两项费用y1和y2分别为2万元和8万元.那么,要使这两项费用之和最小,仓库应建在离车站________千米处.
8.做一个无盖的圆柱形水桶,若需使其体积是27π,且用料最省,则圆柱的底面半径为________.
二、解答题
9.某地建一座桥,两端的桥墩已建好,这两墩相距m米,余下工程只需建两端桥墩之间的桥面和桥墩.经测算,一个桥墩的工程费用为256万元,距离为x米的相邻两墩之间的桥面工程费用为(2+)x万元.假设桥墩等距离分布,所有桥墩都视为点,且不考虑其它因素.记余下工程的费用为y万元.
(1)试写出y关于x的函数关系式;
(2)当m=640米时,需新建多少个桥墩才能使y最小?
10.某商品每件成本9元,售价30元,每星期卖出432件.如果降低价格,销售量可以增加,且每星期多卖出的商品件数与商品单价的降低值x(单位:元,0≤x≤30)的平方成正比,已知商品单价降低2元时,一星期多卖出24件.
(1)将一个星期的商品销售利润表示成x的函数;
(2)如何定价才能使一个星期的商品销售利润最大?
能力提升
11.某单位用2 160万元购得一块空地,计划在该块地上建造一栋至少10层、每层2 000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=)
12.已知某商品生产成本C与产量q的函数关系式为C=100+4q,价格p与产量q的函数关系式为p=25-q,求产量q为何值时,利润L最大.
利用导数解决生活中的优化问题的一般步骤.
(1)分析实际问题中各变量之间的关系,建立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);(2)求函数的导数f′(x),解方程f′(x)=0;(3)比较函数在区间端点和f′(x)=0的点的函数值的大小,最大(小)者为最大(小)值;(4)写出答案.
3.4 导数在实际生活中的应用
作业设计
1.8
解析 由题意知,所求的量为当y为最大值时的自变量t的取值,
y′=-t2-t+36,令y′=0,
得3t2+12t-36×8=0,
∴t1=8,t2=-12(舍).
当t∈(6,8)时.y′>0,t∈(8,9)时,y′<0,
所以t=8时,y有最大值.
2.
解析 设底面边长为a,直三棱柱高为h.
体积V=a2h,所以h=,
表面积S=2·a2+3a·=a2+,
S′=a-,由S′=0,得a=.
当a=时,表面积最小.
3.
解析 设高为x cm,则底面半径为 cm,
体积V=x·(202-x2) (0V′=(400-3x2),由V′=0,
得x=或x=-(舍去).
当x∈时,V′>0,当x∈时,V′<0,所以当x=时,V取最大值.
4.25
解析 设产品单价为a元,又产品单价的平方与产品件数x成反比,即a2x=k,由题知k=250 000,则a2x=250 000,所以a=.总利润y=500-x3-1 200 (x>0),y′=-x2,由y′=0,得x=25,x∈(0,25)时,y′>0,x∈(25,+∞)时,y′<0,所以x=25时,y取最大值.
5.1∶1
解析 设窗户面积为S,周长为L,则S=x2+2hx,h=-x,所以窗户周长L=πx+2x+2h=x+2x+,L′=+2-.
由L′=0,得x=,x∈时,L′<0,
x∈时,L′>0,
所以当x= 时,L取最小值,
此时==-=-=1.
6.300
解析 设总成本为C,则C=20 000+100x,
所以总利润
P=R-C=
P′=
令P′=0,得x=300,易知当x=300时,总利润最大.
7.5
解析 依题意可设每月土地占用费y1=,每月库存货物的运费y2=k2x,其中x是仓库到车站的距离.
于是由2=,得k1=20;由8=10k2,得k2=.
因此两项费用之和为y=+,y′=-+,
令y′=-+=0得x=5(x=-5舍去),经验证,此点即为最小值点.
故当仓库建在离车站5千米处时,两项费用之和最小.
8.3
解析 设半径为r,则高h==.
∴水桶的全面积S(r)=πr2+2πr·=πr2+.
S′(r)=2πr-,令S′(r)=0,得r=3.
∴当r=3时,S(r)最小.
9.解 (1)设需新建n个桥墩,则(n+1)x=m,
即n=-1 (0所以y=f(x)=256n+(n+1)(2+)x
=256+(2+)x
=+m+2m-256 (0(2)由 (1)知,f′(x)=-+m
=(-512).
令f′(x)=0,得=512,所以x=64.
当0当640,f(x)在区间(64,640)内为增函数,所以f(x)在x=64处取得最小值,此时n=-1=-1=9.
故需新建9个桥墩才能使y最小.
10.解 (1)设商品降低x元时,多卖出的商品件数为kx2,若记商品在一个星期的销售利润为f(x),则依题意有
f(x)=(30-x-9)·(432+kx2)
=(21-x)·(432+kx2),
又由已知条件24=k·22,于是有k=6,
所以f(x)=-6x3+126x2-432x+9 072,x∈[0,30].
(2)根据(1),有f′(x)=-18x2+252x-432
=-18(x-2)(x-12).
当x变化时,f(x)与f′(x)的变化情况如下表:
故x=12时,f(x)达到极大值.因为f(0)=9 072,f(12)=11 664,所以定价为30-12=18(元)能使一个星期的商品销售利润最大.
11.解 设楼房每平方米的平均综合费用为f(x)元,则f(x)=(560+48x)+
=560+48x+(x≥10,x∈N*),
f′(x)=48-,令f′(x)=0得x=15.
当x>15时,f′(x)>0;当0因此,当x=15时,f(x)取最小值f(15)=2 000.
所以为了使楼房每平方米的平均综合费用最少,该楼房应建为15层.
12.解 收入R=q·p=q=25q-q2.
利润L=R-C=-(100+4q)
=-q2+21q-100 (0L′=-q+21,
令L′=0,即-q+21=0,解得q=84.
因为当00;
当84所以当q=84时,L取得最大值.
所以产量q为84时,利润L最大.