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高考數(shù)學應用題的命題規(guī)律及考查特點

2016-06-15 12:26朱振華
中學課程輔導高考版·學生版 2016年6期
關鍵詞:包裝盒基礎知識應用題

縱觀近幾年江蘇高考數(shù)學試卷,明顯加大了對應用題的考查力度,從2008年新高考以來,每年除了在填空有考查外,必有一道解答題,其中2008年、2010年、2011年、2012年、2015年都是放在試卷的第17題,2013年、2014年放在試卷的第18題,2009年放在試卷的第19題,考查的知識點都是B級考點的綜合應用,試題的難度屬于中檔題.

江蘇高考數(shù)學試題中,對數(shù)學應用于解決實際問題的考查已經趨于成熟,它主要考查函數(shù)、方程、三角、解三角形、導數(shù)、數(shù)列、基本不等式、解析幾何等基礎知識,考查數(shù)學建模能力、抽象概括能力、空間想象能力、數(shù)學閱讀能力和解決實際問題的能力.2008年考查了函數(shù)的應用,解三角形;2009年考查了函數(shù)的應用和不等式;2010、2013年考查了解三角形的知識、三角函數(shù)及不等式的應用;2012年考查了函數(shù)與方程;2014年考查了直線方程、直線與圓的位置關系和解三角形等基礎知識;2011、2015年考查函數(shù)的概念,導數(shù)等基礎知識.

高考數(shù)學應用題常見模型有:(1)函數(shù)應用模型:涉及最值問題;(2)三角應用模型:涉及測量問題;(3)不等式(組)應用模型:涉及優(yōu)化問題;(4)方程(組)及坐標系應用模型:涉及等量問題;(5)數(shù)列應用模型:涉及年代及預測問題;(6)立體幾何模型:涉及空間圖形問題;(7)概率、統(tǒng)計模型:涉及數(shù)據(jù)計算、預估等問題.

題型一通過建立函數(shù)模型來解應用題

例1(2011江蘇17)請你設計一個包裝盒,如圖所示,ABCD是邊長為60cm的正方形硬紙片,切去陰影部分所示的四個全等的等腰直角三角形,再沿虛線折起,使得ABCD四個點重合于圖中的點P,正好形成一個正四棱柱形狀的包裝盒,E、F在AB上是被切去的等腰直角三角形斜邊的兩個端點,設AE=FB=xcm.

(1)若廣告商要求包裝盒側面積S(cm)最大,試問x應取何值?

(2)若廣告商要求包裝盒容積V(cm)最大,試問x應取何值?并求出此時包裝盒的高與底面邊長的比值.

解:(1)S=602-4x2-(60-2x)2=240x-8x2(0

(2)V=(2x)222(60-2x)=22x2(30-x)(0

當0

此時,包裝盒的高與底面邊長的比值為22(60-2x)2x=12.

評注:本小題主要考查函數(shù)的概念、導數(shù)等基礎知識,考查數(shù)學建模能力、空間想象能力、數(shù)學閱讀能力以及解決實際問題的能力.

例2(2015江蘇17)某山區(qū)外圍有兩條相互垂直的直線型公路,為進一步改善山區(qū)的交通現(xiàn)狀,計劃修建一條連接兩條公路和山區(qū)邊界的直線型公路,記兩條相互垂直的公路為l1,l2,山區(qū)邊界曲線為C,計劃修建的公路為l,如圖所示,M,N為C的兩個端點,測得點M到l1,l2的距離分別為5千米和40千米,點N到l1,l2的距離分別為20千米和2.5千米,以l2,l1在的直線分別為x,y軸,建立平面直角坐標系xOy,假設曲線C符合函數(shù)y=ax2+b(其中a,b為常數(shù))模型.

(1)求a,b的值;

(2)設公路l與曲線C相切于P點,P的橫坐標為t.

①請寫出公路l長度的函數(shù)解析式f(t),并寫出其定義域;

②當t為何值時,公路l的長度最短?求出最短長度.

解:(1)由題意知,點M,N的坐標分別為(5,40),(20,2.5),

將其分別代入y=ax2+b,得a25+b=40a400+b=2.5,解得a=1000b=0.

(2)①由(1)y=1000x2(5≤x≤20),P(t,1000t2),

∴y′=-2000x3,∴kl=-2000t3,

∴切線l的方程為y-1000t2=-2000t3(x-t),

設在點P處的切線l交x,y軸分別于A,B點,則A(3t2,0),B(0,3000t2),

∴f(t)=(3t2)2+(3000t2)2=32t2+4×106t4,t∈[5,20];

②設g(t)=t2+4×106t4,則g′(t)=2t-16×106t5=0,解得t=102,

t∈(5,102)時,g′(t)<0,g(t)是減函數(shù);

t∈(102,20)時,g′(t)>0,g(t)是增函數(shù),

從而t=102時,函數(shù)g(t)有極小值也是最小值,

∴g(t)min=300,

∴f(t)min=153.

答:t=102時,公路l的長度最短,最短長度為153千米.

評注:本題考查利用數(shù)學知識,建立函數(shù)模型解決實際問題,考查了函數(shù)與方程、導數(shù)知識的綜合運用,確定函數(shù)關系,正確求導是關鍵.

題型二通過建立不等式模型來解應用題

例3(2009江蘇19)按照某學者的理論,假設一個人生產某產品單件成本為a元,如果他賣出該產品的單價為m元,則他的滿意度為mm+a;如果他買進該產品的單價為n元,則他的滿意度為nn+a.如果一個人對兩種交易(賣出或買進)的滿意度分別為h1和h2,則他對這兩種交易的綜合滿意度為h1h2.

現(xiàn)假設甲生產A、B兩種產品的單件成本分別為12元和5元,乙生產A、B兩種產品的單件成本分別為3元和20元,設產品A、B的單價分別為mA元和mB元,甲買進A與賣出B的綜合滿意度為h甲,乙賣出A與買進B的綜合滿意度為h乙.

(1)求h甲和h乙關于mA、mB的表達式;當mA=35mB時,求證:h甲=h乙.

(2)設mA=35mB,當mA、mB分別為多少時,甲、乙兩人的綜合滿意度均最大?最大的綜合滿意度為多少?

(3)記(2)中最大的綜合滿意度為h0,試問能否適當選取mA、mB的值,使得h甲≥h0和h乙≥h0同時成立,但等號不同時成立?試說明理由.

解:(1)h甲=mAmA+12·mBmB+5,

h乙=mAmA+3·mBmB+20,(mA∈[3,12],mB∈[5,20]),

當mA=35mB時,h甲=35mB35mB+12·mBmB+5=m2B(mB+20)(mB+5),

h乙=35mB35mB+3·mBmB+20

=m2B(mB+5)(mB+20),h甲=h乙.

(2)當mA=35mB時,

h甲=m2B(mB+20)(mB+5)

=1(1+20mB)(1+5mB)=1100(1mB)2+251mB+1,

由mB∈[5,20]得1mB∈[120,15],故當1mB=120即mB=20,mA=12時,

甲乙兩人同時取到最大的綜合滿意度為105.

(3)由(2)知:h0=105,

由h甲=mAmA+12·mBmB+5≥h0=105得:mA+12mA·mB+5mB≤52,

令3mA=x,5mB=y,則x、y∈[14,1],

即(1+4x)(1+y)≤52.

同理,由h乙≥h0=105得:(1+x)(1+4y)≤52.

另一方面,x、y∈[14,1],1+4x、1+4y∈[2,5],1+x、1+y∈[54,2],

(1+4x)(1+y)≥52,(1+x)(1+4y)≥52,當且僅當x=y=14,即mA=mB時,取等號.

所以不能適當選取mA、mB的值,使得h甲≥h0和h乙≥h0同時成立,但等號不同時成立.

評注:本小題主要考查函數(shù)的概念、基本不等式等基礎知識,考查數(shù)學建模能力、抽象概括能力以及數(shù)學閱讀能力.

題型三通過建立三角模型來解應用題

例4(2013年江蘇18)如圖,游客從某旅游景區(qū)的景點處下山至C處有兩種路徑.一種是從沿A直線步行到C,另一種是先從A沿索道乘纜車到B,然后從B沿直線步行到C.

現(xiàn)有甲、乙兩位游客從A處下山,甲沿AC勻速步行,速度為50m/min.在甲出發(fā)2min后,乙從A乘纜車到B,在B處停留1min后,再從B勻速步行到C.假設纜車勻速直線運動的速度為130m/min,山路AC長為1260m,經測量,cosA=1213,cosC=35.

(1)求索道AB的長;

(2)問乙出發(fā)多少分鐘后,乙在纜車上與甲的距離最短?

(3)為使兩位游客在C處相互等待的時間不超過3分鐘,乙步行的速度應控制在什么范圍內?

解:(1)∵cosA=1213,cosC=35,

∵0

∴sinA=513,sinC=45,

∵A+B+C=π,∴sinB=sin(A+C)=sinAcosC+cosAsinC=513·35+1213·45=6365,

∴ACsinB=ABsinC=BCsinA,

∴AB=sinCsinB·AC=45·6563·1260=1040m.

(2)BC=sinAsinB·AC=500,

設乙出發(fā)t(t≤8)分鐘后,甲到了D處,乙到了E處,則有AD=50t+100,AE=130t,

根據(jù)余弦定理DE2=AE2+AD2-2AE·AD·cosA,

即DE2=7400t2-14000t+10000,

∴當t=140002·7400=3537時,DE2有最小值,即

DE=2507437.

(3)設甲所用時間為t甲,乙所用時間為t乙,乙步行速度為V乙,

由題意t甲=126050=1265min,

t乙=2+1040130+1+500V乙=11+500V乙min,

∴-3≤1265-(11+500V乙)≤3,

解不等式得125043≤V乙≤62514.

評注:本小題主要考查正弦定理、二次函數(shù)的最值以及三角函數(shù)的基本關系、兩角和的正弦等基礎知識,考查數(shù)學閱讀能力和分析解決實際問題的能力.

題型四通過建立方程來解決應用問題

例5(2012江蘇17)如圖,建立平面直角坐標系xOy,x軸在地平面上,y軸垂直于地平面,單位長度為1千米.某炮位于坐標原點.已知炮彈發(fā)射后的軌跡在方程y=kx-120(1+k2)x2(k>0)表示的曲線上,其中k與發(fā)射方向有關.炮的射程是指炮彈落地點的橫坐標.

(1)求炮的最大射程;

(2)設在第一象限有一飛行物(忽略其大?。?,其飛行高度為3.2千米,試問它的橫坐標a不超過多少時,炮彈可以擊中它?請說明理由.

解:(1)∵炮位于坐標原點,炮彈發(fā)射后的軌跡方程為y=kx-120(1+k2)x2(k>0),炮的射程是指炮彈落地點的橫坐標,

∴令y=0,則炮的射程可表示為x=k120(1+k2),

∴炮的最大射程即x的最大值,

由題意得x>0,k>0,

∴x=k120(1+k2)=201k+k≤202=10km,當且僅當k=2時,等號成立,

∴炮的最大射程是10km.

(2)∵飛行物在第一象限內,其飛行高度為3.2千米,橫坐標為a,

∴飛行物的坐標為(a,3.2),

∴炮彈可以擊中它,即飛行物的坐標滿足炮彈的軌跡方程,

∴將飛行物坐標帶入炮彈的軌跡方程得:3.2=ka-120(1+k2)a2(k>0),

∴關于k的方程在k>0上有解,

∴a2k2-20ak+a2+64=0有正根,

∵a>0,∴只需Δ=(-20a)2-4a2(a2+64)≥0,

∴a≤6即a只需要不超過6km即可.

評注:本題主要考查函數(shù)、方程和基本不等式等基礎知識,考查數(shù)學閱讀能力和解決實際問題的能力.本題對變量與常量的辨別與理解至關重要,在審題中要關注好每個量的由來與界定,切實做到合理選擇,辨別清楚.

高考數(shù)學應用題,往往創(chuàng)意新穎,背景熟悉,貼近學生的生活實際,有助于培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新意識,是高考中熱點題型之一.數(shù)學應用題就是利用數(shù)學知識解決一些非數(shù)學領域中的問題.由于數(shù)學的高度抽象性,這就決定了數(shù)學應用的廣泛性,而應用題的非數(shù)學背景的多樣性,也就導致了解應用題往往是要在陌生的背景中去理解、分析所給出的有關問題,舍去與數(shù)學無關的非本質因素,把抽象轉化為相應的數(shù)學問題.

(作者:朱振華,江蘇省海門中學)

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