2020版高中數(shù)學(xué) 第四章 導(dǎo)數(shù)應(yīng)用 2.1 實際問題中導(dǎo)數(shù)的意義學(xué)案(含解析)北師大版選修1 -1.docx
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2.1 實際問題中導(dǎo)數(shù)的意義 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.利用實際問題加強對導(dǎo)數(shù)概念的理解.2.能利用導(dǎo)數(shù)求解有關(guān)實際問題. 知識點 實際問題中導(dǎo)數(shù)的意義 思考 某人拉動一個物體前進,他所做的功W(單位:J)是時間t(單位:s)的函數(shù),設(shè)這個函數(shù)可以表示為W=W(t)=t3-4t2+10t. (1)t從1s到4s時W關(guān)于t的平均變化率是多少? (2)上述問題的實際意義是什么? (3)W′(1)的實際意義是什么? 答案 (1)==11 (J/s). (2)它表示從t=1s到t=4s這段時間內(nèi),這個人平均每秒做功11J. (3)W′(t)=3t2-8t+10, W′(1)=5表示在t=1s時每秒做功5J. 總結(jié) (1)功與功率:在物理學(xué)中,通常稱力在單位時間內(nèi)做的功為功率,它的單位是瓦特.功率是功關(guān)于時間的導(dǎo)數(shù). (2)降雨強度:在氣象學(xué)中,通常把單位時間(如1時,1天等)內(nèi)的降雨量稱作降雨強度,它是反映一次降雨大小的一個重要指標(biāo).降雨強度是降雨量關(guān)于時間的導(dǎo)數(shù). (3)邊際成本:在經(jīng)濟學(xué)中,通常把生產(chǎn)成本y關(guān)于產(chǎn)量x的函數(shù)y=f(x)的導(dǎo)函數(shù)稱為邊際成本.邊際成本f′(x0)指的是當(dāng)產(chǎn)量為x0時,生產(chǎn)成本的增加速度,也就是當(dāng)產(chǎn)量為x0時,每增加一個單位的產(chǎn)量,需要增加f′(x0)個單位的成本. (4)瞬時速度:物體在某一時刻的速度稱為瞬時速度,它是位移s對時間t的導(dǎo)數(shù);速度對時間的導(dǎo)數(shù)是加速度. (5)線密度:單位長度的物體質(zhì)量稱為線密度,它是質(zhì)量關(guān)于長度的導(dǎo)數(shù). 1.導(dǎo)數(shù)解決的問題通常是變化率的問題.( √ ) 2.位移對時間的導(dǎo)數(shù)是速度,速度對時間的導(dǎo)數(shù)為加速度.( √ ) 3.導(dǎo)數(shù)的實際意義與變量表示的實際含義有關(guān),同一個函數(shù)表達式,其導(dǎo)數(shù)的實際意義因變量實際含義的不同而不同.( √ ) 題型一 導(dǎo)數(shù)在物理學(xué)中的意義 例1 某質(zhì)點的運動方程為s=s(t)=2t2+3t,其中s是位移(單位:m),t是時間(單位:s). (1)求當(dāng)t從1s變到3s時,位移s關(guān)于時間t的平均變化率,并解釋它的實際意義; (2)求s′(1),s′(2),并解釋它們的實際意義. 考點 實際問題中導(dǎo)數(shù)的意義 題點 導(dǎo)數(shù)在物理學(xué)中的意義 解 (1)當(dāng)t從1s變到3s時,s關(guān)于t的平均變化率為===11(m/s). 它表示從t=1s到t=3s這段時間內(nèi),該質(zhì)點平均每秒的位移是11m. (2)由導(dǎo)數(shù)公式表和導(dǎo)數(shù)的運算法則可得s′(t)=4t+3,則s′(1)=4+3=7(m/s),s′(2)=42+3=11(m/s). s′(1)表示的是該質(zhì)點在t=1s時的瞬時速度,也就是該質(zhì)點在t=1s這個時刻的瞬時速度為7m/s. s′(2)表示的是該質(zhì)點在t=2s時的瞬時速度,也就是該質(zhì)點在t=2s這個時刻的瞬時速度為11m/s. 反思感悟 根據(jù)導(dǎo)數(shù)的實際意義,在物理學(xué)中,除了我們所熟悉的位移、速度與時間的關(guān)系、功與時間的關(guān)系,還應(yīng)了解質(zhì)量關(guān)于體積的導(dǎo)數(shù)為密度,電量關(guān)于時間的導(dǎo)數(shù)為電流強度等.因此,在解釋某點處的導(dǎo)數(shù)的物理意義時,應(yīng)結(jié)合這些導(dǎo)數(shù)的實際意義進行理解. 跟蹤訓(xùn)練1 某河流在一段時間xmin內(nèi)流過的水量為ym3,y是x的函數(shù),且y=f(x)=. (1)當(dāng)x從1變到8時,y關(guān)于x的平均變化率是多少? (2)求f′(27),并解釋它的實際意義. 考點 實際問題中導(dǎo)數(shù)的意義 題點 導(dǎo)數(shù)在物理學(xué)中的意義 解 (1)當(dāng)x從1變到8時,y關(guān)于x的平均變化率為== (m3/min). (2)f′(x)=,于是f′(27)== (m3/min),實際意義為當(dāng)時間為27min時,水流量增加的速度為m3/min,也就是當(dāng)時間為27min時,每增加1min,水流量增加m3. 題型二 導(dǎo)數(shù)在經(jīng)濟生活中的應(yīng)用 例2 某機械廠生產(chǎn)某種機器配件的最大生產(chǎn)能力為每日100件,假設(shè)日產(chǎn)品的總成本C(元)與日產(chǎn)量x(件)的函數(shù)關(guān)系為C(x)=x2+60x+2050.求當(dāng)日產(chǎn)量由10件提高到20件時,總成本的平均改變量,并說明其實際意義. 考點 實際問題中導(dǎo)數(shù)的意義 題點 導(dǎo)數(shù)在經(jīng)濟生活中的應(yīng)用 解 當(dāng)x從10件提高到20件時,總成本C從C(10)=2675元變到C(20)=3350元. 此時總成本的平均改變量為 =67.5(元/件), 其表示日產(chǎn)量從10件提高到20件時平均每件產(chǎn)品的總成本的改變量. 引申探究 1.若本例條件不變,求當(dāng)日產(chǎn)量為75件時的邊際成本,并說明其實際意義. 解 因為C′(x)=x+60, 所以C′(75)=75+60=97.5(元/件), 它指的是當(dāng)日產(chǎn)量為75件時,每多生產(chǎn)一件產(chǎn)品,需增加成本97.5元. 2.若本例的條件“C(x)=x2+60x+2050”變?yōu)椤癈(x)=x2+ax+2050,當(dāng)日產(chǎn)量為75件時的邊際成本大于97.5”,求a的取值范圍. 解 因為C′(x)=x+a, 所以日產(chǎn)量為75件時的邊際成本大于97.5, 即C′(75)=75+a>97.5, 解得a>60. 反思感悟 生產(chǎn)成本y關(guān)于產(chǎn)量x的函數(shù)y=f(x)中,f′(x0)指的是當(dāng)產(chǎn)量為x0時,生產(chǎn)成本的增加速度,也就是當(dāng)產(chǎn)量為x0時,每增加一個單位的產(chǎn)量,需增加f′(x0)個單位的成本. 跟蹤訓(xùn)練2 已知某商品的成本函數(shù)為C(Q)=100+(Q為產(chǎn)品的數(shù)量). (1)求當(dāng)Q=10時的總成本、平均成本及邊際成本; (2)當(dāng)產(chǎn)量Q為多少時,平均成本最?。孔钚槎嗌?? 考點 實際問題中導(dǎo)數(shù)的意義 題點 導(dǎo)數(shù)在經(jīng)濟生活中的應(yīng)用 解 (1)當(dāng)Q=10時的總成本C(10)=100+=125; Q=10時的平均成本==12.5. 邊際成本即成本函數(shù)C(Q)對產(chǎn)量Q的導(dǎo)數(shù), 故邊際成本C′(Q)=Q, Q=10時的邊際成本是C′(10)=5. (2)由(1)得,平均成本==+, 而+≥2=10, 當(dāng)且僅當(dāng)=,即Q=20時,等號成立, 所以當(dāng)產(chǎn)量Q為20時,平均成本最小,且平均成本的最小值是10. 題型三 導(dǎo)數(shù)在日常生活中的應(yīng)用 例3 一名工人上班后開始連續(xù)工作,生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量y(單位:g)是工作時間x(單位:h)的函數(shù),設(shè)這個函數(shù)為y=f(x)=+4. (1)求x從1h變到4h時,y關(guān)于時間x的平均變化率,并解釋它的實際意義; (2)求f′(1),f′(4),并解釋它的意義. 考點 實際問題中導(dǎo)數(shù)的意義 題點 導(dǎo)數(shù)在日常生活中的應(yīng)用 解 (1)當(dāng)x從1h變到4h時, 產(chǎn)量y從f(1)=g變到f(4)=g, 此時平均變化率為== (g/h), 它表示從1h到4h這段時間這個人平均每小時生產(chǎn)g產(chǎn)品. (2)f′(x)=+, 于是f′(1)= (g/h),f′(4)= (g/h), 分別表示在第1小時和第4小時這個人每小時生產(chǎn)產(chǎn)品g和g. 反思感悟 在不同的實際問題中導(dǎo)數(shù)的意義是不相同的,要結(jié)合具體問題進行分析,在某一點處的導(dǎo)數(shù)的實際意義是當(dāng)自變量在該點處的改變量趨近于零時,平均變化率所趨近的值,問題不同有不同的意義. 跟蹤訓(xùn)練3 某年高考,某考生在參加數(shù)學(xué)考試時,其解答完的題目數(shù)量y(單位:道)與所用時間x(單位:分鐘)近似地滿足函數(shù)關(guān)系式y(tǒng)=f(x)=2. (1)求x從0分鐘變化到36分鐘時,y關(guān)于x的平均變化率,并解釋它的實際意義; (2)求f′(64),f′(100),并解釋它的實際意義. 考點 實際問題中導(dǎo)數(shù)的意義 題點 導(dǎo)數(shù)在日常生活中的應(yīng)用 解 (1)x從0分鐘變化到36分鐘,y關(guān)于x的平均變化率為==. 它表示該考生前36分鐘平均每分鐘解答道題. (2)∵f′(x)=,∴f′(64)=,f′(100)=. 它們分別表示該考生在第64分鐘和第100分鐘時每分鐘可解答和道題. 1.某公司的盈利y(元)和時間x(天)的函數(shù)關(guān)系是y=f(x),假設(shè)f(x)>0恒成立,且f′(10)=10,f′(20)=1,則這些數(shù)據(jù)說明第20天與第10天比較( ) A.公司已經(jīng)虧損 B.公司的盈利在增加,且增加的幅度變大 C.公司在虧損且虧損幅度變小 D.公司的盈利在增加,但增加的幅度變小 考點 實際問題中導(dǎo)數(shù)的意義 題點 導(dǎo)數(shù)在經(jīng)濟中的應(yīng)用 答案 D 解析 導(dǎo)數(shù)為正說明盈利是增加的,導(dǎo)數(shù)變小說明增加的幅度變小了,但還是增加的. 2.某人拉動一個物體前進,他所做的功W是時間t的函數(shù),即W=W(t),則W′(t0)表示( ) A.t=t0時做的功 B.t=t0時的速度 C.t=t0時的位移 D.t=t0時的功率 考點 實際問題中導(dǎo)數(shù)的意義 題點 導(dǎo)數(shù)在物理學(xué)中的應(yīng)用 答案 D 解析 W′(t0)表示t=t0時的功率. 3.某收音機制造廠的管理者通過對上午上班工人工作效率的研究表明:一個中等技術(shù)水平的工人,從8:00開始工作,t小時后可裝配晶體管收音機的臺數(shù)為Q(t)=-t3+9t2+12t,則Q′(2)=________,它的實際意義是__________________________________. 考點 實際生活中導(dǎo)數(shù)的意義 題點 導(dǎo)數(shù)在日常生活中的應(yīng)用 答案 36臺/小時 10:00時,工人裝配晶體管收音機的速度為36臺/小時 解析 Q′(t)=-3t2+18t+12,則Q′(2)=36, 由題意知10:00時,工人裝配晶體管收音機的速度為36臺/小時. 4.某物體的運動速度與時間的關(guān)系為v(t)=2t2-1,則t=2時的加速度為________. 考點 實際生活中導(dǎo)數(shù)的意義 題點 導(dǎo)數(shù)在物理學(xué)中的意義 答案 8 解析 ∵v′(t)=4t,∴v′(2)=8. 5.建造一幢長度為xm的橋梁需成本y萬元,函數(shù)關(guān)系為y=f(x)=(x2+x+3)(x>0). (1)當(dāng)x從100變到200時,平均每米的成本為____萬元; (2)f′(100)=____________萬元/m, 其實際意義為____________________________. 答案 (1)30.1 (2)20.1 當(dāng)長度為100m時,每增加1m的長度,成本就增加20.1萬元 解析 (1)f(100)=1010.3,f(200)=4020.3, ∴=30.1(萬元/m), 即平均變化率為30.1萬元/m. (2)f′(x)=(2x+1),∴f′(100)=20.1(萬元/m),即當(dāng)長度為100m時,每增加1m的長度,成本就增加20.1萬元. 1.解決實際問題的一般思路:實際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題,數(shù)學(xué)問題的結(jié)論回到實際問題的結(jié)論. 2.解決實際問題的一般步驟 (1)審題:閱讀理解文字表達的題意,分清條件和結(jié)論,找出問題的主要關(guān)系. (2)建模:將文字語言轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)語言,利用數(shù)學(xué)知識,建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型. (3)解模:把數(shù)學(xué)問題化歸為常規(guī)問題,選擇合適的數(shù)學(xué)方法求解. (4)對結(jié)果進行驗證評估,定性、定量分析,作出正確的判斷,確定其答案. 一、選擇題 1.一次降雨過程中,降雨量y是時間t的函數(shù),用y=f(t)表示,則f′(10)表示( ) A.t=10時的降雨強度 B.t=10時的降雨量 C.t=10時的時間 D.t=10時的溫度 考點 實際生活中導(dǎo)數(shù)的意義 題點 導(dǎo)數(shù)在日常生活中的應(yīng)用 答案 A 解析 f′(t)表示t時刻的降雨強度. 2.圓的面積S是半徑r的函數(shù)S(r)=πr2,那么在r=3時,面積的變化率是( ) A.6B.9C.9πD.6π 考點 實際生活中導(dǎo)數(shù)的意義 題點 導(dǎo)數(shù)在日常生活中的意義 答案 D 解析 面積S在r=3時的變化率為S′(3)=2π3=6π. 3.設(shè)一輛轎車在公路上做加速直線運動,假設(shè)速度v(單位:m/s)與時間t(單位:s)的函數(shù)關(guān)系為v=v(t)=t3+3t,則t=t0s時轎車的加速度為( ) A.t+3t0 B.3t+3 C.3t+3t0 D.t+3 考點 實際生活中導(dǎo)數(shù)的意義 題點 導(dǎo)數(shù)在物理學(xué)中的意義 答案 B 解析 v′(t)=3t2+3,則當(dāng)t=t0s時的速度變化率為v′(t0)=3t+3(m/s2),則t=t0s時轎車的加速度為(3t+3) m/s2. 4.某汽車的緊急剎車裝置在遇到特別情況時需在2s內(nèi)完成剎車,其位移(單位:m)關(guān)于時間(單位:s)的函數(shù)為s(t)=-t3-4t2+20t+15,則s′(1)的實際意義為( ) A.汽車剎車后1s內(nèi)的位移 B.汽車剎車后1s內(nèi)的平均速度 C.汽車剎車后1s時的瞬時速度 D.汽車剎車后1s時的位移 考點 實際生活中導(dǎo)數(shù)的意義 題點 導(dǎo)數(shù)在物理學(xué)中的意義 答案 C 5.從時刻t=0開始的ts內(nèi),通過某導(dǎo)體的電量(單位:C)可由公式q=2t2+3t表示,則第5s時電流強度為( ) A.27C/s B.20 C/s C.25C/s D.23 C/s 考點 實際生活中導(dǎo)數(shù)的意義 題點 導(dǎo)數(shù)在物理學(xué)中的意義 答案 D 解析 某導(dǎo)體的電量q在5s時的瞬時變化率就是第5s時的電流強度. ∵q′=4t+3, ∴當(dāng)t=5時,電流強度為45+3=23(C/s). 6.汽車經(jīng)過啟動、加速行駛、勻速行駛、減速行駛之后停車,若把這一過程中汽車的行駛路程s看作時間t的函數(shù),其圖像可能是( ) 考點 實際生活中導(dǎo)數(shù)的意義 題點 導(dǎo)數(shù)在物理學(xué)中的意義 答案 A 解析 開始啟動,從原點開始;加速行駛,則路程的增速較快;勻速行駛,路程的增速是常數(shù);減速行駛,路程的增速減慢,所以只有選項A合適. 7.已知一根金屬棒的質(zhì)量y(單位:kg)是長度x(單位:m)的函數(shù):y=f(x)=3,則從4m到9m這一段金屬棒的平均線密度是( ) A.kg/m B.kg/m C.kg/m D.kg/m 答案 B 解析?。剑?kg/m). 8.如圖所示,設(shè)有定圓C和定點O,當(dāng)l從l0開始在平面上繞O勻速旋轉(zhuǎn)(旋轉(zhuǎn)角度不超過90)時,它掃過的圓內(nèi)陰影部分的面積S是時間t的函數(shù),則函數(shù)的圖像大致是( ) 考點 實際生活中導(dǎo)數(shù)的意義 題點 導(dǎo)數(shù)在日常生活中的應(yīng)用 答案 D 解析 由于是勻速旋轉(zhuǎn),所以陰影部分的面積在開始和最后時段緩慢增加,而中間時段相對增速較快.選項A表示面積的增速是常數(shù),與實際不符;選項B表示最后時段面積的增速較快,與實際不符;選項C表示開始和最后時段面積的增速比中間時段面積的增速快,與實際不符;選項D表示開始和最后時段面積的增速緩慢,中間時段增速較快,符合實際. 二、填空題 9.某物體的位移s是時間t的函數(shù)s=2t3-at,物體在t=1時的速度為8,則a的值為________. 考點 實際生活中導(dǎo)數(shù)的意義 題點 導(dǎo)數(shù)在物理學(xué)中的意義 答案?。? 解析 s′=6t2-a,由題意知612-a=8,∴a=-2. 10.已知某生產(chǎn)廠家的年利潤y(單位:萬元)與年產(chǎn)量x(單位:萬件)的函數(shù)關(guān)系式為y=-x3+81x-234,則使該生產(chǎn)廠家獲得最大年利潤的年產(chǎn)量為________萬件. 考點 實際生活中導(dǎo)數(shù)的意義 題點 導(dǎo)數(shù)在經(jīng)濟生活中的應(yīng)用 答案 9 解析 令y′=-x2+81=0,得x=9或-9(舍去), 當(dāng)x=9時,ymax=252. 11.一物體沿直線運動的方程為s(t)=t4-t3+2t2,那么速度為0的時刻為(s單位:m,t單位:s)________. 考點 實際生活中導(dǎo)數(shù)的意義 題點 導(dǎo)數(shù)在物理學(xué)中的意義 答案 0s,1s,4s 解析 s′(t)=t3-5t2+4t,根據(jù)導(dǎo)數(shù)的意義可知v=s′(t),令t3-5t2+4t=0,解得t=0或t=1或t=4. 三、解答題 12.在F1賽車中,賽車位移s與比賽時間t存在函數(shù)關(guān)系s=10t+5t2(s的單位為m,t的單位為s). 求:(1)當(dāng)t=20,Δt=0.1時的Δs與; (2)當(dāng)t=20時的瞬時速度. 考點 實際生活中導(dǎo)數(shù)的意義 題點 導(dǎo)數(shù)在物理學(xué)中的意義 解 (1)因為Δs=s(20.1)-s(20) =(1020.1+520.12)-(1020+5202) =21.05(m), 所以==210.5(m/s). (2)因為s′=10+10t,所以當(dāng)t=20時, s′=10+1020=210(m/s), 即t=20時的瞬時速度為210m/s. 13.某食品廠生產(chǎn)某種食品的總成本C(單位:元)和總收入R(單位:元)都是日產(chǎn)量x(單位:kg)的函數(shù),分別為C(x)=100+2x+0.02x2,R(x)=7x+0.01x2,試求邊際利潤函數(shù)以及當(dāng)日產(chǎn)量分別為200kg,250kg,300kg時的邊際利潤,并說明其經(jīng)濟意義. 考點 實際生活中導(dǎo)數(shù)的意義 題點 導(dǎo)數(shù)在經(jīng)濟生活中的應(yīng)用 解 (1)根據(jù)定義知,總利潤函數(shù)為 L(x)=R(x)-C(x)=5x-100-0.01x2, 所以邊際利潤函數(shù)為L′(x)=5-0.02x. (2)當(dāng)日產(chǎn)量分別為200kg,250kg,300kg時,邊際利潤分別為L′(200)=1,L′(250)=0,L′(300)=-1. 其經(jīng)濟意義是:當(dāng)日產(chǎn)量為200kg時,每增加1kg,則總利潤可增加1元;當(dāng)日產(chǎn)量為250kg時,每增加1kg,則總利潤無變化;當(dāng)日產(chǎn)量為300kg時,每增加1kg,則總利潤減少1元.由此可得:當(dāng)企業(yè)的某一產(chǎn)品的生產(chǎn)量超過了邊際利潤的零點時,反而會使企業(yè)“無利可圖”. 14.向高為8m,底面邊長為8m的倒置四棱錐形的容器內(nèi)注水,其速度為每分鐘m3,則當(dāng)水深為5m時,水面上升的速度為________m/min. 答案 解析 設(shè)注水tmin時,水的深度為hm,則容器內(nèi)水的體積為t=h2h, 則h=2t, 所以h′(t)=t-. 當(dāng)h=5時,t=, 故v=h′=(m/min). 15.日常生活中的飲用水通常是通過凈化得到的,隨著水純凈度的增加,所需凈化費用不斷增加,已知將1t水凈化到純凈度為x%時所需費用(單位:元)為c(x)= (80- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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- 2020版高中數(shù)學(xué) 第四章 導(dǎo)數(shù)應(yīng)用 2.1 實際問題中導(dǎo)數(shù)的意義學(xué)案含解析北師大版選修1 -1 2020 高中數(shù)學(xué) 第四 導(dǎo)數(shù) 應(yīng)用 實際問題 意義 解析 北師大 選修
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