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数学破题36计第25计 函数开门 以静显动

●计名释义

函数把运动学带进了数学.函数本身讲的是数的互动,而静则是运动过程中的某一即时状态.动以静为参照,没有参照物的运动是没有意义的,同样没有“静数”的函数也无意义.当变量(动数)的个数较多时,我们先考虑一对互动中的变数,而把其他变数暂视静止(常数或参数),例如,考虑二次函数y=ax2+bx+c时,是把x,y看作一对互动的变数,而把a,b,c看作“静数”.其实,a,b,c也在变化,只是要等到需要考虑它们的变化时再把它们视作变数.●典例示范

1  设双曲线

与直线x+y=1相交于两个不同的点AB,求双曲线离心率的取值范围.

分析   求取值范围就是求离心率e的值域.为此,我们要寻求e的函数式.

解答   按双曲线离心率的关系式,有



插语   公式e=

本来是“静式”,现在让其运动起来,成了函数式f (a).启发我们求函数e=f (a)的定义域,即a的取值范围.

续解   由双曲线与直线相交于两点,得方程组

插语   我们并非要从这个方程中解得xy的值,而是要由“方程组有2个解”的条件求出a2的取值范围.

续解   y后整理得

函数e=f (a)=

在(01)和(1
)上都是减函数,故有f (a)>
f (a)
.即所求范围是
.

点评   函数解题,动静相依,动静互控,从而实现由简单函数与复合函数的互动,以及函数与方程,函数与不等式的互动.

附录   以下我们用函数性质讨论a2的取值范围.

由方程组解得:a2=h(x)=

.由于
0,所以a21.因为
,所以a22.

由于相交的两点AB对应着不同的x值,因此a2x的对应是12,因此在h (x)x2,由此得到a22.    故有a2<2.

2  解方程(x+6)2003+x2003+2x+6=0.

解答   将原方程变形得(x+6)2003+(x+6)=(-x)2003+(-x).

由方程的特点,我们构造函数f x)=x2003+x,知f (x)xR上的单调递增函数,又f (x+6)= f (-x),x+6=-x,即x=-3.

点评   此题从方程的特点入手,利用函数思想,构造了函数f (x)=x2003+x,把解方程的问题变为讨论函数的性质的问题,巧妙地求出了方程的解.

3  xOy平面上给定一曲线y2-2x=0.

()设点A的坐标为(

,0),曲线上距点A最近的点P的坐标及相应的距离|PA|.

()设点A的坐标为(a,0)aR,曲线上点到点A的距离的最小值.

解答   ()P(x,y)为曲线上任意一点,y2=2x(x0),

|PA|2=



∴当x=0时,|PA|取得最小值

.

()P(x,y)为曲线上任意一点,同理有    |PA|2=(x-a)2+y2=x-(a-1)2+(2a-1)(x0),

①当a1时,在x=a-10处,|PA|取得最小值

.

②当a<0时,在x=0处,|PA|取得最小值

点评   解题方向是建立目标函数,然后转化为以a为自变量的二次函数在闭区间上的最值问题.

4  某工厂有旧墙一面长14米,现准备利用这面旧墙建造平面图形为矩形,面积为126平方米的厂房,工程条件:①建1米新墙的费用为a元;②修1米旧墙的费用是

元;③拆去1米旧墙,用所得材料建1米新墙的费用为
.经过讨论有两种方案:

1)利用旧墙的一段x米(x<14)为矩形厂房一面的边长;

2)矩形厂房利用旧墙的一面边长为x14.问如何利用旧墙,即x为多少米时,建墙费用最省?(1)、(2)两种方案哪个更好?

分析   通过分析已知条件比较容易想到用函数模型来解此题.以建墙费用为目标函数,再通过讨论函数的最小值来解决问题.

解答   设利用旧墙的一面边长为x米,则矩形的另一面边长为

.

1)利用旧墙的一段x米(x<14)为矩形一面边长,则修旧墙的费用为

元,将剩余的旧墙拆得的材料建新墙的费用为
元,其余建新墙的费用为:
元,

故总费用为:

y=

:

       所以,

当且仅当

           x=12(014)米时,ymin=35a

(2)若利用旧墙一面矩形边长x14,则修旧墙的费用为

元,建新墙的费用为
元,故总费用为:

但由于x=
时,x=
<14x14,+),因此均值不等式此处失灵.

以下用求导法解决问题:

y=2a1-

.                 x>
时,y>0,而14>
.

x∈[14,+∞)时函数y单调增.

x=14时,ymin=

综上所述,采用方案(1),利用旧墙12米为矩形的一面边长时,建墙的总费用最省,费用为35a.

点评   函数应用题真正的难点在于处理其中的最值问题.这也就是函数的“玄机”所在.处理最值的手段很多,有利用均值不等式;利用函数的单调性;利用导函数;利用三角函数的有界性等.其中“导函数法”有通用、快捷的特点,应是掌握的重点。

●对应训练

1.abcR,且它们的绝对值都不大于1,求证ab+bc+ca+10.

2.直线m:y=kx+1和双曲线x2-y2=1在左支交于AB两点,直线lP(-2,0)AB线段的中点M,求ly轴上的截距b的取值范围.

3.某工厂20051月、2月、3月生产某产品的数量分别为1万件、1.2万件、1.3万件,为了估测以后每个月的产量,以这三个月的产量为依据,用一个函数模拟产品的月产量y与月份x的关系,模拟函数可以选用二次函数或函数y=abx+c(其中abc为常数),已知4月份该产品的产量为1.37万件,请问用以上哪个函数作为模拟函数较好,并说明理由。

●参考答案

1.分析   构造函数f (a)=ab+bc+ca+1f (a)是关于a的一次函数,由于a∈[-1,1],只要证明f (1)0f (-1)0,即可证明f (a)0.

证明   f (a)=(b+c)a+bc+1f (a)是关于a的一次函数.

abc∈[-1,1,             f (1)=b+c+bc+1=b(1+c)+(c+1)=(b+1)(c+1)0

f (-1)=-(b+c)+bc+1=b(c-1)+(1-c)=(1-b)(1-c)0.

f (a)在[-1,1]上恒为非负,即f (a)0.                 ab+bc+ca+10.

点评   本题解法的关键在于要具有函数意识,能结合式子结构特征构造出一次函数f (a),从而由一次函数的图象及性质,使问题得以解决.

2.解析  

消去y(k2-1)x2+2kx+2=0,

由题意得

解得1<k<
.

M(x0y0),则

P(-2,0)M

Q(0,b)三点共线可求得b=
.

f (k)=-2k2+k+2,则f (k)(1,

)上为减函数.

,且f(k)0.

        b<-(2+
)b>2.

点评   通过建立bk的函数关系式,借用函数的单调性,将问题转化为函数的值域以确定.

3.思考   根据题意,该产品的月产量y是月份x的函数,可供选用的函数有两种.其中哪一种函数确定的4月份该产品的产量愈接近于1.37万件,哪种函数作为模拟函数就较好,故应先确定出这两个函数的具体解析式.

y1=f (x)=px2+qx+r(pqr为常数,且p0)y2=g(x)=abx+c.

据已知,得

解得p=-0.05q=0.35r=0.7;

a=-0.8b=0.5c=1.4                   f (x)=-0.05x2+0.35x+0.7;

g(x)=-0.8×0.5x+1.4.                    f (4)=1.3g(4)=1.35,

显然g(4)更接近于1.37,故选用y=0.8×0.5x+1.4作为模拟函数较好.

点评   用待定系数法确定两种模拟函数的解析式是解答本题的关键.

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