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    高考數(shù)學(xué)第一輪復(fù)習(xí)---函數(shù)最值的應(yīng)用

    一、最值綜合與應(yīng)用問題:

    1.最值綜合問題:這是中學(xué)數(shù)學(xué)最重要的題型之一,題型非常廣泛.

           ①幾何圖形的最值問題:在平幾、立幾、解幾圖形中求解面積、體積、距離及各種幾何量的最大、最小值;

    ②代數(shù)中的最值問題:求解方程(或不等式)的最大、最小解,數(shù)列的最大、最小項(xiàng),變量或代數(shù)式的最大、最小取值,等等;

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    2.最值應(yīng)用問題:這是應(yīng)用問題中最典型的內(nèi)容,如求解利潤、費(fèi)用的最大與最小,用料,時(shí)間最少,流量、銷量最大,選取的方法最多、最少等,都是常見的應(yīng)用問題。

    (二)學(xué)習(xí)要點(diǎn):

           在中學(xué)數(shù)學(xué)范圍內(nèi),最值綜合與應(yīng)用問題幾乎都要運(yùn)用函數(shù)的思想與方法解決,解答程序是:

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           ①正確選擇變量作自變量,根據(jù)問題的條件將問題轉(zhuǎn)化為函數(shù),建立函數(shù)的解析式,并求函數(shù)的(實(shí)際型)定義域;

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    ②求函數(shù)的極值,并結(jié)合函數(shù)的定義域得到函數(shù)的最值;

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    【例1】如圖,扇形AOB的半徑為1,

    中心角為45°,矩形EFGH內(nèi)接于扇形,

    求矩形對(duì)角線長的最小值.

       [解析]這是一道高考題,需要用函數(shù)思想解決它,

    但是取什么量作自變量是解決這個(gè)問題的關(guān)鍵,應(yīng)

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    反復(fù)斟酌. 根據(jù)這個(gè)問題的圖形特點(diǎn),取

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    將對(duì)角線長表示成這個(gè)角的函數(shù)是比較好的想法.

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    所以,當(dāng)時(shí),

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    [解法二]設(shè)矩形的高

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      ∴矩形的寬

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     ∴對(duì)角線

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      令

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      令

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      在的左、右兩側(cè)取定義域內(nèi)兩點(diǎn),如取

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      得

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           ∴的值在處左負(fù)右正,

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    .

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     [評(píng)析]該問題的難點(diǎn)是正確選擇自變量,上面兩種解法各有優(yōu)缺點(diǎn),解法一雖然簡單些,但選擇”角”作自變量有時(shí)會(huì)涉及到過多的三角知識(shí),在許多情況下會(huì)出現(xiàn)困難的運(yùn)算,應(yīng)慎重;解法二選擇矩形的邊長為自變量的想法要常規(guī)一些.

    【例2】已知正四棱錐邊長為3,求它的體積的最大值.

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    [解析]設(shè)底面邊長為,

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    左正右負(fù),∴當(dāng).

     

     

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    (初等方法)

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    等號(hào)成立時(shí),

    [評(píng)析]立體幾何中的最值綜合問題是高中數(shù)學(xué)中的一種重要題型,在立幾的復(fù)習(xí)中將會(huì)作更多的討論.

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    【例3】設(shè)是定義在上以2為周期的周期函數(shù),且為偶函數(shù),已知在區(qū)間[2,3]上=-2(-3)2+4,

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    (Ⅰ)求時(shí)的解析式;

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    (Ⅱ)若矩形ABCD的兩個(gè)頂點(diǎn)A、B在軸上,另兩個(gè)頂點(diǎn)C、D在函數(shù)的圖象上,求這個(gè)矩形面積的最大值.

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    (Ⅱ)設(shè)

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          當(dāng)

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       設(shè)

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      ∴矩形ABCD面積

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    左正右負(fù),

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       [評(píng)析]這是代數(shù)與幾何的綜合型的最值問題,由于這種問題能綜合考核較多的數(shù)學(xué)能力,因此這是常見的試題形式,在該問題中求的值域時(shí),換元這一步是很重要的想法,這樣大大降低了運(yùn)算量.

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    【例4】一變壓器的鐵芯截面為正十字型,為保證所需的磁通量,要求十字應(yīng)具有的面積,問應(yīng)如何設(shè)計(jì)十字型寬及長,才能使其外接圓的周長最短,這樣可使繞在鐵芯上的銅線最節(jié)省.

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         由條件知:

         設(shè)外接圓的半徑為R,即求R的最小值,

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       等號(hào)成立時(shí),

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        ∴當(dāng)時(shí)R2最小,即R最小,從而周長最小,

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       此時(shí)

      [評(píng)析]這是最值的應(yīng)用問題,在函數(shù)型的應(yīng)用問題中,最值應(yīng)用問題占了很大的比例,也是緊常見的應(yīng)用題的試題形式,應(yīng)多加強(qiáng)這方面的訓(xùn)練.

    (一)知識(shí)歸納:

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    二、最值在參數(shù)討論中的應(yīng)用

           1.“恒成立”問題:“設(shè)函數(shù)的定義域?yàn)閰^(qū)間D,

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    ①若對(duì)恒成立

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    ②若對(duì)恒成立

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           2.“存在”問題:設(shè)函數(shù)的定義域?yàn)閰^(qū)間D,

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    ①若存在,使得

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    ②若存在,使得

    (二)學(xué)習(xí)要點(diǎn):

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    1.“恒成立”與“存在”是參數(shù)討論中的兩類非常重要的問題,而通過求函數(shù)的最值是解決這兩類問題的重要方法,在具體解決問題時(shí)又有兩條基本思路:

           ①將“參數(shù)”與“變量”分離在不等號(hào)的兩邊,然后變量形成的函數(shù)的最值;

    ②“參數(shù)”與“變量”不分離,將整個(gè)式子看成一個(gè)函數(shù),并求它的最值.

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    2.必須注意,如果在定義區(qū)間D上沒有最大或最小值,而只有上限或下限,則最后的結(jié)果可能要將“<(>)”改為“≤(≥)”.

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           【例1】不論實(shí)數(shù)取何值,直線與雙曲線總有公共點(diǎn),求實(shí)數(shù)的取值范圍.

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           [解析]曲線的公共點(diǎn)為方程組的解,命題最終化歸為二次方程的判斷式“對(duì)恒成立”.

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    聯(lián)立

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    (1)若,顯然當(dāng)時(shí)方程無解,命題不成立;

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    (2)若方程為一元二次方程,

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      則恒成立,

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           [評(píng)析]這是高考中的一道基礎(chǔ)型試題,如果對(duì)“恒成立”的概念與方法很熟悉,則問題解答得心應(yīng)手.

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    [解析]  A≠     不等式有角,這是“存在”性問題.

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         ≠    不等內(nèi)有解,

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         即存在,使得

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        設(shè)

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        故命題又等價(jià)于

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        求導(dǎo)得

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    *  ,且的值在處左正右負(fù),實(shí)數(shù)的取值范圍是

    [評(píng)析]有關(guān)“存在”的參數(shù)討論問題也是參數(shù)討論問題的重要題型,其中有許多與最值有關(guān),這類問題的理解比“恒成立”要困難一些.

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    【例3】設(shè),問是否存在使得?說明理由.

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    [解析] 這是關(guān)于“存在”性問題,注意問題中是變量,是參數(shù).

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          設(shè)存在這樣的,

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          則命題等價(jià)于

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         的對(duì)稱軸內(nèi)單調(diào)遞增,

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        ,

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       顯然正確,故存在,使得.

    [評(píng)析]如果從“存在”的思想方法來理解并解答該問題,則解題思路非常清晰,才能寫出上面既簡潔,又嚴(yán)密的解題過程.

    《訓(xùn)練題》

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    一、選擇題:

    1.若關(guān)于的不等式對(duì)任意恒成立,則實(shí)數(shù)的取值范圍是(    )

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           A.                                             B.             

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           C.                                      D.

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    2.如果存在實(shí)數(shù)使得不等式|+1|-|-2|成立,則實(shí)數(shù)的取值范圍是     (    )

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           A.              B.              C.                 D.

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    3.設(shè),如果恒成立,那么                                            (    )

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           A.                B.               C.                D.

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    4.若時(shí)總有則實(shí)數(shù)的取值范圍是                         (    )

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           A.               B.           C.           D.

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    5.若關(guān)于的不等式內(nèi)有解,則實(shí)數(shù)的取值范圍是(    )

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           A.              B.              C.            D.

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    6.設(shè)數(shù)列的每一項(xiàng)總小于它的后面的項(xiàng),則的取值范圍是

                                                                                                                                  (    )

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           A.           B.                C.           D.

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    二、填空題:

    7.若不等式對(duì)任意實(shí)數(shù)恒成立,則實(shí)數(shù)的取值范圍是   

              .

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    8.若的解集為空集,則實(shí)數(shù)的取值范圍是             .

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    9.若不等式內(nèi)有解,則實(shí)數(shù)的取值范圍是         .

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    10.在一塊半徑為R的半圓形鐵皮中截出一塊矩形,矩形的一邊在半圓的直徑上,則這個(gè)矩形的最大面積是            .

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    三、解答題:

    11.求外切于半徑為1的球的圓錐的體積最小值.

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    12.由點(diǎn)P(0,1)引圓的割線與該圓交于A、B兩點(diǎn),求△AOB的面積的最大值(O為原點(diǎn))及此時(shí)割線AB的方程.

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    13.機(jī)動(dòng)車輛通過大橋,為了安全,同一股道上的兩輛車的間距不得小于,其中是車速,是平均車身長度,為比例系數(shù).

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           已測(cè)定:車速為時(shí),安全車距為

           問應(yīng)規(guī)定怎樣的車速可使同一股道上的車流量最大?(車流量即單位時(shí)間內(nèi)通過的車輛數(shù)).

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    14.對(duì)定義(的單調(diào)減函數(shù)使得:

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           恒成立,求的取值范圍.

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    15.已知函數(shù)

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        (Ⅰ)求函數(shù)的反函數(shù);

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           (Ⅱ)若函數(shù)上是單調(diào)函數(shù),求實(shí)數(shù)的取值范圍.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    《答案與解析》

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    一、選擇題:

    1.A  2.B  3.D  4.D  5.A  6.B

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    二、填空題:

    7. , 8., 9.,10.R2  .

    三、

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    11.如圖,設(shè)圓錐的高底半徑為,

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       PAD,且OE=OD=1,

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       ∴圓錐體積

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       且的值在處左負(fù)右正,

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    12.設(shè)AB方程為O到AB的距離

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          令

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          求導(dǎo)得單調(diào)遞減,

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    13.

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    則車流量

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     當(dāng)且僅當(dāng)時(shí)等號(hào)成立.  當(dāng)時(shí)車流量最大;

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    14.命題等價(jià)于恒成立,

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          由①得:③;

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          由②得:

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          ④;

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          由③、④得取值范圍是

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          15.(Ⅰ)

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          (Ⅱ)

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          (1)若內(nèi)為增函數(shù),則對(duì)于恒成立,記

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          上為增函數(shù),

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                 (2)若內(nèi)為減函數(shù),則對(duì)恒成立,

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              綜上,的取值范圍是

           

           

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