高中数学4.5 增长速度的比较课文配套课件ppt
展开1.了解常用的描述现实世界中不同增长规律的函数模型.
2.了解线性增长、爆炸式增长、对数增长等增长的含义.
一天,一个叫韦伯的人对百万富翁杰米说:“我想和你订个合同,我将在整整一个月中(这个月有31天),每天给你10万元,而你第一天只需给我1分钱,以后你每天给我的钱是前一天的两倍.” 杰米欣喜若狂.第一天杰米支出1分钱,收入10万元.第二天杰米支出2分钱,收入10万元,到了第20天,杰米共得200万元,而韦伯才得1万多元.可从第21天起,情况发生了转变.到第28天,杰米支出134万多,收入10万.结果,杰米在一个月(31天)内得到310万元的同时,共付给韦伯2 100多万元!杰米破产了.
这个故事一定会让你吃惊,因为杰米碰到了“指数爆炸”.一种事物如果成倍成倍地增大,则它是以指数形式增大,这种增大的速度就像“大爆炸”一样,非常惊人.在科学领域,常常需要研究这一类问题.
问题1 如图,请分别计算两个函数在x=1和x=2处的函数值,你能判断两个函数在区间[1,2]上函数值增加的快慢吗?
提示 第一个f(1)=1,f(2)= ,第二个f(1)=1,f(2)= 8,显然第二个f(2)-f(1)大,函数值增加的快.
函数y=f(x)从x1到x2的平均变化率
(2)实质: 的改变量与 的改变量之比.(3)意义:刻画函数值在区间[x1,x2]上变化的 .
(4)平均变化率的几何意义:设A(x1,f(x1)),B(x2,f(x2))是曲线y=f(x)上任意不同的两点,函数y=f(x)的平均变化率
为割线AB的 ,如图所示.
Δx是变量x2在x1处的改变量,且x2是x1附近的任意一点,即Δx=x2-x1≠0,但Δx可以为正,也可以为负.
(1)在x=1附近,取Δx=0.3,在四个函数①y=x;②y=x2;③y=x3;④y= 中,平均变化率最大的是A.④ B.③ C.② D.①
Δx=0.3时,①y=x在x=1附近的平均变化率k1=1;②y=x2在x=1附近的平均变化率k2=2+Δx=2.3;③y=x3在x=1附近的平均变化率k3=3+3Δx+(Δx)2=3.99;
所以k3>k2>k1>k4.
(2)汽车行驶的路程s和时间t之间的函数图像如图所示,在时间段[t0,t1],[t1,t2],[t2,t3]上的平均速率分别为v1,v2,v3,则三者的大小关系(由大到小)为________.
又因为kBC>kAB>kOA,所以v3>v2>v1.
求平均变化率的主要步骤(1)求Δy=f(x2)-f(x1).(2)求Δx=x2-x1.
(1)函数f(x)=x2在x0到x0+Δx之间的平均变化率为k1,在x0-Δx到x0之间的平均变化率为k2,则k1,k2的大小关系是A.k1
又Δx可正可负且不为零,所以k1,k2的大小关系不确定.
(2)如图显示物体甲、乙在时间0到t1范围内,路程的变化情况,下列说法正确的是________.(填序号)①在0到t0范围内,甲的平均速率大于乙的平均速率;②在0到t0范围内,甲的平均速率小于乙的平均速率;③在t0到t1范围内,甲的平均速率大于乙的平均速率;④在t0到t1范围内,甲的平均速率小于乙的平均速率.
因为s2-s0>s1-s0,t1-t0>0,所以v甲>v乙.所以③正确.
几种常见函数模型的增长差异的比较
问题2 你能根据函数 y=2x,y=lg2x,y=2x的图像,看出这三个函数图像的变化情况吗?函数的增长速度又如何?
提示 (1)y=2x随x的增大逐渐变“陡峭”;(2)y=lg2x随x的增大逐渐变“平缓”;(3)y=2x随x的增大匀速上升.y=2x的增长速度快于y=2x,y=2x的增长速度快于y=lg2x.
三种常见函数模型的增长差异
不同函数增长速度的比较方法(1)计算不同的函数在同一个区间上的平均变化率.(2)判断随着x的变化图像逐渐变“陡峭”还是变“平缓”.
f(x)=x2,g(x)=2x,h(x)=lg2x,当x∈(4,+∞)时,对三个函数的增长速度进行比较,下列选项中正确的是A.f(x)>g(x)>h(x)B.g(x)>f(x)>h(x)C.g(x)>h(x)>f(x)D.f(x)>h(x)>g(x)
由函数性质可知,在区间(4,+∞)上,指数函数g(x)=2x增长最快,对数函数h(x)=lg2x增长最慢,所以g(x)>f(x)>h(x).
常见的函数模型及增长特点(1)线性函数模型线性函数模型y=kx+b(k>0)的增长特点是“直线上升”,其增长速度不变.(2)指数函数模型指数函数模型y=ax(a>1)的增长特点是随着变量的增大,函数值增大的速度越来越快,即增长速度急剧,形象地称为“指数爆炸”.
(3)对数函数模型对数函数模型y=lgax(a>1)的增长特点是随着自变量的增大,函数值增大的速度越来越慢,即增长速度平缓.可称为“对数增长”.
(1)下列函数中,x∈(1,+∞),函数值随x的增大而增长,且函数值增长速度最快的是A.y= B.y=10ln x3C.y=x10 D.y=10·2x
因为e>2,所以 比10·2x增长速度快.
(2)四个变量y1,y2,y3,y4随变量x变化的数据如表:
关于x呈指数级变化的变量是________.
以爆炸式增长的变量呈指数级变化.从表格中可以看出,四个变量y1,y2,y3,y4均是从2开始变化,变量y1,y2,y3,y4都是越来越大,但是增长速度不同,其中变量y2的增长速度最快,画出它们的图像(图略),可知变量y2关于x呈指数函数变化.
指数函数、对数函数与一次、二次函数模型的比较
函数f(x)=2x(x>0)和g(x)=x2(x>0)的图像如图所示.设两函数的图像交于点A(x1,y1),B(x2,y2),且x1
因为f(2)=4,g(2)=4,f(4)=16,g(4)=16,所以A(2,4),B(4,16).
(2)求点A,B的坐标;
由图像和(2)可知,当0
(3)结合函数图像,判断f(3),g(3),f(2 021),g(2 021)的大小.
指数函数、对数函数和二次函数增长差异的判断方法(1)根据函数的变化量的情况对函数增长模型进行判断.(2)根据图像判断指数函数、对数函数和二次函数的增长速度时,通常是观察函数图像上升的快慢,即随着自变量的增大,图像最“陡”的函数是指数函数;图像趋于平缓的函数是对数函数.
函数f(x)=lg x,g(x)=0.3x-1的图像如图所示.(1)指出曲线C1,C2分别对应题中哪一个函数;
C1对应的函数为g(x)=0.3x-1,C2对应的函数为f(x)=lg x.
当x∈(0,x1)时,g(x)>f(x);当x∈(x1,x2)时,g(x)
(2)比较两函数的增长差异(以两图像交点为分界点,对f(x),g(x)的大小进行比较).
1.知识清单: (1)平均变化率. (2)三种函数模型:线性函数增长模型、指数型函数增长模型、对数型函数增 长模型.2.方法归纳:数学建模.3.常见误区:不理解三种函数增长的差异.
1.函数y=2x在区间[x0,x0+Δx]上的平均变化率为A.x0+Δx B.1+Δx C.2+Δx D.2
由题意,可得平均变化率
2.下列函数中,x∈(1,+∞),增长速度最快的是A.y=2 022x B.y=x2 022C.y=lg2 022x D.y=2 022x
比较幂函数、指数函数与对数函数可知,指数函数增长速度最快.
3.已知函数y=f(x)=x2+1,则在x=2,Δx=0.1时,Δy的值为
Δy=f(x+Δx)-f(x)=f(2+0.1)-f(2)=(2.1)2+1-(22+1)=0.41.
4.y1=2x,y2=x2,y3=lg2x,当2
在同一平面直角坐标系内画出这三个函数的图像(图略),在区间(2,4)内,从上到下图像依次对应的函数为y2=x2,y1=2x,y3=lg2x,故y2>y1>y3.
5.某跨国饮料公司在对全世界所有人均GDP在0.5~8千美元的地区销售该公司A饮料的情况调查时发现:该饮料在人均GDP处于中等的地区销售量最多,然后向两边递减.给出下列几个模拟函数:①y=ax2+bx;②y=kx+b;③y=lgax+b;④y=ax+b(x表示人均GDP,单位:千美元,y表示年人均A饮料的销售量,单位:L).用来描述人均A饮料销售量与地区的人均GDP关系最合适的函数模型是________.(填序号)
用①来模拟比较合适.因为该饮料在人均GDP处于中等的地区销售量更多,然后向两边递减.而②③④表示的函数在区间上是单调函数,所以②③④都不合适,故用①来模拟比较合适.
依题意,所求平均变化率为
1.函数y=x2+1在[1,1+Δx]上的平均变化率是A.2 B.2x C.2+Δx D.2+(Δx)2
2.如果函数y=ax+b在区间[1,2]上的平均变化率为3,则a的值为A.-3 B.2 C.3 D.-2
根据平均变化率的定义,
3.我国工农业总产值从1999年到2019年的20年间翻了两番,设平均每年的增长率为x,则有A.(1+x)19=4 B.(1+x)20=3C.(1+x)20=2 D.(1+x)20=4
本题为增长率模型函数,为指数型函数形式.设1999年总产值为1,则(1+x)20=4.
4.一个物体做直线运动,位移s(单位:m)与时间t(单位:s)之间的函数关系为s(t)=5t2+mt,且这一物体在2≤t≤3这段时间内的平均速度为26 m/s,则实数m的值为A.2 B.1 C.-1 D.6
即(5×32+3m)-(5×22+2m)=26,解得m=1.
5.(多选)A,B两公司开展节能活动,活动开始后两公司的用电量WA(t),WB(t)与时间t(天)的关系如图所示,则一定有A.两公司节能效果一样好B.A公司比B公司节能效果好C.A公司的用电量在[0,t0]上的平均变化率比 B公司的用电量在[0,t0]上的平均变化率大D.A公司与B公司自节能以来平均变化率都小于0
由题图可知,A公司所对应的图像比较陡峭,B公司所对应的图像比较平缓,且用电量在[0,t0]上的平均变化率都小于0,故一定有A公司比B公司节能效果好.
6.若函数f(x)在任意区间内的平均变化率均为 ,且函数的图像过点(2,2),则f(x)=________.
7.如图所示,函数y=f(x)在[x1,x2],[x2,x3],[x3,x4]这几个区间上,平均变化率最大的一个区间是________.
结合图像可以发现函数y=f(x)的平均变化率最大的一个区间是[x3,x4].
8.已知函数f(x)=3x,g(x)=2x,当x∈R时,f(x)与g(x)的大小关系为__________.
方法一 在同一直角坐标系中画出函数f(x)=3x,g(x)=2x的图像,如图所示,由于函数f(x)=3x的图像在函数g(x)=2x图像的上方,则f(x)>g(x).
方法二 分别计算f(x),g(x)在区间[4,8]上的平均变化率得,
因此在区间[4,8]上,f(x)的平均变化率最大,故必有f(x)>g(x).
9.已知函数f(x)=2x2+3,g(x)=2x2+x,h(x)=2x2-x,分别计算这三个函数在区间[2,3]上的平均变化率,并比较它们的大小.
11>10>9,因此在区间[2,3]上,g(x)的平均变化率最大,h(x)的平均变化率最小.
10.某病人吃完退烧药,他的体温变化如图所示.比较时间x从0 min到20 min和从20 min到30 min体温的变化情况,哪段时间体温变化较快?
当时间x从0 min变到20 min时,体温y相对于时间x的平均变化率为
当时间x从20 min变到30 min时,体温y相对于时间x的平均变化率为
这里负号表示体温下降,显然,绝对值越大,下降得越快,又因为 |-0.025|<|-0.05|,故体温从20 min到30 min这段时间下降得比0 min到 20 min这段时间要快.
11.下列函数中,在区间[2,4]上的平均变化率最大的是A.y= B.y=x3C.y=2x D.y=x
12.函数y=x2在x=1,2,3附近的平均变化率中,在x=________附近的平均变化率最大.
在x=1附近的平均变化率为
在x=2附近的平均变化率为
在x=3附近的平均变化率为
对任意Δx有,k1
因为温度y关于时间t的图像是先凸后平,即5 min前每当t增加一个单位,则y相应的增量越来越小,而5 min后y关于t的增量保持为0,则②④正确.
14.已知函数f(x)=x2,g(x)=3x,h(x)=ln x,这三个函数在区间[a,a+1](a>1)上的平均变化率由大到小的顺序为______________.
f(x)>g(x)>h(x)
又因为a>1,所以2a+1>2×1+1=3,
因此在区间[a,a+1]上,平均变化率f(x)>g(x)>h(x).
15.已知函数y=x3-2的图像上一点(1,-1)及邻近一点(1+Δx,-1+Δy),则 等于A.3 B.3+(Δx)2C.3+3Δx D.3+3Δx+(Δx)2
由题意,-1+Δy=(1+Δx)3-2,
16.某公司对营销人员有如下规定:①年销售额x(万元)在8万元以下,没有奖金;②年销售额x(万元)在[8,64]内时,奖金为y万元,且y=lgax,y∈[3,6],a>0且a≠1,且年销售额越大,奖金越多;③年销售额x(万元)超过64万元,按年销售额的10%发奖金.(1)求y关于x的函数解析式;
由题意知y=lgax是增函数,∴a>1,又当x∈[8,64]时,y∈[3,6],
(2)若某营销人员争取年奖金y∈[4,10](万元),求年销售额x所在的范围.
∴年奖金y∈[4,10](万元)时,年销售额x的取值范围为[16,100].
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