当前位置:文档之家› 高考数学(理科)二轮复习【专题2】函数的应用(含答案)

高考数学(理科)二轮复习【专题2】函数的应用(含答案)

第2讲函数的应用考情解读(1)函数零点所在区间、零点个数及参数的取值范围是高考的常见题型,主要以填空题的形式出现.(2)函数的实际应用以二次函数、分段函数模型为载体,主要考查函数的最值问题.1.函数的零点与方程的根(1)函数的零点对于函数f(x),我们把使f(x)=0的实数x叫做函数f(x)的零点.(2)函数的零点与方程根的关系函数F(x)=f(x)-g(x)的零点就是方程f(x)=g(x)的根,即函数y=f(x)的图象与函数y=g(x)的图象交点的横坐标.(3)零点存在性定理如果函数y=f(x)在区间[a,b]上的图象是连续不断的一条曲线,且有f(a)·f(b)<0,那么,函数y =f(x)在区间(a,b)内有零点,即存在c∈(a,b)使得f(c)=0,这个c也就是方程f(x)=0的根.注意以下两点:①满足条件的零点可能不唯一;②不满足条件时,也可能有零点.(4)二分法求函数零点的近似值,二分法求方程的近似解.2.函数模型解决函数模型的实际应用题,首先考虑题目考查的函数模型,并要注意定义域.其解题步骤是(1)阅读理解,审清题意:分析出已知什么,求什么,从中提炼出相应的数学问题;(2)数学建模:弄清题目中的已知条件和数量关系,建立函数关系式;(3)解函数模型:利用数学方法得出函数模型的数学结果;(4)实际问题作答:将数学问题的结果转化成实际问题作出解答.热点一函数的零点例1(1)函数f(x)=2x+x3-2在区间(0,1)内的零点个数是________.(2)(2014·辽宁改编)已知f (x )为偶函数,当x ≥0时,f (x )=⎩⎨⎧cos πx ,x ∈[0,12],2x -1,x ∈(12,+∞),则不等式f (x -1)≤12的解集为________.思维升华 (1)根据二分法原理,逐个判断;(2)画出函数图象,利用数形结合思想解决. 答案 (1)1 (2)[14,23]∪[43,74]解析 (1)先判断函数的单调性,再确定零点. 因为f ′(x )=2x ln 2+3x 2>0,所以函数f (x )=2x +x 3-2在(0,1)上递增, 且f (0)=1+0-2=-1<0,f (1)=2+1-2=1>0, 所以有1个零点.(2)先画出y 轴右边的图象,如图所示.∵f (x )是偶函数,∴图象关于y 轴对称,∴可画出y 轴左边的图象,再画直线y =12.设与曲线交于点A ,B ,C ,D ,先分别求出A ,B 两点的横坐标. 令cos πx =12,∵x ∈[0,12],∴πx =π3,∴x =13.令2x -1=12,∴x =34,∴x A =13,x B =34.根据对称性可知直线y =12与曲线另外两个交点的横坐标为x C =-34,x D =-13.∵f (x -1)≤12,则在直线y =12上及其下方的图象满足,∴13≤x -1≤34或-34≤x -1≤-13, ∴43≤x ≤74或14≤x ≤23. 思维升华 函数零点(即方程的根)的确定问题,常见的有①函数零点值大致存在区间的确定;②零点个数的确定;③两函数图象交点的横坐标或有几个交点的确定.解决这类问题的常用方法有解方程法、利用零点存在的判定或数形结合法,尤其是方程两端对应的函数类型不同的方程多以数形结合求解.(1)已知函数f (x )=(14)x -cos x ,则f (x )在[0,2π]上的零点个数是________.(2)已知a 是函数f (x )=2x -log 12x 的零点,若0<x 0<a ,则f (x 0)和0的大小关系是________.答案 (1)3 (2)f (x 0)<0解析 (1)f (x )在[0,2π]上的零点个数就是函数y =(14)x 和y =cos x 的图象在[0,2π]上的交点个数,而函数y =(14)x 和y =cos x 的图象在[0,2π]上的交点有3个.(2)∵f (x )=2x -log 12x 在(0,+∞)上是增函数,又a 是函数f (x )=2x -log 12x 的零点,即f (a )=0,∴当0<x 0<a 时,f (x 0)<0.热点二 函数的零点与参数的范围例2 (2014·常州高三模拟)对任意实数a ,b 定义运算“⊗”:a ⊗b =⎩⎪⎨⎪⎧b ,a -b ≥1,a ,a -b <1.设f (x )=(x 2-1)⊗(4+x ),若函数y =f (x )+k 的图象与x 轴恰有三个不同交点,则k 的取值范围是________. 思维启迪 先确定函数f (x )的解析式,再利用数形结合思想求k 的范围. 答案 [-2,1)解析 解不等式x 2-1-(4+x )≥1, 得x ≤-2或x ≥3,所以f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x +4,x ∈(-∞,-2]∪[3,+∞),x 2-1,x ∈(-2,3).函数y =f (x )+k 的图象与x 轴恰有三个不同交点转化为函数y =f (x )的图象和直线y =-k 恰有三个不同交点.如图,所以-1<-k ≤2,故-2≤k <1.思维升华 已知函数的零点个数求解参数范围,可以利用数形结合思想转为函数图象交点个数;也可以利用函数方程思想,构造关于参数的方程或不等式进行求解.定义在R 上的函数f (x )=ax 3+bx 2+cx (a ≠0)的单调增区间为(-1,1),若方程3a (f (x ))2+2bf (x )+c =0恰有6个不同的实根,则实数a 的取值范围是________. 答案 (-∞,-12)解析 ∵函数f (x )=ax 3+bx 2+cx (a ≠0)的单调增区间为(-1,1),∴-1和1是f ′(x )=0的根, ∵f ′(x )=3ax 2+2bx +c ,∴⎩⎨⎧(-1)+1=-2b 3a,(-1)×1=c3a,∴b =0,c =-3a ,∴f (x )=ax 3-3ax ,∵3a (f (x ))2+2bf (x )+c =0,∴3a (f (x ))2-3a =0,∴f 2(x )=1,∴f (x )=±1,∴⎩⎪⎨⎪⎧ f (1)>1,f (-1)<-1,即⎩⎪⎨⎪⎧a -3a >1,-a +3a <-1,∴a <-12.热点三 函数的实际应用问题例3 省环保研究所对市中心每天环境放射性污染情况进行调查研究后,发现一天中环境综合放射性污染指数f (x )与时刻x (时)的关系为f (x )=|x x 2+1-a |+2a +23,x ∈[0,24],其中a 是与气象有关的参数,且a ∈[0,12],若用每天f (x )的最大值为当天的综合放射性污染指数,并记作M (a ).(1)令t =xx 2+1,x ∈[0,24],求t 的取值范围;(2)省政府规定,每天的综合放射性污染指数不得超过2,试问目前市中心的综合放射性污染指数是否超标?思维启迪 (1)分x =0和x ≠0两种情况,当x ≠0时变形使用基本不等式求解.(2)利用换元法把函数f (x )转化成g (t )=|t -a |+2a +23,再把函数g (t )写成分段函数后求M (a ).解 (1)当x =0时,t =0;当0<x ≤24时,x +1x≥2(当x =1时取等号),∴t =x x 2+1=1x +1x ∈(0,12],即t 的取值范围是[0,12].(2)当a ∈[0,12]时,记g (t )=|t -a |+2a +23,则g (t )=⎩⎨⎧-t +3a +23,0≤t ≤a ,t +a +23,a <t ≤12.∵g (t )在[0,a ]上单调递减,在(a ,12]上单调递增,且g (0)=3a +23,g (12)=a +76,g (0)-g (12)=2(a -14).故M (a )=⎩⎨⎧ g (12),0≤a ≤14,g (0),14<a ≤12.即M (a )=⎩⎨⎧a +76,0≤a ≤14,3a +23,14<a ≤12.当0≤a ≤14时,M (a )=a +76<2显然成立;由⎩⎨⎧3a +23≤2,14<a ≤12,得14<a ≤49, ∴当且仅当0≤a ≤49时,M (a )≤2.故当0≤a ≤49时不超标,当49<a ≤12时超标.思维升华 (1)关于解决函数的实际应用问题,首先要耐心、细心地审清题意,弄清各量之间的关系,再建立函数关系式,然后借助函数的知识求解,解答后再回到实际问题中去. (2)对函数模型求最值的常用方法:单调性法、基本不等式法及导数法.已知一家公司生产某种品牌服装的年固定成本为10万元,每生产1千件需另投入2.7万元.设该公司一年内生产该品牌服装x 千件并全部销售完,每千件的销售收入为R (x )万元,且R (x )=⎩⎨⎧10.8-130x 2 (0<x ≤10),108x -1 0003x 2(x >10).(1)写出年利润W (万元)关于年产量x (千件)的函数解析式;(2)年产量为多少千件时,该公司在这一品牌服装的生产中所获得的年利润最大?(注:年利润=年销售收入-年总成本) 解 (1)当0<x ≤10时,W =xR (x )-(10+2.7x )=8.1x -x 330-10;当x >10时,W =xR (x )-(10+2.7x )=98-1 0003x-2.7x . ∴W =⎩⎨⎧8.1x -x 330-10 (0<x ≤10),98-1 0003x-2.7x (x >10).(2)①当0<x ≤10时,由W ′=8.1-x 210=0,得x =9,且当x ∈(0,9)时,W ′>0;当x ∈(9,10)时,W ′<0,∴当x =9时,W 取得最大值, 且W max =8.1×9-130·93-10=38.6.②当x >10时,W =98-⎝⎛⎭⎫1 0003x +2.7x ≤98-21 0003x·2.7x =38, 当且仅当1 0003x =2.7x ,即x =1009时,W =38,故当x =1009时,W 取最大值38.综合①②知:当x =9时,W 取最大值38.6万元,故当年产量为9千件时,该公司在这一品牌服装的生产中所获年利润最大.1.函数与方程(1)函数f (x )有零点⇔方程f (x )=0有根⇔函数f (x )的图象与x 轴有交点. (2)函数f (x )的零点存在性定理:如果函数f (x )在区间[a ,b ]上的图象是连续不断的曲线,并且有f (a )·f (b )<0,那么,函数f (x )在区间(a ,b )内有零点,即存在c ∈(a ,b ),使f (c )=0.①如果函数f (x )在区间[a ,b ]上的图象是连续不断的曲线,并且函数f (x )在区间[a ,b ]上是一个单调函数,那么当f (a )·f (b )<0时,函数f (x )在区间(a ,b )内有唯一的零点,即存在唯一的c ∈(a ,b ),使f (c )=0.②如果函数f (x )在区间[a ,b ]上的图象是连续不断的曲线,并且有f (a )·f (b )>0,那么,函数f (x )在区间(a ,b )内不一定没有零点.2.函数综合题的求解往往应用多种知识和技能.因此,必须全面掌握有关的函数知识,并且严谨审题,弄清题目的已知条件,尤其要挖掘题目中的隐含条件.要认真分析,处理好各种关系,把握问题的主线,运用相关的知识和方法逐步化归为基本问题来解决. 3.应用函数模型解决实际问题的一般程序读题(文字语言)⇒建模(数学语言)⇒求解(数学应用)⇒反馈(检验作答)与函数有关的应用题,经常涉及到物价、路程、产值、环保等实际问题,也可涉及角度、面积、体积、造价的最优化问题.解答这类问题的关键是确切的建立相关函数解析式,然后应用函数、方程、不等式和导数的有关知识加以综合解答.真题感悟1.(2014·重庆改编)已知函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧1x +1-3, x ∈(-1,0],x , x ∈(0,1],且g (x )=f (x )-mx -m 在(-1,1]内有且仅有两个不同的零点,则实数m 的取值范围是________. 答案 ⎝⎛⎦⎤-94,-2∪⎝⎛⎦⎤0,12 解析 作出函数f (x )的图象如图所示,其中A (1,1),B (0,-2).因为直线y =mx +m =m (x +1)恒过定点C (-1,0),故当直线y =m (x +1)在AC 位置时,m =12,可知当直线y =m (x +1)在x 轴和AC 之间运动时两图象有两个不同的交点(直线y =m (x +1)可与AC 重合但不能与x 轴重合),此时0<m ≤12,g (x )有两个不同的零点.当直线y =m (x +1)过点B 时,m =-2;当直线y =m (x +1)与曲线f (x )相切时,联立⎩⎪⎨⎪⎧y =1x +1-3,y =m (x +1),得mx 2+(2m +3)x +m +2=0,由Δ=(2m +3)2-4m (m +2)=0,解得m =-94,可知当y =m (x +1)在切线和BC 之间运动时两图象有两个不同的交点(直线y =m (x +1)可与BC 重合但不能与切线重合),此时-94<m ≤-2,g (x )有两个不同的零点.综上,m 的取值范围为(-94,-2]∪(0,12].2.(2014·北京改编)加工爆米花时,爆开且不糊的粒数占加工总粒数的百分比称为“可食用率”.在特定条件下,可食用率p 与加工时间t (单位:分钟)满足函数关系p =at 2+bt +c (a 、b 、c 是常数),如图记录了三次实验的数据.根据上述函数模型和实验数据,可以得到最佳加工时间为________分钟.答案 3.75解析 根据图表,把(t ,p )的三组数据(3,0.7),(4,0.8),(5,0.5)分别代入函数关系式,联立方程组得⎩⎪⎨⎪⎧0.7=9a +3b +c ,0.8=16a +4b +c ,0.5=25a +5b +c ,消去c 化简得⎩⎪⎨⎪⎧7a +b =0.1,9a +b =-0.3,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =-0.2,b =1.5,c =-2.0.所以p =-0.2t 2+1.5t -2.0=-15(t 2-152t +22516)+4516-2=-15(t -154)2+1316,所以当t =154=3.75时,p 取得最大值,即最佳加工时间为3.75分钟. 押题精练1.已知函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x +1,x ≤0,log 2x ,x >0,则函数y =f [f (x )+1]的零点有________个.答案 4解析 当f (x )=0时,x =-1或x =1,故f [f (x )+1]=0时,f (x )+1=-1或1.当f (x )+1=-1,即f (x )=-2时,解得x =-3或x =14;当f (x )+1=1,即f (x )=0时,解得x =-1或x =1.故函数y =f [f (x )+1]有四个不同的零点.2.函数f (x )=x e x -a 有两个零点,则实数a 的取值范围是________. 答案 (-1e,0)解析 令f ′(x )=(x +1)e x =0,得x =-1,则当x ∈(-∞,-1)时,f ′(x )<0,当x ∈(-1,+∞)时,f ′(x )>0,所以f (x )在(-∞,-1)上单调递减,在(-1,+∞)上单调递增,要使f (x )有两个零点,则极小值f (-1)<0,即-e -1-a <0,所以a >-1e ,又x →-∞时,f (x )>0,则a <0,∴a ∈(-1e,0).3.某公司购买一批机器投入生产,据市场分析每台机器生产的产品可获得的总利润y (单位:万元)与机器运转时间x (单位:年)的关系为y =-x 2+18x -25(x ∈N *).则当每台机器运转________年时,年平均利润最大,最大值是________万元. 答案 5 8解析 由题意知每台机器运转x 年的年平均利润为y x =18-(x +25x ),而x >0,故yx ≤18-225=8,当且仅当x =5时,年平均利润最大,最大值为8万元.(推荐时间:60分钟)一、填空题1.函数f (x )=x 2-2x 的零点个数为________. 答案 3解析 由于f (-1)=1-2-1=12>0,又f (0)=0-1<0,则在区间(-1,0)内有1个零点; 又f (2)=22-22=0,f (4)=42-24=0,故有3个零点.2.若函数f (x )=x 2-ax -b 的两个零点是2和3,则函数g (x )=bx 2-ax -1的零点是________. 答案 -12,-13解析 由⎩⎪⎨⎪⎧ 22-2a -b =0,32-3a -b =0,得⎩⎪⎨⎪⎧a =5,b =-6.所以g (x )=-6x 2-5x -1的零点为-12,-13.3.f (x )=2sin πx -x +1的零点个数为________. 答案 5解析 ∵2sin πx -x +1=0,∴2sin πx =x -1,图象如图所示,由图象看出y =2sin πx 与y =x -1有5个交点,∴f (x )=2sin πx -x +1的零点个数为5.4.设函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x ,x ≤0,x 2-x ,x >0,若方程f (x )=m 有三个不同的实根,则实数m 的取值范围为________. 答案 (-14,0)解析 作出函数y =f (x )的图象,如图所示.当x >0时,f (x )=x 2-x =(x -12)2-14≥-14,所以要使函数f (x )=m 有三个不同的零点,则-14<m <0,即m 的取值范围为(-14,0).5.(2013·江西改编)如图,半径为1的半圆O 与等边三角形ABC 夹在两平行线l 1,l 2之间,l ∥l 1,l 与半圆相交于F 、G 两点,与三角形ABC 两边相交于E 、D 两点.设弧FG 的长为x (0<x <π),y =EB +BC +CD ,若l 从l 1平行移动到l 2,则函数y =f (x )的图象大致是________.答案 ④解析 如图所示,连结OF ,OG ,过点O 作OM ⊥FG ,过点A 作AH ⊥BC ,交DE 于点N .因为弧FG 的长度为x ,所以∠FOG =x , 则AN =OM =cos x 2,所以AN AH =AE AB =cos x 2,则AE =233cos x 2,所以EB =233-233cos x2.所以y =EB +BC +CD =433-433cos x 2+233=-433cos x 2+23(0<x <π).对照图象知④正确. 6.已知定义在R 上的函数f (x )满足:f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x 2+2,x ∈[0,1),2-x 2,x ∈[-1,0),且f (x +2)=f (x ),g (x )=2x +5x +2,则方程f (x )=g (x )在区间[-5,1]上的所有实根之和为________.答案 -7解析 由题意知g (x )=2x +5x +2=2(x +2)+1x +2=2+1x +2,函数f (x )的周期为2,则函数f (x ),g (x )在区间[-5,1]上的图象如图所示:由图形可知函数f (x ),g (x )在区间[-5,1]上的交点为A ,B ,C ,易知点B 的横坐标为-3,若设C 的横坐标为t (0<t <1),则点A 的横坐标为-4-t ,所以方程f (x )=g (x )在区间[-5,1]上的所有实根之和为-3+(-4-t )+t =-7.7.若函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧2x -a ,x ≤0,ln x ,x >0有两个不同的零点,则实数a 的取值范围是________. 答案 (0,1]解析 当x >0时,由f (x )=ln x =0,得x =1.因为函数f (x )有两个不同的零点,则当x ≤0时,函数f (x )=2x -a 有一个零点,令f (x )=0得a =2x ,因为0<2x ≤20=1,所以0<a ≤1,所以实数a 的取值范围是0<a ≤1.8.(2014·课标全国Ⅰ)设函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧e x -1, x <1,x 13, x ≥1,则使得f (x )≤2成立的x 的取值范围是________.答案 (-∞,8]解析 当x <1时,x -1<0,e x -1<e 0=1≤2, ∴当x <1时满足f (x )≤2.当x ≥1时,x 13≤2,x ≤23=8,1≤x ≤8. 综上可知x ∈(-∞,8].9.已知函数f (x )=1x +2-m |x |有三个零点,则实数m 的取值范围为________.答案 (1,+∞)解析 函数f (x )有三个零点等价于方程1x +2=m |x |有且仅有三个实根. ∵1x +2=m |x |⇔1m =|x |(x +2),作函数y =|x |(x +2)的图象,如图所示,由图象可知m 应满足0<1m <1,故m >1.10.若对于定义在R 上的函数f (x ),其图象是连续不断的,且存在常数λ(λ∈R )使得f (x +λ)+λf (x )=0对任意实数都成立,则称f (x )是一个“λ-伴随函数”.有下列关于“λ-伴随函数”的结论:①f (x )=0是常数函数中唯一一个“λ-伴随函数”;②f (x )=x 是“λ-伴随函数”;③f (x )=x 2是“λ-伴随函数”;④“12-伴随函数”至少有一个零点. 其中正确结论的个数是________.答案 1解析 对于①,若f (x )=c ≠0,取λ=-1,则f (x -1)-f (x )=c -c =0,即f (x )=c ≠0是一个“λ-伴随函数”,故①不正确.对于②,若f (x )=x 是一个“λ-伴随函数”,则(x +λ)+λx =0,求得λ=0且λ=-1,矛盾,故②不正确.对于③,若f (x )=x 2是一个“λ-伴随函数”,则(x +λ)2+λx 2=0,求得λ=0且λ=-1,矛盾,故③不正确.对于④,若f (x )是“12-伴随函数”, 则f (x +12)+12f (x )=0,取x =0, 则f (12)+12f (0)=0, 若f (0),f (12)任意一个为0,函数f (x )有零点; 若f (0),f (12)均不为0, 则f (0),f (12)异号,由零点存在性定理, 知f (x )在(0,12)内存在零点x 0,所以④正确.二、解答题11.设函数f (x )=ax 2+bx +b -1(a ≠0).(1)当a =1,b =-2时,求函数f (x )的零点;(2)若对任意b ∈R ,函数f (x )恒有两个不同零点,求实数a 的取值范围.解 (1)当a =1,b =-2时,f (x )=x 2-2x -3,令f (x )=0,得x =3或x =-1.所以函数f (x )的零点为3和-1.(2)依题意,f (x )=ax 2+bx +b -1=0有两个不同实根.所以b 2-4a (b -1)>0恒成立,即对于任意b ∈R ,b 2-4ab +4a >0恒成立,所以有(-4a )2-4(4a )<0⇒a 2-a <0,所以0<a <1.因此实数a 的取值范围是(0,1).12.随着机构改革工作的深入进行,各单位要减员增效,有一家公司现有职员2a 人(140<2a <420,且a 为偶数),每人每年可创利b 万元.据评估,在经营条件不变的前提下,每裁员1人,则留岗职员每人每年多创利0.01b 万元,但公司需付下岗职员每人每年0.4b 万元的生活费,并且该公司正常运转所需人数不得小于现有职员的34,为获得最大的经济效益,该公司应裁员多少人?解 设裁员x 人,可获得的经济效益为y 万元,则y =(2a -x )(b +0.01bx )-0.4bx =-b 100[x 2-2(a -70)x ]+2ab . 依题意得2a -x ≥34·2a ,所以0<x ≤a 2. 又140<2a <420,即70<a <210.(1)当0<a -70≤a 2,即70<a ≤140时,x =a -70,y 取到最大值; (2)当a -70>a 2,即140<a <210时,x =a 2,y 取到最大值. 故当70<a ≤140时,公司应裁员(a -70)人,经济效益取到最大,当140<a <210时,公司应裁员a 2人,经济效益取到最大. 13.是否存在这样的实数a ,使函数f (x )=x 2+(3a -2)x +a -1在区间[-1,3]上恒有一个零点,且只有一个零点?若存在,求出a 的取值范围;若不存在,说明理由.解 令f (x )=0,则Δ=(3a -2)2-4(a -1)=9a 2-16a +8=9(a -89)2+89>0, 即f (x )=0有两个不相等的实数根,∴若实数a 满足条件,则只需f (-1)·f (3)≤0即可.f (-1)·f (3)=(1-3a +2+a -1)·(9+9a -6+a -1)=4(1-a )(5a +1)≤0,∴a ≤-15或a ≥1. 检验(1)当f (-1)=0时,a =1,所以f (x )=x 2+x .令f (x )=0,即x 2+x =0,得x =0或x =-1.方程在[-1,3]上有两个实数根,不合题意,故a ≠1.(2)当f (3)=0时,a =-15,此时f (x )=x 2-135x -65. 令f (x )=0,即x 2-135x -65=0, 解得x =-25或x =3. 方程在[-1,3]上有两个实数根,不合题意,故a ≠-15. 综上所述,a <-15或a >1.。

相关主题