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《3.6指数函数、幂函数、对数函数增长的比较》教学案1

《3.6指数函数、幂函数、对数函数增长的比较》教学案三维目标
1.借助信息技术,利用函数图像及数据表格,比较指数函数、对数函数以及幂函数的增长差异.
2.恰当运用函数的三种表示方法(解析式、表格、图像),并借助信息技术解决一些实际问题.
3.让学生体会数学在实际问题中的应用价值,培养学生学习兴趣.
重点难点
教学重点:认识指数函数、对数函数、幂函数等函数模型的增长差异,体会直线上升、指数爆炸与对数增长的不同.
教学难点:应用函数模型解决简单问题.
教学过程
导入新课
国际象棋起源于古代印度.相传国王要奖赏国际象棋的发明者,问他要什么.发明者说:“请在棋盘的第一个格子里放上1颗麦粒,第2个格子里放上2颗麦粒,第3个格子里放上4颗麦粒,依次类推,每个格子里的麦粒数都是前一个格子里放的麦粒数的2倍,直到第64个格子.请给我足够的麦粒以实现上述要求.”国王觉得这个要求不高,就欣然同意了.假定千粒麦子的质量为40g,据查,目前世界年度小麦产量为6亿吨,但不能满足发明者要求,这就是指数增长.本节我们讨论指数函数、对数函数、幂函数的增长差异.
推进新课
①在区间0,+上判断y=log2x,y=2x,y=x2的单调性.
②列表并在同一坐标系中画出三个函数的图像.
③结合函数的图像找出其交点坐标.
④请在图像上分别标出使不等式log2x<2x<x2和log2x<x2<2x成立的自变量x的取值范围.
⑤由以上问题你能得出怎样结论?
讨论结果:
①在区间(0,+∞)上函数y=log2x,y=2x,y=x2均为单调增函数.
②见下图1.
图1
③从图像看出y=log2x的图像与另外两函数的图像没有交点,且总在另外两函数的图像的下方,y=2x的图像与y=x2的图像有两个交点(2,4)和(4,16).
④不等式log2x<2x<x2和log2x<x2<2x成立的自变量x的取值范围分别是(2,4)和(0,2)∪(4,+∞).
⑤我们在更大的范围内列表作函数图像(图2),
图2
容易看出:y=2x的图像与y=x2的图像有两个交点(2,4)和(4,16),这表明2x与x2在自变量不同的区间内有不同的大小关系,有时2x<x2,有时x2<2x.
但是,当自变量x越来越大时,可以看到,y=2x的图像就像与x轴垂直一样,2x的值快速增长,x2比起2x来,几乎有些微不足道,如图3和下表所示.
图3
一般地,对于指数函数y=a x(a>1)和幂函数y=x n(n>0),通过探索可以发现,在区间(0,+∞)上,无论n比a大多少,尽管在x的一定变化范围内,a x会小于x n,但由于a x的增长快于x n的增长,因此总存在一个x
,当x>x0时,就会有a x>x n.
同样地,对于对数函数y=log a x(a>1)和幂函数y=x n(n>0),在区间(0,+∞)上,随着x的增大,log a x增长得越来越慢,图像就像是渐渐地与x轴平行一样.尽管在x的一定变化范围内,log a x可能会大于x n,但由于log a x的增长慢于x n的增长,因此总存在一个x0,当x>x0时,就会有log a x<x n.
综上所述,尽管对数函数y=log a x(a>1),指数函数y=a x(a>1)与幂函数y=x n(n>0)在区间(0,+∞)上都是增函数,但它们的增长速度不同,而且不在同一个“档次”上.随着x的增大,y=a x(a>1)的增长速度越来越快,会超过并远远大于y=x n(n>0)的增长速度,而y=log a x(a>1)的增长速度则会越来越慢.因此,总会存在一个x0,当x>x0时,就会有log
x<x n<a x.虽然幂函数y=x n(n>0)增长快于对数函数y=log a x(a>1)增长,但它们与指数增a
长比起来相差甚远,因此指数增长又称“指数爆炸”.
应用示例
例1试利用计算器来计算2500的近似值.
活动:学生思考,教师提示,计算这样一个大的数,用计算器无法直接计算.如何计算呢?我们可以充分利用幂的运算性质,再结合计算器的利用来求其近似值.解:第一步,利用科学计算器算出
210=1024=1.024×103;
第二步,再计算2100,因为
2100=(210)10=(1.024×103)10=1.02410×1030,
所以,我们只需要用科学计算器算出
1.02410≈1.2677,
则2100≈1.2677×1030;
第三步,再计算2500,因为
(2100)5≈(1.2677×1030)5,
我们只需要用科学计算器算出
1.267 75≈3.274 0,
从而算出2500≈3.27×10150.
点评:在设计计算方法时,要考虑到科学计算器能计算的位数.如果函数值非常大,我们常常用科学记数法表示,并且根据需要保留一定数目的有效数字.
例2 在自然界中,有些种群的世代是隔离,即每一代的生活周期是分离的,例如很多一年生草本植物,在当年结实后死亡,第二年种子萌发产生下一代.假设一个理想种群,其每个个体产生2个后代,又假定种群开始时有10个个体,到第二代时,种群个体将上升为20个,以后每代增加1倍,依次为40,80,160,…,试写出计算过程,归纳种群增长模型,说明何种情况种群上升,种群稳定,种群灭亡.
活动:学生仔细审题,理解题目的含义,教师指导,注意归纳总结.
解:设N t 表示t 世代种群的大小,N t +1表示t +1世代种群的大小,
则N 0=10;N 1=10×2=20;N 2=20×2=40;N 3=40×2=80;N 4=80×2=160;…. 由上述过程归纳成最简单的种群增长模型,由下式表示:N t +1=R 0·N t ,其中R 0为世代净繁殖率.
如果种群的R 0速率年复一年地增长,则
N 1=R 0N 0,
N 2=R 0N 1=R 2
0N 0,
N 3=R 0N 2=R 3
0N 0,

N t =R t
0N 0.
R 0是种群离散增长模型的重要参数,如果R 0>1,种群上升;R 0=1,种群稳定;0<R 0<1,种群下降;R 0=0,雌体没有繁殖,种群在一代中死亡.思路2
例3 一工厂生产某种零件,每个零件的成本为40元,出厂单价为60元,该厂为鼓励销售商订购,决定当一次订购量超过100时,每多订购1个,订购的全部零件的单价就降低0.02元,但最低出厂单价不低于51元.
(1)一次订购量为多少个时,零件的实际出厂价恰为51元?
(2)设一次订购量为x 个时,零件的实际出厂价为p 元,写出p =f (x ).
(3)当销售商一次订购量分别为500,1 000个时,该工厂的利润分别为多少?
(一个零件的利润=实际出厂价-成本)
解:(1)设一次订购量为a 个时,零件的实际出厂价恰好为51元,则a =100+60-510.02=550个.
(2)p =f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧ 60,0<x ≤100,62-x 50,100<x <550,其中x ∈N +.51,x ≥550,
(3)当销售商一次订购量为x 个时,该工厂的利润为y ,则y =(p -40)x =
⎩⎪⎨⎪⎧ 20x ,0<x ≤100,22x -x 250,100<x <550,11x ,x ≥550.其中x ∈N +,故当x =500时,y =6 000;当x =1 000时,y
=11 000.
点评:方程中的未知数设出来后可以参与运算,函数解析式为含x ,y 的等式.
例4 甲、乙两人连续6年对某县农村鳗鱼养殖业的规模(总产量)进行调查,提供了两个方面的信息,分别得到甲、乙两图:
图4
甲调查表明:每个鱼池平均产量从第1年1万只鳗鱼上升到第6年2万只.
乙调查表明:全县鱼池总个数由第1年30个减少到第6年10个.
请你根据提供的信息说明:
(1)第2年全县鱼池的个数及全县出产的鳗鱼总数.
(2)到第6年这个县的鳗鱼养殖业的规模(即总产量)比第1年扩大了还是缩小了?请说明理由.
(3)哪一年的规模(即总产量)最大?请说明理由.
活动:观察函数图像,学生先思考或讨论后再回答,教师点拨、提示:
先观察图像得出相关数据,利用数据找出函数模型.
解:由题意可知,甲图像经过(1,1)和(6,2)两点,
从而求得其解析式为y 甲=0.2x +0.8,
乙图像经过(1,30)和(6,10)两点,
从而求得其解析式为y 乙=-4x +34.
(1)当x =2时,y 甲=0.2×2+0.8=1.2,y 乙=-4×2+34=26,y 甲·y 乙=1.2×26=31.
2.所以第2年鱼池有26个,全县出产的鳗鱼总数为31.2万只.
(2)第1年出产鳗鱼1×30=30(万只),第6年出产鳗鱼2×10=20(万只),可见,第6年这个县的鳗鱼养殖业规划比第1年缩小了.
(3)设当第m年时的规模总产量为n,
那么n=y甲·y乙=(0.2m+0.8)(-4m+34)=-0.8m2+3.6m+27.2
=-0.8(m2-4.5m-34)=-0.8(m-2.25)2+31.25.因此,当m=2时,n max=31.2,即第2年时,鳗鱼养殖业的规模最大,最大产量为31.2万只.
课堂小结
本节学习了:①指数函数、对数函数、二次函数的增长差异.②幂函数、指数函数、对数函数的应用.。

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