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第10讲 应用问题选讲


   作者:蓝忠诚 发表时间-16 :17:56  阅读( 9 )| 评论( 0 )

第10应用问题选讲

  我们知道,数学是一门基础学科。我们在学校中学习数学的目的,一方面是为学习其它学科和学习更深的数学知识打下一个基础,更重要的是为了现在和将来运用所学的数学知识去解决一些日常生活、科学实验、工农业生产以及经济活动中所遇到的实际问题。

  运用数学知识解决实际问题的基本思路是:先将这个实际问题转化为一个数学问题(我们称之为建立数学模型),然后解答这个数学问题,从而解决这个实际问题。即:

  这里,建立数学模型是关键的一步。也就是说,要通过审题,将实际问题与自己学过的数学知识、数学方法联系起来,将其归结到某一类型的数学问题,然后解答这个数学问题。下面介绍一些典型的数学模型。

一、两个量变化时,和一定的问题

  两个变化着的量,如果在变化的过程中,它们的和始终保持不变,那么它们的差与积之间有什么关系呢?

  观察下面的表:

  我们不难得出如下的规律:

  两个变化着的量,如果在变化的过程中,和始终保持不变,那么它们的差越小,积就越大。若它们能够相等,则当它们相等时,积最大。

  这个规律对于三个和三个以上的变量都是成立的。

  例1 农民叔叔阿根想用20块长2米、宽1.2米的金属网建一个靠墙的长方形鸡窝。为了防止鸡飞出,所建鸡窝的高度不得低于2米,要使鸡窝面积最大,长方形的长和宽分别应是多少?

  解:如上图,设长方形的长和宽分别为x米和y米,则有

  x+2y=1.2×20=24。

  长方形的面积为

  因为x和2y的和等于24是一个定值,故它们的乘积当它们相等时最大,此时长方形面积S也最大。于是有

  x=12, y=6。

  例2 如果将进货单价为40元的商品按50元售出,那么每个的利润是10元,但只能卖出500个。当这种商品每个涨价1元时,其销售量就减少10个。为了赚得最多的利润,售价应定为多少?

  解:设每个商品售价为(50+x)元,则销量为(500-10X)个。总共可以获利

  (50+x-40)×(500-10x)

  =10×(10+X)×(50-X)(元)。

  因(10+x)+(50-x)=60为一定值,故当10+X=50-X即X=20时,它们的积最大。

  此时,每个的销售价为50+20=70(元)。

  例3 若一个长方体的表面积为54厘米2,为了使长方体的体积最大,长方体的长、宽、高各应为多少厘米?

  解:设长、宽、高分别为x,y,z厘米,体积为V厘米3。

  2(xy+yz+zx)=54,xy+yz+zx=27。

  因为V2=(xyz)2=(xy)(yz)(zx),

  故当 xy=yz=zx即 x=y=z=3时,V2有最大值,从而V也有最大值。

  例4 有一块长24厘米的正方形厚纸片,在它的四个角各剪去一个小正方形,就可以做成一个无盖的纸盒,现在要使做成的纸盒容积最大,剪去的小正方形的边长应为几厘米?

  解:如上图,设剪去的小正方形的边长为x厘米,则纸盒的容积为

  V=x(24-2x)(24-2x)

   =2×2x(12-x)(12-x)。

  因为2x+(12-x)+(12-x)=24

  是一个定值,故当

  2x=12-x=12-x,

  即x=4时,其乘积最大,从而纸盒的容积也最大。

二、两个量变化时,积一定的问题

  两个变化着的量,如果在变化的过程中,它们的乘积始终保持不变,那么它们的差与和之间有什么关系呢?

  观察下面的表:

  我们不难得出如下的规律:

  两个变化着的量,如果在变化的过程中,乘积始终保持不变,那么它们的差越小,和就越小。若它们能够相等,则当它们相等时,和最小。

  例5 长方形的面积为 144 cm2,当它的长和宽分别为多少时,它的周长最短?

  解:设长方形的长和宽分别为 xcm和 ycm,则有

  xy=144。

  故当x=y=12时,x+y有最小值,从而长方形周长2(x+y)也有最小值。

  例6 用铁丝扎一个空心的长方体,为了使长方体的体积恰好是216cm3,长方体的长、宽、高各是多少厘米时,所用的铁丝长度最短?

  解:设长方体的长、宽、高分别为xcm,ycm,zcm,则有xyz=216。铁丝长度的和为 4(x+ y+ z),故当 x=y=z=6时,所用铁丝最短。

  例7 农场计划挖一个面积为432 m2的长方形养鱼池,鱼池周围两侧分别有3m和4m的堤堰如下图所示,要想占地总面积最小,水池的长和宽应为多少?

  解:如图所示,设水池的长和宽分别为xm和ym,则有

  xy=432。

  占地总面积为 S=(x+6)(y+8)cm2。于是

  S=Xy+6y+8X+48=6y+8X+480。

  我们知道6y ×8X=48×432为一定值,故当6y=8X时,S最小,此时有6y=8X=144,故y=24,x=18。

  例8 某游泳馆出售冬季学生游泳卡,每张240元,使用规定:不记名,每卡每次只限一人,每人只限一次。某班有48名学生,老师打算组织学生集体去游泳,除需购买若干张游泳卡外,每次游泳还需包一辆汽车,无论乘坐多少名学生,每次的包车费均为40元。若要使每个同学游8次,每人最少交多少钱?

  解:设一共买了X张卡,一共去游泳y次,则共有

  Xy=48×8=384(人次),

  总用费为(240x+40y)元。

  因为 240x ×40y=240×40×384是一定值,故当 240x=40y,即y=6x时,和最小。易求得x=8,y=48。此时总用费为

  240×8+40×48=3840(元),

  平均每人最少交 3840÷48=80(元)。

三、利用不等关系来解答的应用题

  例9 某公司在A,B两地分别库存有某机器16台和12台,现要运往甲、乙两家客户的所在地,其中甲方15台,乙方13台。已知从A地运一台到甲方的运费为500元,到乙方的运费为400元,从B地运一台到甲方的运费为300元,到乙方的运费为600元。已知运费由公司承担,公司应设计怎样的调运方案,才能使这些机器的总运费最省?

  解:设由A地运往甲方x台,则A地运往乙方(16-x)台,B地运往甲方(15-x)台,B地运往乙方(x-3)台。于是总运价为:

  S=500x+400(16-x)+300(15-x)+600(x-3)

   =400x+9100。

  显然,x要满足不等式3≤x≤15,于是当x=3时,总运价最省,为 400× 3+ 9100=10300(元)。

  调运方案为:由A地运往甲方3台,A地运往乙方13台,B地运往甲方12台,B地运往乙方0台。

  例10 某校决定出版“作文集”,费用是30册以内为80元,超过30册的每册增加1.20元。当印刷多少册以上时,每册费用在1.50元以内?

  解:显然印刷的册数应该大于30。设印刷了(30+x)册,于是总用费为(80+1.2x)元。故有

  80+1.2x≤1.5 ×(30+x),

  以内。

  例11 现有三种合金:第一种含铜60%,含锰40%;第二种含锰10%,含镍90%;第三种含铜20%,含锰50%,含镍30%。现各取适当数量的这三种合金,组成一块含镍45%的新合金,重量为1千克。

  (1)求新合金中第二种合金的重量的范围;

  (2)求新合金中含锰的重量的范围。

  解:设第一种合金用量为x千克,第二种合金用量为y千克,第三种合金用量为z千克,依题意有

  (1)如果不取第一种合金,即x=0,那么新合金中第二种合金重量最小。解得y=0.25。

  如果不取第三种合金,即z=0,那么新合金中第二种合金重量最大。解得y=0.5。

  新合金中第二种合金的重量范围是0.25克到0.5克。

  (2)由①②可得z=1.5-3y,x=2y-0.5。故新合金中含锰的重量为

  S=40%x+10%y+50%z

  =40%(2y-0.5)+10%y+50%(1.5-3y)

  =0.55-0.6y。

  因为0.25≤y≤0.5,所以0.25≤S≤0.4,即新合金中含锰的重量范围是0.25克到0.4克。

  例12 某商店需要制作如下图所示的工字形架100个,每个由三根长为2.3米、1.7米、1.3米的铝合金材料组装而成。市场上可购得该铝合金材料的原料长为6.3米。问:至少要买回多少根原材料,才能满足要求(不计损耗)?

  解:每根原材料的切割有下表的七种情况:


  显然,④⑤⑥三种方案损耗较小。④⑤⑥⑦方案依次切割原材料42根、14根、29根、1根,可得2.3米、1.7米、1.3米的材料各100根,共用原材料 42+14+29+1=86(根)。



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