师:同学们,今天我们来学习九年级人教版数学第 22 章实际问题与二次函数的第三课时。
学习目标:一是能够从实际问题中抽象出二次函数关系,并运用二次函数及性质解决几何图形面积中的最大、最小值等实际问题;二是会在自变量的取值范围内求二次函数的最大最小值,体验实际问题数学化的过程,体会转化思想、函数思想、数形结合思想。学习重点是能从实际问题中抽象出二次函数关系,并运用二次函数的最大最小值解决实际问题。
环节一,探究新知。探究课本第 49 页探究一:用总长为 60 米的篱笆围成矩形场地,矩形面积 s 随矩形一边长 l 的变化而变化。当 l 是多少米时,场地的面积 s 最大?
这是一道实际问题,我们从以下几个方面思考:
问题一,如何把这个实际问题转化成数学问题?它要求场地面积,实际就是求矩形面积,这是个数学问题。
问题二,矩形的面积公式是什么?矩形面积公式为长乘宽。为方便表达,我们画出矩形 ABCD,矩形面积 s = AB×BC 。
问题三,如图设 AB 为 l ,则 BC 如何用 l 来表示?已知矩形周长是 60,所以 AB + BC = 30 米,当 AB 为 l 时,BC 为 30 - l 米。
问题四,面积 s 与边长 l 的函数关系式是什么?矩形面积等于长乘宽,所以 s = l×(30 - l),可以看出 s 与 l 呈二次函数关系。
问题五,如何求二次函数的最大值?前面章节学过,可以用公式法和配方法求解。
问题六,自变量 l 的取值范围是什么?从实际意义出发,边 l 有限制条件,l 作为边长,要求 AB>0,BC>0,于是列不等式组:l>0,30 - l>0 。解不等式组得到 0<l<30 。
分析完这些问题,来看具体解答过程。
解:矩形场地周长是 60 米,一边长为 l ,另一边长为 30 - l 米。场地面积 s = l×(30 - l),化简得到 s = -l2 + 30l ,(0<l<30),这是 s 与 l 的二次函数关系。为方便求最值,结合函数图像,对称轴 l = 15 正好落在 0<l<30 的范围内,最值可在顶点处取得,用公式法求解。当 l = -b / 2a ,代入数据求解得 l = 15 时,s 有最大值。用公式 (4ac - b2) / 4a 代入数据求解等于 225 。也就是说当 l 是 15 米时,场地面积 s 最大。也可把 l = 15 代入解析式 s = -l2 + 30l 中求解得到最大值 225 ,这种方法叫公式法。
除公式法,还有其他求二次函数最值的方法吗?还可以用配方法。由前面得到解析式 s = l×(30 - l) ,用配方法得到 s = -(l - 15)2 + 225 ,这是顶点式,顶点坐标为 (15, 225) ,对称轴 l = 15 落在自变量取值范围 0 - 30 之内,可知最值可在顶点处取得。因为 0<l<30 ,所以当 l = 15 时,s 有最大值为 225 ,这种方法叫配方法。
同学们,通过这道题解答,来看本探究中解决实际问题的基本思路是什么?对于实际问题,首先要把实际问题抽象出数学问题,再把数学问题转化为二次函数的问题。接着用配方法和公式法求最大最小值问题,特别要注意在自变量取值范围内求最值。因为是实际意义的题目,必须检验使其结果符合实际问题,这是解决探究一的基本思路。
我们再看利用二次函数解决实际问题的一般步骤:
一、根据题意画出图形,标上字母,方便表达。
二、分析题意,列出二次函数的解析式。
三、根据自变量的实际意义确定自变量的取值范围。
四、在自变量取值范围内求出二次函数的最大值或最小值。
环节二、运用新知。练习课本第 57 页第 7 题。题目:如图,用一段长为 30 米的篱笆围成一个一边靠墙的矩形菜园,墙长 18 米,这个矩形的长宽各为多少时菜园的面积最大?面积是多少?
从以下几个方面思考:
问题一,本练习与探究一有何不同?练习中是 30 米篱笆围成一边靠墙的矩形菜园,有墙可利用,只需用篱笆围成三边长。
问题二,如何将实际问题转化成数学问题?求面积是实际问题,求矩形面积,矩形面积等于长乘宽,是数学问题。
问题三,如何求自变量的取值范围?墙长 18 米有什么作用?在图中,AB 和 BC 代表矩形边长,要大于 0 。墙长 18 米,BC 与墙平行,所以 BC 的范围要大于 0,小于等于 18 米。
