二次函数应用题

📘 二次函数·
⭐⭐⭐
·利润最大化、面积最值

🎯 学习目标

  • 理解二次函数在实际问题中的建模过程
  • 掌握利用顶点公式求解利润最大化或面积最值问题
  • 能根据题意正确设未知数并列出二次函数表达式

📚 核心概念

二次函数的一般形式是 y=ax2+bx+cy = ax^2 + bx + c(其中 a0a \neq 0)。当 a<0a < 0 时,抛物线开口向下,函数有最大值;当 a>0a > 0 时,开口向上,函数有最小值。这个最值出现在抛物线的顶点处。

在实际应用中,比如“利润最大化”或“围成最大面积”,我们通常需要:

  1. 设一个变量(如售价、边长等)为 xx
  2. 根据题意写出另一个量(如销量、另一边长)关于 xx 的表达式;
  3. 写出目标量(如利润、面积)关于 xx 的二次函数;
  4. 利用顶点公式 x=b2ax = -\frac{b}{2a} 求出使目标量取最值的 xx 值,再代入求出最值。

注意:实际问题中变量常有取值范围(如价格不能为负,边长不能超过材料长度),最终答案必须在合理范围内。

📝 关键公式

  • 顶点横坐标公式:对于 y=ax2+bx+cy = ax^2 + bx + c,顶点横坐标为 x=b2ax = -\dfrac{b}{2a}
    • 示例:y=2x2+8x+5y = -2x^2 + 8x + 5,则顶点横坐标为 x=82×(2)=2x = -\dfrac{8}{2 \times (-2)} = 2
  • 顶点纵坐标(最值):将 x=b2ax = -\dfrac{b}{2a} 代入原函数求得 yy 值。
    • 示例:上例中,y=2(2)2+8(2)+5=8+16+5=13y = -2(2)^2 + 8(2) + 5 = -8 + 16 + 5 = 13,即最大值为13。
  • 利润 = 单件利润 × 销量
    • 示例:每件赚10元,卖出50件,则利润为 10×50=50010 \times 50 = 500 元。

💡 经典例题

例题1(基础): 某商店销售一种商品,进价为20元/件。若售价为 xx 元/件,则每天可卖出 (60x)(60 - x) 件。问售价定为多少时,每天利润最大?最大利润是多少?

解题步骤:

  1. 设售价为 xx 元/件(x>20x > 20,且 x60x \leq 60,否则销量为负)。
  2. 单件利润 = 售价 - 进价 = x20x - 20
  3. 销量 = 60x60 - x
  4. 总利润 P=(x20)(60x)=x2+80x1200P = (x - 20)(60 - x) = -x^2 + 80x - 1200
  5. 这是一个二次函数,a=1<0a = -1 < 0,有最大值。
  6. 顶点横坐标:x=802×(1)=40x = -\dfrac{80}{2 \times (-1)} = 40
  7. 最大利润:P=(40)2+80×401200=1600+32001200=400P = -(40)^2 + 80 \times 40 - 1200 = -1600 + 3200 - 1200 = 400 元。 答:售价定为40元时,利润最大,为400元。

例题2(进阶): 用长为40米的篱笆围成一个矩形菜园,一边靠墙(墙足够长),求菜园的最大面积。

解题步骤:

  1. 设垂直于墙的两边各长 xx 米,则平行于墙的一边长为 402x40 - 2x 米(因为总篱笆长40米)。
  2. 面积 S=x(402x)=2x2+40xS = x \cdot (40 - 2x) = -2x^2 + 40x
  3. 这是二次函数,a=2<0a = -2 < 0,有最大值。
  4. 顶点横坐标:x=402×(2)=10x = -\dfrac{40}{2 \times (-2)} = 10
  5. 此时另一边长为 402×10=2040 - 2 \times 10 = 20 米,面积 S=10×20=200S = 10 \times 20 = 200 平方米。
  6. 检查范围:x>0x > 0402x>0x<2040 - 2x > 0 \Rightarrow x < 20,而 x=10x = 10 在此范围内。 答:当垂直墙的边长为10米,平行墙的边长为20米时,面积最大,为200平方米。

⚠️ 易错点

  • 忽略实际意义的取值范围:例如售价不能低于成本,边长不能为负。解决方法:列出变量的合理区间,并验证顶点是否在其中。
  • 混淆单件利润与总利润:单件利润 = 售价 - 成本,总利润 = 单件利润 × 销量。务必分清两者。
  • 列错函数表达式:如把销量写成 x60x - 60 而不是 60x60 - x。解决方法:代入具体数值检验是否合理(如售价30元,销量应为正)。
  • 忘记判断开口方向:只有 a<0a < 0 时才有最大值。若 a>0a > 0,顶点是最小值,不符合“最大化”题意。
  • 直接用顶点纵坐标公式但算错:建议先求横坐标,再代入原式计算纵坐标,避免记忆复杂公式出错。