我国新能源汽车产销量连续多年位居全球第一。某公司测试一款新型电动汽车的续航能力,在匀速行驶等理想状态下,收集到的数据如下:
| 行驶速度 $x$(km/h) | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 |
|---|---|---|---|---|---|
| 基础能耗 $y$(kW·h/100 km) | 12.35 | 11.75 | 11.55 | 11.75 | 12.35 |
该款电动汽车的电池容量为 $60.48$ kW·h,考虑到各种因素,实际能耗是基础能耗的 $1.2$ 倍。实际续航里程 $= \dfrac{\text{电池容量}}{\text{实际能耗}} \times 100$。
(1) 根据上述表格中的数据,在答题纸的坐标系中画出相应的点;
(2) 请你根据 (1) 中点在坐标系中的分布特征,从一次函数、反比例函数、二次函数中,选出最符合基础能耗 $y$ 与行驶速度 $x$ 之间关系的函数,并求出该函数表达式;
(3) 当该款电动汽车匀速行驶时的速度在 $60$ km/h 和 $85$ km/h 之间(含 $60$ km/h 和 $85$ km/h)时,求其实际续航里程的最小值。
(1) 描点:
把 $(50,\,12.35)$、$(60,\,11.75)$、$(70,\,11.55)$、$(80,\,11.75)$、$(90,\,12.35)$ 五个点描在坐标系中(见动图)。
(2) 选函数并求表达式:
观察点的分布:数据先降后升,且 $(50,\,12.35)$ 和 $(90,\,12.35)$、$(60,\,11.75)$ 和 $(80,\,11.75)$ 均关于 $x = 70$ 对称,符合二次函数的抛物线特征,
$\therefore$ 最符合的是二次函数。
设函数表达式为(对称轴 $x = 70$,顶点 $(70,\,11.55)$):$y = a(x-70)^2 + 11.55$。
将点 $(60,\,11.75)$ 代入得 $11.75 = a(60-70)^2 + 11.55$,
解得 $a = 0.002$。验证其余点均满足该式。
$\therefore$ 函数表达式为 $y = 0.002(x-70)^2 + 11.55$(展开也可写为 $y = 0.002x^2 - 0.28x + 21.35$)。
(3) 求实际续航里程的最小值:
根据题意,实际能耗为 $1.2y$,
代入续航里程公式:$s = \dfrac{60.48}{1.2y} \times 100 = \dfrac{5040}{y}$。
$\therefore$ $s$ 随 $y$ 的增大而减小,$\therefore$ 当 $y$ 最大时 $s$ 取最小值。
$\because$ 二次函数 $y = 0.002(x-70)^2 + 11.55$ 开口向上,对称轴为 $x = 70$,
$\therefore$ 在 $60 \le x \le 70$ 范围内 $y$ 随 $x$ 增大而减小,在 $70 \le x \le 85$ 范围内 $y$ 随 $x$ 增大而增大。
当 $x = 60$ 时,$y = 11.75$;当 $x = 85$ 时,$y = 0.002 \times (85-70)^2 + 11.55 = 12$。
$\therefore$ 在 $60 \le x \le 85$ 范围内 $y$ 的最大值为 $12$,
$\therefore$ $s_{\min} = \dfrac{5040}{12} = 420$(km)。
$\therefore$ 实际续航里程的最小值为 $420$ 千米。
套路 1:拿到数据表,先横着扫一遍找"重复的 $y$ 值"。
判断该用哪种函数,不要靠感觉。一次函数的特点是每次 $x$ 增加相同量,$y$ 的增量也相同(等差);反比例函数的特点是 $xy$ 乘积为定值;二次函数的特点是先降后升(或先升后降)且左右对称。
本题:$xy$ 乘积明显不是定值,排除反比例;$y$ 先降后升,排除一次函数;而且 $y$ 值成对重复,对称明显 $\;\Rightarrow\;$ 二次函数。三个候选逐个排除,理由要写出来才拿分。
套路 2:看到成对相等的 $y$ 值,对称轴白送。
$(x_1,\,y)$ 和 $(x_2,\,y)$ 两点 $y$ 相同,对称轴必然是 $x = \dfrac{x_1+x_2}{2}$。表里有两对,算出来都是 $70$ — 互相印证,基本不会错。有了对称轴和顶点,直接用顶点式 $y = a(x-h)^2 + k$,只剩一个未知数,比设一般式解三元方程组快得多。
套路 3:实际问题求最值,先把目标量写成一个"只含一个变量"的式子。
本题目标是续航 $s$,原始公式里混着电池容量、$1.2$ 倍、乘 $100$。先化简成 $s = \dfrac{5040}{y}$,一眼就能看出 $s$ 和 $y$ 是反着走的。不化简就下手,很容易在一堆数字里迷路。
套路 4:"反着走"的关系,最值也要跟着反过来。
$s$ 随 $y$ 增大而减小 $\;\Rightarrow\;$ 求 $s$ 的最小值,就是求 $y$ 的最大值。这一句必须写在答卷上,它是整道题的逻辑枢纽。同类的还有"用时最短 $\;\Leftrightarrow\;$ 速度最大""单价最低 $\;\Leftrightarrow\;$ 总量最大"等等。
套路 5:闭区间上的二次函数最值,画个草图比背结论稳。
规矩是这样的:开口向上时,最小值看对称轴在不在区间内(在,就是顶点;不在,就是离它近的那个端点);最大值永远在离对称轴远的那个端点。
与其背,不如在草稿纸上画个抛物线、标上对称轴和区间两端,一看就明白。本题对称轴 $70$ 在 $[60,\,85]$ 内部,右端点远 $\;\Rightarrow\;$ 最大值在右端点。
常见易错:
记忆口诀(本题专属):
表里找对称,顶点式最快;实际问题先化简成单变量;续航跟能耗反着走,求最小就找最大;闭区间比端点,谁离对称轴远听谁的。