22.3_实际问题与二次函数(建立适当的坐标系解决实际问题)
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实际问题与二次函数
二次函数是一种最优化设计实际问题的数学模型,能优化设计(优选)出实际问题的最佳方案。
喷泉设计
如图,某公园要设计一圆形喷水池,水流在各方向沿形状相同的抛物线落下.建立如图所示的坐标系,如果喷头所在处A(0,1.25),水流路线最高处B(1,2.25),如果不考虑其他因素,水池的半径至少要多少米,才能使喷出的水流不致落到池外。
如图,要使水不落到池外,水池的半径,即要求抛物线与x轴右侧的公共点的横坐标。已知喷泉的最高点,故函数可用顶点式表示。
解:由题意,设水流路线构成的抛物线为 y=a(x-1)2+2.25.
点A(0,1.25)在抛物线上,则有:
1.25=a(0-1)2+2.25.
∴a=-1
∴y= -(x-1)2 +2.25
当y=0时,解得x1=-0.5,x2=2.5。
∵x>0,∴x=2.5
∴水池的半径至少要2.5米。
例1 要修建一个圆形喷水池,在池中心竖直安装一根水管,在水管的顶端安一个喷水头,使喷出的抛物线形水柱在与池中心的水平距离为1m处达到最高,高度为3m,水柱落地处离池中心3m,水管应多长?
由这段抛物线经过点(3,0)可得
0=a(3-1)2+3.
解得
因此
当x = 0时,y = 2.25,也就是说,水管应长2.25m.
解:如图建立直角坐标系,点(1,3)是图中这段抛物线的顶点,因此可设这段抛物线对应的函数是
y = a( x -1 )2 +3
(0≤x≤3)
如图是某公园一圆形喷水池,水流在各方向沿形状相同的抛物线落下,如果喷头所在处A(0,1.25),水流路线最高处B(1,2.25),则该抛物线的解析式为 ,如果不考虑其他因素,那么水池的半径至少要____米,才能使喷出的水流不致落到池外。
y= -(x-1)2 +2.25
2.5
精彩的投篮
如图,一位运动员在距篮下4m处起跳投篮,球运行的路线是抛物线,当球运行的水平距离是2.5m时,球达到最大高度3.5m ,已知篮筐中心 到地面的距离3.05m, 问:球出手时离地面 多高时才能投中?
解:建立如图所示的直角坐标系,则球的最高点和球篮的坐标分别为B(0,3.5),C(1.5,3.05).
设所求函数为y=ax2+c.
则有:
解得
∴该抛物线的表达式为y=-0.2x2+3.5
球的出手点A 的横坐标为-2.5,将 x=-2.5代入抛物线表 达式得y=2.25,所以 当出手高度为2.25m时,才能投中。
假如该运动员身高1.8米,在这次跳投中,球在头顶上方0.25米处出手,问球出手时他跳离地面的高度是多少?
完美建筑
河北省赵县的赵州桥的桥拱是抛物线型,建立如图所示的坐标系,其函数的表达式为y= , 当水位线在AB位置时,水面宽AB= 30米,这时水面离桥顶的高度h是( ) A、5米 B、6米 C、8米 D、9米
如图,AB=30,则 点B的坐标为 (15,-h).要求水面离桥顶的高度h,即要求出点B的纵坐标。抛物线的解析式已知,把点B的坐标代入计算即可。
解:
点B的坐标为(15,-h).
由题意得:
∴水面离桥顶的高度为9米。
如图是一座古拱桥的截面图,拱桥桥洞上沿是抛物线形状,抛物线两端点与水面的距离都是1m,拱桥的跨度为10m,桥洞与水面的最大距离是5m,桥洞两侧壁上各有一盏距离水面4m的景观灯。求两盏景观灯之间的水平距离?