本题导读
本题考查分段函数的应用。核心在于分段讨论法、代数代换法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2020年上海卷)在研究某市场交通情况时,道路密度是指该路段上一定时间内通过的车辆数除以时间,车辆密度是该路段一定时间内通过的车辆数除以该路段的长度。现定义交通流量为 , 为道路密度, 为车辆密度。
(1)若交通流量 ,求道路密度 的取值范围;
(2)已知道路密度 ,交通流量 ,求车辆密度 的最大值。
🔍【思路分析】
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- 第一问(不等式):
- 观察 ,首先确定 可能在哪个分段内。
- 对应第一段 ,解指数不等式。
- 对应第二段,若要满足条件,需看参数 的情况,但通常题目中若未给 ,第一段即能满足。
- 第二问(最值与参数):
- 首先利用 求出参数 。
- 车辆密度 。
- 求 的最大值,需要对分段函数 在整个定义域 上进行最值分析。
✅【答案】
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✍【详细解析】
Abstract
(1)求道路密度 的取值范围 当 时: 因为 是减函数,所以 。 结合该段范围,得 。
当 时: 由 的连续性(通常此类模型在分点处连续),当 时,,而此时第二段 。 纠错注:观察原图, 时 的突变说明流量在此时下降。 在 段,,显然无法大于 95。 故 的取值范围为 。
(2)求车辆密度 的最大值 首先确定 : 当 时,,代入第二段解析式: 。 则
车辆密度 :
- 当 时: 。 由于 随 增大极快减小,此项在 较大时近乎 0, 呈现递增趋势。 当 时,。
- 当 时: 。 这是一个开口向下的二次函数。 其对称轴为 。 因为 ,所以最大值在对称轴处取得。 。
比较两段:第一段最大值小于 4000,第二段最大值 。 故 的最大值为 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 指数不等式:解题关键是底数与 1 的大小关系。底数 时,去掉底数需不等号反向。
- 二次函数最值:在闭区间上求二次函数最值,必须优先判定对称轴是否在区间内。
- 上海卷特色:上海应用题往往涉及多个变量(),考查学生通过定义进行式子转换的能力。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 结论的推广:
- 这种 的交通流模型(Greenshields模型变体)反映了交通流在密度较低时流量随密度增加,当达到“饱和密度”后因拥堵导致流量下降。
- 方法的推广:
- 分段函数统一法:在处理分段函数应用题时,建议将每一段的目标函数(如本题的 )解析式写出,并在同一坐标系下分析其单调性与连续性。
- 相关知识点:
- 边际分析:在经济学或物理学中, 的形式类似总产量等于平均产量乘以投入。
🔗【关联脉络】
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