在高中数学中,“围篱笆”类题目是几何与代数结合的经典题型,常以实际生活场景为背景,考查优化问题的解决能力,这类题目不仅需要灵活运用数学公式,还需结合逻辑分析,因此成为考试中的高频考点,以下从常见题型、解题思路及例题解析三个角度展开。
**一、常见题型分类
1、固定周长求最大面积
题目通常给出篱笆总长度,要求围成矩形、三角形或半圆形等图形,计算面积的最大值。
> “用60米的篱笆围一个靠墙的矩形菜园(仅需围三边),如何设计长和宽使面积最大?”
2、固定面积求最小材料
反向问题:已知需要围成的区域面积,求篱笆长度的最小值。
> “农场主想围一个面积为200平方米的羊圈,一面靠墙,如何设计长宽使篱笆用量最少?”
3、复合图形问题
将篱笆用于组合图形,如矩形+半圆、多个相邻区域等,需分段分析。
> “用篱笆围成两个相邻的正方形花坛,共用一边,总篱笆长度为48米,求花坛总面积的最大值。”
**二、解题核心思路
1、建立变量关系
设未知数(如长、宽),通过题目条件列出周长或面积的表达式,矩形问题中,设靠墙边长度为x,则另一侧为(60-2x)/2。
2、转化为函数求极值
将面积或周长表达式转化为二次函数或利用导数求极值,面积S = x*(60-2x)/2,通过顶点公式或求导找到最大值。
3、验证实际意义
注意变量的取值范围是否符合现实场景,边长不能为负数,且需满足题目隐含条件(如靠墙时至少需要两边的篱笆)。
**三、典型例题解析
例题1:最大面积问题
题目:用40米篱笆围一个靠墙的矩形花园,求最大面积。
步骤:
1、设垂直于墙的边长为x,平行于墙的边长为(40-2x)。
2、面积S = x*(40-2x) = -2x² +40x。
3、二次函数顶点x=10,此时面积S=200平方米。
:当两边长均为10米时,面积最大为200平方米。
例题2:最小材料问题
题目:围一个面积为100平方米的矩形鸡舍,其中一面靠墙,求篱笆总长的最小值。
步骤:
1、设靠墙边长为x,另一侧边长为100/x。
2、篱笆长度L = 2*(100/x) + x。
3、利用导数求极值:L’= -200/x² +1,令L’=0得x=√200≈14.14米。
:靠墙边长约14.14米,另一侧约7.07米时,篱笆总长最小为28.28米。
**四、易错点提醒
1、忽略定义域:未考虑边长必须为正数,导致计算结果出现负数。
2、漏掉约束条件:例如靠墙问题中,仅需围三边,误用四边周长公式。
3、函数形式错误:未正确将面积或周长转化为单变量函数,导致后续计算错误。
**个人观点
围篱笆类题目看似简单,实则综合性强,能有效训练学生的建模能力和应用意识,建议学习者从实际问题出发,先画图辅助理解,再逐步拆解数学关系,考试中若遇到变形题(如结合成本、材料利用率),只需抓住“变量—函数—极值”的主线,便能快速破解。
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