AP微积分AB:建模变化率,包括相关的变化率问题

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例子问题

问题1:应用程序的衍生品

直角三角形有长边而且它们的长度都随着时间的推移而增加,比如:

a)求角度的速率相反随时间变化。

可能的答案:

正确答案:

解释

直角三角形有长边而且它们的长度都随着时间的推移而增加,比如:

求出这个角的速率相反随时间变化。

第九题,三角关系

a)首先我们需要写出角度的表达式的函数.因为角是这条边的对边我们知道正切很简单.求正切的倒数:

现在我们需要对它求导

回想一下,正切函数的一般导数是

把这个应用到for函数中,并记住链式法则,得到:

问题2:建立变化率模型,包括相关的变化率问题

肥皂有时被用来确定工业管道泄漏的位置。一个完美的球形肥皂泡正在以.当气泡的半径是多少时,气泡表面积的变化率是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

为了确定球形气泡表面积的变化率,我们必须把它和我们知道的体积变化率联系起来。

球体的体积由下面给出:

体积的变化率由对时间的导数得到:

导数是用以下规则找到的:

我们现在必须求出指定半径处半径的变化率,这样我们以后就可以求出表面积的变化率:

接下来,我们必须找到球面的表面积和表面积变化率,方法和上面一样:

将给定半径处已知的表面积变化率代入,将半径代入表面积变化率函数,就得到

问题3:建立变化率模型,包括相关的变化率问题

一位披萨店的厨师正在压扁一块圆形面团。面团的表面积(我们只考虑面团的顶部)以0.5英寸/秒的速度增加。当披萨的半径是4英寸时,披萨的直径变化有多快?

可能的答案:

英寸/秒

英寸/秒

英寸/秒

英寸/秒

英寸/秒

正确答案:

英寸/秒

解释

为了求出直径的变化率,我们必须把直径和我们知道的表面积的变化率联系起来。

披萨面团上侧面的表面积由

那么,通过对函数对时间求导,就可以得到变化率:

求出半径在给定半径处的变化率,我们得到

英寸/秒

现在,我们把直径和披萨面团的半径联系起来:

对两边对时间求导,我们得到

代入给定半径处已知的半径变化率,我们得到

英寸/秒

我们可以直接用直径来表示表面积公式,但是我们使用的方法更适用于相关变化率不那么容易处理的问题。

问题4:建立变化率模型,包括相关的变化率问题

一个球形气球的体积以恒定的速率增加.在半径为3厘米的地方,气球周长的变化率是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

为了确定给定半径处的周长变化率,我们必须把周长变化率和我们知道的体积变化率联系起来。

从球形气球的体积方程开始,

我们对函数对时间求导,得到体积的变化率

导数是用以下规则找到的:

当对半径对时间求导时要用到链式法则,因为我们知道它是时间的函数。

用我们已知的在给定的半径处,我们得到

现在,我们用这个变化率来计算圆周的变化率,这个变化率是通过对圆周对时间求导得到的:

通过代入已知的半径变化率来求解圆周的变化率,我们得到

问题5:建立变化率模型,包括相关的变化率问题

当三角形的面积为2平方英寸时,确定直角三角形的底角的变化率。直角三角形的长度以每分钟1英寸的速度增加,高度为常数2英寸。

可能的答案:

弧度每分钟

弧度每分钟

弧度每分钟

弧度每分钟

正确答案:

弧度每分钟

解释

为了确定给定直角三角形的对角与底角的变化率,我们必须把它与三角形在一定面积时底角的变化率联系起来。

首先,我们必须在给定的区域内确定直角三角形的底边长度:

现在,我们必须找出底的对角与底的长度和高度之间的关系,即角的正切:

为了计算角度的变化率,我们对三角形两边对时间求导,记住三角形的底与时间有关,而高度是不变的:

我们知道底边的变化率,也能求出三角形两边的夹角

把这个和其他已知的信息代入然后求出与底相邻的角的变化率,我们得到

弧度每分钟

问题1:建立变化率模型,包括相关的变化率问题

汽车的位置由这个方程给出

求汽车的加速度

可能的答案:

正确答案:

解释

要求汽车的加速度,对的二阶导数

,

汽车的位置在则由:

问题7:建立变化率模型,包括相关的变化率问题

半径为1个单位的圆上的一点正以逆时针方向绕圆心旋转。它每8秒绕地球一周。有多快?当线段从原点到点,,形成一个角度正x轴上的弧度?

可能的答案:

正确答案:

解释

这是一个相关比率的问题。

由于这个问题给出了一个轨道的时间,我们可以找到这个点的角速度。角速度就是粒子在一秒内走了多少弧度。我们通过除以一圈的弧度,,当它运行一圈所需的时间是8秒。

这就得到了角对时间的变化量,

现在我们需要把角度的位置,.回想一下,

,其中r为半径。

由于半径的单位是1,我们可以把这个方程写成

现在我们对两边求导数时间,使用隐函数微分。记住,链式法则适用于任何非链式法则的变量.这给了,

现在我们有了一个公式,它与粒子在某一时刻的水平速度有关,,与正x轴上方的角度和同一时刻的角速度。要求出x坐标的变化速度的角度,正x轴上的弧度。我们代入.然而,我们也需要知道.幸运的是,我们已经找到了。它是角速度,弧度/秒。

输入这些信息,我们得到

这就是答案。负的是有意义的,因为这个点是逆时针运动的。因此,当角度为时,它向左移动弧度。

问题8:建立变化率模型,包括相关的变化率问题

一名男子站在一架靠在建筑物边上的10英尺长的梯子上,这时梯子的底部开始从下面滑出来。当梯子底部距离大楼6英尺时,站在梯子顶部的人以2英尺/秒的速度下落,他下落的速度有多快?

可能的答案:

正确答案:

解释

这是一个相关比率的问题。梯子靠在建筑物的一边形成一个直角三角形,梯子的斜边是10英尺。毕达哥拉斯定理,把三角形的三条边相互联系起来。让从梯子顶端到地面的高度。让就是从梯子底部到大楼的距离。因为10是斜边,我们有下面的方程。

把右边化简

而且是变量,我们要等到求导之后再代入值。

问题是站在梯子顶端的人下落的速度有多快梯子的基座距离建筑物6英尺,并以2英尺/秒的速度滑动。这两个值,而且,只发生在时间的某个瞬间。我们会找到方程在这个时间点的导数。

用隐式微分法求出对时间的导数,我们得到

我们只关心这一瞬间而且.我们需要找出梯子顶端,也就是这个人,下落的速度。我们要解出.但是,我们需要知道是什么就是在这一瞬间为了找到答案。幸运的是,勾股定理适用于所有时间点,所以我们可以用它来求这个特定的时刻

因为我们处理的是物理距离,我们只用正8。

把所有的信息代入导数方程得到

负的是有道理的,因为这个人在下降,所以高度在变小。因此我们的答案是

问题1:建立变化率模型,包括相关的变化率问题

汽车的速度由以下方程给出:

,在那里是以小时为单位的时间。

如果汽车从离家3英里的地方出发,4小时后会有多远?

可能的答案:

正确答案:

解释

为了求出行进的总距离,速度函数必须积分小时:

最后,问题是问车离家有多远。离家三英里的时候,所以在,它将是:

英里从家里。

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