Giáo án Toán 12 kết nối: Bài 5 Ứng dụng đạo hàm để giải quyết một số vấn đề liên quan đến thực tiễn

Giáo án Toán 12 kết nối tri thức: Bài 5 Ứng dụng đạo hàm để giải quyết một số vấn đề liên quan đến thực tiễn. Bài được biên soạn đầy đủ, chỉn chu, chất lượng. File tải về là file word, giáo viên dễ dàng sử dụng, chỉnh sửa. Kênh có trọn bộ giáo án Word cả năm.

Nội dung chi tiết

Ngày soạn: .../.../...

Ngày dạy: .../.../...

BÀI 5. ỨNG DỤNG ĐẠO HÀM ĐỂ GIẢI QUYẾT MỘT SỐ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN THỰC TIỄN (4 TIẾT)

I. MỤC TIÊU:

1. Kiến thức, kĩ năng: Học xong bài này, HS đạt các yêu cầu sau:

  • Vận dụng đạo hàm và khảo sát hàm số để giải quyết một số vấn đề liên quan đến thực tiễn.

2. Năng lực

Năng lực chung:

  • Năng lực tự chủ và tự học trong tìm tòi khám phá.
  • Năng lực giao tiếp và hợp tác trong trình bày, thảo luận và làm việc nhóm.
  • Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo trong thực hành, vận dụng.

Năng lực riêng:

  • Năng lực tư duy và lập luận toán học: phân tích, lập luận các bài toán thực tế để vận dụng được ứng dụng của đạo hàm trong giải quyết các bài toán thực tế.

  • Năng lực mô hình hóa toán học: Lập được hàm số, bảng biến thiên để giải quyết các bài toán thực tiễn.

  • Giải quyết vấn đề toán học: Vận dụng đạo hàm và khảo sát hàm số để giải quyết một số vấn đề liên quan đến thực tiễn.

  • Năng lực giao tiếp toán học: Đọc, hiểu thông tin toán học.

  • Năng lực sử dụng công cụ, phương tiện học toán: Sử dụng được máy tính cầm tay.

3. Phẩm chất

  • Cóý thức học tập, ý thức tìm tòi, khám phá và sáng tạo, có ý thức làm việc nhóm, tôn trọng ý kiến các thành viên khi hợp tác.
  • Chăm chỉ tích cực xây dựng bài, có trách nhiệm, chủ động chiếm lĩnh kiến thức theo sự hướng dẫn của GV.

II. THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU

1. Đối với GV: SGK, Tài liệu giảng dạy, giáo án, đồ dùng dạy học.

2. Đối với HS: SGK, SBT, vở ghi, giấy nháp, đồ dùng học tập (bút, thước...), bảng nhóm, bút viết bảng nhóm.

III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC

A. HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG (MỞ ĐẦU)

a) Mục tiêu:

- Tạo hứng thú, thu hút HS tìm hiểu nội dung bài học.

b) Nội dung: HS đọc tình huống mở đầu, suy nghĩ trả lời câu hỏi.

c) Sản phẩm: HS đưa ra được nhận định ban đầu về câu hỏi mở đầu.

d) Tổ chức thực hiện:

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:

- GV yêu cầu HS đọc tình huống mở đầu:

Một đội bóng đá thi đấu trong một sân vận động có sức chứa 55000 khán giả. Với giá mỗi vé là 100 nghìn đồng, số khán giả trung bình là 27000 người. Qua đó thăm dò dư luận, người ta thấy rằng mỗi khi giá vé giảm thêm 10 nghìn đồng, sẽ có thêm khoảng 3000 khán giả. Hỏi ban tổ chức nên đặt giá vé là bao nhiêu để doanh thu từ tiền bán vé là lớn nhất?

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ: HS quan sát và chú ý lắng nghe, thảo luận nhóm đôi hoàn thành yêu cầu.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận: GV gọi một số HS trả lời, HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Kết luận, nhận định: GV đánh giá kết quả của HS, trên cơ sở đó dẫn dắt HS vào bài học mới: “Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta có thể đã từng gặp các bài toán dạng này. Vậy hôm nay, bằng cách vận dụng đạo hàm và khảo sát hàm số, các em sẽ giải quyết được một số vấn để liên quan đến thực tiễn như bài toán trên.”.

Bài mới: Ứng dụng đạo hàm để giải quyết một số vấn đề liên quan đến thực tiễn.

B. HÌNH THÀNH KIẾN THỨC MỚI

Hoạt động 1: Tốc độ thay đổi của một đại lượng.

a) Mục tiêu: Vận dụng đạo hàm và khảo sát hàm số để giải quyết các bài toán về tốc độ thay đổi của một đại lượng.

b) Nội dung: HS đọc SGK, nghe giảng, thực hiện các nhiệm vụ được giao, suy nghĩ trả lời câu hỏi, thực hiện Luyện tập 1 và giải thích các Ví dụ.

c) Sản phẩm: HS hình thành được kiến thức bài học, câu trả lời của HS cho các câu hỏi. HS trình bày được cách vận dụng đạo hàm và khảo sát hàm số để giải quyết các bài toán về tốc độ thay đổi của một đại lượng.

d) Tổ chức thực hiện:

HĐ CỦA GV VÀ HS

SẢN PHẨM DỰ KIẾN

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:

- GV cho HS đọc SGK trong 5 phút.

+ GV giới thiệu cho HS tốc độ thay đổi tức thời của đại lượng đối với đối tượng tại thời điểm .

+ Sau đó, GV giới thiệu ý nghĩa thực tế của tốc độ thay đổi tức thời trong một số trường hợp thường gặp của đại lượng : hàm vị trí, nồng độ của một chất tham gia phản ứng hóa học tại thời điểm , số lượng cá thể trong một quần thể động vật hoặc thực vật tại thời điểm , hàm chi phí.

+ GV trình chiếu khung kiến thức.

+ HS chú ý lắng nghe và ghi chép.

- GV cho HS nghiên cứu Ví dụ 1.

Khi bỏ qua sức cản của không khí, độ cao (mét) của một vật được phóng thẳng đứng lên trên từ điểm cách mặt đất 2m với vận tốc ban đầu 24,5 m/s là

GV hướng dẫn HS:

+ a) Biểu thức vận tốc của vật tại thời điểm là gì? Tại thời điểm vận tốc vật đạt được là bao nhiêu?

+ b) Khi vật đạt độ cao lớn nhất có liên quan đến GTLN của hàm số h(t) không? Tại thời điểm nào vật đạt độ cao lớn nhất?

c) + Khi vật chạm đất thì độ cao của vật khi đó bằng bao nhiêu? Từ đó tính thời điểm khi vật chạm đất.

+ Vận tốc của vật khi đó bằng bao nhiêu và nêu ý nghĩa của nó.

+ GV chỉ định 3 HS lên bảng trình bày từng ý a), b), c).

+ GV nhận xét, chốt đáp án.

- GV cho HS quan sát và nghiên cứu Ví dụ 2

Giả sử số lượng của một quần thể nấm men tại môi trường nuôi cấy trong phòng thí nghiệm được mô hình hóa bằng hàm số , trong đó, thời gian t được tính bằng giờ. Tại thời điểm ban đầu , quần thể có 20 tế bào và tăng với tốc độ 12 tế bào/giờ. Tìm các giá trị của . Theo mô hình này, điều gì xảy ra với quần thể nấm men về lâu dài?

+ GV có thể hỏi HS một số câu hỏi:

  • Tại thời điểm , quần thể có 20 tế bào thì ta được PT gì?

  • Quần thể tăng với tốc độ 12 tế bào/giờ thì ta được PT gì?

+ GV chỉ định một HS đứng tại chỗ nêu lại cách làm bài.

+ GV nhận xét và chốt cách làm.

- GV cho HS quan sát và nghiên cứu Ví dụ 3

Giả sử chi phí (nghìn đồng) để sản xuất x đơn vị của một loại hàng hóa đó được cho bởi hàm số .

a) Tìm hàm chi phí biên.

b) Tìm và giải thích ý nghĩa.

c) So sánh với chi phí sản xuất đơn vị hàng hóa thứ 201.

+ GV chỉ định 3 HS lên bảng trình bày theo từng ý của SGK.

+ GV nhận xét và chốt cách làm.

- GV cho HS quan sát và nghiên cứu Ví dụ 4

Để loại bỏ chất gây ô nhiễm không khí từ khí thải của một nhà máy, người ta ước tính chi phí cần bỏ ra là

(triệu đồng)

Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số . Từ đó, hãy cho biết:

a) Chi phí cần loại bỏ ra sẽ thay đổi như thế nào khi x tăng?

b) Có thể loại bỏ được 100% chất gây ô nhiễm không khí không? Vì sao?

+ GV chỉ 1HS lên bảng khảo sát hàm số và 1 HS lên bảng trả lời 2 câu a) và b).

+ GV nhận xét và chốt cách làm.

- GV cho HS hoạt động theo nhóm bàn hoàn thành Luyện tập 1.

Khi máu di chuyển từ tim qua các động mạch chính rồi đến các mao mạch và quay trở lại qua các tĩnh mạch, huyết áp tâm thu (tức là áp lực của máu lên động mạch khi tim co bóp) liên tục giảm xuống. Giả sử một người có huyết áp tâm thu P (tính bằng mmHg) được cho bởi hàm số

trong đó thời gian t được tính bằng giây. Tính tốc độ thay đổi của huyết áp sau 5 giây kể từ khi máu rời tim.

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ:

- HS theo dõi SGK, chú ý nghe, tiếp nhận kiến thức, hoàn thành các yêu cầu, thảo luận nhóm.

- GV quan sát hỗ trợ.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận:

- HS giơ tay phát biểu, lên bảng trình bày

- Một số HS khác nhận xét, bổ sung cho bạn.

Bước 4: Kết luận, nhận định: GV tổng quát lưu ý lại kiến thức trọng tâm và yêu cầu HS ghi chép đầy đủ vào vở.

1. Tốc độ thay đổi của một đại lượng.

Ghi nhớ

Giả sử là một hàm số của và ta viết . Nếu thay đổi từ đến , thì sự thay đổi của

và sự thay đổi tương ứng của

Tỉ số được gọi là tốc độ thay đổi trung bình của đối với trên đoạn .

Giới hạn được gọi là tốc độ thay đổi tức thời của đối với tại điểm .

Như vậy, đạo hàm là tốc độ thay đổi tức thời của đại lượng đối với tại điểm . Dưới đây, chúng ta xem xét một số ứng dụng của ý tưởng này đối với vật lí, hóa học, sinh học và kinh tế:

- Nếu là hàm vị trí của một vật chuyển động trên một đường thẳng thì biểu thị vận tốc tức thời của vật (tốc độ thay đổi của độ dịch chuyển theo thời gian). Tốc độ thay đổ itức thời của vận tốc theo thời gian là gia tốc tức thời của vật.

- Nếu là nồng độ của một chất tham gia phản ứng hóa học tại thời điểm , thì là tốc độ phản ứng tức thời (tức là độ thay đổi nồng độ) của chất điểm đó tại thời điểm .

- Nếu là số lượng cá thể trong một quần thể động vật hoặc thực vật tại thời điểm , thì biểu thị tốc độ tăng trưởng tức thời của quần thể tại thời điểm .

- Nếu là hàm chi phí, tức là tổng chi phí khi sản xuất đơn vị hàng hóa, thì tốc độ thay đổi tức thời của chi phí đối với số lượng đơn vị hàng được sản xuất được gọi là chi phí biên.

- Về ý nghĩa kinh tế, chi phí biên xấp xỉ đối với chi phí để sản xuất thêm một đơn vị hàng hóa tiếp theo, tức là đơn vị hàng hóa thứu .

Ví dụ 1: SGK – tr.34

Hướng dẫn giải: SGK – tr.34.

Ví dụ 2: SGK – tr.34+35

Hướng dẫn giải: SGK – tr.34+35.

Ví dụ 3: SGK – tr.35

Hướng dẫn giải: SGK – tr.35.

Ví dụ 4: SGK – tr.35+36

Hướng dẫn giải: SGK – tr.35+36.

Luyện tập 1

Ta có:

Tốc độ thay đổi của huyết áp sau 5 giây kể từ khi máu rời tim là (mmHg/s).

Hoạt động 2: Một vài bài toán tối ưu hóa đơn giản.

a) Mục tiêu: Vận dụng đạo hàm và khảo sát hàm số để giải quyết các bài toán tối ưu hóa đơn giản.

b) Nội dung: HS đọc SGK để tìm hiểu nội dung kiến thức theo yêu cầu của GV, chú ý nghe giảng, thực hiện các Luyện tập 2; Vận dụng và đọc hiểu ví dụ.

c) Sản phẩm: HS hình thành được kiến thức bài học, câu trả lời của HS cho các câu hỏi. HS trình bày được cách vận dụng đạo hàm và khảo sát hàm số để giải quyết các bài toán tối ưu hóa đơn giản.

d) Tổ chức thực hiện:

--------------- Còn tiếp ---------------