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$18x$
$w=-x^2+42x+100(0≤ x≤ 30)$
解:
(2) $\because w=-x^2+42x+100=-(x-21)^2+541,$
$\therefore$ 当$x=21$时,$w$取得最大值,为541。
$\therefore$ 排队人数在第21分钟时最多,最多人数为541。
(3) 设开放$m$条安检通道。
由题意,得$w=y-6mx=-x^2+60x+100-6mx=-x^2+6(10-m)x+100,$
$\therefore$ 该函数图象的对称轴为直线$x=3(10-m)。$
$\because$ 排队人数在安检开始10分钟内(包含10分钟)减少,
$\therefore 0≤ 3(10-m)≤ 10,$
$\therefore \frac{20}{3}≤ m≤ 10。$
$\because$ 最多可开放9条安检通道,
$\therefore \frac{20}{3}≤ m≤ 9。$
$\because m$为正整数,
$\therefore m$的最小值为7,即可开放7条安检通道。
【分析】
本题是二次函数在实际排队场景中的应用,核心是明确排队人数的计算公式:排队人数$w=$现场总人数$y-$已入场人数,而已入场人数由安检通道数、单通道安检效率和时间决定。解题时需先推导各变量的函数表达式,再利用二次函数的性质(对称轴、最值、单调性)解决问题,步骤清晰对应实际条件即可。
【解析】
(1) 已知平均每条通道每分钟安检6人,开放3条通道时,每分钟已入场人数为$3×6=18$人,因此$x$分钟时已入场人数为$18x$。
结合现场总人数$y=-x^2+60x+100$,根据排队人数公式得:
$w=-x^2+60x+100 -18x=-x^2+42x+100$($0≤x≤30$)。
(2) 对$w=-x^2+42x+100$配方:
$w=-(x^2-42x)+100=-(x-21)^2 + 21^2 +100=-(x-21)^2 +541$。
因二次项系数为$-1<0$,函数图象开口向下,顶点处取最大值,当$x=21$时,$w$最大值为541,即排队人数在第21分钟时最多,最多人数为541。
(3) 设开放$m$条安检通道,则每分钟已入场人数为$6m$,排队人数:
$w=y -6mx=-x^2+60x+100 -6mx=-x^2 +6(10 -m)x +100$($0≤x≤30$)。
该函数对称轴为$x=3(10 -m)$,因开口向下,要求10分钟内排队人数减少,需对称轴满足$0≤3(10 -m)≤10$,解得$\frac{20}{3}≤m≤10$。结合$m$为正整数且最多开放9条通道,得$m$最小值为7,即可开放7条安检通道。
【答案】
(1) $18x$;$w=-x^2+42x+100(0≤x≤30)$
(2) 第21分钟;541
(3) 7条
【知识点】
二次函数的应用;排队问题建模;二次函数的最值
【点评】
本题将二次函数与生活中的安检排队场景结合,考查二次函数表达式推导、最值与单调性的应用,关键是理解排队人数的计算逻辑,体现了数学解决实际问题的作用,难度适中。
【难度系数】
0.5