【答案】:
$(1)$ 求$y_{1},y_{2}$關(guān)于$x$的函數(shù)表達式
- 已知甲水池原有水量$1200m^{3}$,每分鐘向甲注水$40m^{3}$,根據(jù)“$注水后水量 = 原有水量 + 注水量$”,可得$y_{1}=1200 + 40x$。
因為甲水池最大容量為$3000m^{3}$,令$y_{1}=3000$,即$1200 + 40x=3000$,解得$x = 45$。
- 已知乙水池原有水量$300m^{3}$,每分鐘向乙注水$100 - 40 = 60m^{3}$,則$y_{2}=300+(100 - 40)x=300 + 60x$。
因為乙水池最大容量為$3000m^{3}$,令$y_{2}=3000$,即$300 + 60x=3000$,解得$x = 45$。
所以$y_{1}=1200 + 40x(0\leqslant x\leqslant45)$,$y_{2}=300 + 60x(0\leqslant x\leqslant45)$。
$(2)$ 畫出$y_{2}$關(guān)于$x$的函數(shù)圖象
- 當每分鐘向甲注水$50m^{3}$時,每分鐘向乙注水$100 - 50 = 50m^{3}$。
對于甲水池:令$y_{1}=1200 + 50x=3000$,解得$x = 36$。
對于乙水池:令$y_{2}=300 + 50x=3000$,解得$x = 54$。
所以$y_{2}$的函數(shù)表達式為$y_{2}=\begin{cases}300 + 50x(0\leqslant x\leqslant36)\\300+50×36+(100 - 50)(x - 36)(36\lt x\leqslant54)\end{cases}$,即$y_{2}=\begin{cases}50x + 300(0\leqslant x\leqslant36)\\50x+300 + 50(x - 36)=100x-1500(36\lt x\leqslant54)\end{cases}$。
根據(jù)函數(shù)表達式,取關(guān)鍵點$(0,300)$,$(36,2100)$,$(54,3900)$(因為$y_{2}$最大為$3000$,當$x = 54$時,$y_{2}=3000$),畫出函數(shù)圖象(先畫$y = 50x + 300(0\leqslant x\leqslant36)$的線段,再畫$y = 100x-1500(36\lt x\leqslant54)$的線段,$y_{2}$最大為$3000$)。
$(3)$ 求$a$的值
- 甲水池注滿時間$t_{1}=\frac{3000 - 1200}{a}=\frac{1800}{a}$。
- 乙水池注滿時間$t_{2}=\frac{3000 - 300}{100 - a}=\frac{2700}{100 - a}$。
已知甲比乙提前$3min$注滿,則$\frac{2700}{100 - a}-\frac{1800}{a}=3$。
方程兩邊同時乘以$a(100 - a)$得:$2700a-1800(100 - a)=3a(100 - a)$。
展開得:$2700a-180000 + 1800a=300a-3a^{2}$。
移項得:$3a^{2}+4200a-180000 = 0$,兩邊同時除以$3$得:$a^{2}+1400a - 60000 = 0$。
對于一元二次方程$ax^{2}+bx + c = 0$(這里$x=a$,$b = 1400$,$c=-60000$),根據(jù)求根公式$x=\frac{-b\pm\sqrt{b^{2}-4ac}}{2a}$,$\Delta=b^{2}-4ac=(1400)^{2}-4×1×(-60000)=1960000 + 240000=2200000$。
$a=\frac{-1400\pm\sqrt{2200000}}{2}=\frac{-1400\pm100\sqrt{220}}{2}=-700\pm50\sqrt{220}$。
又因為$0\lt a\lt100$,解方程$a^{2}+1400a - 60000 = 0$得$a = 60$或$a=-2000$(舍去$a=-2000$)。
綜上,$(1)$$\boldsymbol{y_{1}=1200 + 40x(0\leqslant x\leqslant45)}$,$\boldsymbol{y_{2}=300 + 60x(0\leqslant x\leqslant45)}$;$(3)$$\boldsymbol{a = 60}$。($(2)$按上述分析畫圖即可)
【解析】:
(1) 甲水池注滿時間:$(3000-1200)÷40=45\ min$,乙水池注滿時間:$(3000-300)÷(100-40)=45\ min$
當$0\leq x\leq45$時,$y_{1}=1200+40x$;當$x>45$時,$y_{1}=3000$
當$0\leq x\leq45$時,$y_{2}=300+60x$;當$x>45$時,$y_{2}=3000$
(2) 甲水池注滿時間:$(3000-1200)÷50=36\ min$,乙水池注滿時間:$(3000-300)÷(100-50)=54\ min$
當$0\leq x\leq36$時,$y_{2}=300+50x$;當$36< x\leq54$時,$y_{2}=300+50×36+100(x-36)=100x-1500$
函數(shù)圖象為:當$0\leq x\leq36$時,是過點$(0,300)$和$(36,2100)$的線段;當$36< x\leq54$時,是過點$(36,2100)$和$(54,3000)$的線段
(3) 甲注滿時間:$\frac{3000-1200}{a}=\frac{1800}{a}$,乙注滿時間:$\frac{3000-300}{100-a}=\frac{2700}{100-a}$
由題意得:$\frac{2700}{100-a}-\frac{1800}{a}=3$
整理得:$a^{2}+500a-60000=0$
解得:$a_{1}=60$,$a_{2}=-1000$(舍去)
故$a=60$