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第37章 二次函数

在数学中,我们把形如y=ax^2+bx+c(其中a,b,c是常数,a≠0)的函数叫做二次函数,一般地,自变量x和因变量y之间存在如下关系:一般式:y=ax^2+bx+c(a≠0,a、b、c为常数),则称y为x的二次函数。顶点式:y=a(x-h)^2+k;交点式(与x轴):y=a(x-x1)(x-x2)。二次函数的图像是一条主轴平行于y轴的抛物线。如果令二次函数的值等于零,则可得一个二次方程。该方程的解称为方程的根或函数的零点。

基本信息

中文名:二次函数

外文名:quadraticfunction

别称:函数

表达式:y=ax?+bx+c(a≠0,c为常数)

顶点式:y=a(x-h)?+k

交点式:y=a(x-x1)(x-x2)

函数图像:抛物线

对称轴:直线x=h

常用作图方法:五点法

顶点坐标:(h,k)

历史

大约在公元前480年,古巴比伦人和中国人已经使用配方法求得了二次方程的正根,但是并没有提出通用的求解方法。公元前300年左右,欧几里得提出了一种更抽象的几何方法求解二次方程。

7世纪印度的婆罗摩笈多是第一位懂得用使用代数方程的人,它同时容许有正负数的根。

11世纪阿拉伯的花拉子密独立地发展了一套公式以求方程的正数解。亚伯拉罕·巴希亚(亦以拉丁文名字萨瓦索达着称)在他的着作Liberembadorum中,首次将完整的一元二次方程解法传入欧洲。

据说施里德哈勒是最早给出二次方程的普适解法的数学家之一。但这一点在他的时代存在着争议。这个求解规则是(引自婆什迦罗第二)

基本定义

正在加载二次函数

一般地,把形如y=ax^2+bx+c(其中a,b,c是常数,a≠0,bc可以为0)的函数叫做二次函数(quadraticfunction),其中a称为二次项系数,b为一次项系数,c为常数项。x为自变量,y为因变量。等号右边自变量的最高次数是2。二次函数图像是轴对称图形。对称轴为直线x=-b/2a。顶点坐标[-b/2a,(4ac-b^2)/4a]交点式为y=a(X-x1)(X-x2)[仅限于与x轴有交点A(x1,0)和B(x2,0)的抛物线]

注意:“变量”不同于“自变量”,不能说“二次函数是指自变量的最高次数为二次的多项式函数”。“未知数”只是一个数(具体值未知,但是只取一个值),“变量”可在实数范围内任意取值。在方程中适用“未知数”的概念(函数方程、微分方程中是未知函数,但不论是未知数还是未知函数,一般都表示一个数或函数——也会遇到特殊情况),但是函数中的字母表示的是变量,意义已经有所不同。从函数的定义也可看出二者的差别.如同函数不等于函数的关系。

函数性质

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1.二次函数是抛物线,但抛物线不一定是二次函数。开口向上或者向下的抛物线才是二次函数。抛物线是轴对称图形。对称轴为直线。

对称轴与抛物线唯一的交点为抛物线的顶点P。特别地,当b=0时,抛物线的对称轴是y轴(即直线x=0)。

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2.抛物线有一个顶点P,坐标为P。当时,P在y轴上;当时,P在x轴上。

3.二次项系数a决定抛物线的开口方向和大小。当a>0时,抛物线开口向上;当a<0时,抛物线开口向下。|a|越大,则抛物线的开口越小。|a|越小,则抛物线的开口越大。

4.一次项系数b和二次项系数a共同决定对称轴的位置。当a与b同号时(即ab>0),对称轴在y轴左;当a与b异号时(即ab<0),对称轴在y轴右。(可巧记为:左同右异)

5.常数项c决定抛物线与y轴交点。抛物线与y轴交于(0,c)

正在加载二次函数

6.抛物线与x轴交点个数:

时,抛物线与x轴有2个交点。

时,抛物线与x轴有1个交点。当

时,抛物线与x轴没有交点。

正在加载二次函数

时,函数在

处取得最小值

;在

上是减函数,在

上是增函数;抛物线的开口向上;函数的值域是。

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当时,函数在处取得最大值;在上是增函数,在上是减函数;抛物线的开口向下;函数的值域是。

正在加载二次函数

当时,抛物线的对称轴是y轴,这时,函数是偶函数,解析式变形为y=ax?+c(a≠0)。

7.定义域:R

正在加载二次函数

值域:当a>0时,值域是;当a<0时,值域是。

奇偶性:当b=0时,此函数是偶函数;当b不等于0时,此函数是非奇非偶函数。

周期性:无

解析式:

正在加载二次函数

①一般式:

⑴a≠0

⑵若a>0,则抛物线开口朝上;若a<0,则抛物线开口朝下;

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⑶顶点:

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⑷若Δ>0,则函数图像与x轴交于两点:

正在加载二次函数

若Δ=0,则函数图像与x轴切于一点:

若Δ<0,函数图像与x轴无公共点;

②顶点式:

此时顶点为(h,t)时,对应顶点为

③交点式:

函数图像与x轴交于和两点。

表达式

顶点式

y=a(x-h)?+k(a≠0,a、h、k为常数),顶点坐标为(h,k),对称轴为直线x=h,顶点的位置特征和图像的开口方向与函数y=ax?的图像相同,当x=h时,y最大(小)值=k.有时题目会指出让你用配方法把一般式化成顶点式。

例:已知二次函数y的顶点(1,2)和另一任意点(3,10),求y的解析式。

解:设y=a(x-1)?+2,把(3,10)代入上式,解得y=2(x-1)?+2。

注意:与点在平面直角坐标系中的平移不同,二次函数平移后的顶点式中,h>0时,h越大,图像的对称轴离y轴越远,且在x轴正方向上,不能因h前是负号就简单地认为是向左平移。

具体可分为下面几种情况:

当h>0时,y=a(x-h)?的图像可由抛物线y=ax?向右平行移动h个单位得到;

当h<0时,y=a(x-h)?的图像可由抛物线y=ax?向左平行移动|h|个单位得到;

当h>0,k>0时,将抛物线y=ax?向右平行移动h个单位,再向上移动k个单位,就可以得到y=a(x-h)?+k的图象;

当h>0,k<0时,将抛物线y=ax?向右平行移动h个单位,再向下移动|k|个单位可得到y=a(x-h)?+k的图象;

当h<0,k>0时,将抛物线y=ax?向左平行移动|h|个单位,再向上移动k个单位可得到y=a(x-h)?+k的图象;

当h<0,k<0时,将抛物线y=ax?向左平行移动|h|个单位,再向下移动|k|个单位可得到y=a(x-h)?+k的图象。

交点式

[仅限于与x轴即y=0有交点时的抛物线,即b2-4ac≥0].

已知抛物线与x轴即y=0有交点A(x1,0)和B(x2,0),我们可设,然后把第三点代入x、y中便可求出a。

由一般式变为交点式的步骤:(韦达定理)

重要概念:a,b,c为常数,a≠0,且a决定函数的开口方向。a>0时,开口方向向上;a<0时,开口方向向下。a的绝对值可以决定开口大小。a的绝对值越大开口就越小,a的绝对值越小开口就越大。

f(x)=f[x0]+f[x0,x1](x-x0)+f[x0,x1,x2](x-x0)(x-x1)+...f[x0,...xn](x-x0)...(x-xn-1)+Rn(x)由此可引导出交点式的系数(y为截距)二次函数表达式的右边通常为二次三项式。

欧拉交点式:

若ax?+bx+c=0有两个实根x1,x2,则此抛物线的对称轴为直线。

三点式

方法1:

已知二次函数上三个点,(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)。把三个点分别代入函数解析式y=a(x-h)?+k(a≠0,a、h、k为常数),有:

得出一个三元一次方程组,就能解出a、b、c的值。

方法2:

已知二次函数上三个点,(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)

利用拉格朗日插值法,可以求出该二次函数的解析式为:

与X轴交点的情况:

当时,函数图像与x轴有两个交点,分别是(x1,0)和(x2,0)。

当时,函数图像与x轴只有一个切点,即。

当时,抛物线与x轴没有公共交点。x的取值范围是虚数()

函数图像

基本图像

正在加载二次函数

在平面直角坐标系中作出二次函数y=ax+bx+c的图像,可以看出,在没有特定定义域的二次函数图像是一条永无止境的抛物线。如果所画图形准确无误,那么二次函数图像将是由

平移得到的。

轴对称

正在加载二次函数图像

二次函数图像是轴对称图形。对称轴为直线

对称轴与二次函数图像唯一的交点为二次函数图象的顶点P。

特别地,当b=0时,二次函数图像的对称轴是y轴(即直线x=0)。是顶点的横坐标(即x=?)。

a,b同号,对称轴在y轴左侧;

a,b异号,对称轴在y轴右侧。

顶点

二次函数图像有一个顶点P,坐标为P(h,k)。

当h=0时,P在y轴上;当k=0时,P在x轴上。即可表示为顶点式y=a(x-h)+k(x≠0)

开口

二次项系数a决定二次函数图像的开口方向和大小。

当a>0时,二次函数图象向上开口;当a<0时,抛物线向下开口。

|a|越大,则二次函数图像的开口越小。

决定位置因素

一次项系数b和二次项系数a共同决定对称轴的位置。

当a>0,与b同号时(即ab>0),对称轴在y轴左;因为对称轴在左边则对称轴小于0,也就是-b/2a<0,所以b/2a要大于0,所以a、b要同号

当a>0,与b异号时(即ab<0),对称轴在y轴右。因为对称轴在右边则对称轴要大于0,也就是-b/2a>0,所以b/2a要小于0,所以a、b要异号

可简单记忆为左同右异,即当对称轴在y轴左时,a与b同号(即a>0,b>0或a<0,b<0);当对称轴在y轴右时,a与b异号(即a0或a>0,b<0)(ab<0)。

事实上,b有其自身的几何意义:二次函数图象与y轴的交点处的该二次函数图像切线的函数解析式(一次函数)的斜率k的值。可通过对二次函数求导得到。

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