二次函式在高中階段的應用
General 更新 2024年12月25日
在初中教材中,對二次函式作了較詳細的研究,由於初中學生基礎薄弱,又受其接受能力的限制,這部份內容的學習多是機械的,很難從本質上加以理解。進入高中以後,尤其是高三複習階段,要對他們的基本概念和基本性質(影象以及單調性、奇偶性、有界性)靈活應用,對二次函式還需再深入學習。
一、進一步深入理解函式概念
初中階段已經講述了函式的定義,進入高中後在學習集合的基礎上又學習了對映,接著重新學習函式概念,主要是用對映觀點來闡明函式,這時就可以用學生已經有一定了解的函式,特別是二次函式為例來加以更深認識函式的概念。二次函式是從一個集合A(定義域)到集合B(值域)上的對映ƒ:A→B,使得集合B中的元素y=ax2+bx+c***a≠0***與集合A的元素X對應,記為ƒ***x***= ax2+ bx+c***a≠0***這裡ax2+bx+c表示對應法則,又表示定義域中的元素X在值域中的象,從而使學生對函式的概念有一個較明確的認識,在學生掌握函式值的記號後,可以讓學生進一步處理如下問題:
型別I:已知ƒ***x***= 2x2+x+2,求ƒ***x+1***
這裡不能把ƒ***x+1***理解為x=x+1時的函式值,只能理解為自變數為x+1的函式值。
型別Ⅱ:設ƒ***x+1***=x2-4x+1,求ƒ***x***
這個問題理解為,已知對應法則ƒ下,定義域中的元素x+1的象是x2-4x+1,求定義域中元素X的象,其本質是求對應法則。
一般有兩種方法:
***1***把所給表示式表示成x+1的多項式。
ƒ***x+1***=x2-4x+1=***x+1***2-6***x+1***+6,再用x代x+1得ƒ***x***=x2-6x+6
***2*** 變數代換:它的適應性強,對一般函式都可適用。
令t=x+1,則x=t-1 ∴***t***=***t-1***2-4***t-1***+1=t2-6t+6從而ƒ***x***= x2-6x+6
二、二次函式的單調性,最值與影象。
在高中階階段學習單調性時,必須讓學生對二次函式y=ax2+bx+c在區間(-∞,-b2a]及[-b2a,+∞) 上的單調性的結論用定義進行嚴格的論證,使它建立在嚴密理論的基礎上,與此同時,進一步充分利用函式影象的直觀性,給學生配以適當的練習,使學生逐步自覺地利用影象學習二次函式有關的一些函式單調性。
型別Ⅲ:畫出下列函式的影象,並通過影象研究其單調性。
(1)y=x2+2|x-1|-1
(2)y=|x2-1|
(3)= x2+2|x|-1
這裡要使學生注意這些函式與二次函式的差異和聯絡。掌握把含有絕對值記號的函式用分段函式去表示,然後畫出其影象。
型別Ⅳ設ƒ***x***=x2-2x-1在區間[t,t+1]上的最小值是g***t***。
求:g***t***並畫出 y=g***t***的影象
解:ƒ***x***=x2-2x-1=***x-1***2-2,在x=1時取最小值-2
當1∈[t,t+1]即0≤t≤1,g***t***=-2
當t>1時,g***t***=ƒ***t***=t2-2t-1 ]
當t<0時,g***t***=ƒ***t+1***=t2-2
t2-2, ***t<0***
g***t***= -2,***0≤t≤1***
t2-2t-1, ***t>1***
首先要使學生弄清楚題意,一般地,一個二次函式在實數集合R上或是隻有最小值或是隻有最大值,但當定義域發生變化時,取最大或最小值的情況也隨之變化,為了鞏固和熟悉這方面知識,可以再給學生補充一些練習。
如:y=3x2-5x+6(-3≤x≤-1),求該函式的值域。
三、二次函式的知識,可以準確反映學生的數學思維:
型別Ⅴ:設二次函式ƒ***x***=ax2+bx+c***a>0***方程ƒ***x***-x=0的兩個根x1,x2滿足0<x1<x2<1a。
***Ⅰ***當X∈***0,x1***時,證明X<ƒ***x***<x1。
***Ⅱ***設函式ƒ***x***的影象關於直線x=x0對稱,證明x0< x2。
解題思路:
本題要證明的是x<ƒ***x***,ƒ***x***<x1和x0< x2 ,由題中所提供的資訊可以聯想到:①ƒ***x***=x,說明拋物線與直線y=x在第一象限內有兩個不同的交點;②方程ƒ***x***-x=0可變為ax2+***b-1***x+1=0,它的兩根為x1,x2,可得到x1,x2與a.b.c之間的關係式,因此解題思路明顯有三條①影象法②利用一元二次方程根與係數關係③利用一元二次方程的求根公式,輔之以不等式的推導。現以思路②為例解決這道題:
***Ⅰ***先證明x<ƒ***x***,令ƒ***x***=ƒ***x***-x,因為x1,x2是方程ƒ***x***-x=0的根,ƒ***x***=ax2+bx+c,所以能ƒ***x***=a***x-x1******x-x2***
因為0<x1<x2,所以,當x∈***0,x1***時, x-x1<0, x-x2<0得(x-x1)(x-x2)>0,又a>0,因此ƒ***x*** >0,即ƒ***x***-x>0.至此,證得x<ƒ***x***
根據韋達定理,有 x1x2=ca ∵ 0<x1<x2<1a,c=ax1x2<x=ƒ***x1***, 又c=ƒ***0***,∴ƒ***0***<ƒ***x1***, 根據二次函式的性質,曲線y=ƒ***x***是開口向上的拋物線,因此,函式y=ƒ***x***在閉區間[0,x1]上的最大值在邊界點x=0或x=x1處達到,而且不可能在區間的內部達到,由於ƒ***x1***>ƒ***0***,所以當x∈***0,x1***時ƒ***x***<ƒ***x1***=x1,
即x<ƒ***x***<x1
***Ⅱ*** ∵ƒ***x***=ax2+bx+c=a(x+-b/2a)2+***c-***,(a>0)
函式ƒ***x***的影象的對稱軸為直線x=- b/2a,且是唯一的一條對稱軸,因此,依題意,得x0=-b/2a,因為x1,x2是二次方程ax2+(b-1)x+c=0的根,根據違達定理得,x1+x2=-b-1a,∵x2-1a<0,
∴x0=-b2a=12(x1+x2-1a)<x2,即x0=x2。
二次函式,它有豐富的內涵和外延。作為最基本的冪函式,可以以它為代表來研究函式的性質,可以建立起函式、方程、不等式之間的聯絡,可以偏擬出層出不窮、靈活多變的數學問題,考查學生的數學基礎知識和綜合數學素質,特別是能從解答的深入程度中,區分出學生運用數學知識和思想方法解決數學問題的能力。
二次函式的內容涉及很廣,本文只討論至此,希望各位同仁在高中數學教學中也多關注這方面知識,使我們對它的研究更深入。
幾個抽象函式問題的粗淺分析
漫談高等代數中一類具有共性的問題
一、進一步深入理解函式概念
初中階段已經講述了函式的定義,進入高中後在學習集合的基礎上又學習了對映,接著重新學習函式概念,主要是用對映觀點來闡明函式,這時就可以用學生已經有一定了解的函式,特別是二次函式為例來加以更深認識函式的概念。二次函式是從一個集合A(定義域)到集合B(值域)上的對映ƒ:A→B,使得集合B中的元素y=ax2+bx+c***a≠0***與集合A的元素X對應,記為ƒ***x***= ax2+ bx+c***a≠0***這裡ax2+bx+c表示對應法則,又表示定義域中的元素X在值域中的象,從而使學生對函式的概念有一個較明確的認識,在學生掌握函式值的記號後,可以讓學生進一步處理如下問題:
這裡不能把ƒ***x+1***理解為x=x+1時的函式值,只能理解為自變數為x+1的函式值。
型別Ⅱ:設ƒ***x+1***=x2-4x+1,求ƒ***x***
這個問題理解為,已知對應法則ƒ下,定義域中的元素x+1的象是x2-4x+1,求定義域中元素X的象,其本質是求對應法則。
***1***把所給表示式表示成x+1的多項式。
ƒ***x+1***=x2-4x+1=***x+1***2-6***x+1***+6,再用x代x+1得ƒ***x***=x2-6x+6
***2*** 變數代換:它的適應性強,對一般函式都可適用。
令t=x+1,則x=t-1 ∴***t***=***t-1***2-4***t-1***+1=t2-6t+6從而ƒ***x***= x2-6x+6
二、二次函式的單調性,最值與影象。
在高中階階段學習單調性時,必須讓學生對二次函式y=ax2+bx+c在區間(-∞,-b2a]及[-b2a,+∞) 上的單調性的結論用定義進行嚴格的論證,使它建立在嚴密理論的基礎上,與此同時,進一步充分利用函式影象的直觀性,給學生配以適當的練習,使學生逐步自覺地利用影象學習二次函式有關的一些函式單調性。
型別Ⅲ:畫出下列函式的影象,並通過影象研究其單調性。
(1)y=x2+2|x-1|-1
(2)y=|x2-1|
(3)= x2+2|x|-1
這裡要使學生注意這些函式與二次函式的差異和聯絡。掌握把含有絕對值記號的函式用分段函式去表示,然後畫出其影象。
型別Ⅳ設ƒ***x***=x2-2x-1在區間[t,t+1]上的最小值是g***t***。
求:g***t***並畫出 y=g***t***的影象
解:ƒ***x***=x2-2x-1=***x-1***2-2,在x=1時取最小值-2
當1∈[t,t+1]即0≤t≤1,g***t***=-2
當t>1時,g***t***=ƒ***t***=t2-2t-1 ]
當t<0時,g***t***=ƒ***t+1***=t2-2
t2-2, ***t<0***
g***t***= -2,***0≤t≤1***
t2-2t-1, ***t>1***
首先要使學生弄清楚題意,一般地,一個二次函式在實數集合R上或是隻有最小值或是隻有最大值,但當定義域發生變化時,取最大或最小值的情況也隨之變化,為了鞏固和熟悉這方面知識,可以再給學生補充一些練習。
如:y=3x2-5x+6(-3≤x≤-1),求該函式的值域。
三、二次函式的知識,可以準確反映學生的數學思維:
型別Ⅴ:設二次函式ƒ***x***=ax2+bx+c***a>0***方程ƒ***x***-x=0的兩個根x1,x2滿足0<x1<x2<1a。
***Ⅰ***當X∈***0,x1***時,證明X<ƒ***x***<x1。
***Ⅱ***設函式ƒ***x***的影象關於直線x=x0對稱,證明x0< x2。
解題思路:
本題要證明的是x<ƒ***x***,ƒ***x***<x1和x0< x2 ,由題中所提供的資訊可以聯想到:①ƒ***x***=x,說明拋物線與直線y=x在第一象限內有兩個不同的交點;②方程ƒ***x***-x=0可變為ax2+***b-1***x+1=0,它的兩根為x1,x2,可得到x1,x2與a.b.c之間的關係式,因此解題思路明顯有三條①影象法②利用一元二次方程根與係數關係③利用一元二次方程的求根公式,輔之以不等式的推導。現以思路②為例解決這道題:
***Ⅰ***先證明x<ƒ***x***,令ƒ***x***=ƒ***x***-x,因為x1,x2是方程ƒ***x***-x=0的根,ƒ***x***=ax2+bx+c,所以能ƒ***x***=a***x-x1******x-x2***
因為0<x1<x2,所以,當x∈***0,x1***時, x-x1<0, x-x2<0得(x-x1)(x-x2)>0,又a>0,因此ƒ***x*** >0,即ƒ***x***-x>0.至此,證得x<ƒ***x***
根據韋達定理,有 x1x2=ca ∵ 0<x1<x2<1a,c=ax1x2<x=ƒ***x1***, 又c=ƒ***0***,∴ƒ***0***<ƒ***x1***, 根據二次函式的性質,曲線y=ƒ***x***是開口向上的拋物線,因此,函式y=ƒ***x***在閉區間[0,x1]上的最大值在邊界點x=0或x=x1處達到,而且不可能在區間的內部達到,由於ƒ***x1***>ƒ***0***,所以當x∈***0,x1***時ƒ***x***<ƒ***x1***=x1,
即x<ƒ***x***<x1
***Ⅱ*** ∵ƒ***x***=ax2+bx+c=a(x+-b/2a)2+***c-***,(a>0)
函式ƒ***x***的影象的對稱軸為直線x=- b/2a,且是唯一的一條對稱軸,因此,依題意,得x0=-b/2a,因為x1,x2是二次方程ax2+(b-1)x+c=0的根,根據違達定理得,x1+x2=-b-1a,∵x2-1a<0,
∴x0=-b2a=12(x1+x2-1a)<x2,即x0=x2。
二次函式,它有豐富的內涵和外延。作為最基本的冪函式,可以以它為代表來研究函式的性質,可以建立起函式、方程、不等式之間的聯絡,可以偏擬出層出不窮、靈活多變的數學問題,考查學生的數學基礎知識和綜合數學素質,特別是能從解答的深入程度中,區分出學生運用數學知識和思想方法解決數學問題的能力。
二次函式的內容涉及很廣,本文只討論至此,希望各位同仁在高中數學教學中也多關注這方面知識,使我們對它的研究更深入。
漫談高等代數中一類具有共性的問題