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二次函數在高中階段的應用

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在初中教材中,對二次函數作了較詳細的研究,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(圖像以及單調性、奇偶性、有界性)靈活應用,對二次函數還需再深入學習。

二次函數在高中階段的應用

一、進一步深入理解函數概念

初中階段已經講述了函數的定義,進入高中後在學習集合的基礎上又學習了映射,接着重新學習函數概念,主要是用映射觀點來闡明函數,這時就可以用學生已經有一定了解的函數,特別是二次函數爲例來加以更深認識函數的概念。二次函數是從一個集合A(定義域)到集合B(值域)上的映射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,記爲ƒ(x)= ax2+ bx+c(a≠0)這裏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,從而使學生對函數的概念有一個較明確的認識,在學生掌握函數值的記號後,可以讓學生進一步處理如下問題:

類型I:已知ƒ(x)= 2x2+x+2,求ƒ(x+1)

這裏不能把ƒ(x+1)理解爲x=x+1時的函數值,只能理解爲自變量爲x+1的`函數值。

類型Ⅱ:設ƒ(x+1)=x2-4x+1,求ƒ(x)

這個問題理解爲,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)把所給表達式表示成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) 變量代換:它的適應性強,對一般函數都可適用。

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、二次函數的單調性,最值與圖像

在高中階階段學習單調性時,必須讓學生對二次函數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,進一步充分利用函數圖像的直觀性,給學生配以適當的練習,使學生逐步自覺地利用圖像學習二次函數有關的一些函數單調性。

類型Ⅲ:畫出下列函數的圖像,並透過圖像研究其單調性。

(1)y=x2+2|x-1|-1

(2)y=|x2-1|

(3)= x2+2|x|-1

這裏要使學生注意這些函數與二次函數的差異和聯繫。掌握把含有絕對值記號的函數用分段函數去表示,然後畫出其圖像。

類型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)的圖像

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,一個二次函數在實數集合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,爲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),求該函數的值域。

三、二次函數的知識,可以準確反映學生的數學思維:

類型Ⅴ:設二次函數ƒ(x)=ax2+bx+c(a>0)方程ƒ(x)-x=0的兩個根x1,x2滿足0

(Ⅰ)當X∈(0,x1)時,證明X<ƒ(x)

(Ⅱ)設函數ƒ(x)的圖像關於直線x=x0對稱,證明x0< x2。

解題思路:

本題要證明的是x<ƒ(x),ƒ(x)

(Ⅰ)先證明x<ƒ(x),令ƒ(x)=ƒ(x)-x,因爲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)

因爲00,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 ∵ 0ƒ(0),所以當x∈(0,x1)時ƒ(x)<ƒ(x1)=x1,

即x<ƒ(x)

(Ⅱ) ∵ƒ(x)=ax2+bx+c=a(x+-b/2a)2+(c-),(a>0)

函數ƒ(x)的圖像的對稱軸爲直線x=- b/2a,且是唯一的一條對稱軸,因此,依題意,得x0=-b/2a,因爲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)

二次函數,它有豐富的內涵和外延。作爲最基本的冪函數,可以以它爲代表來研究函數的性質,可以建立起函數、方程、不等式之間的聯繫,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。

二次函數的內容涉及很廣,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。