学年高一数学人教B版必修一学案 22 一次函数和二次函数.docx
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学年高一数学人教B版必修一学案22一次函数和二次函数
2.2 一次函数和二次函数
1.一次函数的性质与图象
(1)一次函数的概念
函数y=kx+b(k≠0)叫做一次函数,又叫做线性函数;它的定义域为R,值域为R.
一次函数y=kx+b(k≠0)的图象是直线,其中k叫做该直线的斜率,b叫做该直线在y轴上的截距.
对一次函数的概念要注意以下三点:
①k≠0.若k=0,则函数就成为常数函数.
②x的最高次项次数为1.否则,也不是一次函数.
③b为任意常数.
(2)一次函数的性质
一次函数
y=kx+b(k≠0)
分类
k>0
k<0
图象
定义域
R
R
一次函数
y=kx+b(k≠0)
值域
R
R
单调性
在(-∞,+∞)上递增
在(-∞,+∞)上递减
奇偶性
b=0时为奇函数,b≠0时既不是奇函数也不是偶函数
特殊点
与x轴的交点为
,与y轴的交点为(0,b)
斜率
k=
=
(x2≠x1)
(3)图象的画法
因为两点确定一条直线,所以画一次函数的图象时,只要描出两个点,再连成直线即可.
(4)图象的特点
①正比例函数y=kx的图象是经过原点(0,0)的一条直线.
②一次函数y=kx+b的图象是经过y轴上点(0,b)的一条直线.
(5)画法技巧
①画正比例函数y=kx的图象,通常取(0,0),(1,k)两点,然后连线.
②画一次函数y=kx+b的图象,通常取它与坐标轴的交点(0,b),
,然后连线.原因是上述两点在坐标轴上,描点较准确.但由于-
多数情况下是分数,故在描点时,我们也可以取x和y都是整数的点.
谈重点对截距b含义的理解
(1)b的取值范围:
b∈R.
(2)b的几何意义:
直线y=kx+b与y轴的交点的纵坐标.
(3)点(0,b)是直线y=kx+b与y轴的交点.当b>0时,此交点在y轴的正半轴上;当b<0时,此交点在y轴的负半轴上;当b=0时,此交点在原点,此时的一次函数就是正比例函数.
(4)截距与距离是两个不同的概念.截距可正可负可以为零,但距离不可能为负.
【例1-1】一次函数y=kx-k,若y随x的增大而增大,则它的图象过( )
A.第一、二、三象限 B.第一、三、四象限
C.第一、二、四象限D.第二、三、四象限
解析:
由题意知k>0,所以-k<0,故y=kx-k的图象过第一、三、四象限.
答案:
B
【例1-2】函数的解析式为x-2y+7=0,则其对应直线的斜率与纵截距分别为( )
A.
B.1,-7
C.1,
D.
解析:
∵x-2y+7=0,∴
,
∴斜率
,纵截距
,故选A.
答案:
A
【例1-3】在同一直角坐标系内画出一次函数y=2x+1和y=-2x+1的图象.
解:
列表.
x
…
0
-0.5
…
y
…
1
0
…
x
…
0
0.5
…
y
…
1
0
…
描点(0,1),(-0.5,0),(0,1),(0.5,0).连线,即得y=2x+1和y=-2x+1的图象,如图.
【例1-4】已知一次函数的图象经过A(3,5)和B(-4,-9)两点,求该一次函数的解析式.
分析:
一次函数的图象是一条直线,可设解析式为y=kx+b(k≠0),又因为其图象过A,B两点,所以A,B两点的坐标适合方程,由此解出k和b.
解:
设这个一次函数的解析式为y=kx+b(k≠0).
∵当x=3时,y=5;当x=-4时,y=-9,
∴
①-②,得7k=14,∴k=2.
把k=2代入①,得b=-1.
∴这个一次函数的解析式为y=2x-1.
2.二次函数的定义
函数y=ax2+bx+c(a≠0)叫做二次函数,它的定义域是R.特别地,当b=c=0,则函数变为y=ax2(a≠0).
点技巧学习二次函数的定义应注意的两点
(1)对二次函数的定义,要特别注意a≠0这个条件.函数y=ax2+bx+c只有在a≠0的条件下才是二次函数,且x的最高次数是2,b,c可取任意实数.
(2)任何一个二次函数的解析式都可化成y=ax2+bx+c(a≠0)的形式,因此把y=ax2+bx+c(a≠0)叫做二次函数的一般形式.
3.二次函数的图象变换及参数a,b,c,h,k对其图象的影响
(1)函数y=x2和y=ax2(a≠0)的图象之间的关系
二次函数y=ax2(a≠0)的图象可由y=x2的图象各点的纵坐标变为原来的a倍得到,参数a的取值不同,函数及其图象也有区别,a决定了图象的开口方向和在同一直角坐标系中的开口大小.当a>0时,二次函数y=ax2的图象开口向上,当a<0时,图象开口向下.而且,当a>0时,a的值越大,函数y=ax2的图象开口越小,a的值越小,函数y=ax2的图象开口越大;当a<0时,a的值越小,函数y=ax2的图象开口越小,a的值越大,函数y=ax2图象开口越大.也就是说,|a|越大,抛物线的开口越小;反之,|a|越小,抛物线的开口越大.
(2)函数y=ax2和y=a(x+h)2+k(a≠0)的图象之间的关系
函数y=a(x+h)2+k(a≠0)的图象可以由函数y=ax2(a≠0)的图象向左(h>0)或向右(h<0)平移|h|个单位长度,再向上(k>0)或向下(k<0)平移|k|个单位长度得到.h决定了二次函数图象的左右平移,而且“h正左移,h负右移”;k决定了二次函数图象的上下平移,而且“k正上移,k负下移”.可简记为“左加右减,上加下减”.由于只进行了图象的平移变换,所以函数y=a(x+h)2+k(a≠0)的图象与函数y=ax2(a≠0)的图象形状相同,只是位置不同.
(3)函数y=ax2和y=ax2+bx+c(a≠0)的图象之间的关系
二次函数y=ax2+bx+c(a≠0)通过配方可以得到其恒等形式y=a(x+h)2+k(a≠0),从而可以知道,由y=ax2的图象如何平移就得到y=ax2+bx+c(a≠0)的图象.在二次函数y=ax2+bx+c(a≠0),即y=a
2+
(a≠0)中,二次项系数a决定着函数图象的开口方向和在同一直角坐标系中的开口大小;b和a共同决定抛物线的对称轴的位置,抛物线的对称轴是直线x=-
,它是一条平行于y轴或与y轴重合的直线;a,b,c共同决定抛物线顶点
的位置,c的大小决定抛物线y=ax2+bx+c与y轴交点的位置,当c=0时,抛物线经过坐标原点,当c>0时,抛物线与y轴的交点在y轴的正半轴,当c<0时,交点在y轴的负半轴.
【例3-1】
(1)由y=-2x2的图象,如何得到y=-2(x+1)2-3的图象?
(2)把y=2x2的图象,向右平移3个单位长度,再向上平移4个单位长度,能得到哪个函数的图象?
(3)将函数y=4x2+2x+1写成y=a(x+h)2+k的形式,并说明它的图象是由y=4x2的图象经过怎样的变换得到的?
解:
(1)把y=-2x2的图象向左平移1个单位长度,再向下平移3个单位长度就得到y=-2(x+1)2-3的图象.
(2)把y=2x2的图象,向右平移3个单位长度,再向上平移4个单位长度,就得到函数y=2(x-3)2+4,即y=2x2-12x+22的图象.
(3)y=4x2+2x+1
=
=
=
=
.
把y=4x2的图象向左平移
个单位长度,再向上平移
个单位长度,就可得到函数y=4x2+2x+1的图象.
【例3-2】
(1)在同一坐标系中作出下列函数的图象:
①y=x2;②y=x2-2;③y=2x2-4x.
(2)分析如何把y=x2的图象变换成y=2x2-4x的图象.
分析:
解答本题可就每个函数列表、描点连线,作出相应图象,然后利用图象以及二次函数的平移变换规律分析y=x2与y=2x2-4x的图象之间的关系.
解:
(1)列表:
x
…
-3
-2
-1
0
1
2
3
…
y=x2
…
9
4
1
0
1
4
9
…
y=x2-2
…
7
2
-1
-2
-1
2
7
…
y=2x2-4x
…
30
16
6
0
-2
0
6
…
描点、连线即得相应函数的图象,如图所示.
(2)y=2x2-4x
=2(x2-2x)
=2(x2-2x+1-1)
=2(x-1)2-2.
由y=x2到y=2x2-4x的变化过程如下.
方法一:
先把y=x2的图象上的点的横坐标不变,纵坐标变为原来的2倍得到y=2x2的图象,然后把y=2x2的图象向下平移2个单位长度得到y=2x2-2的图象,最后把y=2x2-2的图象向右平移1个单位长度得到y=2(x-1)2-2,即y=2x2-4x的图象.
方法二:
先把y=x2的图象向右平移1个单位长度得到y=(x-1)2的图象,然后把y=(x-1)2的图象上的点的横坐标不变,纵坐标变为原来的2倍得到y=2(x-1)2的图象,最后把y=2(x-1)2的图象向下平移2个单位长度便可得到y=2(x-1)2-2,即y=2x2-4x的图象.
析规律二次函数图象的变换规律
所有二次函数的图象均可以由函数y=x2的图象经过变换得到,变换前,先将二次函数的解析式化为顶点式,再确定变换的步骤.常用的变换步骤如下:
y=x2
y=ax2
y=ax2+k
y=a(x+h)2+k,其中a决定开口方向及开口大小(或纵坐标的拉伸);h决定左、右平移,k决定上、下平移.
【例3-3】已知二次函数f(x)=ax2+bx+c与函数y=-2x2+3x有相同的开口方向和大小,与函数y=x2-
x+1有相同的对称轴,与函数y=4x2-x-1在y轴上有相同的交点.
(1)求f(x).
(2)由y=x2的图象能得到f(x)的图象吗?
分析:
(1)根据a,b,c对f(x)的图象影响,由y=-2x2+3x确定a,由y=x2-
x+1确定b,由y=4x2-x-1确定c;
(2)由y=x2的图象得f(x)的图象要分步骤:
y=x2→y=ax2→y=a(x+h)2→y=a(x+h)2+k,因此先将f(x)的解析式化为f(x)=a(x+h)2+k的形式.
解:
(1)∵f(x)与y=-2x2+3x有相同的开口方向和大小,∴a=-2.
∵f(x)与函数y=x2-
x+1有相同的对称轴
,
∴
.
又∵a=-2,∴b=1.
∵f(x)与函数y=4x2-x-1在y轴上有相同的交点(0,-1),
∴c=-1.
∴f(x)=-2x2+x-1.
(2)f(x)=
.
将函数y=x2图象上点的横坐标保持不变,纵坐标变为原来的-2倍得到函数y=-2x2的图象;将函数y=-2x2的图象向右平移
个单位长度,再向下平移
个单位长度得到函数
的图象,即函数y=-2x2+x-1的图象.
析规律二次函数的图象变换应先配方
解决本题的关键是明确a,b,c对函数y=ax2+bx+c(a≠0)图象的影响以及利用配方法将y=ax2+bx+c化为y=a(x+h)2+k的形式,这是一项基本要求,往往由于配方过程中出现错误导致后面解答全部错误.
4.二次函数的性质
二次函数f(x)=ax2+bx+c可以通过配方转化为f(x)=a
2+
,结合图象观察得到其主要性质,如下表:
函数
二次函数y=ax2+bx+c(a≠0)
图象
a>0
a<0
函数
二次函数y=ax2+bx+c(a≠0)
性质
(1)抛物线开口向上,并向上无限延伸
(1)抛物线开口向下,并向下无限延伸
(2)对称轴是直线x=-
,
顶点坐标是
(2)对称轴是直线x=-
,顶点坐标是
(3)在区间
上是减函数,在区间
上是增函数
(3)在区间
上是增函数,在区间
上是减函数
(4)抛物线有最低点,当x=-
时,y有最小值,ymin=
(4)抛物线有最高点,当x=-
时,y有最大值,ymax=
由上表可以看出,函数的性质就是函数图象特征的具体描述,因此可借助于图象特征来理解记忆二次函数的主要性质.以上大部分性质在初中都已了解,新增加的是单调区间,所以,教科书首先通过图象观察得到函数的单调区间,然后利用单调性的定义进行了严格的证明,用定义证明函数单调性的方法和步骤在前面已经学过.
【例4-1】分别指出下列二次函数图象的开口方向、顶点坐标、对称轴方程,写出函数的单调区间及最大值或最小值:
(1)y=x2-4x+9;
(2)y=-2x2+4x-3.
分析:
首先将所给的二次函数解析式配方化成顶点式,然后利用图象研究其性质.
解:
(1)y=x2-4x+9=(x-2)2+5,
由于x2的系数是正数,所以函数图象开口向上;
顶点坐标为(2,5);对称轴方程为x=2;
函数在区间(-∞,2]上是减函数,在区间[2,+∞)上是增函数;函数有最小值,没有最大值,函数的最小值是5.
(2)y=-2x2+4x-3=-2(x-1)2-1,
由于x2的系数是负数,所以函数图象开口向下;
顶点坐标为(1,-1);
对称轴方程为x=1;
函数在区间(-∞,1]上是增函数,在区间[1,+∞)上是减函数;
函数有最大值,没有最小值,函数的最大值是-1.
谈重点配方法的重要作用
配方法是研究二次函数最值及对称性、顶点坐标等的基本方法,在探究出二次函数y=ax2+bx+c(a≠0)的对称轴以后,其图象的对称性及其单调性可直观的反应在大脑中,解题中应注意多总结这些性质,以便拓展自己的思维空间.
【例4-2】抛物线y=8x2-(m+1)x+m-7的顶点在x轴上,则m=________.
解析:
因为抛物线y=8x2-(m+1)x+m-7的顶点在x轴上,所以其顶点的纵坐标
,即m2-30m+225=0,
所以(m-15)2=0,
所以m=15.
答案:
15
点技巧牢记二次函数的性质是关键
抛物线y=ax2+bx+c(a≠0)的顶点坐标为
,当顶点在x轴上时,其纵坐标
=0;当顶点在y轴上时,其横坐标-
=0.
【例4-3】若函数y=x2+2(a-1)x+2在(-∞,4]上是减函数,则a的取值范围是( )
A.(-∞,-3] B.[-3,+∞)
C.(-∞,5]D.[5,+∞)
解析:
易知函数y=x2+2(a-1)x+2是二次函数,其图象的开口向上,对称轴是直线x=1-a,此函数在区间(-∞,1-a]上是减函数,若函数在(-∞,4]上是减函数,则1-a≥4,所以a≤-3.
答案:
A
5.二次函数解析式的求法
求二次函数的解析式,应根据已知条件的特点,灵活地运用解析式的形式,选取最佳方案,用待定系数法求之.
(1)当已知抛物线上任意三点时,通常设所求二次函数为一般式y=ax2+bx+c(a,b,c为常数,a≠0),然后列出三元一次方程组求解.
(2)当已知二次函数图象的顶点坐标或对称轴方程与最大(小)值,则设所求二次函数为顶点式y=a(x+h)2+k(其顶点是(-h,k),a≠0).
(3)当已知二次函数图象与x轴的两个交点的坐标为(x1,0),(x2,0),则设所求二次函数为交点式y=a(x-x1)(x-x2)(a≠0).
【例5-1】如图,坐标系中抛物线是函数y=ax2+bx+c的图象,则下列式子能成立的是( )
A.abc>0B.b<a+c
C.a+b+c<0D.2c<3b
解析:
图中出现的点(1,0)和(-1,0)要注意观察.
A中,∵抛物线开口向下,∴a<0.
∵抛物线与y轴的交点(0,c)在x轴上方,∴c>0.
又∵
,∴b>0.∴abc<0.因此A是错误的.
B中,∵当x=-1时,y<0(抛物线上横坐标为-1的点在x轴下方),
∴a-b+c<0(把x=-1代入函数得y=a(-1)2+b(-1)+c=a-b+c),
∴b>a+c.因此B是错误的.
C中,∵抛物线上横坐标为1的点在x轴上方,即y>0,
又∵当x=1时,函数y=a·12+b·1+c=a+b+c,
∴a+b+c>0.因此C是错误的.
D中,由上得b>a+c.又∵
,∴
.
∴2c<3b.因此D正确.
答案:
D
【例5-2】已知二次函数的图象的顶点坐标是(1,-3),且经过点P(2,0),求这个函数的解析式.
分析:
本题已知图象上两点的坐标(1,-3)和(2,0),若不考虑已知点的特点,设二次函数的一般式y=ax2+bx+c(a≠0)似乎差一个条件,但注意到点(1,-3)是抛物线的顶点,再利用对称轴方程,就可以列出关于a,b,c的三元一次方程组,从而得解;根据顶点坐标是(1,-3),也可设二次函数的顶点式y=a(x-1)2-3(a≠0),只需将点P(2,0)的坐标代入,即可求出a;若看到P(2,0)点是图象与x轴的交点,利用对称性即可求出图象与x轴的另一个交点,设二次函数的交点式y=a(x-x1)(x-x2)也能求解.
解:
(方法1)设所求函数的解析式为y=ax2+bx+c(a≠0),
由题意,得
解得
∴所求函数的解析式为y=3x2-6x.
(方法2)设所求函数的解析式为y=a(x-1)2-3(a≠0),
由图象经过点P(2,0),得a(2-1)2-3=0,解得a=3.
∴所求函数的解析式为y=3(x-1)2-3,即y=3x2-6x.
(方法3)∵二次函数的图象的顶点坐标为(1,-3),
∴其对称轴为直线x=1.
又∵图象与x轴的一个交点坐标为P(2,0),
∴由对称性可知,图象与x轴的另一个交点坐标为(0,0).
∴可设所求函数的解析式为y=a(x-0)(x-2)(a≠0).
∵图象的顶点坐标是(1,-3),
∴a(1-0)(1-2)=-3,解得a=3.
∴所求函数的解析式为y=3x(x-2),
即y=3x2-6x.
析规律由二次函数的图象与x轴的交点求解析式
若二次函数y=f(x)的图象与x轴的两个交点坐标为(x1,0)和(x2,0),则其对称轴方程为x=
,由此可以看出,已知二次函数的对称轴及其与x轴的一个交点坐标,即可求出另一个交点的坐标.
6.二次函数图象的草图画法
画二次函数的图象时,重点体现抛物线的特征“三点一线一开口”.“三点”中有一个点是顶点,另两个点是抛物线上关于对称轴对称的两个点,常取与x轴的交点;“一线”是指对称轴这条直线;“一开口”是指抛物线的开口方向.根据这些特征,在坐标系中可快速画出抛物线的草图,使画图的操作更简便,使图象更精确.
【例6】画出函数y=2x2-4x-6的草图.
解:
y=2x2-4x-6
=2(x2-2x)-6
=2(x2-2x+1-1)-6
=2[(x-1)2-1]-6
=2(x-1)2-8.
函数图象的开口向上,顶点坐标为(1,-8),对称轴为直线x=1.
令y=0,得2x2-4x-6=0,即x2-2x-3=0,解得x=-1或x=3,故函数图象与x轴的交点坐标为(-1,0),(3,0).
画法步骤:
①描点画线:
在平面直角坐标系中,描出点(1,-8),(-1,0),(3,0),画出直线x=1;
②连线:
用光滑的曲线连点(1,-8),(-1,0),(3,0),在连线的过程中,要保持关于直线x=1对称,即得函数y=2x2-4x-6的草图,如图所示.
7.待定系数法
一般地,在求一个函数时,如果知道这个函数的一般形式,可先把所求函数写为一般形式,其中系数待定,然后再根据题设条件求出这些待定系数,这种通过求待定系数来确定变量之间关系式的方法叫做待定系数法.
待定系数法求解析式的基本步骤如下:
(1)设出含有待定系数的解析式;
(2)根据恒等条件,列出含待定系数的方程或方程组;
(3)解方程或方程组求出待定系数,从而使问题得到解决.
【例7】若f(x)为一次函数,且满足f[f(x)]=1+2x,则f(x)的解析式为________.
解析:
已知f(x)为一次函数,可以使用待定系数法.
设f(x)=kx+b(k≠0),
则f[f(x)]=f(kx+b)=k(kx+b)+b=k2x+kb+b,利用对应系数相等即可求得
,
或
,
.
答案:
或
8.给定区间上二次函数的最值或值域的求法
求二次函数的最值或值域,基本的方法是配方法,当限定在某个闭区间上时,关键是确定函数图象的开口方向和对称轴与所给区间的相对位置,结合函数图象确定该函数的单调性、最大值或最小值是在端点处取得还是在顶点处取得.
一般地,二次函数f(x)=ax2+bx+c(a>0)在闭区间[p,q]上的最值有下列四种情况:
(1)当-
<p,即对称轴在区间[p,q]的左边时,画出草图如图①,从图象上易得f(x)在[p,q]上是增函数,则f(x)min=f(p),f(x)max=f(q).
(2)当p≤-
≤
,即对称轴在区间[p,q]的左端点与区间中点之间时,画出草图如图②.从图象上易得f(x)在[p,q]上的最值情况是f(x)min=f
=
,f(x)max=f(q).
(3)当
<-
≤q,即对称轴在区间[p,q]的中点与右端点之间时,画出草图如图③.从图象上易得f(x)在[p,q]上的最值情况是f(x)min=f
=
,f(x)max=f(p).
(4)当-
>q,即对称轴在区间[p,q]的右边时,画出草图如图④.从图象上易得f(x)在[p,q]上是减函数,则f(x)min=f(q),f(x)max=f(p).
【例8】已知函数f(x)=x2+2ax+2,x∈[-5,5].
(1)当a=-1时,求函数f(x)的最大值和最小值;
(2)用a表示出函数在[-5,5]上的最值;
(3)求实数a的取值范围,使y=f(x)在[-5,5]上是单调函数.
分析:
f(x)=x2+2ax+2=(x+a)2+2-a2.
(1)当a=-1时,由于对称轴x=1在区间[-5,5]内,则由图象知函数f(x)的最大值是f(-5),最小值是f
(1);
(2)中对称轴x=-a,要根据对称轴与区间[-5,5]的相对位置来讨论最值,因此要对对称轴的位置分类讨论;(3)切入点是单调函数,结合图象可知对称轴不能在区间[-5,5]内部,因此也要讨论对称轴的位置.
解:
(1)当a=-1时,f(x)=x2-2x+2=(x-1)2+1,x∈[-5,5],
当x=1时,f(x)取得最小值,
即f(x)min=f
(1)=1.
当x=-5时,f(x)取得最大值,
即f(x)max=f(-5)=(-5-1)2+1=37.
所以函数f(x)的最大值为37,最小值为1.
(2)函数y=f(x)=(x+a)2+2-a2图象的对称轴为x=-a.
当-a≤-5,即a≥5时,函数在区间[-5,5]上是增函数,
所以f(x)max=f(5)=27+10a,
f(x)min=f(-5)=27-10a;
当-5<-a≤0,即0≤a<5时,
f(x)max=f(5)=27+10a,
f(x)min=f(-a)=2-a2;
当0<-a≤5,即-5≤a<0时,
f(x)max=f(-5)=27-10a,
f(x)min=f(-a)=2-a2;
当-a>5,即a<-5时,函数在区间[-5,5]上是减函数,
所以f(x)min=f(5)=27+10a,
f(x)max=f(-5)=27-10a.
故当a≥5时,f(x)max=27+10a,
f(x)min=27-10a;
当0≤a<5时,f(x)max=27+10a,
f(x)min=2-a2;
当-5≤a<0时,f(x)max=27-10a,f(x)min=2-a2;
当a<-5时,f(x)max=27-10a,f(x)min=27
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