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淺談二次函數在高中階段的應用

所屬欄目:數學論文 發布日期:2011-06-10 16:42 熱度:

  前言
  在初中教材中,對二次函數作了較詳細的研究,由于初中學生基礎薄弱,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。進入高中以后,尤其是高三復習階段,要對他們的基本概念和基本性質(圖象以及單調性、奇偶性、有界性)靈活應用,對二次函數還需再深入學習。
  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,進入高中后在學習集合的基礎上又學習了映射,接著重新學習函數概念,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,特別是二次函數為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,記為ƒ(x)=ax2+bx+c(a≠0)這里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后,可以讓學生進一步處理如下問題:
  類型I:已知ƒ(x)=x2+2x+5,求ƒ(x+1)
  這里不能把ƒ(x+1)理解為x=x+1時的函數值,只能理解為自變量為x+1的函數值。
  類型Ⅱ:設ƒ(1+)=++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1+的象是++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1+的多項式。
  ƒ(1+)=++1=(++1)-(1+)+1=(1+)-(1+)+1且1+≠1,再用x代1+得ƒ(x)=x2-x+1(x≠1)
  (2)變量代換:它的適應性強,對一般函數都可適用。
  令t=1+,則x=(t≠1)
  ∴(t)=++1=t2-t+1從而ƒ(x)=x2-x+1(x≠1)
  二、二次函數的單調性,最值與圖象。
  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圖象學習二次函數有關的一些函數單調性。
  類型Ⅲ:畫出下列函數的圖象,并通過圖象研究其單調性。
  (1)y=2x2+|x|-5
  (2)y=|2x2-3|
  (3)=x2+2|x-1|-3
  這里要使學生注意這些函數與二次函數的差異和聯系。掌握把含有絕對值記號的函數用分段函數去表示,然后畫出其圖象。
  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)并畫出y=g(t)的圖象
  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,一個二次函數在實數集合R上或是只有最小值或是只有最大值,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<x1<x2<1a。
  (Ⅰ)當X∈(0,x1)時,證明X<ƒ(x)<x1。
  (Ⅱ)設函數ƒ(x)的圖象關于直線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,由題中所提供的信息可以聯想到: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之間的關系式,因此解題思路明顯有三條①圖象法②利用一元二次方程根與系數關系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),根據二次函數的性質,曲線y=ƒ(x)是開口向上的拋物線,因此,函數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,由于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+-b2a)2+(c-),(a>0)
  函數ƒ(x)的圖象的對稱軸為直線x=-b2a,且是唯一的一條對稱軸,因此,依題意,得x0=-b2a,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。
  二次函數,它有豐富的內涵和外延。作為最基本的冪函數,可以以它為代表來研究函數的性質,可以建立起函數、方程、不等式之間的聯系,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。

文章標題:淺談二次函數在高中階段的應用

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