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二次函数
一、课标下复习指南
1.二次函数
如果y=ax2+bx+c(a,b,c为常数,a≠0),那么y叫做x的二次函数.
几种特殊的二次函数:y=ax2(a≠0);y=ax2+c(ac≠0);y=ax2+bx(ab≠0);y=a(x-h)2(a≠0).
2.二次函数的图象
二次函数y=ax2+bx+c的图象是对称轴平行于y轴的一条抛物线.
由y=ax2(a≠0)的图象,通过平移可得到y=a(x-h)2+k(a≠0)的图象.
3.二次函数的性质
二次函数y=ax2+bx+c的性质对应在它的图象上,有如下性质:
(1)抛物线y=ax2+bx+c的顶点是,对称轴是直线,顶点必在对称轴上;
(2)若a>0,抛物线y=ax2+bx+c的开口向上,因此,对于抛物线上的任意一点(x,y),当x<时,y随x的增大而减小;当x>时,y随x的增大而增大;当x=,y有最小值;
若a<0,抛物线y=ax2+bx+c的开口向下,因此,对于抛物线上的任意一点(x,y),当x<,y随x的增大而增大;当时,y随x的增大而减小;当x=时,y有最大值;
(3)抛物线y=ax2+bx+c与y轴的交点为(0,c);
(4)在二次函数y=ax2+bx+c中,令y=0可得到抛物线y=ax2+bx+c与x轴交点的情况:
当D=b2-4ac>0,抛物线y=ax2+bx+c与x轴有两个不同的公共点,它们的坐标分别是和,这两点的距离为;当D=0时,抛物线y=ax2+bx+c与x轴只有一个公共点,即为此抛物线的顶点;当D<0时,抛物线y=ax2+bx+c与x轴没有公共点.
4.抛物线的平移
抛物线y=a(x-h)2+k与y=ax2形状相同,位置不同.把抛物线y=ax2向上(下)、向左(右)平移,可以得到抛物线y=a(x-h)2+k.平移的方向、距离要根据h、k的值来决定.
二、例题分析
例1 用一根6米长的铁丝弯成一个矩形,设矩形一边长为x(米),矩形面积为y(米2),写出y关于x的函数解析式及自变量x的取值范围,并画出函数图象.
解 ∵矩形一边长x米,周长6米,
∴矩形另一边长为(3-x)米.
∴矩形面积y关于x的函数解析式为y=x(3-x)即y=-x2+3x(0<x<3).
(函数图象如图8-1)
图8-1
注意 列表时,应在自变量取值范围内取点,并且尽量取关键点,如图象的端点、与坐标轴的交点、顶点等,以使图象尽量准确.
例2 已知二次函数y=ax2+bx+c符合下列条件,求它的解析式:
(1)图象经过三点(1,4),(-1,-1),(2,-1);
(2)顶点是(2,1),并且经过点(3,);
(3)顶点在y轴上,最大值是4,并且经过点(1,3);
(4)顶点在x轴上,对称轴x=1,并且经过点(2,2);
(5)对称轴是x=2,并且经过点(0,-3),(3,0);
(6)与x轴的交点坐标为(1,0),(2,0),且经过点(3,6);
(7)图象经过点(-1,8),对称轴是直线x+2=0,并且在x轴截得的线段长为6.
解 (1)解得
说明 还可以由点的坐标之间的关系发现(-1,-1)与(2,-1)两点关于抛物线的对称轴对称,因此对称轴方程是直线.抛物线的对称性有时非常有用.
(2)设y=a(x-2)2+1(a≠0).
∵抛物线经过点
(3)由题意知顶点坐标为(0,4).
设y=ax2+4(a≠0).
∵抛物线经过点(1,3),∴a=-1.
∴y=-x2+4.
(4)由题意知顶点坐标为(1,0).
设y=a(x-1)2(a≠0).
∵抛物线经过点(2,2),∴a=2.
∴y=2x2-4x+2.
(5)由抛物线的对称性可知它经过(1,0)点.
∵可设y=a(x-1)(x-3),
由抛物线过(0,-3)点得a=-1.
∴y=-x2+4x-3.
(6)∵抛物线与x轴交于(1,0),(2,0)两点,
∴设y=a(x-1)(x-2)(a≠0).
由抛物线经过(3,6)点得到a=3.
∴y=3x2-9x+6.
(7)∵抛物线与x轴的两交点关于对称轴x=-2对称,
∴两交点分别为(-5,0),(1,0).
设y=a(x+5)(x-1).
由抛物线过点(-1,8)可得a=-1.
∴y=-x2-4x+5.
说明 根据条件灵活选择抛物线的三种表达形式:一般式y=ax2+bx+c(a≠0),顶点式y=a(x+m)2+n(a≠0),或双根式y=a(x-x1)(x-x2)(a≠0)有助于简化计算过程.
例3 (1)已知函数y=ax2+bx+c的图象如图8-2所示,且P=|a-b+c|+|2a+b|,Q=|a+b+c|+|2a-b|,则P,Q的大小关系为______;
图8-2
(2)已知二次函数y=ax2+bx+c(a≠0)的图象如图8-3所示,有下列5个结论:
图8-3
①abc>0;②b<a+c;③4a+2b+c>0;
④2c<3b;⑤a+b>m(am+b)(m≠1),
其中正确的结论有( ).
A.2个 B.3个 C.4个 D.5个
解 (1)p<Q由图8-2知a<0,b>0,c=0,.当x=1时,y=a+b>0.
∴P=a+2b,Q=2b-a.∴P<Q.
(2)应选B.由图8-3知a<0,b>0,c>0,,当x=-1时,y=a-b+c<0,当x=2时,y=4a+2b+c>0.
∴①②错误,③正确.
∵a-b+c<0,又∵b=-2a∴.
,∴2c<3b.
∴④正确.
∵b=-2a,∴a+b=-a,
m(am+b)=a(m2-2m).
a+b-m(am+b)=-a(m-1)2.
∵m≠1,∴-a(m-1)>0.
∴⑤正确.
说明 注意观察二次函数的图象可以得到隐含信息,如开口方向、对称轴顶点、与坐标轴的公共点以及所给出的特殊点与图象的关系等.
例4 若|x-1|≤3,则关于y=-x2+2x-1的最值说法正确的是( ).
A.最大值是0,无最小值
B.最小值是-9,最大值是0
C.无最大值,最小值是-9
D.无最大值,也无最小值
解 ∵|x-1|≤3,∴-3≤x-1≤3.
∴-2≤x≤4.
∵y=-x2+2x-1=-(x-1)2,
当x=-2时,y=-9,当x=4时,y=-9.由图8-4可知-9≤y≤0.
图8-4
∴应选B.
例5 若二次函数y=kx2-7x-7的图象与x轴有公共点,则k的取值范围是( )
A. B.且k≠0
C. D.且k≠0
解 令y=0,则kx2-7x-7=0.
由题意知一元二次方程kx2-7x-7=0有实根.
且k≠0.
∴应选择D.
说明 抛物线与坐标轴的交点问题要注意:
①方程类型.
②一元二次方程两根相等抛物线与x轴有一个公共点;
一元二次方程两根不等抛物线与x轴有两个公共点;
一元二次方程无实根抛物线与x轴无公共点.
例6 两个不同的二次函数y=x2+kx+1与y=x2-x-k的图象相交,若有一个交点在x轴上,则k的值为( ).
A.0 B.-1 C.2 D.
解 由题意知x2+kx+1=0与x2-x-k=0有一个公共解,不妨设为a,则有
整理得(k+1)(a+1)=0.
∵k≠-1,∴a=-1,∴k=2.
∴应选择C.
例7 (1)已知抛物线y=-2x2+8x-8,其顶点坐标为______,以其顶点为中心,旋转180°所得抛物线的解析式是______,若继续上下平移,使它与直线y=2x-4相交于(0,a),则a=______,平移后,所得抛物线的解析式是______;
(2)抛物线y=ax2+bx+c如图8-5所示.
图8-5
①它关于y轴对称的抛物线的解析式为____________;
②它关于x轴对称的抛物线的解析式为____________;
③它关于直线x=4对称的抛物线的解析式为____________;
④它关于直线y=-2对称的抛物线的解析式为____________.
(1)(2,0),
y=2x2-8x+8,a=-4,y=2x2-8x-4;
(2)可先求出图8-5中抛物线为y=x2-4x+3.
①y=x2+4x+3;②y=-x2+4x-3;
③y=x2-12x+35;
④y=-x2+4x-7.
说明 方法一:对于抛物线的图形变换基本方法是转化为关键点的变换,尤其是顶点、与坐标轴的交点;另外也可利用图形变换前后图形全等,因而|a|是不变的,来寻求解决方法.
方法二:若设所求抛物线上任一点P的坐标为(x,y),则它关于y轴的对称点为P1(-x,y),关于x轴的对称点为P2(x,-y),关于直线x=4的对称点为P3(8-x,y),关于直线y=2的对称点为P4(x,-4-y),P1,P2,P3,P4分别在原抛物线上,将它们的坐标分别代入原抛物线的解析式,整理后得到所求抛物线的解析式.
例8 如图8-6,二次函数y=+m(m<4)的图象与x轴相交于点A,B两点.
图8-6
(1)求A,B两点的坐标(可用含字母m的代数式表示);
(2)如果这个二次函数的图象与反比例函数y的图象相交于点C,且∠BAC的正弦值为,求这个二次函数的解析式.
解 (1)令y=0,则
∴x2+(m+4)x+4m=0.
整理,得(x+m)(x+4)=0.
解 得x=-m或-4.
∵m<4,∴-m>-4.
∵点A在点B左侧,
∴A(-4,0),B(-m,0).
(2)过C作CD⊥x轴于D,则∠CDA=90°.
∵,设AC=5k,则 CD=3k.
∵AC2=CD2+AD2,∴AD=4k.
∵A(-4,0),∴OA=4,OD=4k-4.
∵C点在第一象限,∴C(4k-4,3k).
∵C点在双曲线上,
∴3k(4k-4)=9.
或(∵k>0,舍去)
.
例9 已知二次函数y=-x2+(2m+2)x-(m2+4m-3),m为不小于0的整数,它的图象与x轴交于A点和B点,点A在原点的左边,点B在原点的右边.
(1)求二次函数的解析式;
(2)若一次函数y=kx+b的图象经过点A,并与这个二次函数的图象交于点C,S△ABC=10,求一次函数的解析式.
解 (1)∵抛物线与x轴交于A,B两点,
令y=0,则-x2+(2m+2)x-(m2+4m-3)=0.
∵此方程有两个不等实根,D=-8(m-2)>0,
∴D>0,m<2.
又∵m是不小于0的整数,∴m=0,1.
当m=0时,y=-x2+2x+3.
令y=0,则x1=-1,x2=3.
∵A在原点左侧,B在原点右侧,
∴A(-1,0),B(3,0).
当m=1时,y=-x2+4x-2.
令y=0,则
∴不符合题意,舍去.
∴y=-x2+2x+3.
(2)过C作CD⊥AB于D.(见图8-7)
图8-7
∵A(-1,0),B(3,0),∴AB=4.
∵S△ABC=10,∴CD=5.
∴C点的纵坐标为±5.
∵顶点(1,4),∴C点的纵坐标为-5.
当y=-5时,-x2+2x+3=-5.
∴x1=-2,x2=4.
∴C(-2,-5),C(4,-5).
可得直线AC的解析式为y=5x+5或y=-x-1.
思考 若过点A的直线与抛物线有且只有一个公共点,如何求直线解析式?
解 见图8-8,情况①当直线与x轴垂直时,为x=-1;
图8-8
情况②当直线不与x轴垂直时,设直线的解析式为y=kx+b.
∵A(-1,0),
∴-k+b=0,
∴k=b,y=kx+k.
∴x2+(k-2)x+k-3=0.
当D=0时,有一个公共点.
∴k=4,∴y=4x+4.
综上所述,直线的解析式为x=-1或y=4x+4.
例10 已知抛物线y=ax2+bx+c与y轴交于点A(0,3),与x轴分别交于B(1,0),C(5,0)两点.
(1)求此抛物线的解析式;
(2)若点D为线段OA的一个三等分点,求直线DC的解析式;
(3)若一个动点P自OA的中点M出发,先到达x轴上的某点(设为点E),再到达抛物线的对称轴上的某点(设点为F),最后沿直线运动到点A求使点P运动的总路径最短的点E、点F的坐标,并求出这个最短总路径的长.
解 (1)∵抛物线与x轴分别交于(1,0),(5,0)两点,
∴可设抛物线解析式为y=a(x-1)(x-5)(a≠0).
又∵抛物线与y轴交于(0,3)点,
(2)∵A(0,3),∴OA=3.
∵D是OA的一个三等分点,∴DO=1或2.
∵D在y轴的正半轴上,∴D(0,1)或(0,2).
当D(0,1)时,设CD的解析式为y=k1x+b1(k1≠0)
解得
当D(0,2)时,同理可得
综上所述,直线CD的解析式为或
(3)如图8-9所示,
图8-9
作点M关于x轴的对称点M′.
作A关于对称轴直线x=3的对称点A′.
连接A′M′交x轴于E,交直线x=3于F,
则E,F即为所求.
∵M,M'关于x轴对称,∴ME=M'E.
同理AF=A′F.
∴ME+EF+AF=M′E+EF+A′F=A′M′.
∵M是OA的中点,OA=3,
∵A(0,3),∴A′(6,3).
由勾股定理得
设直线A′M′的解析式为y=kx+b(k≠0).
解得
令y=0,则
∴x=2,E(2,0).
令x=3,则
综上所述,总路径最短为,此时E(2,0),F
三、课标下新题展示
例11 (2009长沙)如图8-10,二次函数y=ax2+bx+c(a≠0)的图象与x轴交于A,B两点,与y轴交于点C.连接AC,BC,A,C两点的坐标分别为A(-3,0),,且当x=-4和x=2时二次函数的值y相等.
图8-10
(1)求实数a,b,c的值;
(2)若点M,N同时从B点出发,均以每秒1个单位长度的速度分别沿BA,BC边运动,其中一个点到达终点时,另一点也随之停止运动.当运动时间为t秒时,连接MN,将△BMN沿MN翻折,B点恰好落在AC边上的P处,求t的值及点P的坐标;
(3)在(2)的条件下,二次函数图象的对称轴上是否存在点Q,使得以B,N,Q为顶点的三角形与△ABC相似?如果存在,求出点Q的坐标;如果不存在,请说明理由.
解 (1)由题意,得
解得
(2)由(1)得.
当y=0时,x=-3或1.
∴B(1,0),A(-3,0),.
∴OA=3,OB=1,.
可得
∴△ABC为直角三角形,且∠ACB=90°,∠A=30°,∠B=60°.
又由BM=BN=PN=PM知四边形PMBN为菱形.
∴PN∥AB.即
过点P作PE⊥AB于E.
在Rt△PEM中,∠PME=∠B=60°,PM=.
又,故OE=1.
(3)由(1)、(2)知抛物线的对称轴为直线x=-1,且∠ACB=90°.
①若∠BQN=90°,
∵BN的中点到对称轴的距离大于1,
而
∴以BN为直径的圆不与对称轴相交,
∴∠BQN≠90°,
即此时不存在符合条件的Q点.
②若∠BNQ=90°,
当∠NBQ=60°时,Q,E重合,此时∠BNQ≠90°;
当∠NBQ=30°时,Q,P重合,此时∠BNQ≠90°.
即此时不存在符合条件的Q点.
③若∠QBN=90°时,延长NM交对称轴于点Q,此时,Q为P关于x轴的对称点.
为所求.
例12 (2009广州)如图8-11,二次函数y=x2+px+q(p<0)的图象与x轴交于A,B两点,与y轴交于点C(0,-1),△ABC的面积为
图8-11
(1)求该二次函数的解析式;
(2)过y轴上的一点M(0,m)作y轴的垂线,若该垂线与△ABC的外接圆有公共点,求m的取值范围;
(3)在该二次函数的图象上是否存在点D,使四边形ACBD为直角梯形?若存在,求出点D的坐标;若不存在,请说明理由.
解 (1)设点A(x1,0),B(x2,0),其中x1<x2.
∵抛物线y=x2+px+q过点C(0,-1),
∴q=-1,y=x2+px-1.
∵抛物线y=x2+px-1与x轴交于A,B两点,令y=0,
设x1,x2是方程x2+px-1=0的两根,
则
又∵S△ABC
解 得 (∵p<0,∴舍去正值).
(2)令,解得
∴∠ACB=90°,△ABC是直角三角形.
∴Rt△ABC的外接圆的圆心是斜边AB的中点,且Rt△ABC的外接圆的半径
∵垂线与△ABC的外接圆有公共点,
(3)假设在二次函数y的图象上存在点D,使得四边形ACBD是直角梯形.
①若AD∥BC,设点D的坐标为(1),x0>0,过D作DE⊥x轴,垂足为E,如图8-12所示.
图8-12
在Rt△AED中,
,
在Rt△BOC中,
∴∠DAE=∠CBO,
∴tan∠DAE=tan∠CBO.
整理,得-8x0-5=0.
解 得或
∵x0>0,
,此时点D的坐标为.
而AD2=AE2+ED2=≠BC2,因此当AD∥BC时,在抛物线上存在点D,使得四边形DACB是直角梯形.
②若AC∥BD,设点D的坐标为(x0,-,x0<0.过D作DF⊥x轴,垂足为F,如图8-13所示.
图8-13
在Rt△DFB中,,
在Rt△COA中,
∵∠DBF=∠CAO,
∴tan∠DBF=tan∠CAO.
整理,得2+x0-10=0.
解 得或x0=2.
∵x0<0,
∴,此时点D的坐标为.
此时BD≠AC,因此当AC∥BD时,在抛物线上存在点D使得四边形DACB是直角梯形.
综上所述,在抛物线上存在点D,使得四边形DACB是直角梯形,并且点D的坐标为或.
四、课标考试达标题
(一)选择题
1.二次函数y=ax2+bx+c的值如果总是负数,那么a,b,c满足( ).
A.a>0,b2-4ac<0 B.a>0,b2-4ac>0
C.a<0,b2-4ac>0 D.a<0,b2-4ac<0
2.(2007济南)已知y=ax2+bx+c的图象如图8-14所示,则y=ax-b的图象一定经过( ).
图8-14
A.第一、二、三象限
B.第一、二、四象限
C.第二、三、四象限
D.第一、三、四象限
3.(2007潜江)抛物线y=-x2+bx+c的部分图象如图8-15所示,则当y>0时,x的取值范围是( ).
图8-15
A.-4<x<1
B.-3<x<1
C.x<-4或x>1
D.x<-3或x>1
4.如图8-16是二次函数y=ax2+bx+c图象的一部分,图象经过点A(-3,0),对称轴为x=-1.给出四个结论:①b2>4ac;②2a+b=0;③a-b+c=0;④5a<b.其中正确结论是( ).
图8-16
A.②④ B.①④
C.②③ D.①③
5.如果函数y=ax+b(ab≠0)的图象不经过第一象限,则抛物线y=ax2+bx的顶点一定在( ).
A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.第四象限
6.根据下表中的二次函数y=ax2+bx+c的自变量x与函数y的对应值,可判断该二次函数的图象与x轴( ).
x
…
-1
0
1
2
…
y
…
-1
-2
…
A.只有一个交点
B.有两个交点,且它们分别在y轴两侧
C.有两个交点,且它们均在y轴同侧
D.无交点
7.在平面直角坐标系中,先将抛物线y=x2+x-2关于x轴作轴对称变换,再将所得的抛物线关于y轴作轴对称变换,那么经两次变换后所得的新抛物线的解析式为( ).
A.y=-x2-x+2 B.y=-x2+x-2
C.y=-x2+x+2 D.y=x2+x+2
8.已知二次函数y=ax2+bx+c的图象过(-1,3),(1,1)两点,且它与y轴交点的纵坐标大于0且小于1,则a的取值范围是( ).
A.1<a<3 B.1≤a≤3
C.2≤a<3 D.1<a<2
9.某旅社有100张床位,每床每晚收费10元时,床位可全部租出;若每床每晚收费提高2元,则会少租出10张床位;若每床每晚收费再提高2元,则会再少租出10张床位.以每次提高2元的这种方法变化下去,为了投资少而获利大,每床每晚应提高( ).
A.4元或6元 B.4元
C.6元 D.8元
(二)填空题
10.抛物线y=x2-2x-8的对称轴方程为______,顶点为______,与x轴的交点为______,与y轴的交点为______.
11.已知抛物线y=x2+px+q与x轴的交点为(3,0)和(-5,0),则该抛物线的对称轴是
______.
12.若二次函数y=ax2+bx+c的图象的顶点为(1,2),与y轴的交点为(0,3),则a+b+c=______.
13.将抛物线y=2x2向右平移1个单位,再向上平移3个单位,得到图象的解析式为______.
14.若抛物线y=x2+px+q与x轴的交点为(p,0),(q,0),则该抛物线的解析式为______.
15.若抛物线y=x2+bx+5的顶点在x轴上,则b的值为______.
(三)解答题
16.(2008茂名)我市某工艺厂为配合北京奥运,设计了一款成本为20元/件的工艺品投放市场进行试销.经过调查,得到如下数据:
销售单价
x(元/件)
…
30
40
50
60
…
每天销售量
y(件)
…
500
400
300
200
…
(1)把上表中x,y的各组对应值作为点的坐标,在图8-17中的平面直角坐标系中描出相应的点,猜想y与x的函数关系,并求出函数关系式;
图8-17
(2)当销售单价定为多少时,工艺厂试销该工艺品每天获得的利润最大?最大利润是多少?(利润=销售总价-成本总价)
(3)当地物价部门规定,该工艺品销售单价最高不能超过45元/件,那么销售单价定为多少时,工艺厂试销该工艺品每天获得的利润最大?
17.阅读以下材料:
对于三个数a,b,c,用M{a,b,c}表示这三个数的平均数,用min{a,b,c}表示这三个数中最小的数.例如:min{-1,2,3}=-1,min{-1,2,a}
解 决下列问题:
(1)填空:min{sin30°,cos45°,tan30°}=______;如果min={2,2x+2,4-2x}=2,则x的取值范围为______≤x≤______.
(2)①如果M{2,x+1,2x}=min{2,x+1,2x},那么x=______;
②根据①,你发现了结论“如果M{a,b,c}=min{a,b,c},那么______”(填a,b,c的大小关系)
③运用②的结论,填空:若M{2x+y+2,x+2y,2x-y}=min{2x+y+2,x+2y,2x-y},则x+y=______;
(3)如图8-18,在同一直线坐标系中作出函数y=x+1,y=(x-1)2,y=2-x的图象.通过观察图象,得出min{x+1,(x-1)2,2-x}的最大值为______.
图8-18
18.如图8-19,抛物线y=x2+4x与x轴分别相交于点B,O,它的顶点为A,连接AB,把AB所在的直线沿y轴向上平移,使它经过原点O,得到直线l,设P是直线l上的一个动点.
图8-19
(1)求点A的坐标;
(2)以点A,B,O,P为顶点的四边形中,有菱形、等腰梯形、直角梯形,请分别直接写出这些特殊四边形的顶点P的坐标;
(3)设以点A,B,O,P为顶点的四边形的面积为S,点P的横坐标为x,当+8时,求x的取值范围.
19.如图8-20,已知抛物线y=x2+bx+c经过点(1,-5)和(-2,4).
图8-20
(1)求这条抛物线的解析式;
(2)设此抛物线与直线y=x相交于点A,B(点B在点A的右侧),平行于y轴的直线x=与抛物线交于点M,与直线y=x交于点N,与x轴交于点P,求线段MN的长(用含m的代数式表示);
(3)在条件(2)的情况下,连接OM,BM,是否存在m的值,使△BOM的面积S最大?若存在,请求出m的值,若不存在,请说明理由.
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