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二次函數(shù)在高中數(shù)學中的應用

2012-12-31 00:00:00周艷霞
考試周刊 2012年8期


  摘 要:二次函數(shù)是貫穿初中和高中數(shù)學課程的一種很重要的函數(shù),不管在代數(shù)中,還是解析幾何中,利用此函數(shù)的機會都特別多;同時各種數(shù)學思想如函數(shù)的思想,數(shù)形結合的思想,分類討論的思想,利用二次函數(shù)作為載體,展現(xiàn)得最為充分.尤其是在高中階段,有基本函數(shù)、不等式、數(shù)列、導數(shù)等部分的基礎內容.本文通過對二次函數(shù)在不等式,數(shù)列,導數(shù),解析幾何中的應用來說明二次函數(shù)作為高考的重點及其難點始終是高中教學的重點,因此對于二次函數(shù)的應用的研究對于高中階段教學有重要的意義.
  關鍵詞: 二次函數(shù) 不等式 數(shù)列 導數(shù) 解析幾何
  
  一、二次函數(shù)定義的理解
  一般地,自變量x和因變量y之間存在如下關系:y=ax+bx+c(a,b,c為常數(shù),a≠0),與二次函數(shù)在初中階段理解的不同,高中階段的二次函數(shù)在集合和映射的基礎之上進行認識理解的,主要以映射的知識重新認識了函數(shù)的定義:二次函數(shù)是從一個集合A(定義域)到集合B(值域)上的映射f:A→B使得集合B中的元素y=ax+bx+c(a≠0)與集合A的元素X對應,記作:f(x)=ax+bx+c(a≠0),這里面的這里ax+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(shù)的概念有一個較明確的認識.
  二、二次函數(shù)的單調性,最值,圖像
  將一元二次函數(shù)配方得:y=ax+bx+c=a(x+)+,頂點坐標為(-,),對稱軸是x=-.
 ?。?)當a>0時,函數(shù)在區(qū)間(-∞,-)上是減函數(shù),在區(qū)間(-,+∞)上是增函數(shù),函數(shù)圖像開口朝上,f(x)=,無最大值.
  (2)當a<0時,函數(shù)在區(qū)間(-∞,-)是增函數(shù),在區(qū)間(-,+∞)上是減函數(shù),函數(shù)圖像開口朝下,f(x)=,無最小值.
  三、二次函數(shù)在不等式中的應用
  由二次函數(shù)的圖像可知:若一元二次方程ax+bx+c=0有2個不相等的實數(shù)根x,x(x<x),則
  當a>0時,不等式ax+bx+c>0的解集為{x|x>x或x<x},
  不等式ax+bx+c<0的解集為{x|x<x<x};
  當a<0時,不等式ax+bx+c>0的解集為{x|x<x<x},
  不等式ax+bx+c<0的解集為{x|x>x或x<x}.
  例:函數(shù)f(x)=(4-3a)x-2x+a,若0≤x≤1,x為變量,a為常量,求證:
 ?。?)當a>時,f(x)≤a;
 ?。?)當1<a<時,f(x)≤2-2a.
  證明:(1)當a>時,4-3a<0,則當x≤<0時,f(x)單調遞增,
  當x≥時,f(x)單調遞減,\0≤x≤1,f(x)單調遞減,
 ?。躥(x)=f(0)=a,\f(x)≤a;
 ?。?)當1<a<時,4-3a>0,則當x≥>1時,f(x)單調遞增,
  當x≤時,f(x)單調遞減,\0≤x≤1,f(x)單調遞減,
 ?。躥(x)=f(1)=2-2a,\f(x)≤2-2a.
  四、二次函數(shù)在數(shù)列中的應用
  例:等差數(shù)列{a}的首項a>0,前n項和S,當l≠m時s=s,問n為何值時s最大?
  分析:等差數(shù)列的前n項和是關于n的二次函數(shù),可將問題轉化為求解關于n的二次函數(shù)的最大值,但易忘記此二次函數(shù)的定義域為正整數(shù)集這個限制條件.
  解析:由題意知s=f(n)=na+d=n+(a-)n,因為a>0,當l≠m時,s=S,故d<0,即此二次函數(shù)開口向下,故由f(l)=f(m)得當x=時f(x)取得最大值,但由于n∈N,故若l+m為偶數(shù),當n=時,s最大.
  若l+m為奇數(shù),當n=時,s最大.
  小結:數(shù)列的通項公式及前n項和公式都可視為定義域為正整數(shù)集或其子集上的函數(shù),因此在解題過程中要樹立函數(shù)思想及觀點應用函數(shù)知識解決問題.特別的等差數(shù)列的前n項和公式是關于n的二次函數(shù)且沒有常數(shù)項,反之滿足形如s=an+bn所對應的數(shù)列也必然是等差數(shù)列的前n項和.此時由=an+b知數(shù)列中的點(n,)在同一直線上,這也是一個很重要的結論.此外形如前n項和s=ca-c所對應的數(shù)列必為一等比數(shù)列的前n項和.
  五、二次函數(shù)在導數(shù)中的應用
  例:函數(shù)y=f(x)=x+ax+bx+a在x=1處取得極值10,求a,b的值.
  分析:易知f′(1)=0,f(1)=10,從而求出a,b的值,但f′(1)=0是函數(shù)在該點取得極值的必要不充分條件,故應進行檢驗.
  解:由題意得f′(x)=3x+2ax+bx=1是函數(shù)的極值,且極值為10,則有:
  f′(x)=0f(1)=10即3+2a+b=01+a+b+a=10解得a=4b=-11或a=-3b=3
  當a=4,b=-11時,f′(x)=3x+8x-11=(x-1)(3x+11)
 ?。躼>1時,f′(x)>0;\-<x<1時,f′(x)<0\x=1是函數(shù)的極值點.
  當a=-3,b=3時,f′(x)=6x-6x+3=3(x-1)≥0
  此時f(x)在R上單調遞增,\x=1不是函數(shù)的極值點,故應舍去.
 ?。躠=4,b=-11.
  小結:函數(shù)y=ax+bx+cx+d(a≠0)存在極值的充要條件是f′(x)=3x+2ax+b=0有兩個不相等的實數(shù)根,即D=4b-12ac>0.
  六、二次函數(shù)在解析幾何中的應用
  例:討論直線y=kx+1與雙曲線x-y=1的公共點的個數(shù).
  解:由y=kx+1x-y=1消去y得:(1-k)x-2kx-2=0.
  當1-k=0,即k=±1時,有一個公共點,并且是交點;
  當1-k≠0,即k≠±1時,D=8-4k,
  由D>0得,-<k<時,有兩個交點,
  由D=0得,k=±時,有一個交點,并且是切點,
  由D<0得,k>-或k<時,無交點.
  綜上所述:k∈(-,-1)∪(-1,1)∪(1,)時,有兩個公共點;
  k=±時,相切于一點;
  k=±1時,相交于一點;
  k∈(-∞,-)∪(,+∞)時,無公共點.
  小結:直線與圓錐曲線聯(lián)系在一起的綜合題在高考中多以高檔題、壓軸題出現(xiàn),主要涉及位置關系的判定,弦長問題、最值問題、對稱問題、軌跡問題等.直線與圓錐曲線有無公共點或有幾個公共點的問題,實際上是研究它們的方程組成的方程是否有實數(shù)解成實數(shù)解的個數(shù)問題,要注意用好分類討論和數(shù)形結合的思想方法.
  
  參考文獻:
 ?。?]王后雄.教材完全解讀高一數(shù)學(上學期),2006.
  [2]吳書林.名師面對面(選修2—2),2009.

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