二次函數(shù)與一元二次方程有著密切的聯(lián)系,我們可以通過二次函數(shù)圖象與x軸的位置關系判斷相應的一元二次方程根的情況,揭示其根的幾何意義,也可以通過求解一元二次方程的根,得到二次函數(shù)圖象與x軸的交點。在實際運用中,許多問題常?;谝陨匣娟P系進行拓展、變式,下面我們一起來看看如何尋找“變”中之“不變”。
例題 二次函數(shù)y=mx2+2mx+c(m、c是常數(shù)且m≠0)的圖象過點A(3,0),則方程mx2+2mx+c=0的根為 。
【分析】二次函數(shù)y=mx2+2mx+c的圖象與x軸交點的橫坐標是一元二次方程mx2+2mx+c=0的根,故x=3是該方程的一個根。根據(jù)二次函數(shù)圖象關于對稱軸的對稱性,可以求出圖象與x軸的另一個交點,也就求出方程的另一個根了。
解:∵函數(shù)圖象的對稱軸為直線x=[-2m2m]=-1,且圖象與x軸的一個交點為(3,0),∴圖象與x軸的另一個交點為(-5,0)?!嚓P于x的一元二次方程mx2+2mx+c=0的根為x1=3,x2=-5。
變“0”為“非零常數(shù)”
拓展1 若m、n(m<n)是關于x的方程1-(x-a)(x-b)=0的兩根,且0<a<b,則a、b、m、n的大小關系是 。
【分析】可以將a、b看成方程(x-a)(x
-b)=0的兩根,m、n看成方程(x-a)(x-b)=
1的兩根。類比a、b是二次函數(shù)y=(x-a)(x
-b)的圖象與x軸的兩個交點的橫坐標,m、n則是二次函數(shù)y=(x-a)(x-b)的圖象與直線y=1的兩個交點的橫坐標,依題意畫出函數(shù)y=(x-a)(x-b)圖象的草圖,可根據(jù)圖象求解。
解:依題意,如圖1,畫出函數(shù)y=(x-a)(x-b)的大致圖象?!適、n(m<n)是關于x的方程1-(x-a)(x-b)=0的兩根,∴m、n是二次函數(shù)y=(x-a)(x-b)的圖象與直線y=1的兩個交點的橫坐標,如圖1所示。由圖1可知,m<a<b<n。
變“等式”為“不等式”
拓展2 如圖2,直線y=mx+n與拋物線y=ax2+bx+c(a<0)交于A(-1,p)、B(4,q)兩點。則關于x的不等式mx+n>ax2+bx+c的解集是( )。
A.x>-1 B.x>4
C.-1<x<4 D.x<-1或x>4
【分析】從圖象上看,不等式mx+n>ax2+bx+c的解集是y=mx+n的圖象(直線)位于y=ax2+bx+c(a<0)的圖象(拋物線)上方部分對應的自變量x的取值,故借助圖象就能“讀”出相應不等式的解集。觀察圖2,當x<-1或x>4時,直線y=mx+n在拋物線y=ax2+bx+c的上方,所以原不等式的解集為x<-1或x>4。故選D。
變“確定關系”為“不確定關系”
拓展3 新定義:對于三個數(shù)a、b、c,我們用max{a,b,c}表示這三個數(shù)中最大的數(shù),如max{-1,0,2}=2。若直線y=[-12]x+b與函數(shù)y=max{x+1,3-x,-x2+2x+3}的圖象有且只有兩個交點,則b的取值范圍為 。
【分析】根據(jù)新定義,我們不能確定三個數(shù)中哪個最大,故不能確定新函數(shù)的表達式。本題若采用代數(shù)方法,會涉及復雜的分類討論。通過畫圖,我們發(fā)現(xiàn),新函數(shù)的圖象是確定的(如圖3),所以可以利用數(shù)形結合來解決。根據(jù)b的不同取值,直線上下平移,其在l1和l2之間(不包含l1、l2)以及在l3上方(不包含l3)的位置時滿足條件。
解:依題意,畫出函數(shù)y=max{x+1,3-x,-x2+2x+3}的圖象,如圖3。
若直線y=[-12]x+b經(jīng)過(0,3),得b=3;若直線y=[-12]x+b經(jīng)過(2,3),得b=4。若直線y=[-12]x+b與拋物線有且只有1個交點,即處于l3的位置時,方程[-12]x+b=-x2
+2x+3有兩個相等的實數(shù)根,即Δ=0,解得b=[7316]。故答案為:3<b<4或b>[7316]。
【總結歸納】基于二次函數(shù)與一元二次方程的基本關系,我們借助圖形直觀,可以很容易搭建起溝通方程、不等式、函數(shù)三大數(shù)學模型的橋梁。
(作者單位:江蘇省無錫市僑誼實驗中學)