二次函数的图像到底有着怎样的性质呢?从图像上面观察到的性质如何在数的角度上去分析呢?相反,在数的角度上观察到的性质该如何在图像上对应呢?
假如让我们去研究y=x^2+2,还有y=-x^2-2的性质的话,我们可以先猜想一下。
在前几节课里面,我们已经达到了一个共识,那就是二次函数都是一个抛物线,因此,同为二次函数的y=x^2+2和y=-x^2-2的图像肯定也都是一个抛物线。经过我们以前的讨论,我们还知道了,在二次函数表达式里面的y=ax^2+bx+c中的a影响着这个二次函数的开口方向,当a大于零的时候,开口方向就是向上的;相反,当a小于零的时候,开口方向就是向下的。
其实我们就可以一个一个的来分析,先猜想一下y=x^2+2。根据以上达到的共识,我们可以肯定的是,这个图像是一条抛物线,并且因为a大于0,所以开口向上。那么它还有其他的性质吗?再根据几节课我们所发现其它的二次函数的性质,我们也可以进行类比,也就是这个函数的单调性:当x大于零的时候,y随x的增大而增大;当x小于零的时候,y随x的增大而减小。
我们的猜想是正确的吗?为了验证我们的猜想是否正确,我们可以根据这个y=x^2+2解析式来画图,如下图所示:
从图像中我们可以明显的看出来这是一条抛物线,并且开口方向是向上的。那么,它的单调性和我们的猜想是否就是一样的呢?我们可以先确定一个x值,比如当x=- 3时,与其对应的y值就是11;当x=- 2时,与其对应的y值就是6;当x=- 1的时候,它这个图像上随之对应的y值就是3。整体来看,它就是一条斜向下的弧线,因此,我们可以确定当x小于零的时候,y随x的增大而减小。当x=1的时候,图像上对应的y值就是3;当x=2的时候,图像上对应的y值就是6;当x=3的时候,图像上对应的y值就是11。此时我们也就可以确定当x大于零的时候,y随x的增大而增大。同时我们也可以从图像中看出来这个图像关于y轴对称。
以上都是我们从图像上分析的性质,从数上是否也可以分析出来这些性质呢?
首先是这个函数的开口方向,在y=x^2+2中,因为a大于零,所以开口方向就是向上的;其次就是它的单调性,从我们列的表格中可以看出来,当x=- 3时,Y=11;X=- 2时,y=6;X=- 1时,y=3,所以说我们就确定X小于零时y随x的增大而减小。当x=1时,y=3;X=2时,y=6;X=3时,y=11,所以x大于零的时候,y随x的增大而增大;最后就是这个函数的对称性,同样是从表格中,我们可以看出来,当y=11的时候,它对应着的x有两个,分别是3和-3,这到底是为什么呢?我们可以从整个解析式来解释,因为在y=x^2+2中的x方有非负性,无论x是正数或者是负数,当它平方了之后,它一直都是正数,正因为如此,所以x^2+2也就有了非负性,因此y就是个正数,所以当两个x是相反数的时候,那么y就是在同一个点上,这也可以同时来解释一下为什么从图像上看出来整个图像以x轴对称。
在研究了它的性质之后,我们还要研究它的方程和不等式。为了方便,我们通常情况下都把y=0,因此,y=x^2+1就变成了0=x^2+1。从数上来分析,我们就可以直接计算出来结果,那就是通过移项得到x^2=- 2,但是因为这不成立,因此这个方程无实数解;从形上来讲,我们可以看到,当y=0的时候,没有x值与其对应。
不等式就是x^2+2>0或者是x^2+2<0,从数上我们也可以直接计算,但是由于我们现在能力还是不太足够,因此,我们可以直接进行数形结合,从图像上得到这个不等式的解集。首先是x^2+2>0,也就是y大于零的部分,从图像上可以看出来,整个图像都是y大于零,因此,我们就可以直接说这个解集就是任何实数解。接着就是x^2+2<0,也就是y小于零的部分,从图像上可以看出来,没有任何一部分是y小于零的,因此,我们可以说,这个解集就是无实数解。
这个就是y=x^2+2的整个探究过程,而y=-x^2-2的探究过程和y=x^2+2的十分相似,唯独不同的就是性质里面的开口方向和单调性不同,y=x^2+2的开口方向是向上,y=-x^2-2的开口方向是向下,从数的角度来讲,就是因为a小于零,而从形的角度来讲,就可以直接看出来了;而y=-x^2-2的单调性就是当x小于零的时候,Y随x的增大而增大,当x大于零的时候,Y随x的增大而减小。此时我们也可以分别从数和形的角度去探究,数的角度就是从列表中可以看出来,当x分别是-3、-2、-1的时候,y分别对应的是-11、-6和-3,因此就可以知道X小于零的时候y随x的增大而增大;当x分别是1、2、3的时候, Y分别是-3、-6和-11,因此当x大于零的时候,y随x的增大而减小。
这就是y=x^2+2和y=-x^2-2的探究过程,首先要对二次函数的图像的性质进行猜想,其次就是列表画图描点,接着就是从图上分析它的性质,就比如说单调性,对称性,开口方向等等,接着就是数形结合,从数上来分析性质,最终就是要分析它的方程和不等式,这样就会对整个二次函数的学习有着更深厚的记忆。