有了上次对一次函数的探究作为基础,我们接下来来探究二次函数,依然按照从特殊到一般的探究思路进行探究。
一般的二次函数,解析式为y=ax^2+bx+c(a,b,c均为常数,a≠0)。今天我们先探究最简单的y=x^2,y=ax^2和y=ax^2+b。
首先是y=x^2,先从解析式我们来猜想一下它的函数图像可能呈现怎样的性质?首先,x^2具有非负性,所以y>0,函数图像全部在x轴上方,x^2解出来的两个x互为相反数。那我们来想象一下,两个互为相反数的x,它们拥有着相等的y,那对应的函数图像上,就是一条关于y轴对称的一个图形;同样因为x^2具有非负性,所以x^2的最小值就为零,此时x、y均为零,所以该函数图像,最低点的坐标就是(0,0)。
通过画图,我们验证了以上的猜想:
1.函数图像关于y轴对称。
2.函数图像最低点的坐标是(0,0)(y有最小值)
通过观察,我们感觉到二次函数的图像好像是成一条抛物线,但又不太能确定,各点之间是不是用直线连接的,那我们就要把单位长度无限的缩小,描更多的点来验证。
借助高科技的帮忙,我快速的画出了这样的一个图像,验证了它就是一条抛物线,各点之间不是由直线连接的,并且抛物线的两端无限延伸。
接下来,我们探究y=ax^2的函数图像。我们上次探究一次函数得到的结论是:a影响函数图像的倾斜程度,a的绝对值越大,对应的y随x增大或减小的越快。根据这个,我们猜想,在二次函数当中,a是不是同样影响着函数图像的斜率呢?但因为二次函数的图像是一条抛物线,所以我们这次的猜想就变为:函数图像的开口大小,是根据a的绝对值的大小决定的,a的绝对值越大,函数图像的开口越小,y随x增大的越快。
通过画图,我们也验证了以上的猜想:
1.a的绝对值越大,函数图像的开口越小。
除了a的大小会影响函数图像,a的正负性也同样影响着函数图像。一次函数当a>0时,函数图像过一三象限,a<0时函数图像经过二四象限。二次函数好像跟一次函数不一样,二次函数的a好像并不决定能它函数图像经过哪几象限,那a的正负性是怎么影响函数图像性质的呢?
先从解析式下手,y=ax^2(a≠0)中,x^2是具有非负性的,所以y的正负性是根据a的正负性决定的,当a>0时,y>0,函数图像所有时刻的y都大于零,所以函数图像一定都在x轴上方,并且开口向上;同样的,当a<0时,函数图像所有时刻的y都小于零,所以函数图像一定都在x轴下方,并且开口向下。
通过列表、描点、连线画出的一次项系数互为相反数的两个函数图像,不仅验证了我们的猜想,而且我们还有一个新的发现:y=x^2和y=-x^2是关于x轴对称的!其实从解析式上我们也不难验证:因为他们的系数互为相反数,所以它们a的绝对值都相等,开口大小就都一样;又因为a的正负性决定了y的正负性,所以当a>0时,y都大于零,函数图像都在x轴上方,呈一条无端点的抛物线,同理可得当a<0时,y都小于零,函数图像都在x轴下方,呈一条无端点的抛物线。这就有了两条关于x轴对称的抛物线。
一次函数中的b是决定函数图像向上或向下平移的指标,所以我们也猜想,在二次函数当中,b也影响着函数图像向上或向下平移。从数的角度,b并不影响ax^2的大小,当a被确定下来时,使得所有的ax^2都加上b,也就是所有的y都加上了同样的一个b,所以据此我们可以想象出函数图像是整个向上或向下平移了b个单位长度的。
通过画图也验证了我们的猜想。
接下来,以y=x^2-1为例,我们探究一下,二次函数的解析式。首先,x^2具有非负性,所以x^2的最小值只能是0,再-1,就得到了y的最小值为-1,反映到函数图像上就是,当x=0时,y为-1,也就是(0,-1)那个点;方程为x^2-1=0,解得x=±1,也就是函数图像与x轴交点的横坐标;不等式为,x^2-1>0或x^2-1<0,x^2-1>0对应的也就是y>0,那就是x轴以上的两条无端点曲线,是分开的两段,对应的解就是x>1或x<-1;x^2-1<0对应的y<0,是x轴以下的部分,是完整的一小段,对应的解集就是-1<x<1。
有了刚才对二次函数数形结合的探究,我们在通过数形结合求y=x^2+1的性质就很简单了,主要要从以下几个方面描述二次函数的性质:因为x^2具有非负性,加上1就是y的最小值,所以函数图像的开口是向上的(开口方向及大小);关于y轴对称(对称性);当x<0时,y随x的增大而减小,当x>0时,y随x的增大而增大(单调性);方程:x^2+1=0→无实数解(函数图像与x轴没有交点)。不等式:x^2+1>0→任意实数(函数图像都在x轴上方,且为一条无端点的抛物线),x^2+1<0→无实数解(函数图像没有x轴以下的部分)(解析式)。
听完我以上的探究,你对函数的探究思路是否已经很清晰了呢?以后我们还会探究最一般的二次函数,y=ax^2+bx+c(a,b,c均为常数,且a≠0),敬请期待。