“数形结合”巧定二次函数表达式

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  苏科版《数学》教材九年级下册第21、22页有三个例题:
  已知二次函数y=ax2的图像经过点(-2,8),求a的值。
  已知二次函数y=ax2+c的图像经过点(-2,8)和(-1,5),求a、c的值。
  已知二次函数y=ax2+bx+c的图像经过点(-3,6)、(-2,-1)和(0,-3),求这个二次函数的表达式。
  【解析】上面三题把函数与方程相结合,通过把点的坐标代入表达式,建立方程或方程组,从而求出二次函数的表达式。这三个例题的解法类似,在课本中都有,这里就不再列解。表达式是函数的根本所在,所以很多函数问题都是从求表达式开始的。那么如何快速准确地求出二次函数的表达式呢?下面通过这样几类情况进行简述。
  一、观察题目特征,巧设函数表达式
  例1 已知一个二次函数的图像经过点(-3,0)、(1,0)和(0,-3),求这个二次函数的表达式。
  【解析】解法一:可设二次函数表达式为y=ax2+bx+c,由图像经过点(-3,0)、(1,0)和(0,-3)列方程组求解。显然此方法较复杂,计算繁琐。解法二:根据图像经过点(-3,0)、(1,0)可以看出二次函数的对称轴是直线x=-1,所以可设二次函数表达式为y=a(x+1)2+k,再把点(1,0)和(0,-3)代入计算。解法三:根据图像经过点(-3,0)、(1,0)不难看出,这两个点是二次函数的图像与x轴的交点,所以可设表达式为y=a(x+3)(x-1),再把点(0,-3)代入可得a=1,所以这个二次函数的表达式为y=(x+3)(x-1)=x2+2x-3。
  【总结】二次函数的表达式通常有一般式、顶点式和交点式三种。已知图像上三个点的坐标或三组对应值时,通常选择一般式;已知图像的顶点坐标或对称轴和最值时,通常选择顶点式;已知图像与x轴的两个交点坐标时,通常选择交点式。三种表达式并没有哪个特别重要,但是在不同的条件下,如果能合理选择,便可使问题的解决变得更为方便。
  二、利用几何变换,巧定函数表达式
  例2 (2019·徐州)已知二次函数的图像经过点P(2,2),顶点为O(0,0),将该图像向右平移,当它再次经过点P时,所得抛物线的函数表达式为 。
  【解析】本题考查了二次函数图像的平移。由图像的顶点为O(0,0),可设表达式为y=ax2,把点(2,2)代入,得2=4a,所以a=[12],得原二次函数的表达式为y=[12x2]。设将该图像向右平移m个单位,则表达式为y=[12](x-m)2,代入(2,2),解得m1=0(舍去),m2=4,所以所得拋物线的函数表达式为y=[12](x-4)2=[12]x2-4x+8。
  例3 已知二次函数的图像在x轴上截得的线段AB长为4,函数图像的顶点坐标为P(3,-2)。
  (1)求这个二次函数的表达式;
  (2)一个新的二次函数的图像与(1)中抛物线关于y轴对称,求新的二次函数表达式;
  (3)二次函数y=ax2+bx+c的图像与(1)中抛物线关于原点对称,求a,b,c的值。
  【解析】(1)由抛物线的顶点坐标可得抛物线的对称轴为直线x=3,利用抛物线的对称性可得A点和B点坐标分别为(1,0),(5,0),则可设交点式y=a(x-1)(x-5),然后把P点坐标代入求出a=[12],从而得到抛物线解析式为y=[12](x-1)(x-5)=[12]x2-3x+[52]。
  (2)图像关于y轴对称,也就是图像上的点关于y轴对称,并且开口方向和大小都一样,所以a相同,利用关于y轴对称的点的坐标特征,求出点P(3,-2)关于y轴对称的点的坐标为(-3,-2),利用顶点式确定新的二次函数表达式为y=[12](x+3)2-2=[12]x2+3x+[52]。
  (3)利用关于原点对称的坐标特征,求出点P(3,-2)关于原点对称的点的坐标为(-3,2),然后利用顶点式写出新抛物线解析式为y=[-12](x+3)2+2,再化为一般式y=[-12]x2-3x-[52],则可得到a=[-12],b=-3,c=[-52]。
  三、给定关系式,再求函数表达式
  例4 (2019·安徽)一次函数y=kx+4与二次函数y=ax2+c的图像的一个交点坐标为(1,2),另一个交点是该二次函数图像的顶点。
  (1)求k,a,c的值;
  (2)过点A(0,m)(0  【解析】(1)由交点为(1,2),代入y=kx+4,可求得k,由y=ax2+c可知,二次函数的顶点在y轴上,即x=0,则可求得顶点的坐标,从而可求c值,最后可求a的值。
  (2)由(1)得二次函数解析式为y=-2x2+4,由直线BC经过点A(0,m)且垂直于y轴,所以B、C两点的纵坐标均为m,令y=m,得2x2+m-4=0,可求x的值,即可得BC的长,从而列出W关于m的关系式,进而利用二次函数的性质求出W的最小值。
  解:(1)由题意得,k+4=2,解得k=-2,
  又∵二次函数y=ax2+c的顶点坐标为(0,c),
  ∴当x=0时,y=4,
  ∴二次函数顶点坐标为(0,4),
  ∴c=4,把(1,2)代入二次函数表达式得a+c=2,解得a=-2。
  (2)由(1)得二次函数解析式为y=-2x2+4,令y=m,得2x2+m-4=0,解得x=[±4-m2],∴BC=[24-m2]。
  ∴W=OA2+BC2=m2+4×[4-m2]=m2-2m+8=(m-1)2+7。
  ∴当m=1时,W取得最小值7。
  我们如果要确定二次函数的表达式,应先根据题目所给条件,灵活选用二次函数表达式的不同形式,再抓住表达式与图像之间的内在联系,数形结合,最终运用二次函数的性质解决问题。
  (作者单位:江苏省南京市六合区励志学校)
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