高中数学竞赛讲义二次函数1新人教A

5二次函数(1)二次函数是最简单的非线性函数之一，而且有着丰富内涵。在中学数学数材中，对二次函数和二次方程，二次三项式及二次不等式以及它们的基本性质，都有深入和反复的讨论与练习。它对近代数学，乃至现代数学，影响深远，为历年来高考数学考试的一项重点考查内容，历久不衰，以它为核心内容的重点试题，也年年有所变化，不仅如此，在全国及各地的高中数学竞赛中，有关二次函数的内容也是非常重要的命题对象。因此，必须透彻熟练地掌握二次函数的基本性质。 学习二次函数的关键是抓住顶点（-b/2a，(4ac-b2)/4a），顶点的由来体现了配方法（y=ax2+bx+c=a(x+b/2a)2+(4ac-b2)/4a）；图象的平移归结为顶点的平移（y=ax2y=a(x-h)2+k）；函数的对称性（对称轴x=-b/2a，f (-b/2a+x)=f (-b/2a-x)，xR），单调区间（-，-b/2a），-b/2a,+、极值（(4ac-b2)/4a），判别式（b2-4ac）与X轴的位置关系（相交、相切、相离）等，全都与顶点有关。 一、“四个二次型”概述 （一元）二次函数y=ax2+bx+c (a0)a=0（一元）一次函数y=bx+c(b0)（一元）二次三项式ax2+bx+c(a0)a=0一次二项式bx+c(b0)一元二次方程ax2+bx+c=0(a0)a=0 一元一次方程bx+c=0(b0)一元二次不等式ax2+bx+c0或ax2+bx+c0或bx+c0或y0或ax2+bx+c0（a0），就是高中一年级重点研究的一元二次不等式，它总揽全局，是“四个二次型”的灵魂。讨论零值的一元二次函数即一元二次方程是研究“四个二次型”的关键所在，它直接影响着两大主干：一元二次方程和一元二次不等式的求解。一元二次方程的根可看作二次函数的零点；一元二次不等式的解集可看作二次函数的正、负值区间。心脏、头脑、关键、主干、一句话，“四个二次型”联系密切，把握它们的相互联系、相互转化、相互利用，便于寻求规律，灵活运用，使学习事半功倍。 二、二次函数的解析式 上面提到，“四个二次型”的心脏是二次三项式：二次函数是通过其解析式来定义的（要特别注意二次项系数a0）；二次函数的性质是通过其解析式来研究的。因此，掌握二次函数首先要会求解析式，进而才能用解析式去解决更多的问题。 y=ax2+bx+c(a0)中有三个字母系数a、b、c，确定二次函数的解析式就是确定字母a、b、c的取值。三个未知数的确定需要3个独立的条件，其方法是待定系数法，依靠的是方程思想及解方程组。 二次函数有四种待定形式： 1标准式（定义式）：f(x)=ax2+bx+c.(a0) 2顶点式：f(x)=a(x-h)2+k .(a0) 3两根式（零点式）：f(x)=a(x-x1)(x-x2). (a0) 4三点式：（见罗增儒高中数学竞赛辅导） 过三点A（x1,f (x1)）、B（x2,f (x2)）、C（x3,f (x3)）的二次函数可设为 f (x)=a1(x-x2)(x-x3)+a2(x-x1)(x-x3)+a3(x-x1)(x-x2)把ABC坐标依次代入，即令x=x1,x2,x3,得 f (x1)=a1(x1-x2)(x1-x3)，f (x2)=a2(x2-x1)(x2-x3)，f (x3)=a3(x3-x1)(x3-x2) 解之，得：a1=f (x1)/ (x1-x2)(x1-x3)，a2=f (x2)/ (x2-x1)(x2-x3)，a3=f (x3)/ (x3-x1)(x3-x2) 从而得二次函数的三点式为：f(x)=f(x1)/(x1-x2)(x1-x3)(x-x2)(x-x3)+f(x2)/ (x2-x1)(x2-x3)(x-x1)(x-x3)+f(x3)/(x3-x1)(x3-x2)(x-x1)(x-x2)根据题目所给的不同条件，灵活地选用上述四种形式求解二次函数解析式，将会得心应手。 例题讲解元素与集合的关系1. 集合=，=，求实数的取值集合2. 考察所有可能的这样抛物线，它们与坐标轴各有三个不同的交点，对于每一条这样的抛物线，过其与坐标轴的三个交点作圆证明：所有这些圆周经过一定点3. 抛物线的顶点位于区域内部或边界上，求、的取值范围4. 设=时，二次函数有最大值5，二次函数的最小值为2，且0， +=,=25求的解析式和值5. 已知01, =,的最小值为（1） 用表示；（2）求的最大值及此时的值6函数=，,1,该函数的最大值是25,求该函数取最大值时自变量的值7一幢（2）层楼的公寓有一部电梯，最多能容纳1个人，现有1个学生同时在第一层楼乘电梯，他们中没有两人是住同一层楼的电梯只能停一次停在任意选择的一层而对每一个学生而言，自已往下走一层感到一分不满意，而往上走一层感到2分不满意，问电梯停在哪一层，可使不满意的总分达到最小？8已知方程，其中1，证明：方程的正根比1小，负根比 1大9若抛物线与连接两点（0，1），（2，3）的线段（包括、两点）有两个相异的交点，求的取值范围10设2，且，证明：11定义在上的奇函数，当0时，=另一个函数=的定义域为,值域为,其中,、0在,上, =问:是否存在实数,使集合恰含有两个元素?例题答案：1解：、分别表示函数与函数的值域由3知=3，）而受参数的影响，要进行讨论=0时，值域是符合条件0时，=是二次函数，如果0，该函数的值域为，这时不成立如果0时，由3，,得 01综上所述, 的可取值集合为|01。说明：参数的取值决定了函数=的类别及性质，因而对该函数的值域有影响为了由求出的允许值范围，必须对参数分情况讨论2证明：设抛物线与轴的交点为（，0）、（，0）由韦达定理知0 (因为=0,则与坐标轴只有两个不同的交点),故点（，0）、（，0）在坐标原点的两侧又因为，由相交弦定理的逆定理知，点（，0）、（，0）、（0，），（0，1）在同一个圆周上，即过抛物线与坐标轴的三个交点（，0）、（，0）、（0，）的圆一定过定点（0，1）于是所有的这些圆周均经过一定点（0，1）3解：抛物线的顶点坐标为（），故 ，上式即为、的取值范围4解：由题设=5，=25，=，所以 =30，解得 =1 （= 17舍去）由于在=1时有最大值5，故设 =所以 =，因的最小值为2，故,所以从而=5解：（1）把改写成=于是知是顶点为（），开口向上的抛物线又因为0,1,故当01，即02时，的最小值为；当1,即2时，有最小值于是（2）当2时，的值小于0，而当02时，=，它的最大值为（当=1时取得），故的最大值为，此时=1说明：对于某些在给定区间上的二次函数最值问题，往往需要把顶点和区间端点结合起来考虑6分析：限定在区间,1上的函数的最大值要考虑到在这个区间上的单调情况当可取任意实数时，二次函数的图象是对称轴为开口向下的抛物线，与区间,1的位置关系决定了已知函数的单调状况，因此要分区间讨论当,1,即时,最大值应是由=25, 2=,不符合的条件可见当1,即时，函数=，,1是增函数，可见，解之得=或=其中=不合的条件，舍去可见1=1=当，即时,函数=是,1是减函数,可见,解之得=或=其中=不合的条件,舍去,由此知= 综上所述,当=或=时, 函数有最大值25说明：由点与区间,1的位置关系引起的分类讨论是“形”对“数”的引导作用本题中虽然只是求函数取最大值时的自变量的值，没有问的值，但这个值与值有直接关系，所以要先求再求7解：设电梯停在第层，则不满意的总分为=（122）2（12）=,所以当=时，最小，其中表示最接近于的整数例如,故当电梯停在时，不满意总分最小8证明：原方程整理后，得=0，令=，则是开口向上的抛物线，且，故此二次函数=0有一个正根，一个负根要证明正根比1小，只须证，要证明负根比 1大，只须证0因为 从而命题得证9解：易知过两点（0，1）、（2，3）的直线方程为，而抛物线与线段有两个交点就是方程在区间0，2上有两个有两个不等的实根令则 解得的范围为1说明：利用二次函数来研究一元二次方程的根的分布是非常有效的手段10证明：令,则原不等式为,即=0，令=,则只需证明0因，而，所以,从而0，与轴有两个不同的交点易知这两个交点为，下证 ，只需证,即,由于，所以，从而必有0解法二：只需证明0，而，因此只需证而，由可证得说明：通过构造二次函数，然后利用二次函数的性质来证明一些不等式问题，往往会使问题简化11分析：是以轴为对称轴由=的图象平移所形成的抛物线系对给定的它表示一条抛物线，条件恰含有两个元素的意思是函数=，,的图象与抛物线恰有两个交点首先要弄清楚=，,，进而作出它的图象容易求出奇函数=在0时的解析式是=即 =函数=的定义域为,值域为,其中,、0，这表明 可见、同号也就是说=，,的图象在第一或第三象限内根据=（,以及的图象可知，函数的图象如所示曲线的一部分 值域与函数的单调状况有关，又与定义域有关如果只考虑02或20两种情况，不能准确地用,、表示出值域区间的端点，因此要把区间（0，2），（2，0）再分细一些，由图中看出，当、0时，考虑以下三种情况较好01，01，12如果01，那么1但是（0，1时，1,这与的值域区间的右端点大于1矛盾可见不出现01的情形如果12，由图看出是减函数，可见整理得 ，考虑到12的条件，解之得完全类似地，考虑到10，210，21三种情况后,可以在21的情况下通过值域条件得出 ，这就得到了函数对于某个，抛物线与函数的图象有两个交点时，一个交点在第一象限，一个交点在第三象限因此，应当使方程，在1，内恰有一个实数根，并且使方程，在内恰有一个实数根问题归结为求，使由（1）得，方程在内恰有一根，