c n次方函式 玩一玩二次函式的「俄羅斯套娃」

2021-10-12 03:31:34 字數 2643 閱讀 2397

二次函式作為中考數學壓軸題的常見考點,在其基礎上衍生出無數變式,它可以和一次函式、反比例函式整合,也可以與幾何圖形結合,而其中的動點問題,更是各地中考壓軸題的熟客,拋物線不僅存在於直觀圖形,更與運動最值等息息相關,這其中對於二次函式及其圖象的性質運用,須達到相當純熟的程度,才能做到游刃有餘,這一層又一層的二次函式關係,猶如俄羅斯套娃,你玩得轉嗎?

題目

如圖,a(2,1),b(2,0),c為y軸上一動點,過a,c兩點的拋物線為y=ax²+bx+n(a≠0,a≠-1),直線oa與直線bc相交於點p.

(1)若n=1,且拋物線恰好也過p點,如圖1,直接寫出拋物線頂點座標為_____________;

(2)當拋物線同時經過a,c,p三點時,此時p必為該拋物線的頂點,請以n=2為例驗證上述結論的正確性;

(3)若拋物線與直線bc有唯一交點c

①求a的值,並求當c沿y軸向上運動時,其頂點同時向下運動所對應n的取值範圍;

②設過b另有一直線(與bc,ab不重合),也與拋物線僅有乙個交點,設為d,經**發現:無論c在y軸上如何運動,直線cd一定經過乙個確定不動點q,請直接寫出該不動點q的座標.

解析:0

1 (1)當n=1時,點c座標為(0,1),我們可觀察點a與點c縱座標相同,在拋物線上,縱座標相同的兩個點一定是關於對稱軸對稱的,於是對稱軸為x=1,接下來有多種方法可以「秒殺」:

a,b,c座標均已知,可得直線oa解析式為y=1/2x,直線bc解析式為y=-1/2x+1,求得p(1,1/2),然後將a,c,p三點代入拋物線解析式分別求出a,b,n,於是拋物線解析式為y=1/2x²-x+1,化為頂點式為y=1/2(x-1)²+1/2,於是頂點座標為(1,1/2);

四邊形obac是矩形,根據對角線相等且互相平分,點p為bc和oa中點,即它的橫座標為1,在對稱軸上,因此點p一定是頂點,利用中點公式秒了;

0 2(2)當n=2時,點c座標為(0,2),此時oa解析式不變,依然是y=1/2x,而bc解析式變成y=-x+2,求得p(4/3,2/3),同樣可利用a,c,p三點座標求出拋物線解析式為y=3/4x²-2x+2,化為頂點式為y=3/4(x-4/3)²+2/3,因此頂點恰好是p;0

3 (3)作為本題的難點,首先需要理解拋物線與直線有唯一公共點的意義,通常我們會聯立拋物線與直線得到乙個一元二次方程,這個方程的判別式為零,記住這個方法,後面會多次用到它。

①又是乙個令人費解的描述,當c沿y軸向上運動時,其頂點同時向下運動,點c座標為(0,n),只有乙個引數n來控制它上下運動,拋物線頂點縱座標必定是乙個含n的二次多項式,究竟是什麼呢?暫時不清楚,但目標是明確的,即將拋物線頂點座標表示出來看看。

面對拋物線解析式y=ax²+bx+n中的眾多引數,能消乙個算乙個,利用題目條件中拋物線經過點a,將其座標代入,得4a+2b+n=1,於是得到b=1/2-2a-n/2,於是拋物線解析式變成y=ax²+(1/2-2a-n/2)x+n,直線bc的解析式可設為y=kx+n,再將點b座標代入,得k=-n/2,於是直線bc解析式為y=-nx/2+n,現在我們聯立它們得到乙個關於x的一元二次方程,ax²+(1/2-2a-n/2)x+n=-nx/2+n,整理後得到ax²+(1/2-2a)x=0,根據△=0,我們可求出a=1/4,於是b=-n/2,至此拋物線解析式可化為y=1/4x²-nx/2+n,這是乙個只含引數n的一元二次方程,它的頂點座標可表示為(n,n-n²/4),請注意它的縱座標,是不是與我們先前的**吻合?

將其縱座標利用配方法化簡得-1/4(n-2)²+1,我們可以利用二次函式的圖象性質,確定當n≥2時,頂點縱座標隨n的增加而減少,即向下運動,推導如下:

②由題意可知直線bd與拋物線僅有乙個公共點d,不妨設bd的解析式為y=mx+d,代入b(2,0),得到d=-2m,於是bc解析式可化為y=mx-2m,將其和拋物線聯立得方程1/4x²-n/2x+n=mx-2m,同樣求其判別式△=1/4(n+2m)²-(n+2m)=0,我們提個公因式再來看,(n+2m)[1/4(n+2m)-1]=0,意味著m=-n/2或m=2-n/2,請注意,題目中說了它與bc,ab不重合,而在前面我們求得bc的解析式中k=-n/2,於是m≠-n/2,所以m=2-n/2,再求出d=n-4,現在我們知道bd的解析式為y=(2-n/2)x+n-4,將其與拋物線聯立,得方程1/4x²-n/2x+n=(2-n/2)x+n-4,整理得1/4x²-2x+4=0,可求出x=4,於是點d座標為(4,4-n);

此時我們設cd的解析式為y=px+n,將點d座標代入,得到p=1-n/2,於是cd解析式化為y=(1-n/2)x+n,它一定經過乙個確定的不動點q,怎麼尋找這個點呢?

抓住「不動」二字,即無論n取何值,總有一對x,y的值滿足,不妨將所有含n的式子中因數n提出來,得到y=x+n(1-x/2),這就可以看出來了,當x=2時,y=2,與n無關,所以點q座標為(2,2),推導如下:

解題反思

在引數n確定的時候,本題難度一般,涉及到拋物線與直線有唯一交點的問題也曾無比熟悉,然而在理解頂點向下運動的時候,需要建立起它的縱座標與二次函式圖象的關聯,相當於在原題的二次函式中又巢狀了一次,而在研究直線過定點類的問題時,一定要牢記直線過定點的基本方法,即與解析式中的引數無關,什麼叫無關呢?即化為關於這個引數的方程,讓它的係數為零,這樣就能保證無論引數如何變化,恆成立,從而求解出需要的結果。

從這道題目中,至少我們知道引數控制點的運動,如果是引數的一次多項式,則點沿直線運動,如果是二次多項式,基本上沿拋物線運動,就一定存在「忽上忽下」的運動路線,這極容易迷糊,而要理清它如何動,歸根到底還是建立在對二次函式圖象特徵的深度理解上。

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