二次函数比一次函数要略微复杂一些。

先回顾一元二次方程。

例:





(一)解一元二次方程:

这个方程有两个解法:凑多项式和凑平方

1.用凑多项式的方法:






=2,



=-1



2.用凑平方的方法:





因此 :








又因为:





所以有






-1/2=3/2




=2




-1/2=-3/2




=-1



3.套用一元二次方程求根公式:

x=(-b±



)/2a



代入a=1,b=-1,c=-2可得解。

(二)回顾一元二次方程的求解方法。







在解方程前,首先用公式判断方程是否有解:



时有两个不同的解




时有一个解(或者说两个解相同)




时无解



2.1凑多项式法

这个方法的优点在于用起来非常快,缺点在于不能用于所有的一元二次方程。

用这种解法需要对数字有一定的敏感性,通常是心算对c进行因式分解,根据b和c的正负号,将其分为和或差为b的两个因子。这种敏感性可以通过大量做题来培养,但并不是必要的。

2.2凑平方法

这个解法是一元二次方程的通用解法,是求根公式、根的判别式的来源。

其原理为:
(1)先把常数项c移到等式右边,两边同时除以a得:





(2)再利用和平方的展开公式:





(3)根据二次项系数a和一次项系数求出



,因此需要配方的常数项





然后等式两边同时加上








(4)进一步变化为:





(5)因此:





(6)求得:



)



根据方程的求解公式可以得到:








这两个公式非常容易推导,把两个根相加和相乘就可以,没有必要专门记忆,但是牢记的话会使解一些题目变得方便。

特别的,在判断方程是否有解时,用到(4)的等式:





左边是平方项,必然≥0

右边=







时,左边括号里有2种可能,分别为正的和负的,所以有2个解。





时,左边只能等于0





时,等式不可能成立,无解。



一元二次方程的内容就这些,必须要非常熟练地掌握,做到看到方程就自动反应出求根公式并代入数字,对于两个根都是整数的要能马上口算求解。

接下来开始进入二次函数


二次函数

把一元二次方程=0的那边,换成f(x)就得到了二次函数:





下面是一元二次方程



的图像,有个直观理解:





一元二次函数python 一元二次函数公式_一元二次函数python


f(x)=x^2-x-2

现在我们来研究二次函数

为了方便起见,我们要用另一种方式来表示二次函数



它展开就是:



与:


相比较,可以看出p和q的取值分别为:




现在我们正式开始研究二次函数



(一)单调性

当x>p时,x-p>0,


随着x增加而增加


当x<p时,x-p<0,


随着x增加而减小


q是常数,对增减性无影响

现在就看a的了

当a>0,


增大时函数也增大,


减小时函数也减小


函数在(-∞,p)上递减,在(p,+∞)上递增。

当a<0,


增大时函数反过来减小,


减小时函数反过来增大


函数在(-∞,p)上递增,在(p,+∞)上递减。

现在证明:


,当a>0时,在(p,+∞)是递增的


,有:


因为

,所以


因为

,所以

>0


因为a>0
所以

>0


所以

>0


所以f(x)在(p,+∞)是递

练习一:请证明当a<0时,f(x)在(-∞,p)是递增的,在(p,+∞)是递减的

二次函数的最大值与最小值

当a>0时,由于函数在(-∞,p)递减,在(p,+∞)递增。可以得知,x=p时,是函数的最小值为q

当a<0时,由于函数在(-∞,p)递增,在(p,+∞)递减。可以得知,x=p时,是函数的最大值为q

现在来看个具体例子:


(红色) 和


(绿色)


一元二次函数python 一元二次函数公式_c++ n次方函数_02


首先:

当x>2时,


是递增的


当x<2时,


是递减的


因此可以从图上看出,x=2是这两个函数图像增减性的分割线

还可以从图上看出:

f(x)的a=2,它的开口是向上的,


递增时函数值也递增,


递减时函数值也递减,f(x)在x=2时是它的最小值,f(2)=3


g(x)的a=-2,它的开口是向下的,


递增时函数值反过来递减,


递减时函数值反过来递增,f(x)在x=2时是它的最大值,f(2)=3


从感性上也很好理解,前面多了个负号,绝对值越大,值越小。

练习二:请求解下列函数的单调区间






(二)对称性

对二次函数:



当p=0时,函数为:


,它的对称轴是x=0(即y轴),是偶函数。


证明很简单:对任意的x,


,得证。


从(一)单调性中的图可以很直观地看出。

一般的,二次函数:


都有对称轴x=p,函数图像关于直线x=p镜面对称


也就是说任取一对数字



只要


(p是



的中点),都有



证明如下:




得证。


(三)函数的平移变换

我们来比较几个函数:






f(x)是最基本的二次函数,我实在想不出比它更简单的了。当x<0时它递减,当x>0时它递增。它取最小值的点为(0,0)(原点),它的对称轴为x=0(y轴)。

g(x)比f(x)稍微复杂了些。当x<p时它递减,当x>p时它递增。它取最小值的点为(p,0),它的对称轴为x=p。

h(x)也比f(x)稍微复杂了些。当x<0时它递减,当x>0时它递增。它取最小值的点为(0,q),它的对称轴为x=0(y轴)。

i(x)来到我们二次函数的普遍形式了(可能需要从


变换形式过来)。当x<p时它递减,当x>p时它递增。它取最小值的点为(p,q),它的对称轴为x=p。


这几个函数之间是什么关系呢?

3.1水平移动


里的x换成x-p,就得到了



f(x-p)=g(x),这可以看作是f(x)与y=x-p两个函数的复合

也就是说,对任意某个x(也就是所有的x)它在f(x)对应的值,和x+p在g(x)对应的值是相同的

在图像上,就是把f(x)向右边平移了p个单位

不仅仅是二次函数,实际上对所有的函数,只要x和x-p都在其定义域内,则f(x-p)就是把函数向右平移了p个单位。

要注意的是,这里必须要把所有的x都换成x-p

比如对函数


,把它向右平移p个单位就是:



如果p是负的,那么就是向右边的反方向移动,即向左移。

比如对



是向右平移2个单位,


是向左平移2个单位。


正负右左一定不要搞反!

3.2垂直移动


后面

孤零零地加上q,就得到了


可以很简单地看出f(x)+q=h(x)

对任意某个x(也就是所有的x)它在f(x)对应的值,再加上q,就得到了这个x在h(x)对应的值

在图像上,就是把f(x)向上平移了q个单位。

要注意的是,这里是在f(x)后面单独、孤零零地加上了q,不要影响到f(x)本身里的元素

如果q是负的,就是向上边的反方向移动,即向下移。

比如对



是向上平移3个单位,


是向下平移3个单位。


正负上下一定不要搞反!

3.3换个角度

为方便起见,我们把函数写成



函数


也可以写成:



也就是说,把x变成x-p就是向右平移p个单位,把y变成y-q就是向上平移某个单位.

如果p、q是负数,就是反方向。(也可以说:把x变成x+p就是向左平移p个单位,把y变成y+q就是向下平移某个单位)

3.4 a的变化

上述情况中二次项的系数都是1,我们没有考虑过a变化的情况,因为没什么值得讨论的。

在(一)单调性中已经讨论过a的正负对函数的影响,a>0开口向上,a<0开口向下。

a的绝对值越大,函数越“瘦”,递减或递增得越快。

a的绝对值越小,函数越”胖”,递减或递增得越慢。

这个从直观上也能理解

3.5具体实例和图像

现在我们以具体的函数为例,看看它们的图像:


(黑色)


(红色)


(绿色)


(蓝色)


一元二次函数python 一元二次函数公式_c++绝对值函数_03


单独看黑色和红色:把黑色向右平移2个单位后到达红色的位置。

单独看黑色和绿色:把黑色向上平移3个单位后到达绿色的位置。

单独看红色和蓝色:把红色向上平移3个单位后到达蓝色的位置。

单独看绿色和蓝色:把绿色向右平移2个单位后到达蓝色的位置。

单独看黑色和蓝色:把黑色向右平移2个单位、向上平移3个单位后到达蓝色的位置。

再来简单看下a对函数的影响,直观了解即可

红色:


绿色:


蓝色:



粉色:


草色:


紫色:



一元二次函数python 一元二次函数公式_c++ n次方函数_04


(四)周期性

二次函数没有周期性

(五)与x轴和y轴的交点

先来简单的:与y轴的交点

二次函数必然与y轴有交点,代入x=0,(0,f(0))就是与y轴的交点。

下面复杂的:与x轴的交点

5.1对已经形式转化为


的二次函数


当a>0时,


,


如果q>0,那么f(x)永远大于0,所以和x轴无交点

如果q=0,那么


,当x=p时,与x轴交于唯一的一点(p,0)


如果q<0,那么


(-q/a是正数),当x=



时,


与x轴有2个交点(


,0)和(


,0)


当a<0时,



如果q<0,那么f(x)永远小于0,所以和x轴无交点

如果q=0,那么


,当x=p时,与x轴交于唯一的一点(p,0)


如果q>0,那么令


(-q/a是正数),当x=



时,


与x轴有2个交点(


,0)和(


,0)


当a=0时,就是常数函数了,严谨起见,要在此专门提及,做题时也要记得。

下面是几个具体函数图像的实例:

左图红色:


绿色:


蓝色:



右图粉色:


草色:


紫色:



一元二次函数python 一元二次函数公式_c++ n次方函数_05


5.2针对形如


的二次函数


方法更加更简便,但图像上不那么直观

函数与x轴的交点,即f(x)=0

也就是求方程


的两个解。


用根的判别式:


时,方程有2个解,即有2个交点:



,0)和(


,0)



时,方程有1个解,即有1个交点:(-b/a,0)



时,方程没有解,即没有交点。


要求

二次函数的内容比较少也比较简单,但是需要一定量的练习来加深印象提高效率。

二次函数是非常基本非常简单的内容,这里涉及到的全部公式和模式都要烂熟于心,用起来毫不吃力。

后面学到更新的内容和更复杂的情况,如果二次函数部分还需要费力思考,是不能解决复杂问题的。

推导一元二次方程求根公式的“强行凑平方”的思路要认真研究。

“强行凑”成各种标准形式的思路未来学习中还会用到,也是解题中常用的方法。

函数的上下左右平移也要熟悉掌握,在函数和解析几何(圆锥曲线)中是非常重要的部分。

熟练掌握函数的平移,可以帮助把很多看上去很复杂的解析几何(圆锥曲线)简化得很普通。

完了

下篇准备更新指数和对数。

一次和二次函数在小学初中都有方程铺垫,指数对数是全新的内容,需要更多的努力去理解。