师:同学们,今天我们学习二次函数。本节课有两个学习目标:一是掌握并简单运用二次函数的定义;二是能根据实际问题中的数量关系建立二次函数模型。函数是描述现实世界中变化规律的数学模型,之前我们学过一次函数,它可以表示某些问题中数量之间的关系。现在看这个例子,从喷头喷出的水珠在空中走过一条曲线,在这条曲线的各个位置上,水珠的竖直高度y与它距离喷头的水平距离x之间有什么关系?这个问题中变量之间的关系可以用哪一种函数来表示?这种函数与以前学习的函数方程有哪些联系?学完本章内容,我们就可以回答这些问题了。
那怎样的函数是二次函数呢?来看这几个问题。
问题一,一个棱长为x的正方体,它的表面积为y,y与x之间的关系可以表示为什么?y是x的函数吗?我们知道正方体由6个正方形组成,正方形面积是边长的平方,所以y与x的关系式为y = 6x2。显然,对于x的每一个值,y都有唯一的值与之对应,即y是x的函数。
问题二,n个球队参加比赛,每两队之间进行一场比赛,比赛的场次数m与球队数n有什么关系?每个队要与其他n - 1个球队各比赛一场,甲队对乙队的比赛与乙队对甲队的比赛是同一场,所以比赛场次数为$\frac{n(n - 1)}{2}$,即$m = \frac{1}{2}n(n - 1)$,展开整理得到$m = \frac{1}{2}n2 - \frac{1}{2}n$,这表示了比赛场次数m与球队数n的关系。对于n的每一个值,m都有唯一的值与之对应,即m是n的函数。
问题三,某种产品现在年产量是20吨,计划明后两年增加产量,如果每年都比上一年的产量增加x倍,那么两年后的这种产品的产量y将随计划确定的x的值而确定。y与x之间的关系应怎样表示?年产量是20吨,如果每年都比上一年的产量增加x倍,那么明年产量是20(1 + x)吨,后年产量是20(1 + x)(1 + x)吨,即两年后的产量为$y = 20(1 + x)2$。用完全平方公式展开,得$y = 20x2 + 40x + 20$,这表示了两年后的产量y与计划增产倍数x之间的关系。对于x的每一个值,y都有唯一的值与之对应,即y是x的函数。
请同学们思考,这三个函数有什么共同点?对,我们发现这些函数都是用自变量的二次式表示的。一般地,形如$y = ax2 + bx + c$(a、b、c是常数,$a ≠ 0$)的函数叫做二次函数。其中x是自变量,a、b、c分别是函数解析式的二次项系数、一次项系数和常数项,这个解析式是二次函数的一般式。后边我们还会接触到另外两种形式。和一次函数一样,二次函数也有一个不能为0的系数,就是二次项系数a,而对于b和c没有任何限定。也就是说,一个二次函数的解析式可以没有一次项、没有常数项,或者同时不含一次项和常数项,但一定不能没有二次项。像$y = - 2x2 + x$,$y = 3x2 - 2$,$y = x2$,这些都是二次函数。我们发现自变量x既不在根号里,也不在分式里,所以它的取值范围是全体实数。
自变量最高次数是二次,且二次项系数不为0,这两个限定条件可以帮我们排除很多不是二次函数的式子。当然,我们还要留意解析式右边一定是整式,不能包含分式或根式。所以$y = 2x2 + \frac{1}{x}$,$y = x2 - \sqrt{x}$虽然含有二次项,但因为有多余的分式或者根式,所以这两个不是二次函数。
接下来学以致用,根据定义来识别二次函数。
请看第一题,下列函数中哪些是二次函数?是的打勾,不是的打叉,并指出二次函数的二次项系数、一次项系数和常数项。
第一小题,$y = 7x - 1$,自变量x最高次数是一次,它是一次函数,不是二次函数。
第二小题,$y = - 5x2$,自变量最高次数是2,符合二次函数定义,其中二次项系数为 - 5,不含有一次项和常数项,所以一次项系数为0,常数项为0。
第三小题,$y = 3x3 + 2x2$,自变量x最高次数是3次,所以不是二次函数。
第四小题,$y = x2 + \frac{1}{x2}$,因为$\frac{1}{x2}$不是整式,所以它也不是二次函数。
