师:同学们,大家好。今天我们来学习二次函数(y = ax2 + bx + c)图像与系数的关系。本课的学习目标是了解二次函数(y = ax2 + bx + c)系数(a)、(b)、(c)对函数图像的影响,能根据系数(a)、(b)、(c)的符号画出二次函数的大致图像,并根据图像判断(a)、(b)、(c)的符号。通过观察二次函数数形相互制约的效果,体会数形结合在函数学习中的重要性。
师:我们先来知识回顾。二次函数的一般式为(y = ax2 + bx + c),(a ≠ 0),它的图像是一条抛物线。有人说(a)、(b)、(c)就像是二次函数的“DNA”一样,决定着它的图像抛物线的形状及位置等性质。下面我们通过动态图直观感受一下。接下来老师将改变系数(a)、(b)、(c)的取值,请同学们注意观察。改变(a)的值,当(a > 0),(a < 0)时,可发现抛物线的开口方向、大小和对称轴、顶点坐标的位置均随(a)值的变化而变化;改变(b)的值,当(b > 0),(b = 0),(b < 0)时,抛物线仅仅是位置发生变化,说明(b)对对称轴、顶点坐标产生影响;改变(c)的值,当(c > 0),(c = 0),(c < 0)时,抛物线只是上下移动,说明(c)对顶点坐标有影响。以上变化我们也可从二次函数的图像性质中找到答案。在二次函数的图像性质中,(a)的影响最大,开口方向、对称轴、顶点坐标均有它的“身影”;(b)则参与了对称轴、顶点坐标公式;(c)对顶点坐标有影响。那除了利用(a)、(b)、(c)的值代入计算外,能否提炼出简单一些的技巧,例如只运用(a)、(b)、(c)的符号来解决某些问题呢?这就是我们这节课需要探讨的内容——二次函数各项系数(a)、(b)、(c)符号与图像的关系。
师:我们已经知道,(a)的符号决定抛物线的开口方向,(a > 0)时开口向上,(a < 0)时开口向下。那除了开口方向,同学们还想到什么?对,对称轴。对称轴是(x = - \frac{b}{2a}),(a)、(b)的值直接决定着对称轴的位置。那如果只看(a)、(b)的符号,还能否判断对称轴的位置呢?可以的,我们分三种情况来讨论。
师:当(a)、(b)同号时,(\frac{b}{2a} > 0),即(x = - \frac{b}{2a} < 0),此时对称轴在(y)轴左侧;当(a)、(b)异号时,(\frac{b}{2a} < 0),即(x = - \frac{b}{2a} > 0),对称轴在(y)轴右侧;还有一种情况,就是(b = 0)时,(x = - \frac{b}{2a} = 0),对称轴是(y)轴。
师:我们来看看实际的图像。当(a)、(b)都大于(0)(同号)时,对称轴在(y)轴左侧,改变(b)的值,只要(b)持续大于(0),(a)、(b)同号,对称轴就一直在(y)轴左侧;当(b = 0)时,对称轴变为(y)轴;当(b < 0),(a)、(b)异号时,对称轴在(y)轴右侧。再来看(a < 0)的情况,(a)、(b)同为负(同号)时,对称轴在(y)轴左侧,改变(b)的值,当(b = 0),对称轴是(y)轴,当(a)、(b)异号时,对称轴就在(y)轴的右侧了。综合起来,(a)、(b)的符号共同决定着对称轴的位置。给大家一个简单易记的口诀:“左同右异,中为(0)”。这里的“左右”指的是对称轴在(y)轴的左侧或右侧时,所对应的(a)、(b)同号或异号;“中为(0)”指的是对称轴是(y)轴时,(b = 0)。
师:我们再来研究(c)符号。(c)对顶点坐标有影响,而且是(a)、(b)、(c)共同决定着顶点坐标,但是要通过(a)、(b)、(c)符号来判断顶点的位置比较复杂,有些情况还无法得出结论,怎么办呢?抛物线上还有一个特殊的点,它是抛物线与(y)轴的交点(C)。改变系数(c)取值可发现点(C)随着(c)值的变化而上下移动,当(c > 0),点(C)在(y)轴正半轴;当(c = 0),点(C)是原点;当(c < 0),点(C)在(y)轴负半轴。固定(c)值不变,改变(a)、(b)的值,可看到点(C)固定不动了,抛物线始终经过点(C)。再来看(c = 0)的情况,改变(a)、(b)的值,抛物线始终经过原点。从图像可得系数(c)符号决定了抛物线与(y)轴交点的位置,我们也可以通过求图像与(y)轴的交点坐标来说明问题。当(x = 0)时,代入一般式得(y = 0 + 0 + c = c),所以抛物线与(y)轴交点是((0, c)),因此(c)符号决定抛物线与(y)轴交点的位置,(c > 0)时,抛物线与(y)轴交于正半轴;(c = 0)时,抛物线经过原点;(c < 0)时,抛物线与(y)轴交于负半轴。
师:那么通过系数(a)、(b)、(c)符号与图像的关系,我们能否画出二次函数的大致图像呢?请同学们按下暂停键,尝试完成下面的练习。
(过一会儿)
师:画好了吗?你们的答案是这样吗?还是这样呢?这三个草图均满足题目条件:(a > 0),开口向上;(a)、(b)同号,对称轴在(y)轴左侧;(c > 0),抛物线与(y)轴交于正半轴。看来要唯一确定抛物线的草图还需要增加条件。那这三个图像的区别是什么呢?对,抛物线与(x)轴交点的个数分别是两个、一个、(0)个。抛物线与(x)轴的交点可以通过以下方式计算。当(y = 0)时,代入一般式得(ax2 + bx + c = 0),这是一个一元二次方程。一元二次方程的解可以转化为抛物线与(x)轴交点的坐标。这样我们可根据一元二次方程解的个数,得到相应的图像与(x)轴交点的个数。有没有更简单的方法,不解方程即可得出结论呢?有,一元二次方程根的判别式。我们通过判别式(\Delta = b2 - 4ac)的符号可以得到一元二次方程根的情况,从而得到抛物线与(x)轴交点的个数。这也是一个从数到形转化的过程。现在同学们可以画出二次函数的草图了吗?请同学们按下暂停键尝试一下。
(过一会儿)
师:正确答案是这样的。用一个表格梳理一下系数(a)、(b)、(c)符号与二次函数图像的关系:(a)的符号决定抛物线的开口方向;(a)、(b)的符号共同决定抛物线对称轴的位置,“左同右异中为(0)”的口诀要记住;(c)符号决定抛物线与(y)轴交点的位置;(\Delta = b2 - 4ac)的符号决定抛物线与(x)轴交点的个数。这样一来,我们就可以通过一般式中(a)、(b)、(c)符号大致地画出二次函数的图像,完成从数到形的转换。反之,我们也可以通过图像判断(a)、(b)、(c)符号,由形定数。以上关系可以解决哪方面的问题呢?请看练习。
师:第一题,根据图像试确定下列各式的符号。抛物线开口向上,所以(a > 0);对称轴在(y)轴的右侧,(a)、(b)异号,所以(b < 0);抛物线与(y)轴交于正半轴,所以(c > 0);抛物线与(x)轴有两个交点,所以(b2 - 4ac > 0)。
师:第二题,抛物线开口向下,所以(a < 0);对称轴是(y)轴,所以(b = 0);抛物线经过原点,所以(c = 0);抛物线与(x)轴只有一个交点,所以(b2 - 4ac = 0)。
师:第三题,对称轴在(y)轴右侧,(a)、(b)异号,(\frac{b}{a})的值为负;抛物线与(y)轴交于负半轴,(c)值为负,该点在第三象限。这三道题通过图像判断系数(a)、(b)、(c)符号,由形定数。
师:第(4)题,(a > 0),抛物线开口向上,排除(A)选项;(a)、(b)同号,对称轴在(y)轴左侧,排除(B)选项;(c < 0),抛物线与(y)轴交于负半轴,排除(D)选项。正确答案是(C)。这道题,我们通过题目给的系数(a)、(b)、(c)符号得出二次函数的大致图像,由数定形。
师:第(5)题,这是一道一次函数与二次函数相结合的题目。根据题目条件,我们可以画出一次函数的草图,根据图像得出(a < 0),(b < 0)。我们再来看四个选项,对于二次函数来说,(a < 0),抛物线开口向下,排除(A)、(B)两个选项;(a)、(b)同号,对称轴在(y)轴左侧,排除(D)选项。通过这道题,我们可以体会从形定数再由数定型的数学思想。
师:第(6)题,这也是一道一次函数与二次函数相结合的题目。根据题目条件,一次函数与二次函数的解析式中均含有(a)、(c),那它们所在的位置分别与函数图像有什么关系呢?我们来看(A)选项,从抛物线的开口方向和与(y)轴交点的位置可得(a < 0),(c > 0);从直线所经过的象限可得(a > 0),(c < 0),(a)、(c)取值矛盾,(A)选项错误。同样的方法观察(B)、(C)、(D)选项,(B)选项(c)取值矛盾错误,(D)选项(a)的取值矛盾错误。正确答案是(C)选项。
师:这节课我们探讨了二次函数各项系数的符号与图像的关系,既通过系数(a)、(b)、(c)符号画出二次函数的大致图像,也能通过图像判断系数(a)、(b)、(c)符号,既提炼了简单的解题技巧,同学们也能从中体会到数形结合的数学思想。
师:课堂到此结束,感谢大家的观看,再见。
