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一题引路 深思而变
——对一道教材例题的思考与拓展

2021-12-29文/李

初中生世界 2021年47期
关键词:交点实数一元二次方程

文/李 燕

数学教材中的例题都是经过精心挑选的,具有典型性和示范性。若同学们能在学习的过程中认真理清例题的解题方法和所用知识点,并加以拓展,将是实现减负增效的有效途径。下面以苏科版数学九年级下册第25 页的例题为例,谈谈例题的学习与拓展。

【原题呈现】不画图像,判断二次函数y=-x2+5x-8的图像与x轴是否有公共点。

【分析】例题是根据二次函数与一元二次方程的关系,将函数转化为一元二次方程,再利用一元二次方程根的判别式,得到方程实数根的个数就是函数图像与x轴交点的个数。即对于二次函数y=ax2+bx+c(a≠0),当b2-4ac>0 时,二次函数的图像与x轴有两个交点;当b2-4ac=0 时,二次函数的图像与x轴有唯一的公共点(即顶点);当b2-4ac<0 时,二次函数的图像与x轴没有交点。

解:因为一元二次方程-x2+5x-8=0 的根的判别式b2-4ac=52-4×(-1)×(-8)=-7<0,

所以方程-x2+5x-8=0没有实数根,

所以二次函数y=-x2+5x-8 的图像与x轴没有公共点。

【点评】将函数图像问题代数化,化繁为简,巧妙地体现出二次函数图像与一元二次方程是“形”与“数”的有机结合。

思考一、根据二次函数确定函数中参数的取值范围

【点评】根据抛物线与x轴的交点个数可以确定字母系数的取值范围,其方法是根据抛物线与x轴的交点个数,推出b2-4ac值的性质,即列出关于字母系数的方程(或不等式),通过方程(或不等式)求解。

延伸1 已知二次函数y=x2+x+m,当x取任意实数时,都有y>0,则m的取值范围是________。

思考二、根据二次函数求一元二次方程中的解及参数

【点评】题面中没有涉及函数图像与x轴的交点个数,但条件y>0 巧妙地把“数与形”结合在一起,增强了知识联系及延伸,增加了题目深度。

延伸2 已知函数y=(k-3)x2+2x+1 的图像与x轴有交点,则k的取值范围是________。

【解析】当k-3=0,即k=3 时,函数为y=2x+1,此一次函数与x轴有一个交点;

当k-3≠0 时,此函数为二次函数,当b2-4ac=4-4(k-3)≥0,即k≤4且k≠3时,函数图像与x轴有交点。

综上所述,当k≤4 时,函数图像与x轴有交点。

【点评】由于题中没有明确函数是一次函数还是二次函数,因此要分k-3=0 和k-3≠0两种情况进行讨论。

变式2 二次函数y=x2+x-m的部分图像如图1 所示,求一元二次方程x2+x-m=0的解。

图1

【解析】由图知x2+x-m=0 的一个根为1,所以12+1-m=0,即m=2,故一元二次方程为x2+x-2=0,解得x1=1,x2=-2,所以一元二次方程x2+x-m=0的解为x1=1,x2=-2。

延伸1 已知抛物线y=ax2+bx+c(a≠0)经过点(-1,5),且无论m为何值,不等式a+b≥am2+bm恒成立,求一元二次方程ax2+bx+c=5的解。

【解析】因为不等式a+b≥am2+bm恒成立,所以a+b+c≥am2+bm+c恒成立,所以点(1,a+b+c)是抛物线的顶点,点(-1,5)关于直线x=1的对称点为(3,5)。

当y=5 时,x=-1 或3,所以一元二次方程ax2+bx+c=5的解为x1=-1,x2=3。

故答案为x1=-1,x2=3。

【点评】此题考查了抛物线与x轴的交点及抛物线对称性,找到抛物线的顶点坐标是解题的关键。

延伸2 二次函数y=x2+bx的对称轴为直线x=1,若关于x的方程x2+bx-t=0(t为实数)在-1<x<4 的范围内有实数解,则t的取值范围是________。

当x=-1时,y=4;当x=4时,y=8。

t的取值范围为顶点至y=8 之间的区域,即-1≤t<8。

【点评】把二次函数与不等式转化为两个函数图像的交点问题求解,是解题的突破口,如果能作出图形会显得更为直观。

思考三、根据二次函数确定不等式中的参数取值范围

变式3 抛物线y=ax2+bx+c(a>0)的图像如图2 所示,则关于x的不等式ax2+bx+c<0的解集是。

图2

【解析】图像与x轴两交点的横坐标分别为x=-1 与x=2,由图像又知当-1<x<2时,图像在x轴下方,所以ax2+bx+c<0 的解集为-1<x<2。

【点评】利用函数图像解不等式。当函数值y>0时,图像上的点在x轴的上方;当函数值y<0时,图像上的点在x轴的下方。充分利用数形结合思想,能直观地解决类似问题。

延伸1 抛物线y=a(x-h)2+k(a>0)经过(-1,2),(5,2)两点,则关于x的不等式a(x-h-1)2+k≤2的解集为________。

【解析】因为抛物线y=a(x-h)2+k(a>0)经过(-1,2),(5,2)两点,所以大致图像如图3所示:

图3

所以y=a(x-h-1)2+k(a>0)经过(0,2),(6,2)两点,

所以关于x的不等式a(x-h-1)2+k≤2的解集为0≤x≤6。

故答案为0≤x≤6。

【点评】此题考查二次函数与不等式的知识。正确理解数形结合,合理分析是解题的关键。

延伸2 一元二次方程ax2-2ax+c=0有一个根为x=3,且y=ax2-2ax+c过点(2,-3),则不等式ax2-2ax+c≤-x-1的解为______。

【解析】把点(2,-3)代入y=ax2-2ax+c,得4a-4a+c=-3,即c=-3。

把x=3 代入ax2-2ax+c=0,得9a-6a+c=0,则3a-3=0,解得a=1,所以抛物线为y=x2-2x-3。

解方程x2-2x-3=-x-1,得x1=-1,x2=2,所以抛物线y=x2-2x-3与直线y=-x-1的交点的横坐标分别为-1 和2,即不等式ax2-2ax+c≤-x-1的解集为-1≤x≤2。

故答案为-1≤x≤2。

【点评】本题是利用两个函数的图像在坐标系中的位置关系,求自变量的取值范围,可作图利用交点求解,也可把两个函数列成不等式求解。

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