二次函数是高中数学中的一种重要的函数形式,它的代数形式为$f(x)=ax^2+bx+c$,其中$a,b,c$为常数且$ane0$。其中最为重要的一个概念就是对称轴,它是二次函数的一个基本性质。
二次函数的对称轴是指函数图像上一个与函数图像对称的直线。具体来说,对称轴会将二次函数分成左右两段完全相同的部分。
求二次函数的对称轴有一种简单的方法,可以运用二次函数对称性的特性。对于关于$x=a$对称的二次函数,对称轴的方程即为$x=a$。
对于关于$x=a$对称的二次函数$f(x)$,设对于某一点$(x_0,y_0)$,它关于直线$x=a$的对称点为$(x_1,y_1)$,则有以下关系:
$$x_0+a=x_1+aRightarrowx_1=x_0-2a$$
同时,根据二次函数的对称性有:
$$y_1=y_0$$
将$(x_1,y_1)$代入二次函数的表达式中得到:
$$f(x_1)=a(x_1-a)^2+b(x_1-a)+c$$
将$x_1$用$x_0$和$a$表示出来:
$$f(x_1)=a(x_0-2a-a)^2+b(x_0-a)+c$$
$$f(x_1)=f(x_0)$$
将上述两个式子代入原式,即得:
$$f(x_0)=f(x_1)=a(x_0-2a-a)^2+b(x_0-a)+c$$
$$f(x_0)=a(x_0-a)^2+b(x_0-a)+c$$
很明显,上式可以化简成标准的二次函数形式,即:
$$f(x)=a(x-a)^2+b(x-a)+c$$
其中,$a,b,c$与原式中的相同。而从这个式子中,我们可以发现,当$x=a$时,$f(x)$取到最小值$c$,即函数图像此时在对称轴上,也就是说,对称轴的方程即为$x=a$。
二次函数对称轴的几何性质十分重要,它不仅仅可以帮助我们快速画出函数图像,还能够帮助我们求出二次函数的最值和根的数量等,具体性质如下:
利用二次函数的对称轴性质,我们可以快速地求出二次函数的性质,尤其是最值和根。最值即为对称轴上对应的函数值,而根的数量等于二次函数与直线$y=0$的交点数量。
设函数$f(x)=x^2+2x-3$,求其对称轴、最值和根。
$x=-frac{b}{2a}=-frac{2}{2}=1$;
最值为在对称轴上取得:$f(1)=-2$;
根的数量为与直线$y=0$的交点数量,$x^2+2x-3=0$,代入求解可得:$x=-3$或$x=1$。因此,该二次函数有两个根。
通过对于二次函数对称轴公式的讲解,我们不仅了解了二次函数对称轴的定义、如何求对称轴、对称轴的性质,还学会了利用对称轴快速地求出二次函数的最值和根。它无疑是二次函数学习中一个非常重要的概念。
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