教材 · 数学 Course 1 · 函数 · 二次函数

二次函数的图像与平移

2次関数のグラフと平行移動

3 2次関数 / 2次関数のグラフ
一句话结论

配方成 y=a(x−p)2+qy=a(x-p)^2+q,图像就是 y=ax2y=ax^2 平移 (p, q)(p,\,q):轴是直线 x=px=p,顶点是 (p, q)(p,\,q)。aa 管形状(正负定开口,∣a∣\lvert a\rvert 定宽窄),(p, q)(p,\,q) 管位置;平移不改 aa。

二次函数的式子五花八门,系数有正有负、有分数,可它们的图像都是同一种曲线——抛物线(放物線)。更省事的是:只要 x2x^2 的系数相同,两条抛物线的形状就一模一样,差别只在放的位置。所以读懂一个二次函数只要回答两件事:它长什么样,它被挪到了哪里。

为什么是这样

先看 y=ax2y=ax^2。xx 与 −x-x 给出同一个 yy,所以图像关于 yy 轴对称;这条对称轴叫轴(軸),轴与曲线的交点叫顶点(頂点),这里是原点。a>0a>0 时 yy 不会是负数,曲线开口向上,叫「下に凸」;a<0a<0 时开口向下,叫「上に凸」。∣a∣\lvert a\rvert 越大,离轴同样远时 yy 变得越多,开口越窄。

再看 y=a(x−p)2+qy=a(x-p)^2+q。它在 x=p+tx=p+t 处的值,正是 y=ax2y=ax^2 在 x=tx=t 处的值加上 qq。所以原图像上每一点 (t, at2)(t,\,at^2) 都挪到了 (t+p, at2+q)(t+p,\,at^2+q):整条曲线向右走 pp、向上走 qq,形状不变。括号里是「减 pp」,因为新图像要晚 pp 才取到同样的值——p>0p>0 是右移。

为什么配方就能读出顶点?(x−p)2≥0(x-p)^2\ge0,只在 x=px=p 时为 0。a>0a>0 时 y≥qy\ge q,最低点就是 (p, q)(p,\,q);a<0a<0 时它是最高点。x=p+tx=p+t 与 x=p−tx=p-t 给出同一个 yy,所以直线 x=px=p 是轴。配方(平方完成)就是把一般式改写成这个样子,让顶点直接写在式子上。

y=ax² 的图像:a 的正负定开口方向,|a| 定宽窄xyOy=2x²y=x²y=½x²y=−x²21½1a>0:下に凸(开口向上)  a<0:上に凸(开口向下)同样离轴 1 步,y=2x² 升 2、y=x² 升 1、y=½x² 只升 ½:|a| 越大开口越窄。所有 y=ax² 都关于 y 轴对称,顶点都在原点。

定量表达

一般式 y=ax2+bx+cy=ax^2+bx+c 的配方分三步:从含 xx 的两项提出 aa;在括号里加上再减去 (b2a)2\left(\dfrac{b}{2a}\right)^2;把减去的那项乘上 aa 移到括号外,结果见公式块。令 x=0x=0 得 y=cy=c,图像过 (0, c)(0,\,c)。

平移的规则对任何图像都成立:y=f(x)y=f(x) 的图像沿 xx 轴方向平移 pp、沿 yy 轴方向平移 qq,得到 y−q=f(x−p)y-q=f(x-p)。理由是新图像上的点 (x, y)(x,\,y) 由原图像上的 (x−p, y−q)(x-p,\,y-q) 移来,而后者满足原式。

对称移动(対称移動)也用同一个想法,把「移来之前的点」代回原式:关于 xx 轴对称把 yy 换成 −y-y,关于 yy 轴对称把 xx 换成 −x-x,关于原点对称两个都换。对抛物线,看顶点和 aa 最快:关于 xx 轴或原点对称,aa 变号、开口翻转;关于 yy 轴对称,aa 不变。只把 xx 轴下方那一段翻上去,就得到 y=∣f(x)∣y=\lvert f(x)\rvert 的图像。

把 y=ax² 的图像平移 (p, q) 得到 y=a(x−p)²+qxyO軸 x=ppqy=ax²y=a(x−p)²+q頂点 (p, q)(p, q)(p, q)整条曲线上每一点都走同样的一步 (p, q),形状不变;顶点从原点移到 (p, q)。式子里写 x−p,图像却是向右移 p:新图像要晚 p 才取到原来的值。
y=ax2+bx+c=a(x+b2a)2−b2−4ac4ay=ax^2+bx+c=a\left(x+\dfrac{b}{2a}\right)^2-\dfrac{b^2-4ac}{4a}
aa
x2x^2 的系数,决定开口方向与宽窄
bb
xx 的系数,和 aa 一起决定轴的位置
cc
常数项,即图像与 yy 轴交点的 yy 坐标
xx
自变量
yy
函数值
适用条件
  • a≠0a\ne0(a=0a=0 时不是二次函数)
  • 轴是直线 x=−b2ax=-\dfrac{b}{2a},顶点是 (−b2a, −b2−4ac4a)\left(-\dfrac{b}{2a},\ -\dfrac{b^2-4ac}{4a}\right);考试时现场配方比背顶点公式更不容易错

怎么用

EJU 大题里常见三种问法。①求轴与顶点:配方后读出,a≠1a\ne1 时减掉的那项别忘了乘 aa,再把 x=px=p 代回原式验 qq。②「どのように平行移動すれば重なるか」:两式都配方,先确认 x2x^2 的系数相同,再用后一个顶点减前一个顶点得平移量。③给出平移或对称移动求新方程:移动顶点、按需改 aa 的符号,再写顶点式;问「移动后成为某抛物线的原抛物线」时,把已知抛物线反向移动。几步连做时按顺序逐步跟踪顶点和 aa。

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