9年级上册人教版数学 22.2二次函数与一元二次方程 逐字稿-4,148字

  师:同学们,之前我们从一次函数的角度认识一元一次方程,了解了二者的联系。现在,我们从二次函数的角度来看一元二次方程,探究它们之间的联系。先看这样一个问题:以40米每秒的速度将小球沿与地面呈30度角的方向击出,球的飞行路线是抛物线。若不考虑空气阻力,球的飞行高度h与飞行时间t的关系为h = 20t - 5t2 。思考以下几个问题。

  第一个问题,球的飞行高度能否达到15米?若能,需要多长时间?这个问题很容易解决,让h = 15,即20t - 5t2 = 15 。解这个方程,得到t? = 1 ,t? = 3 。所以,当球飞行1秒和3秒时,高度为15米。

  接着看第二个问题,球的飞行高度能否达到20米?若能,需要多长时间?同样,让h = 20,得到20t - 5t2 = 20 。解这个方程,解得t? = t? = 2 。这表明当球飞行2秒时,高度是20米。老师有个疑问,为什么问题一中有两个时间点符合题意,而问题二中只有一个呢?结合图形思考一下。从图中可以看到,球的飞行路线是抛物线,我们知道抛物线是轴对称图形。在这个图形里,高度为15米的点有两个,而抛物线最高点的高度正好是20米,所以只有一个点符合题意,大家明白了吗?

  再来看第三个问题,球的飞行高度能否达到20.5米?为什么?在刚才的问题二中,我们已经知道球飞行的最大高度是20米,所以达不到20.5米。怎么用式子表示呢?让h = 20.5 ,就得到20t - 5t2 = 20.5 ,通过判断这个方程是否有解来解释。化简这个方程得t2 - 4t + 4.1 = 0 ,方程有没有解呢?我们可以算一下它的Δ ,经计算,这个方程的Δ = (- 4)2 - 4×4.1 < 0 ,所以方程没有实根。回到实际问题,就是球的飞行高度达不到20.5米。

  第四个问题,求球从飞出到落地需要多少时间?结合图形,球飞出和落地时高度是0米。所以让h = 0 ,得到20t - 5t2 = 0 这个方程。解这个方程得t? = 0 ,t? = 4 。因此,当球飞行0秒和4秒时,高度是0米,即0秒时球从地面飞出,4秒时球落回地面,共耗时4秒钟。

  从上面这个问题我们发现,一般地,当y取定值且a ≠ 0时,二次函数可化为一元二次方程。比如y = 55 ,55 = ax2 + bx + c就是一个一元二次方程。所以二次函数与一元二次方程关系密切。再举个例子,已知二次函数y = - x2 + 4x的函数值为3,求自变量x的值,这就是在求方程3 = - x2 + 4x的解。反过来,解方程x2 - 4x + 3 = 0 ,就是已知二次函数y = x2 - 4x + 3的函数值为0时,求自变量x的值。

  下面我们对刚才的发现做个小结。如果二次函数y = ax2 + bx + c的函数值为m时,求自变量的值就是解一元二次方程ax2 + bx + c = m 。反之,解一元二次方程ax2 + bx + c = m ,可以看成是已知二次函数的函数值为m时,求自变量x的值。

  在此基础上,我们还可以延伸:方程ax2 + bx + c = m的解可以看成是抛物线y = ax2 + bx + c与直线y = m的公共点的横坐标。所以,我们可以利用二次函数来深入探讨一元二次方程。接下来,我们进一步探索二次函数与x轴公共点和一元二次方程根的关系。

  首先,在同一坐标平面内分别画出下列二次函数的图像:第一个是y = x2 + x - 2 ;第二个是y = x2 - 6x + 9 ;第三个是y = x2 - x + 1 。同学们,我们通过列表、描点、连线,在同一坐标平面内画出这三条二次函数的图像,如右图所示。观察函数图像,完成下列表格,填写图像与x轴交点的坐标。看图像,第一个抛物线与x轴有两个交点,分别是(- 2,0)和(1,0) ;第二条抛物线与x轴只有一个交点,是(3,0) ;第三条抛物线与x轴没有交点。表格中还给出了这三个二次函数相应的方程,分别是x2 + x - 2 = 0 ,x2 - 6x + 9 = 0 ,x2 - x + 1 = 0 。

  那这三个方程的Δ是多少呢?通过计算发现,第一个方程的Δ > 0 ;第二个方程的Δ = 0 ;第三个方程的Δ < 0 。这三个方程的根大家会求吗?相信难不倒同学们。第一个方程有两个不相等的实数根,分别是x? = - 2 ,x? = 1 ;第二个方程有两个相等的实数根,x? = x? = 3 ;第三个方程因为Δ < 0 ,所以没有实数根。表格填完了,根据这个表格,我们能得出二次函数与x轴公共点和一元二次方程根的关系吗?很容易得出,根的判别式除了能判断一元二次方程根的情况,现在还能判断抛物线与x轴公共点的个数。怎么判断呢?当Δ > 0时,抛物线与x轴有两个公共点,相应方程有两个不相等的实数根;当Δ = 0时,抛物线与x轴只有一个公共点,相应方程有两个相等的实数根;当Δ < 0时,抛物线与x轴没有公共点,相应方程也没有实数根。同时我们还发现,一元二次方程的根正是其对应抛物线与x轴公共点的横坐标。

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