内容正文:
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第七节 二次函数的性质探究
第一、二章
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目
录
核心考点突破
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命题点1 二次函数的增减性探究
1. 【典例】 【数形结合思维】(2025·山东)已知二次函数y=x(x-a)+
(x-a)(x-b)+x(x-b),其中a,b为两个不相等的实数。
(1)当a=0,b=3时,求此函数图象的对称轴。
(2)当b=2a时,若该函数在0≤x≤1时,y随x的增大而减小;在3≤x≤4时,y随x的增大而增大,求a的取值范围。
(3)若点A(a,y1),B(,y2),C(b,y3)均在该函数的图象上,是否存在常数m,使得y1+my2+y3=0?若存在,求出m的值;若不存在,说明理由。
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思维导引:(1)先将a=0,b=3代入二次函数解析式中→再根据求对称轴的公式求解;
(2)先将b=2a代入二次函数解析式进行化简→再确定抛物线的对称轴→最后根据抛物线的增减性求解;
(3)先根据点A,B,C的横坐标求出y1,y2,y3的值→再根据y1+my2+y3=0列出等式→最后整理出方程求出m的值。
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解:(1)当a=0,b=3时,二次函数y=x(x-a)+(x-a)(x-b)+x(x-b)可化为
y=x(x-0)+(x-0)(x-3)+x(x-3)=3x2-6x,
∴此函数图象的对称轴为直线x=-=1。
(2)当b=2a时,二次函数y=x(x-a)+(x-a)(x-b)+x(x-b)可化为
y=x(x-a)+(x-a)(x-2a)+x(x-2a)=3x2-6ax+2a2,
∴抛物线的对称轴为直线x=-=a。
∵3>0,∴抛物线开口方向向上。
∵当0≤x≤1时,y随x的增大而减小,∴a≥1。
∵当3≤x≤4时,y随x的增大而增大,∴a≤3,∴1≤a≤3。
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(3)存在。
由题易知y1=a(a-a)+(a-a)(a-b)+a(a-b)=a2-ab,
y3=b(b-a)+(b-a)(b-b)+b(b-b)=b2-ab。
∵y=x(x-a)+(x-a)(x-b)+x(x-b)=3x2-2(a+b)x+ab,
∴y2=3()2-2(a+b)·+ab=3×-(a+b)2+ab
=-+ab=-(a2-2ab+b2)=-(a-b)2。
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∵y1+my2+y3=0,
∴a2-ab+m[-(a-b)2]+b2-ab=0,
整理得(a-b)2(1-m)=0。
∵a,b为两个不相等的实数,∴a-b≠0,
∴1-m=0,解得m=4。
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2. (2025·安徽)已知抛物线y=ax2+bx(a≠0)经过点(4,0)。
(1)求该抛物线的对称轴。
(2)点A(x1,y1)和B(x2,y2)分别在抛物线y=ax2+bx和y=x2-2x上(点A,B与原点都不重合)。
①若a=,且x1=x2,比较y1与y2的大小;
②当=时,若是一个与x1无关的定值,求a与b的值。
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解:(1)将点(4,0)代入y=ax2+bx得
16a+4b=0,即b=-4a,
∴-=2,∴该抛物线的对称轴是直线x=2。
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(2)①若a=,则b=-4a=-2,
则抛物线y=ax2+bx的解析式为y=x2-2x。
又∵x1=x2,
∴y2-y1=(-2x2)-(-2x1)=(-2x1)-(-2x1)=。
∵抛物线y=x2-2x过原点,且点A与原点不重合,
∴x1≠0,∴>0,∴y2>y1。
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②由题意知y1=a-4ax1,y2=-2x2。
∵=,∴=。
∵两条抛物线均过原点,且点A,B与原点都不重合,
∴x1≠0,x2≠0,∴=1,即x2=a(x1-4)+2,
∴==a+。
由题意知a+是与x1无关的定值,
∴2-4a=0,∴a=,b=-4a=-2。
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3. 设二次函数y=ax2+bx+1(a≠0,b是实数)。 已知函数值y和自变量x的部分对应取值如下表所示:
x … -1 0 1 2 3 …
y … m 1 n 1 p …
(1)若m=4。
①求二次函数的解析式;
②写出一个符合条件的x的取值范围,使得y随x的增大而减小。
(2)若在m,n,p这三个实数中,只有一个是正数,求a的取值范围。
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解:(1)①由题意得解得
∴二次函数的表达式是y=x2-2x+1。
②x<1。(答案不唯一)
(2)∵x=0和x=2时的函数值都是1,
∴抛物线的对称轴为直线x=-=1,
∴(1,n)是顶点,(-1,m)和(3,p)关于对称轴对称。
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若在m,n,p这三个实数中,只有一个是正数,则抛物线必须开口向下,且m≤0。
∵-=1,∴b=-2a,
∴二次函数为y=ax2-2ax+1,
∴m=a+2a+1≤0,
∴a≤-。
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命题点2 二次函数的最值问题
4. 【典例】 已知某抛物线的解析式为y=x2-4ax+2a+1,a为实数。
(1)若该抛物线经过点(5,8),求此抛物线的顶点坐标;
(2)如果当2a-3≤x≤2a+1时,y的最大值为4,求a的值。
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解:(1)∵抛物线y=x2-4ax+2a+1经过点(5,8),
∴25-20a+2a+1=8,
∴a=1,
∴y=x2-4x+3=(x-2)2-1,
∴此抛物线的顶点坐标为(2,-1)。
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(2)∵y=x2-4ax+2a+1=(x-2a)2-4a2+2a+1,
∴抛物线开口向上,对称轴为直线 x=2a,
∴抛物线上的点离对称轴越远,函数值越大。
∵当2a-3≤x≤2a+1时,y的最大值为4,
∴当x=2a-3时,y=4,
∴(2a-3-2a)2-4a2+2a+1=4,
∴2a2-a-3=0,∴a=或-1。 故a的值为或-1。
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5. 已知二次函数y=x2+bx+c的图象经过点(2,-4),与x轴交于点(4,0)。
(1)求二次函数的表达式;
(2)若在m≤x≤5范围内二次函数有最大值为,最小值为-,求m的取值范围;
(3)若把二次函数的图象沿x轴平移n个单位长度,在自变量x的值满足2≤x≤3的情况下,与其对应的函数值y的最小值为-3,求n的值。
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解:(1)∵二次函数y=x2+bx+c的图象经过点(2,-4),与x轴交于点(4,0),
∴将(2,-4),(4,0)两点分别代入得
解得
∴二次函数的表达式为y=x2-x-4。
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(2)y=x2-x-4=(x-1)2-,
∴二次函数y=x2-x-4的图象开口向上,顶点坐标为(1,-)。
令(x-1)2-=,解得x=5或-3。
∵在m≤x≤5范围内二次函数有最大值为,最小值为-,∴-3≤m≤1。
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(3)由(2)可得二次函数y=x2-x-4图象的对称轴为直线
x=1,且抛物线y=x2-x-4在2≤x≤3范围内y随x的增大而增大,
∴抛物线在x=2时有最小值为-4。
①向左平移n个单位长度,即当x=2时,存在与其对应的函数值y的最小值-3,
∴-3=(x+n)2-(x+n)-4。
将x=2代入得n2+2n-2=0,
解得n=--1或-1。
∵二次函数的图象向左平移,∴n>0,∴n=-1。
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②向右平移n个单位长度,当平移后对称轴在直线x=2左边,即n≤1时,函数在x=2处取得最小值-3,
即-3=(2-n)2-(2-n)-4,
解得n1=1+,n2=1-,都不符合题意,舍去。
当平移后对称轴在直线x=2到直线x=3之间时,在顶点处取到最小值,即最小值-≠-3。
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当平移后对称轴在直线x=3右边,即n≥2时,函数在x=3时取得最小值-3,
∴-3=(3-n)2-(3-n)-4,
解得n1=+2,n2=-+2(舍去),∴n=+2。
综上所述,n=-1或+2。
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6. (2025·临沂兰陵一模)已知二次函数y=ax2-(a-2)x+2(a≠0)。
(1)若函数图象经过点(3,2),求抛物线的对称轴;
(2)若a>0,当x≥-1时,y随x的增大而增大,求a的取值范围;
(3)若A(1-,b),B(3-,c)两点都在二次函数的图象上,试比较b与c的大小,并说明理由。
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解:(1)由条件可得9a-3(a-2)+2=2,
解得a=-1,
∴抛物线的表达式为y=-x2+3x+2,
∴抛物线的对称轴为直线x=-=。
(2)由条件可得a>0时,抛物线在对称轴右侧y随x的增大而增大。
∵抛物线的对称轴为直线x=,
∴≤-1,解得a≤,∴0<a≤。
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(3)∵抛物线的对称轴为直线x=-,
∴-<1-<3-。
∵A(1-,b),B(3-,c),
∴点A、点B都在对称轴的右侧。
①当a>0时,在对称轴右侧,y随x的增大而增大。
∵1-<3-,∴b<c。
②当a<0时,在对称轴右侧,y随x的增大而减小。
∵1-<3-,∴b>c。
综上所述,当a>0时,b<c;当a<0时,b>c。
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命题点3 二次函数的交点问题
7. 【典例】 已知关于x的二次函数y=2x2-(3+k)x+k。
(1)当k=1时,求该二次函数的对称轴和顶点坐标;
(2)求证:对于任意实数k,二次函数y=2x2-(3+k)x+k的图象与x轴总有两个不同的交点。
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(1)解:当k=1时,抛物线的解析式为y=2x2-4x+1。
∵y=2(x-1)2-1,
∴抛物线的对称轴为直线x=1,顶点坐标为(1,-1)。
(2)证明:∵Δ=[-(3+k)]2-4×2k=k2-2k+
9=(k-1)2+8>0,
∴对于任意实数k,二次函数y=2x2-(3+k)x+k的图象与x轴总有两个不同的交点。
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8. (2025·山东期末)在平面直角坐标系xOy中,已知抛物线y=ax2+(b-2)x+。
(1)当a=1时,
①求证:该抛物线的顶点不在第三象限。
②若b为自然数,且该抛物线与x轴有两个不同交点(x1,0)和(x2,0)(x1<x2),
求x2-x1的值。
(2)若b<0,直线y=ax+m与该抛物线有两个交点A,B,其坐标分别为
A(0,2-m)和B(2,n)。 当t≤x≤t+1时,求y=ax2+(b-2)x+的最小值。
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(1)①证明:将a=1代入抛物线y=ax2+(b-2)x+并化为顶点式得
y=x2+(b-2)x+=(x-1+)2+b-1,
∴顶点坐标为(1-,b-1)。
若顶点在第三象限,则解得
∴该不等式组无解,∴抛物线的顶点不在第三象限。
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②解:∵b为自然数,且该抛物线与x轴有两个不同交点(x1,0)和
(x2,0)(x1<x2),
∴Δ=(b-2)2-b2>0,∴b<1,∴b=0,
∴抛物线的解析式为y=x2-2x。
当y=0时,x1=0,x2=2,则x2-x1=2。
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(2)解:b<0,直线y=ax+m与该抛物线有两个交点A,B,其坐标分别为A(0,2-m)和B(2,n),
∴m=2-m,解得m=1,∴=1。
∵b<0,∴b=-2,∴y=ax2-4x+1。
∵直线y=ax+m与该抛物线有交点B(2,n),将点B的坐标分别代入得解得
∴抛物线的解析式为y=4x2-4x+1,
∴y=4x2-4x+1的图象开口方向向上,对称轴为直线x=。
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①当t+1≤,即t≤-时,t≤x≤t+1,y随x的增大而减小,
∴当x=t+1时,y取最小值为4t2+4t+1。
②当t<<t+1,即-<t<时,t<x≤,y随x的增大而减小,<x<t+1,y随x的增大而增大,
∴当x=时,y取最小值为0。
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③当t≥时,t≤x≤t+1,y随x的增大而增大,
∴当x=t时,y取最小值为4t2-4t+1。
综上可知,当t≤-时,y取最小值为4t2+4t+1;当-<t<时,
y取最小值为0;当t≥时,y取最小值为4t2-4t+1。
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9. (2025·泰安岱岳、宁阳二模)已知抛物线y=ax2+bx+c(a≠0)的对称轴为直线x=1。
(1)若a=1,
①求b的值;
②若抛物线与x轴相交于A,B两点,与y轴相交于点C(0,-3),求AB的长。
(2)当-1≤x≤4时,函数y=ax2+bx+c最大值与最小值的差为3,求出a的值。
(3)若a=-1,平面直角坐标系内有两个点M(-2,3),N(3,3),抛物线与线段MN有且只有一个公共点,求出c的取值范围。
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解:(1)①∵a=1,x=-=1,
∴b=-2a=-2。
②∵抛物线与y轴交于点C(0,-3),
∴c=-3,
∴抛物线的表达式为y=x2-2x-3。
当y=0时,x2-2x-3=0,
解得x1=-1,x2=3,∴AB=3-(-1)=4。
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(2)当a>0时。
∵对称轴为直线x=1,-1≤x≤4,∴4-1>1-(-1),
∴当x=4时,函数有最大值为16a-8a+c=8a+c,
当x=1时,函数有最小值为a-2a+c=c-a。
由题意得8a+c-(c-a)=9a=3,∴a=。
当a<0时,∵对称轴为直线x=1,-1≤x≤4,
∴4-1>1-(-1),
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∴当x=4时,函数有最小值为16a-8a+c=8a+c,
当x=1时,函数有最大值为a-2a+c=c-a。
由题意得c-a-(8a+c)=-9a=3,∴a=-。
综上所述,a=±。
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(3)当a=-1时,抛物线的表达式为y=-x2+2x+c。
∵M(-2,3),N(3,3),∴直线MN的解析式为y=3。
①当-x2+2x+c=3有两个相等实数根时,抛物线与线段MN有一个公共点,
∴Δ=4-4×(-1)×(c-3)=0,∴c=2。
②当-x2+2x+c=3有两个不相等实数根时,
由题意得解得6<c≤11。
综上所述,当c=2或6<c≤11时,抛物线与线段有且只有一个公共点。
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