根据图象求二次函数

包含顶点、截距与对称轴方法的详细指南

要从图象中求出二次函数的方程,我们需识别其关键特征,例如顶点截距对称轴。根据可用的信息,我们使用顶点式或因式分解式来确定最终函数。

核心二次函数形式

一般式: \[ f(x) = ax^2 + bx + c \]

顶点式(标准式): \[ f(x) = a(x - h)^2 + k \]

其中 $(h, k)$ 是顶点的坐标。各形式之间的关系由下式给出:

\[ h = \frac{-b}{2a}, \quad k = f(h) = c - \frac{b^2}{4a} \]

方法 1:已知顶点和一个点

例题 1

求其图象如下所示的二次函数 $f$:

顶点在原点的二次函数图象
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1. 从图象中识别顶点:$(h, k) = (0, 2)$。

2. 建立顶点式: \[ f(x) = a(x - 0)^2 + 2 = ax^2 + 2 \]

3. 利用点 $(1, 3)$ 求解 $a$: \[ f(1) = a(1)^2 + 2 = 3 \Rightarrow a = 1 \]

最终函数: \[ f(x) = x^2 + 2 \]

例题 2:开口向下的抛物线

求函数 $g$ 并计算 $g(-3)$ 的值:

开口向下的抛物线图象
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1. 顶点:$(0, -1)$。顶点式:$g(x) = ax^2 - 1$。

2. 利用点 $(1, -2)$: \[ a(1)^2 - 1 = -2 \Rightarrow a = -1 \]

3. 方程:$g(x) = -x^2 - 1$。

4. 计算 $g(-3)$: \[ g(-3) = -(-3)^2 - 1 = -9 - 1 = -10 \]

例题 3:偏移顶点

求函数 $l$ 并计算其 x 轴截距:

顶点为 (2,1) 的抛物线
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1. 顶点 $(2, 1) \Rightarrow l(x) = a(x - 2)^2 + 1$。

2. 利用 y 轴截距 $(0, -7)$: \[ a(0 - 2)^2 + 1 = -7 \Rightarrow 4a = -8 \Rightarrow a = -2 \]

3. 求 x 轴截距(令 $l(x) = 0$): \[ -2(x - 2)^2 + 1 = 0 \Rightarrow (x - 2)^2 = 1/2 \]

\[ x = 2 \pm \sqrt{1/2} \]

方法 2:已知 x 和 y 截距

例题 4

以标准式求函数 $s$:

具有两个 x 轴截距的抛物线
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1. 利用截距 $(-1, 0)$ 和 $(2, 0)$ 的因式分解式: \[ s(x) = a(x + 1)(x - 2) \]

2. 利用 y 轴截距 $(0, -4)$: \[ a(0 + 1)(0 - 2) = -4 \Rightarrow -2a = -4 \Rightarrow a = 2 \]

3. 标准式: \[ s(x) = 2(x^2 - x - 2) = 2x^2 - 2x - 4 \]

方法 3:已知对称轴和两个点

例题 5

已知对称轴为 $x = -3$,求 $m(x)$:

标有对称轴的抛物线
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1. 顶点式:$m(x) = a(x + 3)^2 + k$。

2. 使用点 $(-5, 0)$ 和 $(-2, -1.5)$ 建立方程组:

\[ \begin{cases} a(-5 + 3)^2 + k = 0 \Rightarrow 4a + k = 0 \\ a(-2 + 3)^2 + k = -1.5 \Rightarrow a + k = -1.5 \end{cases} \]

3. 两式相减:$3a = 1.5 \Rightarrow a = 0.5$。然后 $k = -2$。

4. 标准式: \[ m(x) = 0.5(x + 3)^2 - 2 = 0.5x^2 + 3x + 2.5 \]

方法 4:已知三个点

例题 6

以标准式确定 $w(x)$:

标有三个点的常规抛物线
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使用 $w(x) = ax^2 + bx + c$:

  • 点 $(0, -1/6) \Rightarrow c = -1/6$。
  • 点 $(1, 0) \Rightarrow a + b - 1/6 = 0 \Rightarrow a + b = 1/6$。
  • 点 $(3, 10/3) \Rightarrow 9a + 3b - 1/6 = 10/3 \Rightarrow 9a + 3b = 7/2$。

解此方程组:$a = 1/2, b = -1/3$。

最终函数: \[ w(x) = \frac{1}{2}x^2 - \frac{1}{3}x - \frac{1}{6} \]

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