顶点式与一般式

📘 二次函数·
⭐⭐
·y=a(x-h)²+k、互化

🎯 学习目标

  • 理解二次函数的顶点式 $y = a(x - h)^2 + k$ 与一般式 $y = ax^2 + bx + c$ 的结构特点
  • 掌握两种形式之间的相互转化方法
  • 能根据题目需求选择合适的形式求解问题(如找顶点、对称轴、最值等)

📚 核心概念

二次函数有两种常用表达形式:一般式顶点式

  • 一般式y=ax2+bx+cy = ax^2 + bx + c(其中 a0a \neq 0),它便于看出函数是否为二次函数,也方便代入具体数值计算。
  • 顶点式y=a(xh)2+ky = a(x - h)^2 + k,这种形式直接告诉我们抛物线的顶点坐标(h,k)(h, k),对称轴是直线 x=hx = h。当 a>0a > 0 时,抛物线开口向上,顶点是最低点;当 a<0a < 0 时,开口向下,顶点是最高点。

两者可以互相转化:

  • 一般式转顶点式,通常使用配方法,即把 ax2+bx+cax^2 + bx + c 配成 a(xh)2+ka(x - h)^2 + k 的形式。
  • 顶点式转一般式,只需展开平方项并合并同类项即可。

例如,y=2(x3)2+1y = 2(x - 3)^2 + 1 是顶点式,顶点为 (3,1)(3, 1);展开后得到 y=2x212x+19y = 2x^2 - 12x + 19,这就是一般式。

📝 关键公式

  • 顶点式y=a(xh)2+ky = a(x - h)^2 + k,顶点为 (h,k)(h, k)。 示例:y=(x2)2+5y = (x - 2)^2 + 5 的顶点是 (2,5)(2, 5)

  • 一般式y=ax2+bx+cy = ax^2 + bx + ca0a \neq 0)。 示例:y=3x26x+2y = 3x^2 - 6x + 2 是一般式。

  • 配方法公式:将 y=ax2+bx+cy = ax^2 + bx + c 化为顶点式时,先提取 aa,再配方:

y=a(x+b2a)2+(cb24a)y = a\left(x + \frac{b}{2a}\right)^2 + \left(c - \frac{b^2}{4a}\right)

示例:y=x24x+7=(x2)2+3y = x^2 - 4x + 7 = (x - 2)^2 + 3

💡 经典例题

例题1(由顶点式化为一般式)

y=2(x+1)2+3y = -2(x + 1)^2 + 3 化为一般式。

解:

  1. 先展开平方项:(x+1)2=x2+2x+1(x + 1)^2 = x^2 + 2x + 1
  2. 乘以系数 2-22(x2+2x+1)=2x24x2-2(x^2 + 2x + 1) = -2x^2 - 4x - 2
  3. 再加上常数项 +3+3y=2x24x2+3=2x24x+1y = -2x^2 - 4x - 2 + 3 = -2x^2 - 4x + 1
  4. 所以一般式为:y=2x24x+1y = -2x^2 - 4x + 1

例题2(由一般式化为顶点式)

y=x26x+5y = x^2 - 6x + 5 化为顶点式,并写出顶点坐标。

解:

  1. 提取二次项系数(此处为1,可省略)
  2. x26xx^2 - 6x 进行配方:
    • 一次项系数为 6-6,一半是 3-3,平方是 99
    • 所以 x26x=(x3)29x^2 - 6x = (x - 3)^2 - 9
  3. 原式变为:y=(x3)29+5=(x3)24y = (x - 3)^2 - 9 + 5 = (x - 3)^2 - 4
  4. 因此顶点式为 y=(x3)24y = (x - 3)^2 - 4,顶点坐标是 (3,4)(3, -4)

⚠️ 易错点

  • 符号错误:在顶点式 y=a(xh)2+ky = a(x - h)^2 + k 中,顶点横坐标是 hh,不是 h-h。例如 y=(x+2)2y = (x + 2)^2 实际上是 y=(x(2))2y = (x - (-2))^2,顶点横坐标是 2-2,不是 22
  • 配方时漏掉系数:若二次项系数 a1a \neq 1(如 y=2x2+8x+5y = 2x^2 + 8x + 5),必须先提取 aa 再配方,否则会出错。
  • 展开平方项出错:如 (x3)2(x - 3)^2 错写成 x29x^2 - 9,正确应为 x26x+9x^2 - 6x + 9
  • 忘记合并常数项:配方后要记得把多加或少减的常数调整回来,确保等式恒成立。
  • 混淆顶点坐标顺序:顶点是 (h,k)(h, k),先横后纵,不要写反。

💡 例题

1

函数图像y=3(xh)2+jy = 3(x-h)^2 + jy=2(xh)2+ky = 2(x-h)^2 + kyy-截距分别为2013201320142014,且每个图像都有两个正整数xx-截距。求hh

  1. x=0x=0代入两个方程,得到
2013=3h2+jand2014=2h2+k.2013 = 3h^2 + j \quad \text{and} \quad 2014 = 2h^2 + k.

。 2. 解出jjk,k,,可将原方程改写为

y=3(xh)2+(20133h2)andy=2(xh)2+(20142h2),y = 3(x-h)^2 + (2013-3h^2) \quad \text{and} \quad y = 2(x-h)^2 + (2014-2h^2),

y=3x26xh+2013=3(x22hx+671) and y=2x24hx+2014=2(x22hx+1007).y = 3x^2 - 6xh + 2013 = 3(x^2-2hx+671) \quad \text{ and } \quad y = 2x^2 - 4hx + 2014 = 2(x^2 - 2hx + 1007).

。 3. 左边方程有两个正整数根,它们的积为671671,和为2h.2h.。 4. 右边方程也有两个正整数根,它们的积为10071007,和为2h.2h.。 5. 因为671=6111671 = 61 \cdot 111007=1953,1007 = 19 \cdot 53,,所以

2h=61+11=19+53=72,2h = 61 + 11 = 19 + 53 = 72,

,即h=36.h = \boxed{36}.

2

请举一个二次函数的例子,它的两个零点分别是x=2x=2x=4x=4,且当x=3x=3时,函数值为66

请将答案写成展开形式“ax² + bx + c”,其中a、b、c填入合适的数字。

  1. 零点为x=2x=2x=4x=4的一个二次函数是(x2)(x4)(x-2)(x-4)
  2. 但当x=3x=3时,这个函数的值是1-1
  3. 将整个二次函数乘以6-6,零点位置不变,却能使x=3x=3处的函数值变为【MATH_2】。
  4. 因此,6(x2)(x4)-6(x-2)(x-4)满足全部要求。
  5. 将它展开,得到6x2+36x48\boxed{-6x^2+36x-48}
  6. 注意:这样的二次函数唯一。任何二次函数都可写成a(xr)(xs)a(x-r)(x-s)的形式,其中零点为rrss;所以零点为x=2x=2x=4x=4的二次函数必为a(x2)(x4)a(x-2)(x-4)的形式,而系数a=6a=-6x=3x=3处的函数值唯一确定。

✏️ 练习

1

函数图像y=3(xh)2+jy = 3(x-h)^2 + jy=2(xh)2+ky = 2(x-h)^2 + kyy轴截距分别为2013201320142014,且每个图像都有两个正整数xx轴截距。求hh

2

函数p(x),p(x),q(x),q(x),r(x)r(x)都是可逆的。我们设

f=qpr.f = q \circ p \circ r.

那么f1f^{-1}的正确表达式是哪一个?

A. r1q1p1r^{-1} \circ q^{-1} \circ p^{-1}

B. p1q1r1p^{-1} \circ q^{-1} \circ r^{-1}

C. r1p1q1r^{-1} \circ p^{-1} \circ q^{-1}

D. q1p1r1q^{-1} \circ p^{-1} \circ r^{-1}

E. q1r1p1q^{-1} \circ r^{-1} \circ p^{-1}

F. p1r1q1p^{-1} \circ r^{-1} \circ q^{-1}

请填入f1.f^{-1}.的正确选项字母。

3

抛物线的方程是y2+6y+2x+5=0.y^2 + 6y + 2x + 5 = 0.。求这个抛物线的顶点。

4

抛物线的方程是y2+6y+2x+5=0.y^2 + 6y + 2x + 5 = 0.。求这个抛物线的顶点。

5

抛物线的方程是y2+6y+2x+5=0.y^2 + 6y + 2x + 5 = 0.。求这个抛物线的顶点。