代數第九章
目錄
第九章 二次函數 ... 1
學習目標 ... 1
9.1 節 二次函數及其圖形 ... 2
9.1 節 習題 ... 38
9.2 節 二次函數圖形的移動 ... 45
9.2 節 習題 ... 58
9.3 節 二次函數的最大值與最小值 ... 59
9.3 節 習題 ... 67
9.4 節 二次函數的綜合題與應用題 ... 69
9.4 節 習題 ... 84
第九章綜合習題 ... 88
基測與會考試題 ... 94
習題解答 ... 104
第九章 二次函數
前一章我們學過了一次函數,本章將繼續延伸到二次函數。二次函數的函數圖形為拋 物線,拋物線在日常生活中隨處可見。例如投球時,球的移動軌跡就屬於拋物線。我 們也將利用二次函數處理關於最大值、最小值的問題。
學習目標
1.能畫出二次函數的函數圖形。
2.能找出拋物線的頂點、開口方向、對稱軸。
2.能利用二次函數解決最大值、最小值的問題。
3.能處理二次函數的應用題。
9.1 節 二次函數及其圖形
在第八章中,我們已經學過一次函數
f
(x
)=ax
+b
的函數圖形是一條直線。也簡單畫過)
2( x x f
y = =
的圖形是一條拋物線。本節我們將針對y = f ( x ) = x
2這類二次函數來做討 論。二次函數:形式為
f ( x ) = ax
2+ bx + c
,其中a
0。即變數 x 最高次數為 2,且x 項係數
2 不為 0 的函數。如同第八章中我們可以畫出一次函數的函數圖形,對於二次函數如
f ( x ) = x
2我們也可 以畫出函數圖形。我們來畫畫看
y = f ( x ) = x
2的圖形,先找出幾個符合的點:x
-3 -1 0 1 3y
9 1 0 1 9表 9.1-1
將這些點描在直角座標上,並用直線連起來,如圖 9.1-1。
圖 9.1-1
x
y
於是我們得到了一個類似折線圖的圖形,但事實上這張圖只是
y = f ( x ) = x
2的近似圖,並非真正的圖形。我們可以再多增加(-2,4)、(2,4)兩個點,如圖 9.1-2:
圖 9.1-2
可以看出圖 9.1-1 與圖 9.1-2 的圖形不太一樣,我們描的點越多,畫出來的圖形就會越 接近真正的
f ( x ) = x
2圖形。實際上,f ( x ) = x
2是如圖 9.1-3 的拋物線。
f ( x ) = x
2圖 9.1-3
x y
x x y
x
y
畫二次函數圖形時,我們無法畫出所有的點。因此一般只需畫出幾個點,再將各點連 接起來作為近似圖,取的點愈多,畫出來的圖形就愈精確。
例題 9.1-1
畫出二次函數
f ( x ) = − 2 x
2的圖形。詳解:
令
y = f ( x ) = − 2 x
2,先找出數個圖形上的點。x
-3 -2 -1 0 1 2 3y
-18 -8 -2 0 -2 -8 -18表 9.1-2
將符合的點描在直角座標上,再用平滑的曲線連起來,如圖 9.1-2。
f ( x ) = − 2 x
2 圖 9.1-4x
y
【練習】9.1-1
畫出二次函數
f ( x ) = − x
2的圖形。x
-3 -2 -1 0 1 2 3y
x
y
由前面例題,我們已知道函數
f ( x ) = x
2與f ( x ) = − 2 x
2的函數圖形都是拋物線。事實上,只要是二次函數,那麼所畫出來的圖形都是拋物線。因此我們討論二次函數的函數圖 形時,相當於是討論拋物線的圖形。
接著我們來討論由二次函數所畫出拋物線圖形的一些性質,先複習第四章曾學過的對 稱於 y 軸:
若兩點對稱於 y 軸,則兩點的 y 座標相同時,x 座標互為相反數。
再來觀察
f ( x ) = x
2的函數圖形,即y = f ( x ) = x
2。圖形右側的點(1,1)、(2,4)、(3,9),他 們對 y 軸的對稱點(−1,1)、(−2,4)、(−3,9),也都落在y = x
2上。 事實上,所有y = x
2上 的點( kh
, ),對 y 軸的對稱點(−h
,k
)也都在y = x
2上。此時我們稱 y 軸(或直線x
=0)是x
2y =
的對稱軸。即f ( x ) = x
2的函數圖形,其對稱軸為 y 軸。
f ( x ) = x
2圖 9.1-5
x
y
除了
f ( x ) = x
2以外,所有形式為f ( x ) = ax
2的函數圖形,也都是以 y 軸為對稱軸。我們來證明
y = f ( x ) = ax
2是以 y 軸為對稱軸。已知點( kh
, )在y = ax
2上,若點(−h
,k
)也 在y = ax
2上(即 x 座標代入 h− ,可得 y 座標為 k ),則可知y = ax
2以 y 軸為對稱軸。ax
2y =
)
2( h a
y = −
(將 x 以 h− 代入)ah
2y =
(( − h )
2= h
2)k
y =
(因為( kh
, )在y = ax
2上,所以k = ah
2,即ah =
2k
)由以上式子可知,當點( k
h
, )在y = ax
2上時,點(−h
,k
)也在y = ax
2上,因此y = f ( x ) = ax
2 的圖形是以 y 軸作為對稱軸。我們也可以稱f ( x ) = ax
2的函數圖形是對稱於 y 軸的線對 稱圖形。例題 9.1-2
(1)找出二次函數 2 2 ) 1 (
x x
f
= ,其函數圖形的對稱軸。(2)畫出 2 2 ) 1 (
x x
f
= 的函數圖形。詳解:
(1) 2
2 ) 1 (
x x
f
= 符合f ( x ) = ax
2的形式,因此是以 y 軸為對稱軸。(2) 2
2 ) 1 (
x x f
y
= = 的圖形對稱於 y 軸。我們只要畫出右側的圖形,再利用線對稱畫 出左側的圖形即可。x
0 1 2 3y
02
1 2
2 41
表 9.1-3
圖 9.1-6
圖 9.1-6,先畫出 2 2 1
x
y =
右半邊的圖形,接著再利用線對稱,畫出左半邊的圖形。x
y
2 2 ) 1 (
x x f
=圖 9.1-7 圖 9.1-7 即為 2
2 ) 1 (
x x
f
= 的函數圖形。【練習】9.1-2
利用對稱軸,畫出 2
4 ) 1
(
x x
f
=− 的函數圖形。x y
x
y
目前二次函數所畫出的拋物線圖形,有些是開口向上,有些是開口向下,開口方向是 否有什麼規則呢?我們多畫幾個圖形來看看。
開 口 向 上
2
2) ( x x
f = f ( x ) = x
2 22 ) 1 (
x x f
=開 口 向 下
2
2)
( x x
f = − f ( x ) = − x
2 22 ) 1
(
x x f
=−圖 9.1-8
同學應該可以發現,對於二次函數
f ( x ) = ax
2,當a
0時,拋物線圖形開口向上;當a
0 時,拋物線圖形開口向下。而且 a 越小,其開口越大。另外在
a
0時,拋物線有最低點;a
0時,拋物線有最高點。這個點稱為頂點。頂點 也是拋物線與對稱軸的交點。圖 9.1-9
例題 9.1-3
寫出下列各函數圖形的開口方向:
(1)
f ( x ) = 3 x
2 (2)f ( x ) = − 8 x
2 (3)f ( x ) = 0 . 7 x
2 詳解:(1)3 0,
f ( x ) = 3 x
2函數圖形開口向上。(2)−8 0,
f ( x ) = − 8 x
2函數圖形開口向下。(3)0.7 ,0
f ( x ) = 0 . 7 x
2函數圖形開口向上。【練習】9.1-3
寫出下列各函數圖形的開口方向:
(1)
f ( x ) = − 2 x
2 (2) 2 50 ) 1(
x x
f
= (3)f ( x ) = − 0 . 3 x
2瞭解了
f ( x ) = ax
2的函數圖形後,接著我們來看看形式為f ( x ) = ax
2+ k
的函數圖形。如1
)
( x = x
2+
f
:一樣先找出
y = f ( x ) = x
2+ 1
上的點x
-3 -2 -1 0 1 2 3y
10 5 2 1 2 5 10表 9.1-4
然後描點畫出圖形:
f ( x ) = x
2+ 1
圖 9.1-10
圖 9.1-10 即為
y = f ( x ) = x
2+ 1
的圖形,頂點為(0,1),對稱軸為x
=0。x
y
例題 9.1-4
畫出
f ( x ) = − 2 x
2+ 3
的函數圖形,並指出頂點。詳解:
先找出數個圖形上的點。
x
-3 -2 -1 0 1 2 3y
-15 -5 1 3 1 -5 -15表 9.1-5
將符合的點描在直角座標上,再用平滑的曲線連起來,如圖 9.1-11。
頂點為(0,3)。
f ( x ) = − 2 x
2+ 3
圖 9.1-11x
y
【練習】9.1-4
畫出
f ( x ) = x −
2+ 6
的函數圖形,並指出頂點。x
-3 -2 -1 0 1 2 3y
x
y
例題 9.1-5
畫出 4
2 ) 1
(
x
= x2 −f
的函數圖形,並指出頂點。詳解:
先找出數個圖形上的點。
x
-3 -2 -1 0 1 2 3y
21 -2
2 31
− -4
2 31
− -2
2 1
表 9.1-6
將符合的點描在直角座標上,再用平滑的曲線連起來,如圖 9.1-12。
頂點為( −0, 4)。
4 2
) 1
(
x
= x2−f
圖 9.1-12
x
y
【練習】9.1-5
畫出 7
2 ) 3
(
x
= x2 −f
的函數圖形,並指出頂點。x
-3 -2 -1 0 1 2 3y
x
y
目前我們已經畫出了數個形式為
f ( x ) = ax
2+ k
的函數圖形。若與f ( x ) = ax
2比較,同學 應該可以發現:ax
2y =
圖形的頂點為(0,0)。(例如y = x
2圖形頂點為(0,0))k ax
y =
2+
圖形的頂點為( k0, )。(例如 4 21 2 −
= x
y
圖形頂點為( −0, 4))ax
2y =
與y = ax
2+ k
的對稱軸都是x
=0。圖 9.1-13
x
y
接下來,讓我們討論形式為
f ( x ) = a ( x − h )
2的函數圖形,如f ( x ) = x ( − 2 )
2。 要畫出f ( x ) = x ( − 2 )
2的函數圖形,一樣先找出符合y = f ( x ) = ( x − 2 )
2的點。x
-1 0 1 2 3 4 5y
9 4 1 0 1 4 9表 9.1-7
然後描點畫出圖形:
f ( x ) = x ( − 2 )
2圖 9.1-14
圖 9.1-14 即為
f ( x ) = x ( − 2 )
2的函數圖形,頂點為(2,0),對稱軸為x
=2。=2
x
x
y
例題 9.1-6
畫出
f ( x ) = x 2 ( − 3 )
2的函數圖形,並指出頂點與對稱軸。詳解:
先找出數個圖形上的點。
x
0 1 2 3 4 5 6y
18 8 2 0 2 8 18表 9.1-8
將符合的點描在直角座標上,再用平滑的曲線連起來,如圖 9.1-15。
頂點為(3,0),對稱軸為
x
=3。
f ( x ) = x 2 ( − 3 )
2圖 9.1-15
x
y
【練習】9.1-6
畫出 ( 1)2 2
) 1
(
x
=x
−f
的函數圖形,並指出頂點與對稱軸。x
-2 -1 0 1 2 3 4y
x
y
例題 9.1-7
畫出 ( 4)2 2
) 3
(
x
=x
+f
的函數圖形,並指出頂點與對稱軸。詳解:
先找出數個圖形上的點。
x
-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1y
213 1 6
2
1 1 0
2
1 1 6
2 13 1
表 9.1-9
將符合的點描在直角座標上,再用平滑的曲線連起來,如圖 9.1-16。
頂點為(−4,0),對稱軸為
x
=−4。 ( 4)2 2) 3
(
x
=x
+f
圖 9.1-16
【練習】9.1-7
畫出 ( 2)2 2
) 1
(
x
=−x
+f
的函數圖形,並指出頂點與對稱軸。x
-5 -4 -3 -2 -1 0 1y
x
y
我們畫出了數個形式為
f ( x ) = a ( x − h )
2的函數圖形。若與f ( x ) = ax
2比較,同學應該可 以發現:)
2( x ax
f =
的函數圖形頂點為(0,0)。(例如f ( x ) = x
2的函數圖形頂點為(0,0)))
2( )
( x a x h
f = −
的函數圖形頂點為(h,0)。(例如f ( x ) = x 2 ( − 3 )
2的函數圖形頂點為(3,0)))
2( x ax
f =
的函數圖形對稱軸是x
=0,f ( x ) = a ( x − h )
2的函數圖形對稱軸是x = h
。圖 9.1-17
ax
2y = y = a ( x − h )2
h h x =
= 0 x
x
y
學習了二次函數
f ( x ) = ax
2+ k
與f ( x ) = a ( x − h )
2的函數圖形之後,接著我們要將這兩種 函數綜合起來,也就是形式為f ( x ) = a ( x − h )
2+ k
。我們來試著畫畫看
y = f ( x ) = ( x − 2 )
2+ 3
的圖形:x
-1 0 1 2 3 4 5y
12 7 4 3 4 7 12表 9.1-10
f ( x ) = x ( − 2 )
2+ 3
圖 9.1-18
3
) 2 ( )
( x = x −
2+
f
的函數圖形頂點是(2,3),對稱軸是x
=2。=2
x
x
y
例題 9.1-8
畫出
f ( x ) = x 4 ( + 2 )
2− 3
的函數圖形,並指出頂點與對稱軸。詳解:
先找出數個圖形上的點。
x
-5 -4 -3 -2 -1 0 1y
33 13 1 -3 1 13 33表 9.1-11
將符合的點描在直角座標上,再用平滑的曲線連起來,如圖 9.1-19。
頂點為(−2,−3),對稱軸為
x
=−2。3 ) 2 ( 4 )
( x = x +
2− f
圖 9.1-19
x y
−2
=
x
【練習】9.1-8
畫出 ( 2) 1 2
) 1
(
x
=x
+ 2 −f
的函數圖形,並指出頂點與對稱軸。x
-5 -4 -3 -2 -1 0 1y
x
y
例題 9.1-9
畫出 ( 4) 2 3
) 1
(
x
=−x
− 2 +f
的函數圖形,並指出頂點與對稱軸。詳解:
先找出數個圖形上的點。
x
1 2 3 4 5 6 7y − 1
3 2
3
1 2 2
3 1 2
3
2
− 1
表 9.1-12
將符合的點描在直角座標上,再用平滑的曲線連起來,如圖 9.1-20。
頂點為(4,2),對稱軸為
x
=4。( 4) 2 3
) 1
(
x
=−x
− 2 +f
圖 9.1-20
x
y
【練習】9.1-9
畫出 ( 2) 3 4
) 1
(
x
=−x
+ 2+f
的函數圖形,並指出頂點與對稱軸。x
-5 -4 -3 -2 -1 0 1y
x
y
我們已經畫了數個形式為
f ( x ) = a ( x − h )
2+ k
的函數圖形,同學應該可以發現到:1. 頂點為( k
h
, )。 2. 對稱軸為x = 。 h
3.
a
0則開口向上;a
0則開口向下。利用這些性質可以簡單地判斷函數圖形的大略樣貌。
例題 9.1-10
求函數
f ( x ) = x 7 ( − 5 )
2+ 16
其函數圖形的頂點、對稱軸與開口方向。詳解:
與
f ( x ) = a ( x − h )
2+ k
對照,得h
=5、k
=16、a
=7 0。 因此頂點為(5,16)、對稱軸為x
=5、開口向上。【練習】9.1-10
求函數 ( 3) 13 16
) 1
(
x
=x
− 2 −f
其函數圖形的頂點、對稱軸與開口方向。例題 9.1-11
求函數
f ( x ) = − 4 ( x + 3 )
2+ 2
其函數圖形的頂點、對稱軸與開口方向。詳解:
與
f ( x ) = a ( x − h )
2+ k
對照,得h
=−3、k
=2、a
=−4 0。 因此頂點為(−3,2)、對稱軸為x
=−3、開口向下。【練習】9.1-11
求函數 ( 6) 4 5
) 1
(
x
=−x
+ 2 −f
其函數圖形的頂點、對稱軸與開口方向。現在我們很清楚二次函數
f ( x ) = a ( x − h )
2+ k
的函數圖形性質了,但若是函數形式為c
bx ax x
f ( ) =
2+ +
,又該如何處理呢?我們可以利用以前學過的配方法,將c
bx ax x
f ( ) =
2+ +
轉換為f ( x ) = a ( x − h )
2+ k
的形式。例如
f ( x ) = x
2+ 4 x + 8
: )(x
f
=x
2 +4x
+88 4 4
2 +4 + − +
=
x x
(加上中間項 x4 係數一半的平方以湊完全平方,再− 4
維持 等式)8 4 ) 2
( +
2− +
= x
(化為完全平方)4
) 2 ( +
2+
= x
於是我們得到
f ( x ) = x
2+ 4 x + 8 = ( x + 2 )
2+ 4
。因此
f ( x ) = x
2+ 4 x + 8
的函數圖形頂點是(−2,4)、對稱軸是x
=−2、開口向上。例題 9.1-12
寫出
f ( x ) = x
2+ 6 x − 18
函數圖形的頂點、對稱軸與開口方向。詳解:
) (x
f
=x
2+6x
−1818 9 9
2 +6 + − −
=
x x
(加上中間項 x6 係數一半的平方以湊完全平方,再− 4
維 持等式)18 9 ) 3
( +
2− −
= x
(化為完全平方)27
) 3 ( +
2−
= x
頂點為(−3,−27)、對稱軸為
x
=−3、開口向上。【練習】9.1-12
寫出
f ( x ) = x
2+ 4 x − 4
函數圖形的頂點、對稱軸與開口方向。例題 9.1-13
寫出
f ( x ) = − 2 x
2+ 8 x + 1
函數圖形的頂點、對稱軸與開口方向。詳解:
) (x
f
=−2x
2 +8x
+11 ) 4 (
2
2− +
−
= x x
(提出 x2項的係數)1
) 4 4 4 (
2
2− + − +
−
= x x
(括號內加上中間項−4x係數一半的平方以湊 完全平方,再−4維持等式)1 8 ) 4 4 (
2
2− + + +
−
= x x
(將-4 移到括號外)9
) 2 (
2 −
2+
−
= x
(括號內化為完全平方) 頂點為(2,9)、對稱軸為x
=2、開口向下。【練習】9.1-13
寫出
f ( x ) = − 3 x
2+ 6 x − 5
函數圖形的頂點、對稱軸與開口方向。例題 9.1-14
在直角座標上畫出
f ( x ) = 2 x
2− 12 x + 20
的函數圖形。詳解:
想畫
f ( x ) = 2 x
2− 12 x + 20
的圖形,我們先利用配方法將函數化為f ( x ) = a ( x − h )
2+ k
的形式,找出頂點後可讓作圖較容易。) (x
f
=2x
2 −12x
+2020 ) 6 (
2
2− +
= x x
(提出 x2項的係數)20
) 9 9 6 (
2
2− + − +
= x x
(括號內加上中間項−6x係數一半的平方以湊 完全平方,再−9維持等式)20 18 ) 9 6 (
2
2− + − +
= x x
(將-9 移到括號外)2
) 3 (
2 −
2+
= x
(括號內化為完全平方) 頂點為(3,2)、對稱軸為x
=3、開口向上。找出圖形上的點:
x
0 1 2 3 4 5 6y
20 10 4 2 4 10 20表 9.1-13
將符合的點描在直角座標上,再用平滑的曲線連起來,如圖 9.1-21。
20 12 2
)
( x = x
2− x + f
圖 9.1-21
x
y
【練習】9.1-14
在直角座標上畫出 2 3
2 ) 1
(
x
=−x
2 −x
+f
的函數圖形。x
y
例題 9.1-15
求 6
2 ) 1
(
x
=x
2 +x
+f
其函數圖形的頂點座標。詳解:
利用配方法將 6
2 ) 1
(
x
=x
2 +x
+f
化成f ( x ) = a ( x − h )
2+ k
的形式。) (x
f
62 1 2
+ +
=
x x
6 ) 2 2(
1 2+ +
=
x x
(提出 x2項的係數) 6) 1 1 2 2(
1 2 + + − +
=
x x
(括號內+1 以湊完全平方,再-1 維持等式) 2 6) 1 1 2 2(
1 2
+
− + +
=
x x
(將-1 移到括號外)2 51 ) 1 2(
1 + 2 +
=
x
(括號內化為完全平方) 得頂點為 )2 51 , 1
(− 。
【練習】9.1-15
求 2 2
5 ) 1
(
x
=−x
2 +x
+f
其函數圖形的頂點座標。本節我們已畫了
f ( x ) = ax
2 、f ( x ) = ax
2+ k
、f ( x ) = a ( x − h )
2 、f ( x ) = a ( x − h )
2+ k
、c
bx ax x
f ( ) =
2+ +
的函數圖形,這邊來做個整理:函數 頂點 對稱軸 開口方向
k ax x
f ( ) =
2+
(0,0)x
=0a
0則開口向上0
a
則開口向下k
ax x
f ( ) =
2+
( k0, )x
=0a
0則開口向上0
a
則開口向下)
2( )
( x a x h
f = −
(h,0)x = h a
0則開口向上0
a
則開口向下k
h x a x
f ( ) = ( − )
2+
( kh
, )x = h a
0則開口向上0
a
則開口向下c
bx ax x
f ( ) =
2+ +
將方程式利用配方法化為k
h x a
y = ( − )
2+
的形式再判斷。0
a
則開口向上0
a
則開口向下 表 9.1-14接著我們來看看如何從函數圖形的已知條件,求出二次函數:
例題 9.1-16
直角座標上,已知某二次函數的函數圖形頂點為(1,1),且通過點(2,2),試求此二次 函數。
詳解:
因為
f ( x ) = a ( x − h )
2+ k
函數圖形的頂點為( kh
, ),所以頂點為(1,1)的二次函數,我 們可以列成f ( x ) = x a ( − 1 )
2+ 1
。將點(2,2)代入
y = f ( x ) = a ( x − 1 )
2+ 1
,以求出 a:1 ) 1 ( )
( = −
2+
= f x a x y
1 ) 1 2 (
2 = a −
2+
1 2= a+=1
a
因此題目所求的二次函數為
f ( x ) = x ( − 1 )
2+ 1
同學可以將函數圖形畫出來看看,是否符合題意。
【練習】9.1-16
直角座標上,已知某二次函數的函數圖形頂點為(−1,3),且通過點(1,7),試求此二 次函數。
例題 9.1-17
直角座標上,已知某二次函數其函數圖形對稱軸為
x
=−1,且通過點(−2,1)與(1,7), 試求此二次函數。詳解:
因為
f ( x ) = a ( x − h )
2+ k
的函數圖形對稱軸為x = h
,所以頂點為對稱軸為x
=−1的函 數,我們可以列成f ( x ) = a ( x − ( − 1 ))
2+ k = a ( x + 1 )
2+ k
。將點(−2,1)代入
y = f ( x ) = a ( x + 1 )
2+ k
得1 = a ( − 2 + 1 )
2+ k
,化簡得a
+ k =1 將點(1,7)代入y = f ( x ) = a ( x + 1 )
2+ k
得7 = a ( 1 + 1 )
2+ k
,化簡得4a
+ k=7 寫成聯立方程式:
= +
= +
7 4
1
k a
k a
) 2 ...(
) 1 ...(
) 1 ( ) 2
( − 得3 =
a
6→a
=2=2
a
代入(1)得k
=−1因此題目所求二次函數為
f ( x ) = x 2 ( + 1 )
2− 1
同學可以將函數圖形畫出來,檢視是否符合題意。
【練習】9.1-17
直角座標上,已知某二次函數其函數圖形對稱軸為
x
=−3,且通過點(−5,6)與(−2,0), 試求此二次函數。函數的根與圖形的關係
瞭解了二次函數的圖形後,接著我們要討論方程式的解、函數的根與圖形的關係:
方程式的解,為符合方程式的未知數之值。例如
x
2 − x2 −15=0的解為 5 、 3− 。 函數的根,為函數值f
(x
)=0時的 x 之值。例如f ( x ) = x
2− 2 x − 15
的根為 5 、 3− 。 一般來說,相同方程式的解與函數的根也會是相同的。若我們從直角座標圖形來看,求
ax
2 +bx
+c
=0的解就相當於找函數f ( x ) = ax
2+ bx + c
其函數圖形與 x 軸交點之 x 座 標。例如函數f ( x ) = x
2− 2 x − 15
其函數圖形與 x 軸的交點為(5,0)、(−3,0),交點的 x 座 標即為方程式ax
2 +bx
+c
=0的解。如圖 9.1-22。圖 9.1-22
由圖 9.1-22 也可看出,
x
2 − x2 −15=0有兩相異解,而f ( x ) = x
2− 2 x − 15
函數圖形與 x 軸有兩相異交點。x y
15
2
− 2 −
= x x
y
接著我們來看看方程式
x
2 − x6 +9=0,利用乘法公式可得( x − 3 )
2= 0
,因此解為 3 (重 根)。對函數f ( x ) = x
2− 6 x + 9
來說,3 也是其函數圖形與 x 軸交點之 x 座標。如圖 9.1-23。圖 9.1-23
由圖 9.1-23 可知,
x
2 − x6 +9=0有重根,而f ( x ) = x
2− 6 x + 9
的函數圖形與 x 軸只有一 交點。最後我們來看看方程式
x
2+ x+2=0,因為判別式12 −412=−70,因此無解。對函 數f ( x ) = x
2+ x + 2
來說,其函數圖形與 x 軸無交點。如圖 9.1-24。圖 9.1-24
9
2
− 6 +
= x x y
2
+ + 2
= x x y
x y
x
y
由圖 9.1-24 可知,
x
2 + x+2=0無解,而f ( x ) = x
2+ x + 2
的函數圖形與 x 軸無交點。我們將以上討論做個整理,對於方程式
ax
2 +bx
+c
=0:判別式 解的種類
f ( x ) = ax
2+ bx + c
函數圖形與 x 軸交點0
2 − ac4
b
兩相異解 兩相異交點0
2 − ac4 =
b
重根 一交點0
2 − ac4
b
無解 無交點表 9.1-15
例題 9.1-18
判斷
f ( x ) = 2 x
2+ 8 x + 8
的函數圖形與 x 軸的交點數量。詳解:
利用判別式,先判斷2
x
2 + x8 +8=0的解的種類。0 8 2 4
82 − =
因此方程式2
x
2 + x8 +8=0有重根。根據表 9.1-15,f ( x ) = 2 x
2+ 8 x + 8
的函數圖形 與 x 軸有一交點。【練習】9.1-18
判斷
f ( x ) = 3 x
2+ 5 x + 9
的函數圖形與 x 軸的交點數量。9.1 節 習題
習題 9.1-1
畫出
f ( x ) = 2 x
2的函數圖形。習題 9.1-2
(1)找出
f ( x ) = 3 x
2函數圖形的對稱軸。(2)畫出
f ( x ) = 3 x
2的函數圖形。習題 9.1-3
寫出下列各函數圖形的開口方向:
(1)
f ( x ) = 5 x
2 (2)f ( x ) = − 5 x
2 (3) 2 3 ) 1 (x x f
=習題 9.1-4
畫出
f ( x ) = x
2+ 1
的函數圖形,並指出頂點。習題 9.1-5
畫出
f ( x ) = x 2
2− 1
的函數圖形,並指出頂點。習題 9.1-6
畫出
f ( x ) = x 3 ( − 2 )
2的函數圖形,並指出頂點與對稱軸。習題 9.1-7
畫出 ( 1)2 2
) 1
(
x
=x
−f
的函數圖形,並指出頂點與對稱軸。習題 9.1-8
畫出
f ( x ) = x 2 ( + 1 )
2− 1
的函數圖形,並指出頂點與對稱軸。習題 9.1-9
畫出 ( 1) 3 2
) 1
(
x
=−x
+ 2 +f
的函數圖形,並指出頂點與對稱軸。習題 9.1-10
寫出
f ( x ) = x 6 ( − 1 )
2+ 5
函數圖形的頂點、對稱軸與開口方向。習題 9.1-11
寫出 ( 1) 1 3
) 1
(
x
=−x
+ 2 +f
函數圖形的頂點、對稱軸與開口方向。習題 9.1-12
寫出
f ( x ) = x
2+ 2 x − 5
函數圖形的頂點、對稱軸與開口方向。習題 9.1-13
寫出
f ( x ) = − 4 x
2+ 8 x + 1
函數圖形的頂點、對稱軸與開口方向。習題 9.1-14
在直角座標上畫出
f ( x ) = 3 x
2+ 6 x + 1
的函數圖形。習題 9.1-15
求 2 4
3 ) 1
(
x
=x
2 +x
+f
函數圖形的頂點座標。習題 9.1-16
判斷
f ( x ) = − x
2+ 2 x + 1
函數圖形與 x 軸的交點數量。習題 9.1-17
直角座標上,已知某二次函數圖形頂點為(1,2),且通過點(4,11),試求此二次函數。
習題 9.1-18
直角座標上,已知某二次函數圖形對稱軸為
x
=2,且通過點(3,2)與( −5, 6),試求此 二次函數。9.2 節 二次函數圖形的移動
在本節中,我們將討論當二次函數圖形改變時,函數會如何變化。
在 9.1 節時我們畫過
f ( x ) = x
2+ 1
的函數圖形,這裡我們與f ( x ) = x
2做比較:為了簡化運算,我們先比較拋物線方程式
y = x
2+ 1
與y = x
2。x
-3 -2 -1 0 1 2 3x
2y =
9 4 1 0 1 4 92
+ 1
y = x
10=9+1
5
=4+1
2
=1+1
1
=0+1
2
=1+1
5
=4+1
10
=9+1 表 9.2-1
可以看出 x 座標相同時,
y = x
2+ 1
圖形的 y 座標是y = x
2圖形的 y 座標加 1。將兩個圖形畫在同一個直角座標上比較:
圖 9.2-1
= x +
x
2y =
2
+ 1
= x y
x
y
我們再看一個例子,比較 4 2
1 2 −
= x
y
與 22 1
x
y =
的圖形:x
-3 -2 -1 0 1 2 32
2 1
x
y =
24 1 2
2
1 0
2
1 2
2 41
2 4 1 2 −
= x
y
21
= 4 2 4 − 1
-2
=
2 − 4
2 31
−
= 4 21 −
-4
=0 − 4
2 31
−
= 4 21 −
-2
=
2 − 4
2 1
= 4 2 4 − 1
表 9.2-2
圖 9.2-2 如圖 9.2-2, 4
2 1 2 −
= x
y
的圖形,可以看成是 22 1
x
y =
往下移動 4 單位。事實上,
y = ax
2+ k
的圖形,相當於y = ax
2往上移動 k 單位。(若k
0則為往下移動 k 單 位)因此
y = x
2+ 1
的圖形是y = x
2往上移動 1 單位, 4 21 2 −
= x
y
的圖形是 22 1
x
y =
往下移動 4 單位。2 4 1 2 −
= x
y
2
2 1
x y =
x
y
我們再接著看下一種形式,比較
y = x ( − 2 )
2與y = x
2:y
9 4 1 0 1 4 9x
(
y = x
2) -3 -2 -1 0 1 2 3x
(
y = x ( − 2 )
2)-1
=-3+2
0
=-2+2
1
=-1+2
2
=0+2
3
=1+2
4
=2+2
5
=3+2 表 9.2-3
可以看出 y 座標相同時,
y = x ( − 2 )
2圖形的 y 座標是y = x
2圖形的 x 座標加 2。將兩個圖形畫在同一個直角座標上比較:
圖 9.2-3
由圖 9.2-3 可知,
y = x ( − 2 )
2的圖形即是y = x
2的圖形往右移動 2 單位。x
2y = y = x ( − 2 )
2x
y
再比較看看 ( 4)2 2
3 +
=
x
y
與 22 3
x y =
:y
213 1 6
2
1 1 0
2
1 1 6
2 13 1
x
( 2
2 3
x
y =
) -3 -2 -1 0 1 2 3x
( ( 4)2 2
3 +
=
x
y
)-7
=-3-4
-6
=-2-4
-5
=-1-4
-4
=0-4
-3
=1-4
-2
=2-4
-1
=3-4 表 9.2-4
圖 9.2-4 可以看出 ( 4)2
2 3 +
=
x
y
的圖形相當於 22 3
x
y =
的圖形往左移動 4 單位。事實上,
y = a ( x − h )
2的函數圖形相當於y = ax
2往右移動h
單位。(若h
0則為往左移動h
單位)2
2 3
x
2
y =
) 4 2( 3 +=
x y
x
y
最後我們比較
y = x ( − 2 )
2+ 3
與y = x
2:x
2y =
x
-3 -2 -1 0 1 2 3y
9 4 1 0 1 4 93 ) 2 ( −
2+
= x y
x
-1 0 1 2 3 4 5y
12 7 4 3 4 7 12表 9.2-5
圖 9.2-5
3 ) 2 ( −
2+
= x y x
2y =
x
y
從頂點來看,
y = x
2的頂點是(0,0),y = x ( − 2 )
2+ 3
的頂點是(2,3),相當於 x 座標增加 了 2 單位,y 座標增加了 3 單位。除了頂點以外,其他的點也有同樣關係:x
2y =
上的點 (0,0) (1,1) (2,4) (3,9)3
) 2 ( −
2+
= x
y
上的點 (2,3) (3,4) (4,7) (5,12) 表 9.2-5表 9.2-5 中,對應的各點關係都是 x 座標增加 2 單位,y 座標增加 3 單位。事實上,整 個
y = x ( − 2 )
2+ 3
的圖形可以想像成是y = x
2的圖形往右移動 2 單位,再往上移動 3 單 位。那麼 x 座標增加 2 單位,y 座標增加 3 單位是怎麼來的呢?前面我們已經知道了:
k ax
y =
2+
的圖形相當於y = ax
2往上移動 k 單位。(若k
0則為往下移動 k 單位))
2( x h a
y = −
的圖形相當於y = ax
2往右移動 h 單位。(若h
0則為往左移動 h 單位)合併成
y = a ( x − h )
2+ k
時也是一樣:k h x a
y = ( − )
2+
的圖形相當於y = ax
2往上移動 k 單位,往右移動 h 單位。(若k
0則為 往下移動 k 單位,h
0則為往左移動 h 單位)因此,
y = x ( − 2 )
2+ 3
的圖形就相當於y = x
2的圖形往右移動 2 單位,再往上移動 3 單位。我們已經知道了
y = a ( x − h )
2+ k
相當於將y = ax
2往右移動 h 單位(h
0時為往左移動 h 單位),往上移動 k 單位(k
0時為往下移動 k 單位)。反過來說,y = ax
2若往上移動 k 單 位 , 則 方 程 式 會 變 為y = ax
2+ k
。 接 著 再 往 右 移 動 h 單 位 , 方 程 式 就 會 變 為k h x a
y = ( − )
2+
。以
y = 2x
2為例,將圖形往上移 4 單位,方程式會變為y = x 2
2+ 4
。再繼續往右移 5 單位,方程式會變為
y = x 2 ( − 5 )
2+ 4
,如圖 9.2-6:圖 9.2-6
x y
4 ) 5 (
2 −
2+ y = x
2x
2y =
4
2
2+
y = x
同樣地,若是移動
y = a ( x − h )
2+ k
,也會有下列關係:(1)將
y = a ( x − h )
2+ k
往上移動k
1單位,會得到y = a ( x − h )
2+ k + k
1。(k
1 0) (2)將y = a ( x − h )
2+ k
往下移動k
2單位,會得到y = a ( x − h )
2+ k − k
2。(k
2 0) (3)將y = a ( x − h )
2+ k
往右移動h
1單位,會得到y = a ( x − h − h
1)
2+ k
。(h
1 0) (4)將y = a ( x − h )
2+ k
往左移動h
2單位,會得到y = a ( x − h + h
2)
2+ k
。(h
2 0)瞭解了拋物線方程式的移動之後,接下來讓我們回到二次函數的函數圖形。
我們來移動
f ( x ) = a ( x − h )
2+ k
的函數圖形:(1) 將
f ( x ) = a ( x − h )
2+ k
的函數圖形往上移動k
1單位,會得到f ( x ) = a ( x − h )
2+ k + k
1。 )0 (
k
1 (2) 將
f ( x ) = a ( x − h )
2+ k
的函數圖形往下移動k
2單位,會得到f ( x ) = a ( x − h )
2+ k − k
2。 )0 (
k
2 (3) 將
f ( x ) = a ( x − h )
2+ k
的函數圖形往右移動h
1單位,會得到f ( x ) = a ( x − h − h
1)
2+ k
。 )0 (
h
1 (4) 將
f ( x ) = a ( x − h )
2+ k
的函數圖形往左移動h
2單位,會得到f ( x ) = a ( x − h + h
2)
2+ k
。 )0 (
h
2 例題 9.2-1
(1)求將
f ( x ) = − 3 x
2的函數圖形上移 1 單位後所得的函數。(2)求將
f ( x ) = − 3 x
2的函數圖形下移 3 單位後所得的函數。(3)求將
f ( x ) = − 3 x
2的函數圖形右移 2 單位後所得的函數。(4)求將
f ( x ) = − 3 x
2的函數圖形左移 4 單位後所得的函數。詳解:
利用前面討論的結果可以得到:
(1)將
f ( x ) = − 3 x
2的函數圖形上移 1 單位後所得的函數為f ( x ) = − 3 x
2+ 1
。 (2)將f ( x ) = − 3 x
2的函數圖形下移 3 單位後所得的函數為f ( x ) = − 3 x
2− 3
。 (3)將f ( x ) = − 3 x
2的函數圖形右移 2 單位後所得的函數為f ( x ) = − 3 ( x − 2 )
2。 (4)將f ( x ) = − 3 x
2的函數圖形左移 4 單位後所得的函數為f ( x ) = − 3 ( x + 4 )
2。【練習】9.2-1
(1)求將 2
2 ) 1
(
x x
f
=− 的函數圖形下移 1 單位後所得的函數。(2)求將 2
2 ) 1
(
x x
f
=− 的函數圖形上移 3 單位後所得的函數。(3)求將 2
2 ) 1
(
x x
f
=− 的函數圖形左移 2 單位後所得的函數。(4)求將 2
2 ) 1
(
x x
f
=− 的函數圖形右移 4 單位後所得的函數。例題 9.2-2
(1)求將
f ( x ) = 7 x
2的函數圖形上移 3 單位,左移 4 單位後所得的函數。(2)求將
f ( x ) = 7 x
2的函數圖形下移 2 單位,右移 7 單位後所得的函數。詳解:
(1) 將
f ( x ) = 7 x
2的函數圖形上移 3 單位後所得的函數為f ( x ) = x 7
2+ 3
,再左移 4 單位得到y = x 7 ( + 4 )
2+ 3
。(2) 將
f ( x ) = 7 x
2的函數圖形下移 2 單位後所得的函數為f ( x ) = x 7
2− 2
,再右移 7 單位得到f ( x ) = x 7 ( − 7 )
2− 2
。【練習】9.2-2
(1)求將
f ( x ) = − 5 x
2的函數圖形上移 3 單位,右移 5 單位後所得的函數。(2)求將
f ( x ) = − 5 x
2的函數圖形下移 6 單位,左移 4 單位後所得的函數。例題 9.2-3
(1)求將
f ( x ) = x ( − 2 )
2+ 1
的函數圖形上移 3 單位後所得的函數。(2)求將
f ( x ) = x ( − 2 )
2+ 1
的函數圖形左移 4 單位後所得的函數。(3)求將
f ( x ) = x ( − 2 )
2+ 1
的函數圖形下移 2 單位,右移 1 單位後所得的函數。詳解:
(1) 將
f ( x ) = x ( − 2 )
2+ 1
的函數圖形上移 3 單位即得:3 1 ) 2 ( )
( x = x −
2+ + f
4 ) 2 ( )
( x = x −
2+ f
(2) 將
f ( x ) = x ( − 2 )
2+ 1
的函數圖形左移 4 單位即得:1 ) 4 2 ( )
( x = x − +
2+ f
1 ) 2 ( )
( x = x +
2+ f
(3) 將
f ( x ) = x ( − 2 )
2+ 1
的函數圖形下移 2 單位,右移 1 單位即得:2 1 ) 1 2 ( )
( x = x − −
2+ − f
1 ) 3 ( )
( x = x −
2− f
【練習】9.2-3
(1)求將
f ( x ) = x ( + 1 )
2− 2
的函數圖形上移 3 單位後所得的函數。(2)求將
f ( x ) = x ( + 1 )
2− 2
的函數圖形左移 4 單位後所得的函數。(3)求將
f ( x ) = x ( + 1 )
2− 2
的函數圖形下移 2 單位,右移 1 單位後所得的函數。例題 9.2-4
求將
f ( x ) = x
2+ 4 x − 7
的函數圖形左移 2 單位後所得的函數。詳解:
首先利用配方法,將
f ( x ) = x
2+ 4 x − 7
化成f ( x ) = a ( x − h )
2+ k
的形式。) (x
f
=x
2+4x
−77 4 4
2 +4 + − −
=
x x
7 4 ) 2
( +
2− −
= x
11 ) 2 ( +
2−
= x
將
f ( x ) = x ( + 2 )
2− 11
的函數圖形左移 2 單位所得函數為:11 ) 2 2 ( )
( x = x + +
2− f
11 ) 4 ( )
( x = x +
2− f
【練習】9.2-4
求將
f ( x ) = x
2− 6 x − 3
的函數圖形下移 3 單位後所得的函數。例題 9.2-5
求將
f ( x ) = − 3 x
2+ 18 x − 1
的函數圖形右移 5 單位,下移 3 單位後所得的函數。詳解:
首先利用配方法,將
f ( x ) = − 3 x
2+ 18 x − 1
化成f ( x ) = a ( x − h )
2+ k
的形式。) (x
f
=−3x
2+18x
−11 ) 6 (
3
2− −
−
= x x
1 ) 9 9 6 (
3
2− + − −
−
= x x
1 27 ) 9 6 (
3
2− + + −
−
= x x
26 ) 3 (
3 −
2+
−
= x
將
f ( x ) = − 3 ( x − 3 )
2+ 26
的函數圖形右移 5 單位,下移 3 單位所得的函數為:3 26 ) 5 3 ( 3 )
( x = − x − −
2+ − f
23 ) 8 ( 3 )
( x = − x −
2+ f
【練習】9.2-5
求將
f ( x ) = − 2 x
2+ 4 x − 1
的函數圖形左移 2 單位,上移 7 單位後所得的函數。
9.2 節 習題
習題 9.2-1
(1)求將
f ( x ) = 2 x
2的函數圖形上移 2 單位後所得的函數。(2)求將
f ( x ) = 2 x
2的函數圖形下移 4 單位後所得的函數。(3)求將
f ( x ) = 2 x
2的函數圖形左移 1 單位後所得的函數。(4)求將
f ( x ) = 2 x
2的函數圖形右移 3 單位後所得的函數。習題 9.2-2
(1)求將
f ( x ) = 3 x
2的函數圖形上移 4 單位,右移 2 單位後所得的函數。(2)求將
f ( x ) = 3 x
2的函數圖形下移 1 單位,左移 3 單位後所得的函數。習題 9.2-3
(1)求將
f ( x ) = x ( − 3 )
2− 1
的函數圖形上移 4 單位後所得的函數。(2)求將
f ( x ) = x ( − 3 )
2− 1
的函數圖形左移 5 單位後所得的函數。(3)求將
f ( x ) = x ( − 3 )
2− 1
的函數圖形下移 3 單位,左移 2 單位後所得的函數。習題 9.2-4
求將
f ( x ) = x
2+ 2 x − 1
的函數圖形右移 3 單位後所得的函數。習題 9.2-5
求將