先解方程,再看这个答案说明了什么。
把它放进方程,可以求出使它等于 $0$ 的 $x$;把它写成函数,就可以继续研究零点、正负、最值和变化趋势。
先把它写成方程
让这个二次式等于 $0$,寻找符合条件的 $x$。
把左边分解因式,原方程可以写成:
乘积等于 $0$,至少有一个因式等于 $0$,所以:
到这里,方程已经解完。方程的目标很明确:找出能让这个二次式等于 $0$ 的 $x$。
再把它写成函数
把同一个式子写成函数,并先允许 $x$ 取任意实数。
这时,$x=1$ 和 $x=3$ 仍然重要,但它们不再只是方程的两个答案。它们是函数的零点,也就是图像与 $x$ 轴交点的横坐标:
最后,把两种研究方式放在一起看
方程找出能让这个二次式等于 $0$ 的 $x$。
函数研究定义域内全部输入和输出之间的关系。
函数研究的是定义域内全部输入与输出之间的关系。
$x^2-4x+3=0$ 只问哪些 x 能让二次式的值等于 0,答案是 $x=1$ 或 $x=3$。
写成 $f(x)=x^2-4x+3$ 后,零点、正负、最值和变化趋势都属于同一个函数。
方程的解就是函数的零点。求解没有被丢掉,而是成为研究函数结构的第一步。
切换下面的问题。函数没有改变,改变的是我们要从它身上读出的性质。
零点、正负、顶点和变化趋势都属于同一个函数,但不一定能从同一种写法中直接看清。接下来把它改写成不同形式,比较每种形式揭示的结构。
函数没有改变,但不同写法会让不同性质显现出来。
一般式、因式形式和顶点形式表示的是同一个函数。选择写法时,不是只追求“最简”,而是看当前需要判断哪一种性质。
系数是 $a=1$、$b=-4$、$c=3$。
更容易看出:系数信息、纵截距以及代数运算关系。
由两个因式为 0,可得 $x=1$、$x=3$。
更容易看出:零点以及由零点划分的正负区间。
$(x-2)^2$ 最小为 0,所以函数最小值为 $-1$。
更容易看出:顶点、对称轴、最值和变化趋势。
当前问题
已知 $f(x)=x^2-4x+3$,判断函数的零点和正负。
需要看清哪些位置使两个因式为 0 或改变符号。
更合适的写法
$f(x)=(x-1)(x-3)$
因式形式直接显出两个零点,并把数轴分成三个符号区间。
选择依据:研究零点和正负时,因式形式比一般式更直接。
关键理解:三种形式没有改变函数,只是分别把系数、零点或顶点等性质放到了更容易观察的位置。
$f(x)=x^2-4x+3$ 只是二次函数家族中的一个成员。把具体数字换成参数后,就能研究这一族函数怎样随参数变化。
参数改变时,改变的是函数家族中的具体成员。
当 $a\neq0$ 时,$a$ 的正负决定开口方向,$|a|$ 影响开口宽窄,$h$ 和 $k$ 决定顶点 $(h,k)$。可以拖动琥珀色顶点,也可以使用下方滑块,观察整条曲线怎样移动。
一般式中的系数:当 $a\neq0$ 时,$a$ 和 $b$ 共同决定对称轴 $x=-\frac{b}{2a}$;$c=f(0)$ 是纵截距,图像与 $y$ 轴的交点是 $(0,c)$。
参数说明函数家族怎样变化,但要确定当前研究的具体函数,还必须说明允许哪些 x 进入讨论。同一个表达式配上不同定义域,会得到不同的性质。
表达式和定义域共同确定当前研究的函数。
青色表示允许输入的 x,也就是定义域;紫色表示这些输入产生的函数值,也就是值域。移动端点,比较值域、最值和单调性怎样改变。
具体比较:在全体实数上,函数的值域是 $[-1,+\infty)$;若把定义域限制为 $[-1,1]$,函数在该区间上递减,值域变为 $[0,8]$。
到这里,同一个二次式已经连接起方程、函数的不同形式、参数家族和定义域。最后把这些内容整理成可执行的判断顺序。
求出答案是第一步,理解对象的结构才是完整研究。
面对一个数学式子,先确认它是表达式、方程还是函数;再根据问题选择能显露结构的形式;遇到参数时判断它控制什么;最后确认定义域,避免把只在某个范围内成立的结论误用到别处。
哪些 x 能让式子的值等于 0?
定义域内的全部输入和输出呈现什么结构?
本章的核心结论:一般式保留系数信息,因式形式揭示零点和正负,顶点形式揭示最值和变化;定义域决定这些性质在哪些输入上成立。