中学数学中,函数问题是重要问题之一,初中阶段,一次与二次函数是重点关注对象,二次函数更是函数知识的核心.函数问题基本都会成为压轴问题,解题过程中,往往被困于函数最值问题.
一、二次函数在给定范围上的最值
例1 求二次函数y=x2-2x-5在0≤x≤3上的最值.
解:在函数中顶点坐标(1,-6).注意函数顶点处于自变量的范围.函数在顶点与端点处的函数值作比较,当x=1时y的值是-6,当x=0时,y的值是-5,当x=3时,y的值是-2.得到y=x2-2x-5在0≤x≤3中最小值与最大值分别是-6和-2.
二次函数在实数范围内是连续的,在任意的闭区间上,它都是存在最大值和最小值,其注意点就是首先确定二次函数的顶点存在的范围.如果在顶点的一侧是给定的范围(包括两个端点),则最值就是端点处的函数值.如y=x2-2x-5在2≤x≤5内,x=2时存在最小值y=-5,x=5时存在最大值y=10,这时2≤x≤5处于顶点的右面,函数在2≤x≤5上面则为单调递增.
二、有字母系数的二次函数的最值
如果在二次函数中y=ax2+bx+c (a≠0)的系数a,b,c中至少有一个变动的系数,称之为含字母系数的二次函数.这时,y不仅仅是自变量x的函数,与此同时跟着变系数的取值不同而发生变化.含字母系数二次函数所表达的曲线是一条抛物线,解答这种二次函数的最值问题,一般基本的步骤都是先将字母系数作为一个普通的常数看待,用以求出顶点坐标的表达公式,接下来根据顶点处于自变量中的不同地方,进行分类解答.
例2
求y=-x(x-a)在-1≤x≤1在下面三种情形的最大值.(1)a<-2;(2)-2≤a≤2;(3)a>2.
在本题中,给出了带有字母系数a的二次函数,题目条件已经明确设定了它不同的取值范围.由此,当求解最大值时,可以针对a的限制范围来分别求得端点与顶点处函数值的大小.当然,为了使直观性增强,可以画图,凭借图形进行讨论.
解:二次函数的顶点坐标为(a/2,a2/4).
(1)a<-2.这时a/2<-1,所以给定了范围(-1≤x≤1)的位置在抛物线的顶点右面.y=-x(x-a)在-1≤x≤1上是单调递减的.所以,当x=-1时,y得到最大值-(a+1).
(2)-2≤a≤2.这时-1≤a/2≤1,即顶点的范围在-1≤x≤1中,所以,y的最大值在顶点处.所以x=a/2时,y得到最大值a2/4.
(3)a﹥2.这时a/2>1,所以给定了范围(-1≤x≤1)的位置在抛物线的顶点左面,y=-x(x-a)在-1≤x≤1上面是单调递增的.所以,当x=1时,y得到最大值a-1.
由上面的例子的解答方法可以得知,一个有最大值的二次函数当其中含有字母时,顶点不在给定范围中(包括两侧的端点),最大值是两端点中的一个数;顶点处于给定范围中,顶点处于的位置,就是取得的最大值.
三、函数最值的应用
实际生活中,多多少少会遇到一些如怎样使用材料最省,怎样花销最小,怎样利润最高等等问题.这种问题,归纳与二次函数的最值问题,在中考,运用二次函数的方法解决实际问题是重点考点,此类试题经常结合于实际将社会热点问题为背景,考查是否能够灵活运用所学知识解决现实生活问题.
例3
客房部将60个房间供应游客居住,每个房间为每天200元的定价时,房间将被住满.每个间房间的定价每提高10元时,将会空闲出一间房,宾馆要对每个房间支出各种费用设施20元,每个房间的定价提高x元,求解:
(1)房间每天的入住量y(间)与x(元)的函数关系式;
(2)每天房间的收费z(元)与x(元)的函数关系式;
(3)客房部利润w(元)与x(元)的函数关系式;当w有最大的值,每个房间的定价是多少?最大值为多少?
这种问题解决关键就是得到定价提高,该宾馆每天的入住量,此类型试题都能转化为二次函数的最值问题,二次函数画图、性质便于这种问题快速解决.
解:(1)y=60-x/10.
(2)z=(200+x)(60-x/10)=(-1/10)x2+40x=12000.
(3)w=(200+x-20)(60-x/10)=(-1/10)x2+42x+10800=(-1/10)(x-210)2+15210;当x=210时,w存在最大值.这时x+210=410,w要有最大值15210,每个房间定价410元.
总之,
二次函数应用广泛,生产、生活中必不可少,运用二次函数解决实际问题,结合图像、性质,与实际情景对照结合,解决问题.