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SPM 数学:如何掌握二次函数与方程
二次式是中四最早的大章节之一,并贯穿整个课程反复出现。以下是如何把它打扎实。
三种工具,一个章节
二次式有三种解法,因式分解、求根公式、配方法,各自适合不同的任务。因式分解在可行时最快;公式永远可用;配方法能揭示最大最小问题的顶点。
知道该用哪一个,就掌握了一半。
二次式在哪里再次出现
二次式可能藏在关于最大面积的 KBAT 题里、藏在图形题里、藏在真实情境的应用题里。这正是为什么这一章值得下功夫:它不是学完就忘的课题,而是你一直会用的工具。
把草图转化为不等式的解
二次不等式题目要求求出使某个二次表达式为正、为负,或受某个值限制的x的范围,而最快也最可靠的方法,永远是靠草图,而不是单靠代数运算。一旦你找到抛物线与x轴相交的位置,也就是用因式分解或求根公式得到的那两个根,就把这两点标在一张简单的草图上,并根据a的正负判断曲线是开口向上还是向下。
接下来从草图读出不等式几乎是机械式的:对开口向上的抛物线,表达式在两根之间为负、在两根之外为正;对开口向下的抛物线,则正好相反。这里最常见的两个错误,一是忘记当a为负数时方向要反过来,二是在写出范围时把两个根的顺序写反了(在“介于……之间”这类不等式中,较小的根永远写在前面)。
画一张简单的草图只需要几秒钟,却几乎能完全消除这两种错误,这正是为什么依靠图像,比单靠从方程推理符号更可靠。
不用逐点描图也能看懂图像
二次函数图像题奖励的是能读懂方程的学生,而不是画十个点然后碰运气的学生。从配方式可以直接判断顶点位置,以及抛物线开口向上还是向下(取决于a的正负)。
从因式分解式可以立即看出x轴截距。y轴截距则永远就是c,直接从一般式读出。
把这三项信息,顶点、开口方向、与两轴的交点,结合起来,你就能在一分钟内画出相当准确的曲线,这正是第一卷所需要的速度,以及第二卷图表标注所需要的准确度。值得养成的习惯是用三种形式互相核对你的草图,而不是只信任其中一种:如果你因式分解得出的根,和配方顶点算出的对称轴对不上,说明其中一次运算出错了,在这里发现错误远比考场上才发现要划算得多。
判别式真正派上用场的地方
判别式 b² − 4ac 能在不解方程的情况下,告诉你一个二次方程有多少个实根,正数表示两个不同的实根,零表示一个重根,负数表示没有实根。这听起来像个小知识点,但它正是SPM一类反复出现的题型背后的工具:“求k的取值范围,使方程有两个不同的实根”或“证明对所有k值,方程都没有实根”。
这些题目本质上是披着二次方程外衣的不等式问题。列出判别式的条件,代入题目给出的表达式,再解出关于k的不等式,到这一步,二次方程部分的工作其实已经完成了。
学生在这部分丢分,往往不是因为代数运算出错,而是误读了题目要求的条件:“不同的根”需要严格大于零,“相等的根”需要恰好等于零,把这两者混淆是这部分完全可以避免却很常见的失误。
资料来源:DSKP KSSM Mathematics Form 4 and 5 (Versi English)
常见问题
二次函数和二次方程有什么区别?
二次函数 y = ax² + bx + c 描述的是一种可以画成抛物线的关系,它对应一整条由(x, y)点组成的曲线。二次方程 ax² + bx + c = 0 则是在问:这条曲线在哪些具体的x值处与x轴相交。
在SPM数学中,你会不断在两者之间切换:解方程得到的是函数的根,而画出函数图像则能直观看出这些根的位置。混淆两者通常会在题目要求“解”(求x值)你却画了图,或题目要求“画图”你却只算了根的时候造成丢分。
如果公式表上已经给出二次方程求根公式,我还需要背诵吗?
你不需要背诵公式本身,因为SPM的公式表会提供,但你需要知道什么时候该用它,以及如何准确使用它。这意味着要能正确从给定方程中辨认出a、b、c,代入时不出现符号错误,并把最后算出的根式或分数化简干净。
公式表省去了记忆的负担,却省不去仔细代入的负担,而这恰恰是这个工具最容易丢分的地方。
二次方程在自己这一章之外还会出现多少次?
相当频繁。二次表达式会在不等式、面积与最优化类应用题,以及把二次函数和直线结合在一起的画图题中反复出现。
牢固掌握配方和因式分解,其价值远远超出这一章本身,这也是为什么值得在中四早期就把它学扎实,而不是当作一个复习一次就丢开的独立课题。