巧用抛物线的对称性

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  抛物线y=ax2 bx c(a≠0)是轴对称图形,对称轴是平行y轴的直线,利用其对称性特点寻求解题途径,往往会出现意想不到的效果.
  (1) 抛物线y=a(x-h)2 k的对称轴为:直线x=h;
  (2) 若抛物线与x轴的两个交点坐标为(x1,0),(x2,0),则对称轴为:直线x= ;
  (3) 若抛物线经过点(m,p),(n,p),则对称轴为:直线x= .
  一、 在表格中寻找对称点巧用抛物线的对称性
  例1 (2014·山东枣庄)已知二次函数y=ax2 bx c(a≠0)的x、y的部分对应值如下表:
  则该二次函数图像的对称轴为( ).
  A. y轴 B. 直线x=
  C. 直线x=2 D. 直线x=
  【分析】依据表格发现,当x=1和x=2时的函数值相等,所以点(1,-1)和点(2,-1)是抛物线上的两个对称点,从而可求出对称轴.
  解:∵x=1和2时的函数值都是-1,
  ∴对称轴为直线x= ,即x= .
  因此选D.
  【反思】抛物线是轴对称图形,所以在用描点法画函数图像时,在列表过程中,往往依据其对称性来选取一些适当的值.同样在分析二次函数对应的表格时,首先要观察其中是否有对称点,这样可以让解题变得更简单.
  二、 在图像中寻找对称点巧用抛物线的对称性
  例2 抛物线y=ax2 2ax a2 2的一部分如图1所示,那么该抛物线在y轴右侧与x轴交点的坐标是( ).
  A. ,0 B. (1,0)
  C. (2,0) D. (3,0)
  【分析一】因为解析式中只有一个待定系数a,所以由图像上的一个已知点(-3,0)代入即可确定解析式,从而求出交点坐标.
  解一:将(-3,0)代入y=ax2 2ax a2 2中,得9a-6a a2 2=0,解得a=-1或a=-2.
  当a=-1时,y=-x2-2x 3=-(x 3)(x-1),与x轴交点的坐标是(-3, 0)、(1,0);
  当a=-2时,y=-2x2-4x 6=-2(x 3)(x-1),与x轴交点的坐标是(-3, 0)、(1,0).
  因此抛物线在y轴右侧与x轴交点的坐标是(1,0).
  【分析二】由图像知抛物线与x轴的一个交点为(-3,0),由于抛物线与x轴的两个交点是对称点,因此要求抛物线与x轴的另一个交点,只要能确定对称轴即可.
  解二:因为y=ax2 2ax a2 2,配方得y=a(x 1)2 a2-a 2, 所以对称轴为x=-1,得另一交点为(1,0).
  【反思】显然解法二要比解法一简单得多,解法二就是抓住抛物线的对称性,让问题变得清晰,让解法变得简单.
  例3 (2014·江苏扬州)如图2,抛物线y=ax2 bx c(a>0)的对称轴是过点(1,0)且平行于y轴的直线,若点P(4,0)在该抛物线上,则4a-2b c的值为________.
  【分析】根据题意可确定抛物线的对称轴,其中点P是抛物线与x轴的一个交点,结合图像能确定另一个交点的坐标,而这个点恰好是代数式4a-2b c所必需的x=-2的值.
  解:设抛物线与x轴的另一个交点是Q.
  ∵抛物线的对称轴过点(1,0),抛物线与x轴的一个交点是P(4,0),
  ∴抛物线与x轴的另一个交点Q(-2,0).
  把(-2,0)代入解析式得:0=4a-2b c,
  ∴4a-2b c=0.
  故答案为:0.
  【反思】本题考查了抛物线的对称性,知道抛物线与x轴的一个交点和对称轴,我们就能够表示出抛物线与x轴的另一个交点,求得另一个交点坐标是本题的关键.
  三、 借助特殊点位置关系巧用抛物线的对称性
  例4 已知抛物线y=ax2 bx c经过点 A(-2,7),B(8,7),C(5,-5),则此抛物线上纵坐标为-5的另一个点D的坐标是________.
  【分析】由A(-2,7),B(8,7)两点的纵坐标相同,知A,B两点是抛物线上的对称点,可求得对称轴.又因为D点与C点的纵坐标相同,所以C,D两点也是抛物线上的对称点,从而解得答案.
  解:因为A(-2,7)、B(8,7)两点的纵坐标相同,
  所以A、B两点是抛物线上的对称点,对称轴为直线x= ,即直线x=3.
  又因为C、D两点的纵坐标相同,所以C、D两点也是抛物线上的对称点.
  设D点坐标为D(m,-5),得3= ,所以m=1.因此D的坐标是(1,-5).
  【反思】常规解法是根据三点坐标用待定系数法设函数关系式,即建立三元一次方程组,再解方程组,从而得到函数关系式,然后将y=-5代入,即可求得D点坐标,显然解题过程较复杂.给出的解法巧妙地两次运用抛物线的对称性,极大地降低了运算难度.同学们要养成细心审题的好习惯,理解题意,寻找更好、更巧的解题方法.
  四、 数形结合,画出图像巧用抛物线的对称性
  例5 (2014·台湾)已知a、h、k为三数,且二次函数y=a(x-h)2 k在坐标平面上的图像通过(0,5)、(10,8)两点.若a<0,0  A. 1 B. 3 C. 5 D. 7
  【分析】先画出抛物线的大致图像,根据顶点式得到抛物线的对称轴为直线x=h,由于抛物线过(0,5)、(10,8)两点.若a<0,010-h,然后解不等式进行判断.   解:∵抛物线的对称轴为直线x=h,
  而(0,5)、(10,8)两点在抛物线上,
  ∴h-0>10-h,解得h>5.
  故选D.
  【反思】依据题意画出函数图像是解题的关键,数形结合,再借助抛物线的对称性能让问题得到巧妙解决.
  五、 借助二次函数图表点的对称性巧解不等式
  例6 (2014·江苏南京)已知二次函数y=ax2 bx c中,函数y与自变量x的部分对应值如表:
  则当y<5时,x的取值范围是________.
  【分析】根据表格数据,利用二次函数的对称性判断出x=4时,y=5,然后写出y<5时x的取值范围即可.
  解:由表可知,二次函数的对称轴为直线x=2,所以当x=4时,y=5.
  所以,当y<5时,x的取值范围为0  【反思】本题考查了二次函数与不等式的相互关系,借助图表利用二次函数图像的对称性,得到y=5时的另一个x的值是解题的关键.
  六、 解决实际问题过程中巧用抛物线的对称性
  例7 某市“安居工程”新建成的一批楼房都是8层高,房子的价格y(元/平方米)随楼层数x(楼)的变化而变化(x=1,2,3,
  4,5,6,7,8).已知点(x,y)都在一个二次函数的图像上(如图4所示),则6楼房子的价格为________
  元/平方米.
  【分析】根据抛物线的对称性,x=2和6时的函数值是相等的.
  解:观察图像,抛物线的对称轴是直线x=4,所以当x=2和x=6时,函数值相等,即6楼房子的价格与2楼房子的价格相等,为2 080元/平方米.所以本题应填2 080.
  【反思】仔细阅读图像,在图像上获取有用信息是解题的关键.
  例8 (2012·山东济南)如图5,济南建邦大桥有一段抛物线型的拱梁,抛物线的表达式为y=ax2 bx.小强骑自行车从拱梁一端O沿直线匀速穿过拱梁部分的桥面OC,当小强骑自行车行驶10秒和26秒时拱梁的高度相同,则小强骑自行车通过拱梁部分的桥面OC共需________秒.
  【分析】由条件当行驶到10秒和26秒时拱梁的高度相同,我们要想到此时这两个位置的点关于对称轴对称.
  解:如图6,设在10秒时到达A点位置,在26秒时到达B点位置.
  ∵10秒时和26秒时拱梁的高度相同,
  ∴A,B关于对称轴对称.
  又∵从A到B需要26-10=16(秒),
  ∴从A到D需要8秒,
  又∵O到D需要10 8=18(秒),
  ∴从O到C需要2×18=36(秒).
  即小强骑自行车通过拱梁部分的桥面OC共需36秒.
  【反思】与二次函数有关的实际问题中,构建二次函数模型,并利用二次函数的性质,特别是借助图像,巧用对称性常常让问题很顺利地得以解决.
  (作者单位:江苏省泗阳县实验初级中学)
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