二次函数中的最值问题

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  最值问题的研究,有着悠久的历史。早在古希腊时,就研究了“等周问题”。在欧几里得的著作《几何原本》中,实际上已证明了如下的最值问题:具有相同周长的矩形中,正方形的面积最大。研究函数的最值,是学习数学与其他学科的基础,是生活生产的必备工具。二次函数的最值问题也是中考的热点内容之一,今天我们就一起来认识一下吧。
  初中阶段确定二次函数y=ax2+bx+c(a≠0)最值的方法:
  方法1:将二次函数y=ax2+bx+c(a≠0)配方化为y=a(x-h)2+k的形式,顶点坐标为(h,k),对称轴为直线x=h。若a>0,y有最小值,当x=h时,y最小值=k;若a<0,y有最大值,当x=h时,y最大值=k。
  <E:\初中生\9年级语文\陈卓-1.tif>
  方法2:直接利用顶点公式求其顶点为([-b2a],[4ac-b24a]),对称轴是直线x=[-b2a]。若a>0,y有最小值,当x=[-b2a]时,y最小值=[4ac-b24a];若a<0,y有最大值,当x=[-b2a]时,y最大值=[4ac-b24a]。
  <E:\初中生\9年级语文\陈卓-2.tif>
  二次函数的图像是一条抛物线,根据实际情况它的最值又分为以下几种情况:
  1.自变量x没有范围限制,可以取到整个实数。这时抛物线的顶点对应的y值是这个函数的最值,也就是说,当x取抛物线的对称轴的值时,即x=[-b2a]时,所得的y值是这个函数的最值。
  2.自变量x有范围限制,它只能取到抛物线的一部分,这时需要判断x能够取到的范围是否包括抛物线的对称轴x=[-b2a]。如果包括,那它的一个最值一定在对称轴处得到(最大值还是最小值要由a的正負判断,a正就是最小值,a负就是最大值)。另外一个最值出现在所给范围的端点,此时可以把两个端点值都代入函数,分别计算y值,比较一下就可以。如果给的是代数形式,也可以用与对称轴距离的大小来判断,与对称轴距离大的那个端点能够取到最值。如果x的取值范围不包括对称轴,则它的最值一定出现在范围的端点处。当a>0时,离对称轴最远的端点取得最大值,最近的端点取得最小值;当a<0时,离对称轴最远的端点取得最小值,最近的端点取得最大值。
  例1 (2018·黄冈)当a≤x≤a+1时,函数y=x2-2x+1的最小值为1,则a的值为( )。
  A.-1 B.2 C.0或2 D.-1或2
  【分析】利用二次函数图像上点的坐标特征找出当y=1时x的值,结合当a≤x≤a+1时函数有最小值1,即可得出关于a的一元一次方程,解之即可得出结论。
  解:当y=1时,有x2-2x+1=1,
  解得:x1=0,x2=2。
  ∵当a≤x≤a+1时,函数有最小值1,
  ∴a=2或a+1=0,
  ∴a=2或a=-1,
  故选:D。
  【点评】本题考查了二次函数图像上点的坐标特征以及二次函数的最值,利用二次函数图像上点的坐标特征找出相应的值是解题的关键。
  例2 (2018·潍坊)已知二次函数y=-(x-h)2(h为常数),当自变量x的值满足2≤x≤5时,与其对应的函数值y的最大值为-1,则h的值为( )。
  A.3或6 B.1或6
  C.1或3 D.4或6
  【分析】分h<2、2≤h≤5和h>5三种情况考虑:当h<2时,根据二次函数的性质可得出关于h的一元二次方程,解之即可得出结论;当2≤h≤5时,由此时函数的最大值为0与题意不符,可得出该情况不存在;当h>5时,根据二次函数的性质可得出关于h的一元二次方程,解之即可得出结论。
  解:当h<2时,-(2-h)2=-1,
  解得:h1=1,h2=3(舍去);
  当2≤x≤5时,y=-(2-h)2的最大值为0,不符合题意;
  当h>5时,-(5-h)2=-1,
  解得:h3=4(舍去),h4=6。
  综上所述:h的值为1或6。
  故选:B。
  <E:\初中生\9年级语文\陈卓-3.tif>
  【点评】本题考查了二次函数的最值以及二次函数的性质,分h<2、2≤h≤5和h>5三种情况求出h值是解题的关键。
  例3 (2017·乐山)已知二次函数y=x2-2mx(m为常数),当-1≤x≤2时,函数值y的最小值为-2,则m的值是( )。
  A.[32] B.[2]
  C.[32]或[2] D.[-32]或[2]
  【分析】将二次函数配方成顶点式,分m<-1、m>2和-1≤m≤2三种情况,根据y的最小值为-2,结合二次函数的性质求解。
  解:y=x2-2mx=(x-m)2-m2,
  ①若m<-1,当x=-1时,y=1+2m=-2,
  解得:m=[-32];
  ②若m>2,当x=2时,y=4-4m=-2,
  解得:m=[32]<2(舍);
  ③若-1≤m≤2,当x=m时,y=-m2=-2,
  解得:m=[2]或m=[-2]<-1(舍),
  ∴m的值为[-32]或[2]。
  故选:D。
  【点评】本题主要考查二次函数的最值,根据二次函数的增减性分类讨论是解题的关键。
  例4 (2019·铁岭)小李在景区销售一种旅游纪念品,已知每件进价为6元,当销售单价定为8元时,每天可以销售200件。市场调查反映:销售单价每提高1元,日销量将会减少10件。物价部门规定:销售单价不能超过12元。设该纪念品的销售单价为x(元),日销量为y(件),日销售利润为w(元)。
  (1)求y与x的函数关系式。
  (2)要使日销售利润为720元,销售单价应定为多少元?
  (3)求日销售利润w(元)与销售单价x(元)的函数关系式,当x为何值时,日销售利润最大,并求出最大利润。
  【分析】(1)根据题意得到函数解析式;
  (2)根据题意列方程,解方程即可得到结论;
  (3)根据题意得到w=(x-6)(-10x+280)=-10(x-17)2+1210,根据二次函数的性质即可得到结论。
  解:(1)根据题意得,
  y=200-10(x-8)=-10x+280。
  (2)根据题意得,(x-6)(-10x+280)=720,解得:x1=10,x2=24(不合题意舍去)。
  答:要使日销售利润为720元,销售单价应定为10元。
  (3)根据题意得,w=(x-6)(-10x+280)=-10(x-17)2+1210,
  ∵-10<0,
  ∴当x<17时,w随x的增大而增大,当x=12时,w最大=960。
  答:当x为12元时,日销售利润最大,最大利润960元。
  【点评】此题考查了一元二次方程和二次函数的运用,利用“总利润=单个利润×销售数量”建立函数关系式,进一步利用二次函数的性质解决问题,解答时求出二次函数的解析式是关键。
  总之,二次函数的最值问题是一个在充分理解题意的基础上,综合运用各种方法进行解答的过程。通过这方面的学习,同学们能感受到数学的严谨、最值的合理。
  (作者单位:南京师范大学附属中学江宁分校)
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