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數學學習

二次函數圖像:由方程式找頂點、對稱軸和截距的步驟

小芽編輯部・・4 分鐘閱讀

二次函數 y = ax² + bx + c 的圖像是一條拋物線。對稱軸是 x = -b/(2a),頂點在對稱軸上,把該 x 值代回方程式即得 y 值;y 截距就是 c,x 截距則解 ax² + bx + c = 0。若函數寫成頂點式 y = a(x - h)² + k,頂點直接是 (h, k),對稱軸是 x = h。a 的正負決定開口方向,|a| 的大小影響開口闊窄。做題時先定 a、b、c,再依次找對稱軸、頂點、截距,最後用幾個輔助點檢查圖形,就能減少符號錯誤。

從上方俯視的平面擺拍:學生的手把一小段彎曲木條放在木尺旁,兩顆小石子標出弧線的高點與低點,旁邊有一副圓規。

本文由系統根據一般學習經驗自動整理,只供參考;考試及學校安排請以有關機構最新公布為準。

重點
  • 對稱軸是 x = -b/(2a),計算是先寫清 a、b 的正負號。
  • 頂點在對稱軸上,把 x 值代回方程式即得 y 值。
  • y 截距就是常數 c,x 截距要解 ax² + bx + c = 0。
  • 畫圖前先標對稱軸、頂點和截距,再用平滑曲線連接。

二次函數圖像的基本形狀

二次函數的一般式寫成 y = ax² + bx + c,其中 a 不等於 0。它的圖像是一條拋物線,左右對稱。當 a 為正數,拋物線開口向上,圖像有最低點;當 a 為負數,開口向下,圖像有最高點。這個最高點或最低點就是頂點。

係數 a 的絕對值愈大,拋物線愈窄;絕對值愈小,拋物線愈闊。常數 c 則是圖像與 y 軸相交的位置,也就是 y 截距。先看清這三點,再動手計算,可以避免一開始就把方向弄反。

同學在第 2 頁的「二次函數圖像」練習裡,可以先觀察不同 a 值下拋物線的變化,建立圖形感覺,再回到代數計算。

第一步:找出對稱軸

對於 y = ax² + bx + c,對稱軸的方程式是 x = -b/(2a)。計算時先把 a 和 b 連同正負號寫清楚,再代入公式。例如 y = 2x² - 8x + 3,a = 2、b = -8,於是 -b/(2a) = 8/4 = 2,對稱軸是 x = 2。

常見錯誤是把 b 的負號漏掉,或者把 2a 寫成 a²。建議每題先在草稿紙上列出 a、b、c 三個值,再逐格代入,這樣即使題目數字較複雜,也不容易出錯。

若函數以頂點式 y = a(x - h)² + k 給出,則不需要用公式,對稱軸直接是 x = h。兩種形式要懂得互相轉換,考試時才能選最快的方法。

第二步:求頂點坐標

頂點一定在對稱軸上,所以求出對稱軸的 x 值後,把這個 x 值代回原方程式,計出的 y 值就是頂點的 y 坐標。以上面的 y = 2x² - 8x + 3 為例,代入 x = 2,得 y = 2(4) - 16 + 3 = -5,頂點是 (2, -5)。

另一條路是用配方法,把一般式改寫成頂點式。例如 y = x² + 6x + 5 可寫成 y = (x + 3)² - 4,於是頂點是 (-3, -4),對稱軸是 x = -3。配方法的好處是同時看到開口方向和頂點,但步驟較多,適合熟練後使用。

頂點的意義在於它是圖像的最高點或最低點,也就是函數的最大值或最小值。題目問「何時達到最大」或「最小值是多少」時,答案就是頂點的坐標。

重點公式・一頁看
  • 數與代數二次函數圖像y = a(x − h)2 + k頂點 (h, k);a > 0 開口向上,a < 0 開口向下
  • 數與代數配方法x2 + bx = (x + b2)2 − b24例:x2 + 6x = (x + 3)2 − 9
  • 數與代數二次公式x = −b ± √b2 − 4ac2a解 ax2 + bx + c = 0
  • 數與代數判別式Δ = b2 − 4acΔ > 0 兩個不相等實根;Δ = 0 兩個相等實根;Δ < 0 沒有實根

第三步:找 y 截距和 x 截距

y 截距的求法最簡單:令 x = 0,代入方程式即得 y = c。所以一般式 y = ax² + bx + c 的 y 截距就是 c,圖像與 y 軸交於 (0, c)。

x 截距則要解方程 ax² + bx + c = 0。可以用因式分解、配方法或求根公式。例如 y = x² - 5x + 6,分解為 (x - 2)(x - 3) = 0,得 x = 2 或 x = 3,圖像與 x 軸交於 (2, 0) 和 (3, 0)。若判別式 b² - 4ac 小於 0,圖像便不與 x 軸相交,這時只需說明沒有 x 截距。

有些題目只要求其中一種截距,作答前要看清問題,不要把所有計算都寫上去,浪費時間。

第四步:用輔助點畫出圖像

找到對稱軸、頂點和截距後,可以再取一兩個輔助點,令圖形更準確。由於拋物線左右對稱,若點 (p, q) 在圖像上,則 (2h - p, q) 也在圖像上,其中 h 是對稱軸的 x 值。利用這一點,可以省去重複計算。

畫圖時先畫對稱軸(虛線),標出頂點和截距,再按 a 的正負決定開口方向,最後用平滑曲線連接各點。不要用直尺把點連成折線,拋物線是曲線。

完成後可以用一個簡單檢查:把圖上某一點的 x 值代回方程式,看 y 值是否與圖中位置相符。這個習慣能及早發現符號錯誤。

常見錯誤與溫習建議

最常見的錯誤有三類:一是對稱軸公式的負號處理出錯;二是把頂點的 x 值和 y 值對調;三是解 x 截距時忘記二次方程可能有兩個根、一個重根或沒有實根。每做完一題,花半分鐘覆核這三點,比重新做一次更有效。

溫習時可以把同一條拋物線用一般式、頂點式和因式分解式三種形式寫出來,體會三種形式各自方便的地方:一般式方便看 y 截距,頂點式方便看頂點,因式分解式方便看 x 截距。這種對照練習比重複做同類題目更能建立理解。

如果學校進度較快,可以按自己的步伐在小一至中六的免費學習模式中重溫基礎,再回到中四、中五的二次函數課題。數學概念是層層相扣的,基礎穩固,後面的圖像變換和應用題自然較易掌握。

常見問題

對稱軸公式中的 a 和 b 是甚麼?

在一般式 y = ax² + bx + c 中,a 是二次項係數,b 是一次項係數,計算對稱軸時要連同正負號一起代入 x = -b/(2a)。建議先在草稿列出 a、b、c 三個值再計算。

頂點式和一般式有甚麼分別?

頂點式 y = a(x - h)² + k 可以直接讀出頂點 (h, k) 和對稱軸 x = h;一般式 y = ax² + bx + c 則方便看出 y 截距 c,並可用公式找對稱軸。兩種形式可以透過配方法互相轉換。

為甚麼有些二次函數圖像不與 x 軸相交?

解 ax² + bx + c = 0 時,若判別式 b² - 4ac 小於 0,方程沒有實根,圖像便不與 x 軸相交。這時拋物線整個在 x 軸上方或下方,取決於 a 的正負和頂點的位置。

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