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当我们已知二次函数的函数值时,需要求出对应的自变量的值。这是一个常见的数学问题。比如,对于二次函数 f(x) = x² - 2x + 1,如果已知函数值 y = 3,我们需要找到所有满足条件的 x 值。从图像可以看出,水平线 y = 3 与抛物线有两个交点,对应两个不同的 x 值。
解决这类问题需要遵循标准的求解步骤。首先建立方程 ax² + bx + c = y,然后整理为标准的二次方程形式 ax² + bx + (c - y) = 0。接下来使用二次方程的求根公式求解 x。公式中的判别式 D = b² - 4a(c - y) 决定了解的个数和性质。当判别式大于零时,方程有两个不同的实数解,对应图像中的两个交点。
这种方法在实际中有广泛应用。在几何方面,当我们知道抛物线经过某个特定的y坐标时,可以求出对应的x坐标值。在物理问题中,比如抛射运动,我们经常需要求物体达到特定高度的时间。例如,对于高度函数 h(t) = -5t² + 20t + 10,如果要求物体高度为25米的时间,就需要解方程 -5t² + 20t + 10 = 25。从图像可以看出,物体在上升和下降过程中都会经过25米高度,对应两个不同的时间点。
在求解过程中需要注意几个重要事项。首先是判别式的作用,它决定了方程解的个数。当判别式小于零时,方程无实数解,对应水平线与抛物线不相交的情况。当判别式等于零时,有唯一解,对应水平线与抛物线相切于顶点。当判别式大于零时,有两个不同的实数解,对应两个交点。其次要确保系数a不等于零,否则就不是二次方程了。最后,在实际应用中要检验解的合理性,比如时间不能为负数等。
让我们通过一个具体例题来巩固所学内容。已知二次函数 f(x) = 2x² - 4x + 1,求当 f(x) = 3 时 x 的值。首先建立方程 2x² - 4x + 1 = 3,整理得 2x² - 4x - 2 = 0,简化为 x² - 2x - 1 = 0。使用求根公式得到 x = 1 ± √2,即两个解:x₁ = 1 - √2 约等于 -0.41,x₂ = 1 + √2 约等于 2.41。从图像可以清楚看到,水平线 y = 3 与抛物线确实在这两个点相交,验证了我们的计算结果。这就是已知二次函数函数值求自变量值的完整解题过程。