• 配方法新说


    前言

    使用公式

    注意,平时使用正用公式((apm b)^2=a^2mp 2ab+b^2),目的是将完全平方式展开,便于下一步合并计算;但涉及到配方法时,却是逆用刚才的公式,(a^2mp 2ab+b^2=(apm b)^2),目的是找到函数的对称轴,便于判断其单调性等,由于使用的目的不一样,故公式的使用方向也就不一样。

    案例说明

    将二次函数配方:(f(x)=-2x^2+5x+3)

    分析:(f(x)=-2x^2+5x+3=-2(x^2-cfrac{5}{2}x)+3)

    (=-2(x^2-cfrac{5}{2}x+ riangle )+3+2 riangle)

    (=-2[x^2-cfrac{5}{2}x+(-cfrac{5}{4})^2]+3+2 imes(-cfrac{5}{4})^2)

    (=-2(x-cfrac{5}{4})^2+cfrac{49}{8})

    • 配方法步骤

    ①若有常数项,先将常数项放置到最右边,用意是暂时不让常数项影响我们的配方思路;即(f(x)=ax^2+bx+c)(=(ax^2+bx)+c)

    ②将二次项的系数化为(1),在一次项和常数项后边分别空出空位,如( riangle)所示;由于小括号前边有系数(a),故后边要减去(acdot riangle),才能保证是恒等变形;即(f(x)=a(x^2+cfrac{b}{a}x+ riangle )+c-acdot riangle)

    ③在小括号里边的空位处( riangle),添加项[一次项系数一半的平方]((cfrac{b}{2a})^2),为保证等价变形,在括号外的( riangle)处也添加项((cfrac{b}{2a})^2),整理为(f(x)=a[x^2+cfrac{b}{a}x+(cfrac{b}{2a})^2]+c-acdot(cfrac{b}{2a})^2)

    ④化简整理为(f(x)=a(x+cfrac{b}{2a})^2+c-cfrac{b^2}{4a}=a(x+cfrac{b}{2a})^2+cfrac{4ac-b^2}{4ac});到此配方完成。

    对应练习

    练1将二次函数配方:(f(x)=-2x^2+3x-2=-2(x-cfrac{3}{4})^2-cfrac{7}{8})

    练2将二次函数配方:(f(x)=3x^2+6x-1=3(x+1)^2-4)

    练3将二次函数配方:(f(x)=cfrac{3}{4}x^2-2x=cfrac{3}{4}(x-cfrac{4}{3})^2-cfrac{4}{3})

    练4将二次函数配方:(g(x)=cfrac{3-2x}{2x^2}=cfrac{3}{2}(cfrac{1}{x})^2-cfrac{1}{x})

    (=cfrac{3}{2}[(cfrac{1}{x})^2-cfrac{2}{3} imescfrac{1}{x}+(cfrac{1}{3})^2]-cfrac{3}{2} imes (cfrac{1}{3})^2)

    (=cfrac{3}{2}(cfrac{1}{x}-cfrac{1}{3})^2-cfrac{1}{6})

    常规使用

    • 二次函数配方求对称轴,如(f(x)=-2x^2+5x+3=-2(x-cfrac{5}{4})^2+cfrac{49}{8}),故对称轴为(x=cfrac{5}{4})

    • 圆方程配方求圆心和半径,如(x^2+y^2-2x+4y=0),配方为((x-1)^2+(y+2)^2=5=(sqrt{5})^2),故圆心为((1,-2)),半径为(r=sqrt{5})

    高阶配方

    使用高阶配方法,主要是为了函数或者代数式的进一步化简、变形做准备,可能还会用到常数代换等其他方法。用以下例子仔细体会;

    • (f(x)=cfrac{x^2-2x+2}{x-1}=cfrac{(x^2-2x+1)+1}{x-1})(=cfrac{(x-1)^2+1}{x-1})(=(x-1)+cfrac{1}{x-1}),便于利用模板函数(y=x+cfrac{1}{x})变形得到(f(x))

    • (f( heta)=sin^4 heta+cos^4 heta=(sin^2 heta+cos^2 heta)^2-2sin^2 hetacdot cos^2 heta)(=1-cfrac{1}{2}sin^22 heta)(=1-cfrac{1}{2}cdot cfrac{1-cos4 heta}{2})(=cfrac{1}{4}cos4 heta+cfrac{3}{4})

    • (sqrt{1-2sin2cos2}=sqrt{sin^22+cos^22-2sin2cos2})(=sqrt{(sin2-cos2)^2})(=|sin2-cos2|)(=sin2-cos2);

    • (x+cfrac{1}{x}=t),则(x^2+cfrac{1}{x^2}=(x+cfrac{1}{x})^2-2=t^2-2)

    • (cfrac{n^2}{m^2}+cfrac{m^2}{n^2}+2=(cfrac{n}{m}+cfrac{m}{n})^2)(cfrac{n^2}{m^2}+cfrac{m^2}{n^2}-2=(cfrac{n}{m}-cfrac{m}{n})^2)

    典型案例

    例1【2019年高考数学试卷理科新课标Ⅱ第21题第二问求解过程选摘】

    (cfrac{8(y_0x_0^3+x_0y_0^3)}{2x_0^4+2y_0^4+5x_0^2y_0^2})(xlongequal[化简]{给分子分母同除以x_0^2y_0^2})

    (=cfrac{8(frac{x_0}{y_0}+frac{y_0}{x_0})}{2(frac{x_0}{y_0})^2+2(frac{y_0}{x_0})^2+5})

    (=cfrac{8(frac{x_0}{y_0}+frac{y_0}{x_0})}{2[(frac{x_0}{y_0})^2+(frac{y_0}{x_0})^2+2]+1})

    (=cfrac{8(frac{x_0}{y_0}+frac{y_0}{x_0})}{2(frac{x_0}{y_0}+frac{y_0}{x_0})^2+1})

    (t=frac{x_0}{y_0}+frac{y_0}{x_0}),则(tgeqslant 2)

    (S_{ riangle PQG}=cfrac{8t}{2t^2+1}=cfrac{8}{2t+frac{1}{t}})

    利用对勾函数(f(t)=2t+cfrac{1}{t})([2,+infty))上的单调性可知,

    (f(t)geqslant 4+cfrac{1}{2}=cfrac{9}{2})(当(t=2)时取到等号)

    所以(S_{ riangle PQG}leqslant cfrac{8}{frac{9}{2}}=cfrac{16}{9})

    ( riangle PQG)面积的最大值为(cfrac{16}{9}).

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