初中数学的自然原理
第七部分:函数

总览:三种函数对照

这一部分研究变化中的对应关系:先弄清什么是函数,再学一次函数、反比例函数、二次函数三种具体的函数。每一种函数都有解析式和图象两种面貌,性质既能从式子推出来,也能在图上看出来。

三种函数的图象:直线、双曲线、抛物线

对照表#

一次函数 反比例函数 二次函数
解析式 () () ()
描述什么样的变化 均匀变化: 每增加 1, 变化同一个数 乘积一定: 每增加 1, 的变化量本身在均匀地变
自变量的取值范围 全体实数 全体实数
图象 直线 双曲线,两支 抛物线
系数管什么 管方向和陡缓, 管与 轴的交点 的正负管所在象限, 管离原点的远近 管开口方向和大小,顶点 管位置, 管与 轴的交点
增减性 时增大, 时减小 在每一个象限内: 时减小, 时增大 以对称轴为界,两侧相反
对称性 — 关于原点中心对称,关于直线 、 轴对称 关于对称轴 轴对称
最大值、最小值 没有 没有 在顶点取到(顶点在取值范围内时)
确定解析式要几个条件 2 个 1 个 3 个
几何意义 是倾斜程度 是图上矩形的面积 顶点是最高点或最低点
与方程、不等式 是一元一次方程;图象在 轴上方、下方是一元一次不等式 和直线联立,消元后是分式方程,常化成一元二次方程 是一元二次方程,判别式决定和 轴的交点个数

表里的“增减性”都是“ 随 的增大而……”;二次函数表里的 是顶点的纵坐标,和反比例函数的 不是一回事。

研究每一种函数,走的是同一条路#

三种函数的页面,都按同一个顺序展开:

  1. 从实际问题得到解析式: 均匀变化、乘积一定、面积和利润,各自引出一种函数。
  2. 描点画图: 列表、描点、连线(见第七部分“函数”)。
  3. 看图说性质,再用式子说明: 图上看出的对称、增减,都要回到解析式说清为什么。
  4. 待定系数法: 有几个待定的系数,就需要几个条件。
  5. 联系方程和不等式: 令 或者让两个函数相等,就回到了方程。
  6. 解决实际问题: 比较方案、求最大值或最小值,注意自变量的取值范围。

学透了一次函数,反比例函数和二次函数就是沿着同一条路再走两遍。每走到一步,都可以问自己:上一种函数在这一步是什么样子?

函数、方程、不等式:同一件事的几种问法#

设两个函数的值分别是 、,下面每一行左右两边问的是同一件事:

在图象上看 用方程、不等式说
图象与 轴交点的横坐标 方程 的解
图象在 轴上方的部分对应的 的范围 不等式 的解
两个图象的交点 两个解析式联立成的方程组的解
一个图象在另一个图象上方的部分对应的 的范围 不等式 的解

第四部分“总览:从等式到方程”里有一张对照表,把解一元一次方程、一元一次不等式、二元一次方程组、一元二次方程,分别对应成直线与 轴的交点、直线在 轴上方的部分、两条直线的交点、抛物线与 轴的交点。这里是那张表的完整版:方程和不等式是代数的问法,函数图象是几何的问法。

学习顺序#

  1. 函数: 先弄清“对应”和“唯一”,会求自变量的取值范围,会读图(见第七部分“函数”)。学之前要熟悉第六部分“平面直角坐标系”。
  2. 一次函数: 最简单的函数,把“解析式 ↔ 图象 ↔ 方程、不等式”的对应关系完整走一遍(见第七部分“一次函数”)。
  3. 反比例函数: 和正比例函数对照着学,重点是“在每一个象限内”和 的几何意义(见第七部分“反比例函数”)。
  4. 二次函数: 学完第四部分“一元二次方程”后再学,重点是配方找顶点、平移和最值(见第七部分“二次函数”)。

学完这一部分,可以接着看第十一部分“动点与函数”:图形中的点在运动,线段和面积跟着变,就要用这里的三种函数去描述。