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二次函数问题:求图中点A的坐标(无需导数解法)

嘿,我来帮你搞定这个求二次函数上点A坐标的问题!既然要求不能用导数,咱们就靠二次函数的基础代数性质来解决,下面分几种常见的场景给你讲明白:

场景1:点A是二次函数的顶点(极值点)

如果点A是二次函数的顶点(也就是函数的最高点或最低点),用配方法就能轻松求出坐标,完全不用导数:

  • 对于一般形式的二次函数 y = ax² + bx + c(a≠0),我们把它配方转化为顶点式:
    y = a\left(x + \frac{b}{2a}\right)^2 + \frac{4ac - b^2}{4a}
  • 顶点(点A)的坐标就是 \left(-\frac{b}{2a}, \frac{4ac - b^2}{4a}\right)
  • 举个实际例子:比如二次函数 y = 2x² - 8x + 3,配方法过程如下:
    y = 2(x² - 4x) + 3
    = 2(x² - 4x + 4 - 4) + 3
    = 2(x-2)² - 8 + 3
    = 2(x-2)² -5
    
    所以点A(顶点)的坐标就是 (2, -5)
场景2:点A是二次函数与某直线的切点(唯一交点)

如果点A是二次函数和一条直线的唯一交点(也就是切线的切点),咱们可以用一元二次方程判别式来求解:

  • 假设二次函数是 y = ax² + bx + c,直线方程是 y = kx + d,先联立两个方程,把直线的y代入二次函数:
    kx + d = ax² + bx + c
  • 整理成标准的一元二次方程形式:
    ax² + (b - k)x + (c - d) = 0
  • 因为是切点,这个方程有且只有一个解,所以判别式必须等于0:
    Δ = (b - k)² - 4a(c - d) = 0
  • 先通过Δ=0求出未知参数(如果有的话),再把求得的x值代入直线或二次函数,就能算出对应的y值,得到点A的坐标
  • 举个例子:二次函数 y = x²,直线 y = 2x - 1,求切点A:
    联立得 x² = 2x -1,整理为 x² - 2x + 1 = 0,计算判别式Δ=(-2)² - 4×1×1=0,解得x=1,代入直线得y=2×1 -1=1,所以点A的坐标是 (1, 1)
场景3:点A是二次函数上到某定点距离最近的点

如果点A是二次函数上到某个定点P(m,n)距离最近的点,咱们可以用代数方法转化为二次函数求最值:

  • 设点A的坐标为 (x, ax² + bx + c),根据距离公式,A到P的距离平方为:
    d² = (x - m)² + (ax² + bx + c - n)²
  • 把这个式子展开整理后,会得到一个关于x的四次函数,但其实可以把它看作以x为变量的二次函数(或者通过换元+配方法找最小值),找到使d²最小的x值,再代入二次函数求出y,就是点A的坐标
  • 比如定点P(0,0),二次函数 y = x² + 1,求最近点A:
    距离平方 d² = x² + (x² +1)^2 = x^4 + 3x² +1,令t = x²(t≥0),则d² = t² +3t +1,这是关于t的二次函数,由于t≥0,当t=0时d²最小,即x=0,y=1,点A坐标是(0,1)

内容的提问来源于stack exchange,提问作者Marva Jami

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