浅谈利用函数y=ax2+bx+c模型探索图形规

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  函数是用来描述现实生活中某种变化规律,是变化规律的一种定性或定量的描述。函数的知识在中学阶段是一个重点,也是一个难点,特别是二次函数,学生学习起来比较吃力,是学习过程中的一个瓶颈。而探索图形变化规律,要求学生具有一定的空间想象能力和归纳能力,是从复杂现象中揭示本质的一个认知过程,也是学习中的一个重难点。对于这些知识教师在教学过程中如何弱化难点,揭示规律,整合材料,提高学生学习数学的兴趣呢,笔者结合多年的教学实践初探如下。
  一、函数y=ax2+bx+c模型的讨论
  函数y=ax2+bx+c模型既可以表示二次函数,也可以表示一次函数,还可以表示常数函数。当a不等0时,该函数模型表示二次函数,当a=0,b不等于0时表示一次函数,当a、b同时为0时表示常数函数。要求函数y=ax2+bx+c的表达式,利用待定系数法,这里有3个字母a、b、c待定,需要过三个点,代入函数表达式,从而转化为一个关于a、b、c的三元一次方程组即可求解。
  二、探索图形规律
  探索图形规律是一种要求寻找图形变化与对应序数(自然数)的一种规律关系,或者是说揭示图形变化与自然数的某种对应关系。
  三、两者间的内在关系
  不管是求函数的表达式还是寻找图形的变化规律,都是揭示两个变量之间的内在关系,都是揭示现实生活中某种规律性的东西。所以,这两者之间,表面看起来不一样,本质却是一样的,都是揭示两个变量之间的关系。
  那么如何将图形变化规律转化为求函数的表达式呢?
  例如,北师大九年级(下)第二章《二次函数》复习题P84-85
  下图中每一个图形中各有多少个小圆圈?第6个图形有多少个?第100个图形有多少个?第n图形又有多少个?
  通过观察,我们发现,第一个图形只有1个小圆圈,第二个图形有3个小圆圈,第三个图形有6个小圆圈。当然我们不可能一直这样数下去,那怎么办呢?第一个图形对应1,第二个图形对应3,第三个图形对应6,要求第n个图形对应多少个小圆圈。而这种对应关系跟我们的点坐标具有共性,所以,我们不妨把这种对应关系转化坐标,即(1,1)、(2,3)、(3、6),就是要求坐标(n,m),从而转化为求函数m=an2+bn+c的表达式,(注意,这里不能对a进行限制),把这三个点代入得:
  解得
  所以,m=0.5n2+0.5n  这时m、n关系是一个二次函数关系,只不过自变量的取值范围是自然数而已。
  1.函数关系式中m=an2+bn+c,a不等0
  例1、将一些半径相同的小圆按如图所示的规律摆放,请仔细观察,第 n 个图形 有      个小圆。(用含 n 的式子表示)
  把
  自    自然数与图形的对应数量关系转化函数坐标的关系即(1,6)、(2,10)、(3,16),代入函数表达式an2+bn+c,即可求出n2+n+4
  例2、(2014·武汉,第9题)观察下列一组图形中点的个数,其中第1个图中共有4个点,第2个图中共有10个点,第3个图中共有19个点,…按此规律第5个图中共有点的个数是(  )
  分析:通过观察,第一个图形有4个点,即(1,4),第二个图形有10个点,即(2,10),第三个图形有19个点,即(3,19),代入函数关系m=an2+bn+c,容易求出a=1.5,b=1.5,c=1,即m=1.5n2+1.5n+1,当n=5时,m=46。
  2.函数关系式中m=an2+bn+c,a等于0
  例3、如图用围棋子按下面的规律摆图形,则摆第n个图形需要围棋子的枚数是(  )
  分析:第一个图形有棋子数5枚,即(1,5),第二个图形有棋子数11枚,即(2,11),第三个图形有棋子数17枚,即(3,17),把这三个点代入m=an2+bn+c,即可求出:a=0,b=6,c=-1,即m=6n-1,因为规律是未知,故不能对a的取值进行限制。
  当然对一些比较简单、可直接看出的图形规律,就没必要利用该函数模型来探索。
  例4、如图,第n个图形中有   个小正方形?
  分析:第一个图形有1个小正方形,即(1,1),第二个图形有4个小正方形,即(2,4),第三个图形有9个小正方形,即(3,9)。这个规律比较容易发现,即纵坐标等于横坐标的平方,所以第n个图形有n2个图形。
  四、利用y=ax2+bx+c模型探索规律要注意哪些问题
  1.自变量必须是序数,即自然数
  2.三个点的确定必须是准确的
  3.结果必须是要检验的
  4.该模型不是万能的,对于指数类型的函数就不能使用
  五、结束语
  利用函数y=an2+bn+c模型只是探索规律的一个工具(模型),不可能也不会解决所有的问题。例如细胞分裂、核弹爆炸等就不满足这种规律。如细胞一分种分裂成两个,两分钟分裂成四个,3分钟分裂成8个,那n分钟分裂成 2n 个。
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