师:同学们,今天我们一起来学习人教版八年级数学第19章第12课时一次函数的复习。首先,我们来看本节课的学习目标。第一,通过知识回顾,掌握一次函数的定义、图像和性质,会利用函数图像解决实际问题;第二,会求一次函数的解析式,理解一次函数与一元一次方程、一元一次不等式以及二元一次方程之间的关系。本节课学习重点是掌握一次函数的图像及性质,会求一次函数的解析式。
接下来进入课程。回顾以往,我们学习了一次函数、正比例函数的概念和图像。若两个变量(x),(y)间的对应关系可以表示成(y = kx + b)((k),(b)是常数,(k \neq 0)),那么(y)叫做(x)的一次函数。特别地,当(b = 0)时,形如(y = kx)((k)是常数,(k \neq 0))的函数是正比例函数。其图像及性质如下:当(k > 0)且(b > 0)时,图像是一条直线,经过第一、二、三象限;当(k > 0)且(b < 0)时,图像经过第一、三、四象限;当(b = 0)时,图像经过第一、三象限,图像从左往右上升,(y)随(x)的增大而增大。同理,当(k < 0)且(b > 0)时,图像经过第一、二、四象限;当(k < 0)且(b < 0)时,图像经过第二、三、四象限;当(b = 0)时,图像经过第二、四象限,图像从左往右下降,(y)随(x)的增大而减小。
下面我们先做5个小题,回顾学过的知识,为今天的课做好铺垫。
第一题,已知关于(x)的一次函数(y = kx + 4k - 2)((k \neq 0))。若其图像经过原点,则(k)是多少呢?若(y)随(x)的增大而减小,则(k)的取值范围又是什么呢?现在分析一下,因为一次函数图像经过原点,所以(4k - 2 = 0),解得(k = \frac{1}{2})。若(y)随(x)的增大而减小,则(k)的取值范围是(k < 0)。
由这小题我们归纳一下方法,一次函数的(k)值决定直线的方向,如果(k > 0),直线从左往右上升,(y)随(x)的增大而增大;如果(k < 0),直线从左往右下降,(y)随(x)的增大而减小。而(b)值决定直线与(y)轴的交点,如果(b > 0),则与(y)轴交于正半轴;如果(b < 0),则与(y)轴交于负半轴;当(b = 0)时,一次函数就变成正比例函数,图像过原点。
第二题,已知一次函数(y = mx + n - 3)的图像,如图所示,则(m)、(n)的取值范围是什么?这道题很简单,由图像可知,直线方向向上交(y)轴于正半轴,所以(m > 0),(n - 3 > 0),解得(m > 0),(n > 3),故选C。
第三题,直线(y = 2x - 1)沿(y)轴平移三个单位,则平移后直线与(y)轴的交点坐标是什么?这道题比前面两道题难一点,请同学们挑战一下自己,在20秒内完成思考。时间到,直线(y = 2x - 1)沿(y)轴平移三个单位,可以向上或向下平移。向上平移得到(y = 2x - 1 + 3 = 2x + 2);向下平移得到(y = 2x - 1 - 3 = 2x - 4)。则平移后直线与(y)轴的交点坐标为((0, 2))或((0, -4))。现在归纳这类型题目的方法,掌握直线平移后函数解析式的(b)值变化规律,上移加,下移减。
第四题,两个一次函数(y = ax + b)和(y = bx + a)在同一平面直角坐标系中的图像可能是哪一个呢?对于这个选项,先确定一个解析式所对应的图像,根据一次函数图像与系数的关系确定(a)、(b)的符号,然后看另一个函数图像的位置是否正确。现在请大家分别看4个选项的图像做出选择,思考时间为30秒。
时间到,先看选项A,对于(y = ax + b),当(a > 0),图像经过第一、三象限,则(b > 0),此时(y = bx + a)也应经过第一、三象限,所以A选项错误。接着看选项B,当(a > 0),图像经过第一、三象限,则(b < 0),(y = bx + a)经过第二、四象限,与(y)轴的交点在(x)轴上方,所以B选项正确。再看选项C,当(a > 0),图像经过第一、三象限,则(b > 0),(y = bx + a)也要经过第一、三象限,所以C选项错误。最后看选项D,当(a < 0),图像经过第二、四象限,若(b > 0),则(y = bx + a)经过第一、三象限,所以D选项错误。所以正确答案是B。
第五题,如图,已知函数(y = 2x + b)与函数(y = kx - 3)的图像交于点(P),则不等式(kx - 3 \leq 2x + b)的解集是什么?这道题我们可以观察图像,直线(y = kx - 3)落在直线(y = 2x + b)下方的部分,对应的(x)的取值范围即为所求。
具体解答过程,因为函数(y = 2x + b)与函数(y = kx - 3)的图像交于点(P(4, -6)),所以这个不等式的解集是(x \geq 4)。小结本题,它主要考察了一次函数和一元一次不等式的关系,以及数形结合思想的应用。解决这类问题的关键是仔细观察图像,注意几个关键点,特别是交点、原点等,做到数形结合。
同学们,刚刚我们用了5条小练习热身,接下来共同完成一道非常典型的例题。
例一,如图,已知一次函数(y = kx + b)的图像经过(A(-2, -1)),(B(1, 3))两点,并且交(x)轴于点(C),交(y)轴于点(D)。第一个问,求该一次函数的解析式;第二个问,求(\triangle AOB)的面积。这道题条件不多,同学们可以结合图像思考怎么做,老师给1分钟大家独立思考。
时间到,现在分析一下,求经过已知两点坐标的直线解析式,一般按待定系数法的步骤求得。又因为点(C)、(D)分别在(x)、(y)轴上,根据它们的坐标特点就可以求出(CO)或者(DO)的长,然后再根据三角形面积公式求出(\triangle AOB)的面积。
解答过程如下,把(A(-2, -1)),(B(1, 3))代入(y = kx + b)得到二元一次方程组(\begin{cases}-2k + b = -1 \ k + b = 3 \end{cases}),解得(k = \frac{4}{3}),(b = \frac{5}{3})。所以一次函数的解析式为(y = \frac{4}{3}x + \frac{5}{3})。
再看第二个问的详细解答过程,把(x = 0)代入(y = \frac{4}{3}x + \frac{5}{3}),得(y = \frac{5}{3}),所以(D)点的坐标为((0, \frac{5}{3}))。所以(\triangle AOB)的面积等于(\triangle AOD)的面积加上(\triangle BOD)的面积,即(\frac{1}{2}×\frac{5}{3}×2 + \frac{1}{2}×\frac{5}{3}×1 = \frac{5}{2})。
这道题考察了待定系数法求一次函数的解析式、一次函数图像上的点的坐标特征及三角形的面积,待定系数法是解这题的关键。相信同学们对例一都掌握得很好了。现在我们来看第二道例题。
例二,已知广州市2021年某企业用水量(x)吨与该月应交的水费(y)元之间的函数关系如图一。第一问,当(x \geq 50)时,求(y)关于(x)的函数关系式;第二问,若某企业2021年10月份的水费为620元,求该企业2021年10月份的用水量。
这道题是根据图像求解析式,解题关键是从图像中找到特殊点的坐标。具体解答过程如下,设(y)关于(x)的函数关系式为(y = kx + b),把((50, 260)),((80, 440))代入可得(\begin{cases}50k + b = 260 \ 80k + b = 440 \end{cases}),解得(k = 6),(b = -100),所以(y)关于(x)的函数关系式是(y = 6x - 100)。由图像可知,当(y = 620)时,(x > 50),所以(6x - 100 = 620),解得(x = 120)。该企业2021年10月份的用水量为120吨。
同学们,通过例二的学习,大家能做个小结吗?这道题是用一次函数解决实际问题。做题时首先要理解题意,当自变量在一定范围内有不同的函数关系时,要注意分段讨论。
接下来做一条变式练习巩固一下。小聪和小明沿着一条路同时从学校出发,到图书馆查阅资料。学校与图书馆的路程是4千米,小聪骑自行车,小明步行。当小聪从原路回到学校时,小明刚好到达图书馆,途中折线(O - A - B - C)和线段(OD)分别表示两人离学校的路程(s)与经过的时间(t)之间的函数关系。
第一问,小聪在图书馆查阅资料的时间为多少分钟呢?小聪返回学校的速度为多少千米每分钟呢?回答这个问题,首先要搞清楚图像的意义。从图像中看到,点(A)表示小聪已经到达图书馆,此时他离学校的距离是4千米,时间是第15分钟;到了(B)点,他离学校的距离还是4千米,时间是第30分钟,所以(AB)段的时间就是小聪在图书馆查阅资料的时间,即(30 - 15 = 15)分钟。返回的时间是点(B)到(C)点的时间,即(40 - 30 = 10)分钟,所以小聪返回的速度是(4÷10 = \frac{2}{5})千米每分钟。
第二问,请你求出小明离开学校的路程(s)与经过的时间(t)之间的函数关系式。观察图像,小明的图像是过原点的虚线(OD),所以可确定(s)与(t)的函数关系式是正比例函数。设所求的函数解析式为(s = kt)((k \neq 0)),代入(D(45, 4)),得到(4 = 45k),则(k = \frac{4}{45}),所以(s)与(t)的函数关系式为(s = \frac{4}{45}t),其中(t \geq 0),(t \leq 45)。
第三问,求线段(BC)的函数关系式。由图像可知(BC)是一次函数,把(B)、(C)两点代入即可。设线段(BC)的函数关系式为(s = mt + n)。根据题意,得(\begin{cases}30m + n = 4 \ 40m + n = 0 \end{cases}),解得(m = - \frac{2}{5}),(n = 16),所以线段(BC)的函数关系式为(s = - \frac{2}{5}t + 16),自变量的取值范围是(30 \leq t \leq 40)。
第四问,当小聪和小明迎面相遇时,他们离学校的路程是多少千米呢?这是个相遇问题。回到图像,线段(OD)是小明步行的路程与时间的关系,线段(BC)是小聪返回行驶路程与时间的关系,它们图像的交点表示相遇的地方。所以要求它们的交点,求出交点(s)所对应的值就是相遇时他们距离学校的距离。联立第二问和第三问的方程,得到(\begin{cases}s = - \frac{2}{5}t + 16 \ s = \frac{4}{45}t \end{cases}),解得(t = \frac{180}{11}),代入(s = \frac{4}{45}t),得(s = \frac{16}{11})千米。
下面我们再来完成一道综合练习进行巩固。如图,直线(OC)、(BC)的函数关系式分别为(y = x)和(y = -2x + 6),动点(P(a, 0))在(OB)上移动,(0 < a < 3),过点(P)作直线(l)与(x)轴垂直。
第一问,求点(C)的坐标。联立两直线解析式可得(\begin{cases}y = x \ y = -2x + 6 \end{cases}),解得(x = 2),(y = 2),所以(C)点的坐标为((2, 2))。
第二问,设(\triangle OBC)中位于直线(l)左侧部分面积为(s),写出(s)与(a)之间的函数关系式。首先知道(C)点坐标,过(C)作直线(CD)垂直于(x)轴于(D),则(D)点的坐标为((2, 0))。因为题目说直线(l)左侧部分的面积为(s),当过点(P)的直线位于(OD)线段上,它是一个三角形的面积;如果过点(P)的直线超过线段(OD),那么它就是四边形的面积了。所以要分两种情况来求。
第一种情况,当(0 < a \leq 2)时,(P)的坐标是((a, 0)),所以(OP)的长度为(a),直线(l)与直线(y = x)相交,设交点为(M),(M)点的坐标为((a, a)),所以(PM)的长度也为(a)。那么左侧部分是等腰直角三角形的面积,所以(s = \frac{1}{2}a^2)。
第二种情况,当(2 < a < 3)时,左侧部分的图形是个四边形。求这个四边形的面积,可以用(\triangle OBC)的面积减去(\triangle PBM)的面积。把(OP = a),(PB = 3 - a),(PM = -2a + 6)代入化简后得到(s = -a^2 + 6a - 6)。
第三问,当(a)为何值时,直线平分(\triangle BOC)的面积。由前面可知,(\triangle BOC)的面积等于(\frac{1}{2}×3×2 = 3),要平分(\triangle BOC)的面积,即直线左侧部分的面积要等于(\frac{3}{2})。由第一种情况可知,(s = \frac{1}{2}a^2 = \frac{3}{2}),解得(a = \sqrt{3}),符合(0 < a < 2)。所以第二种情况不存在平分的情况。
最后总结下本节课的内容。我们学习了一次函数的概念,通过列表、在平面直角坐标系中描点连线画出一次函数的图像,经过分析图像得到一次函数的性质。在性质中,我们通过数形结合的数学思想找出了一次函数与方程组、不等式的关系。同时,我们运用待定系数法确定一次函数的解析式,最后把以上内容整合到一次函数的应用当中。课堂到此结束,谢谢大家。
