将二次函数的一般式 \( y = ax^2 + bx + c \) 化为顶点式 \( y = a(x - h)^2 + k \) 的过程可以通过配方法或利用顶点坐标公式来实现。以下是详细步骤:
方法一:配方法
提取二次项系数
\[
y = ax^2 + bx + c
\]
将一次项系数除以二并平方
\[
\frac{b}{2a}
\]
平方得到:
\[
\left(\frac{b}{2a}\right)^2 = \frac{b^2}{4a^2}
\]
在方程中加上并减去这个平方项
\[
y = a\left(x^2 + \frac{b}{a}x + \frac{b^2}{4a^2} - \frac{b^2}{4a^2}\right) + c
\]
将前面的部分写成完全平方形式
\[
y = a\left(x + \frac{b}{2a}\right)^2 - \frac{b^2}{4a} + c
\]
合并常数项
\[
y = a\left(x + \frac{b}{2a}\right)^2 + \frac{4ac - b^2}{4a}
\]
方法二:利用顶点坐标公式
计算顶点的横坐标
\[
h = -\frac{b}{2a}
\]
计算顶点的纵坐标
\[
k = \frac{4ac - b^2}{4a}
\]
将顶点坐标代入顶点式
\[
y = a(x - h)^2 + k
\]
总结
无论采用哪种方法,二次函数的一般式 \( y = ax^2 + bx + c \) 都可以化为顶点式 \( y = a(x - h)^2 + k \),其中顶点坐标为 \( (h, k) \)。
示例
假设有一个二次函数 \( y = 2x^2 - 4x + 1 \):
提取二次项系数
\[
y = 2x^2 - 4x + 1
\]
将一次项系数除以二并平方
\[
\frac{-4}{2 \cdot 2} = -1, \quad (-1)^2 = 1
\]
在方程中加上并减去这个平方项
\[
y = 2\left(x^2 - 2x + 1 - 1\right) + 1
\]
将前面的部分写成完全平方形式
\[
y = 2\left((x - 1)^2 - 1\right) + 1
\]
合并常数项
\[
y = 2(x - 1)^2 - 2 + 1 = 2(x - 1)^2 - 1
\]
最终得到的顶点式为:
\[
y = 2(x - 1)^2 - 1
\]
通过以上步骤,我们成功地将一般式化为了顶点式。