学习指南

绘制三次函数图像与求解三次不等式

CIE IGCSE 附加数学· 4.4, 4.5· 18 分钟阅读

1. 绘制因式分解型三次函数图像★★☆☆☆⏱ 5 min

📘 定义

因式分解型三次函数

其中是首项系数(决定末端行为:为正意味着右端向上、左端向下;为负意味着右端向下、左端向上),是函数的x轴截距(根)。

例:

对于,x轴截距为(1, 0)、(-2, 0)、(3, 0),y轴截距为12,即(0, 12)。

绘制因式分解型三次函数只需遵循3个简单步骤:1. 令每个一次因式等于0,求出所有x轴截距并在x轴上标出。2. 将代入函数计算y轴截距,在y轴上标出该点。3. 利用首项系数的符号,画出穿过所有截距的S形三次平滑曲线。

📐 例题

绘制三次函数的图像,标注所有坐标轴截距。

  1. 1

    步骤1:求x轴截距:令每个因式等于0:。在x轴上标出(-3, 0)、(-1, 0)、(2, 0)。

  2. 2

    步骤2:计算y轴截距:代入。在y轴上标出(0, -6)。

  3. 3

    步骤3:首项系数为1(正),因此曲线右端向上、左端向下。画出穿过全部4个截距的平滑S形曲线,符合上述末端行为。

Exam tip:

你不需要按比例绘制图像,只需确保截距标注正确,且形状与首项系数的符号匹配。本主题中阅卷人仅检查截距和形状是否正确。

2. 绘制三次函数的绝对值图像★★★☆☆⏱ 6 min

三次函数的绝对值会将原三次图像中所有位于x轴下方(即)的部分沿x轴翻折,因此绝对值图像上所有点的y值都非负。

📐 例题

利用上一个例子中绘制的三次函数,绘制的图像,标注所有截距。

  1. 1

    步骤1:从上个例子的原三次函数草图开始。该函数在时位于x轴下方(例如都在轴下方,而在轴上方)。这两段区域,包括无界的左侧尾部,就是需要沿x轴向上翻折的部分。

  2. 2

    步骤2:将曲线所有位于x轴下方的部分沿x轴翻折,使这些区域现在位于x轴上方。

  3. 3

    步骤3:标注x轴截距(-3, 0)、(-1, 0)、(2, 0),此时y轴截距为,即(0,6)。曲线上所有点都满足

3. 通过图像法求解三次不等式★★★☆☆⏱ 7 min

求解三次不等式时,首先将其整理为一侧为0的形式,然后绘制对应因式分解型三次函数的图像,在x轴上找出图像满足不等式的区域:对应x轴上方,对应x轴下方,则包含截距。

📐 例题

利用之前绘制的三次函数图像求解不等式

  1. 1

    步骤1:对应的三次函数为,我们已经绘制过它的图像,x轴截距为x=-3、x=-1、x=2,首项系数为正。

  2. 2

    步骤2:我们需要找出的区域,也就是曲线位于x轴上方的部分。

  3. 3

    步骤3:观察图像:曲线在x=-3和x=-1之间位于x轴上方,且在时也位于x轴上方。因此解为

4. 带有重根的三次函数(与x轴相切)★★★☆☆⏱ 5 min

并非所有三次函数都有三个不同的根。当某个因式是平方形式,例如时,就是一个重根(二重根)。在二重根处曲线不会穿过x轴,而是向下接触到坐标轴后,在同侧折返,就像抛物线的顶点一样。在单根处,曲线会像往常一样直接穿过坐标轴。

📘 定义

重根(二重根)

由平方因式得到的根。因式永远不为负,因此当x经过时,的符号不会改变;因此曲线在处与x轴相切而非穿过它。单因式仍然会在处产生普通的相交。

例:

处与x轴相切,在处穿过x轴。

📐 例题

绘制的图像,清晰展示曲线在何处与x轴相切、何处与x轴相交,并标注所有坐标轴截距。

  1. 1

    步骤1:读出根。平方因式给出x=2处的二重根,因此曲线在处与x轴相切。单因式给出x=-1处的单根,因此曲线在处穿过x轴。

  2. 2

    步骤2:求y轴截距:代入,因此y轴截距为

  3. 3

    步骤3:首项系数为(正),因此曲线左端向下、右端向上。从左下角出发,曲线上升并在处穿过坐标轴,上升到局部最大值后回落,刚好在处接触坐标轴,随后向右再次上升。检验根之间的点:,确认曲线在之间位于坐标轴上方。

Exam tip:

平方因式意味着曲线与x轴相切并折返;普通因式意味着曲线直接穿过x轴。请在你的草图中清晰展示这一区别。

5. 从绝对值图像反推原三次函数★★★★☆⏱ 6 min

部分题目会给出的图像,其中是三次函数,要求你求出的一个可能表达式。你可以反向执行之前的步骤:读出x轴截距得到因式,根据每个截距处的图像形状判断根是单根还是重根,再利用y轴截距确定常数。

📐 例题

图像展示了,其中是三次函数。图像在处与x轴相交,且在每个交点处都形成尖角(尖点),图像经过点。求的一个可能表达式。

  1. 1

    步骤1:的x轴截距就是的根,因此处有根。每个截距处的尖点说明每个根都是单根(三次函数在该处穿过坐标轴),因此

  2. 2

    步骤2:利用y轴截距。绝对值图像上的y轴截距为12,因此。计算得,因此,即

  3. 3

    步骤3:由于都会得到相同的绝对值图像。取最简单的形式,一个可能的表达式是。(选择同样有效。)

Exam tip:

由于给出完全相同的图像,题目要求你给出一个可能的:除非额外信息确定了符号,否则通常给出最简单的形式(例如首项系数为正)即可。

6. 右侧非零的三次不等式★★★★☆⏱ 6 min

到目前为止我们遇到的不等式都已经是三次函数与0比较的形式。当你遇到类似的不等式时,不能直接使用的根。首先将所有项移到一侧得到,这样不等式就变为(或对应符号)。随后对因式分解,像之前一样利用它的根分析这个新三次函数的符号。

📐 例题

求解

  1. 1

    步骤1:将所有项移到左侧,使一侧为0:。令

  2. 2

    步骤2:使用因式定理对因式分解。代入检验:,因此是因式。做除法得到,因此根为

  3. 3

    步骤3:绘制的图像:三个单根在-3、1、2处,首项系数为正。曲线位于x轴上或下方(即)的区域是。代入检验:,确认该点不在解的范围内。

  4. 4

    步骤4:由于不等式是,需要包含边界点。解为

Exam tip:

解的边界点是的根,而不是的根。在确定根之前一定要先移项与0比较。

7. 常见陷阱

错误做法:

假设所有三次函数的首项系数都为正,将负对应的末端行为画反。

原因:

负的首项系数会反转三次函数的末端形状,导致你识别出错误的不等式解区域。

正确做法:

绘图前务必检查的符号:正=右端向上、左端向下;负=右端向下、左端向上。

错误做法:

绘制三次函数绝对值图像时忘记将y轴截距取绝对值。

原因:

如果原y轴截距为负,绝对值的y轴截距是它的绝对值而非原值,会导致图像错误。

正确做法:

绘制时计算原y轴截距的绝对值,或者将x轴下方的整段图像(包括负的y轴截距)一起翻折。

错误做法:

在不等式解中错误地包含或排除截距(例如不等式是却使用)。

原因:

带有的不等式包含函数等于0的x轴截距,而则排除它们,边界错误会导致失分。

正确做法:

检查不等式符号:对于非严格不等式使用闭区间或/,对于严格不等式使用开区间或/

错误做法:

绘制三次函数草图时尝试计算拐点或反曲点。

原因:

计算拐点超出了0606本主题的大纲范围,在这上面浪费时间会挤占考试中其他题目的作答时间。

正确做法:

只需画出穿过截距、末端行为正确的大致S形三次曲线,不需要计算拐点。

错误做法:

写出重叠或顺序错误的不等式解区域。

原因:

三次不等式通常有两个独立的解区域,边界顺序混乱会得到无效的解。

正确做法:

将根按升序排列在x轴上,然后检验根之间的每个区域,或者利用图像形状识别正确区域,将它们写为互不重叠的独立区间。

错误做法:

在重根(平方因式)处将曲线画成穿过x轴而非仅相切。

原因:

平方因式不会改变的符号,因此曲线必须在该根处接触坐标轴并折返;画成交叉会得到错误的形状和错误的不等式区域。

正确做法:

将平方因式视为在处相切(曲线保持在坐标轴同侧),普通因式视为相交。

错误做法:

不解不等式)就直接使用的根求解。

原因:

解的边界点是的点,也就是的根,而不是的点。

正确做法:

移项得到,将其与0比较,对因式分解,利用的根找出符号区域。

8. 速查表

任务

步骤

关键提示

绘制因式分解型三次函数

  1. 标出x轴截距(令因式=0)2. 计算并标出y轴截距(x=0)3. 画出与符号匹配的S形

不需要计算拐点

绘制三次函数的绝对值图像

  1. 绘制原三次函数 2. 将x轴下方的所有部分沿x轴翻折

x轴截距保持不变,所有y值都

求解三次不等式

  1. 整理为 [不等式] 0的形式 2. 绘制的图像 3. 识别满足不等式的区域

对于/包含截距,对于/排除截距

绘制带重根的三次函数

平方因式 = 在处相切;普通因式 = 相交。标出y轴截距后画出形状

相切点处曲线保持在坐标轴的同一侧

的图像求

x轴截距给出根;尖点=单根,平滑相切=二重根;y轴截距确定

答案只需是一个可能的,因此的符号不唯一

求解右侧非零的不等式 [不等式]

整理为 [不等式] 0,因式分解,利用的根确定符号区域

边界是的根,不是的根

9. 常见问题

在0606考试中绘制三次函数图像时需要计算拐点吗?

不需要,对于CIE IGCSE附加数学0606,当给出因式分解形式时,你只需要标注坐标轴截距并画出正确的三次函数整体形状,本主题不要求计算拐点。

我可以用代数方法而非图像法求解三次不等式吗?

虽然存在代数解法,但0606大纲要求你使用图像法求解三次不等式,因此请练习通过你绘制的图像找出解的区域。

深入阅读

下一步

现在你已经掌握了绘制因式分解型三次函数和求解三次不等式的方法,可以继续学习CIE IGCSE附加数学0606大纲中更进阶的图像主题。接下来你将学习绘制其他多项式和有理函数,这些内容建立在你已经练习过的截距识别和形状分析技能之上。这些图像技能对于后续课程中求解涉及变化率的应用问题也至关重要,请确保你可以在不必要的计算之外快速绘制三次函数并识别不等式区域。练习本主题的历年真题,熟悉常见的考试表述和题型。