Квадратична функція

Парабола — найчастіший графік на НМТ. Через неї розв'язують квадратні нерівності, шукають найбільші та найменші значення в сюжетних задачах, досліджують рівняння з параметром. Ключ до всієї теми в тому, що три коефіцієнти повністю задають вигляд графіка: навчившись читати aa, bb і cc, ти уявляєш параболу, не будуючи її.

Квадратична функція — це функція виду

y=ax2+bx+c,y = ax^2 + bx + c,

де aa, bb, cc — задані числа (коефіцієнти), причому a≠0a \neq 0. Якщо a=0a = 0, функція перестає бути квадратичною й перетворюється на лінійну.

Графіком квадратичної функції є парабола. Покрути повзунки нижче — і простеж, як коефіцієнти змінюють її форму та положення.

Що відповідає за що

Швидкі висновки

Поекспериментуй із графіком і переконайся у цих властивостях самостійно.

Коефіцієнт aa керує напрямком гілок і «шириною» параболи:

  • якщо a>0a > 0 — гілки напрямлені вгору, є найменше значення;
  • якщо a<0a < 0 — гілки напрямлені вниз, є найбільше значення;
  • що більший ∣a∣|a|, то вужча парабола.

Коефіцієнт cc — це точка перетину з віссю OyOy, бо при x=0x = 0 маємо y=cy = c.

Коефіцієнт bb разом з aa зміщує параболу по горизонталі.

Вершина параболи

Координати вершини обчислюються за формулами:

x0=−b2a,y0=y(x0).x_0 = -\frac{b}{2a}, \qquad y_0 = y(x_0).

Пряма x=x0x = x_0 — це вісь симетрії параболи. На графіку вершину позначено червоною точкою.

Вершина — це саме та точка, де функція набуває найбільшого (при a<0a < 0) або найменшого (при a>0a > 0) значення. Тому будь-яка задача на кшталт «за якої ціни прибуток максимальний» чи «яка найбільша площа огорожі» зводиться до пошуку вершини.

Приклад 1 — вершина й найменше значення

Знайдемо вершину параболи y=2x2−8x+5y = 2x^2 - 8x + 5 і найменше значення функції.

  1. Абсциса вершини: x0=−b2a=−−82⋅2=2x_0 = -\dfrac{b}{2a} = -\dfrac{-8}{2\cdot2} = 2;
  2. ордината — підставляємо x0x_0 у функцію: y0=2⋅4−8⋅2+5=8−16+5=−3y_0 = 2\cdot4 - 8\cdot2 + 5 = 8 - 16 + 5 = -3;
  3. оскільки a=2>0a = 2 > 0, вітки напрямлені вгору, отже вершина дає найменше значення.

Відповідь: вершина (2; −3)(2;\,-3), найменше значення функції дорівнює −3-3. Найбільшого значення ця функція не має — вітки йдуть угору необмежено.

Приклад 2 — симетрія допомагає рахувати

Відомо, що парабола перетинає вісь OxOx у точках −1-1 і 55. Знайдемо абсцису її вершини.

  1. Вісь симетрії проходить рівно посередині між коренями;
  2. отже, x0=−1+52=2x_0 = \dfrac{-1 + 5}{2} = 2.

Відповідь: x0=2x_0 = 2. Цей прийом швидший за формулу −b2a-\dfrac{b}{2a}, коли корені вже відомі.

Корені та дискримінант

Щоб знайти точки перетину з віссю OxOx, розв'язують рівняння ax2+bx+c=0ax^2 + bx + c = 0. Кількість коренів визначає дискримінант:

D=b2−4ac.D = b^2 - 4ac.

  • D>0D > 0 — два різні корені (парабола перетинає вісь OxOx у двох точках);
  • D=0D = 0 — один корінь (парабола дотикається до осі OxOx);
  • D<0D < 0 — коренів немає (парабола не перетинає вісь OxOx).

Самі корені знаходять за формулою x1,2=−b±D2ax_{1,2} = \dfrac{-b \pm \sqrt{D}}{2a}. Знак ±\pm означає, що коренів два — і кожен рахують окремо:

x1=−b−D2a(беремо «мінус» перед коренем)x_1 = \frac{-b - \sqrt{D}}{2a} \qquad \text{(беремо «мінус» перед коренем)}

x2=−b+D2a(беремо «плюс» перед коренем)x_2 = \frac{-b + \sqrt{D}}{2a} \qquad \text{(беремо «плюс» перед коренем)}

Приклад. Для x2−5x+6=0x^2 - 5x + 6 = 0: a=1, b=−5, c=6a=1,\ b=-5,\ c=6, тож D=25−24=1D = 25 - 24 = 1, D=1\sqrt{D}=1.

x1=5−12=2,x2=5+12=3.x_1 = \frac{5 - 1}{2} = 2, \qquad x_2 = \frac{5 + 1}{2} = 3.

Зв'язок із графіком

На інтерактивному графіку зелені точки — це корені (перетин з віссю Ox). Зменши коефіцієнт cc або зміни aa і простеж, як дискримінант DD та кількість коренів змінюються в реальному часі.

Теорема Вієта

Для зведеного рівняння x2+px+q=0x^2 + px + q = 0 (тобто коли a=1a = 1) корені пов'язані з коефіцієнтами простими співвідношеннями:

x1+x2=−p,x1⋅x2=q.x_1 + x_2 = -p, \qquad x_1 \cdot x_2 = q.

Це часто дозволяє підібрати корені усно, без дискримінанта — корисний прийом на НМТ.

Типова помилка

Не плутай знаки у формулі вершини: x0=−b2ax_0 = -\dfrac{b}{2a}, а не b2a\dfrac{b}{2a}. Через цей мінус втрачають бали найчастіше.

Типові помилки

  • Гублять мінус у формулі вершини. Правильно x0=−b2ax_0 = -\dfrac{b}{2a}.
  • Знаходять лише x0x_0 і зупиняються. Вершина — це точка, тобто пара (x0; y0)(x_0;\ y_0); ординату треба обчислити підстановкою.
  • Плутають корені з вершиною. Корені — перетин з віссю OxOx, вершина — найвища чи найнижча точка параболи.
  • Забувають, що при D<0D < 0 парабола не перетинає вісь OxOx, але сама функція чудово існує — просто її значення всюди одного знака.
  • Вважають, що більший aa піднімає параболу вище. Коефіцієнт aa керує шириною й напрямом віток, а за вертикальне положення відповідає cc (і вершина).
  • Застосовують теорему Вієта до незведеного рівняння. Для ax2+bx+c=0ax^2+bx+c=0 формули інші: x1+x2=−bax_1 + x_2 = -\dfrac{b}{a}, x1x2=cax_1x_2 = \dfrac{c}{a}.

Перевір себе

Задачі генеруються з випадковими коефіцієнтами — щоразу нові. Введи відповідь і натисни «Перевірити». Кнопка «Інша задача» дає новий варіант.

Знайди корені

Обчисли дискримінант

Абсциса вершини

Формат відповіді

Можна вводити дроби (1/2), від'ємні числа (-3) та десяткові (через крапку або кому). Для коренів — кілька значень через крапку з комою: -2; 5. Порядок не важливий.

Завдання формату НМТ

Завдання в тому вигляді, як їх дають на національному мультипредметному тесті: вибір однієї відповіді з п’яти (А–Д), установлення відповідності та коротка відповідь десятковим дробом. Там, де є позначка «Прототип», задачу побудовано за типом реального завдання НМТ минулих років; числа в умові щоразу нові.

  • Вершина параболи

    Вибір А–Д

  • Область значень квадратичної функції

    Вибір А–Д

  • Найбільше значення квадратичної функції

    Коротка відповідь

Приклади розв’язання завдань НМТ

Так розв’язують завдання формату НМТ із цієї теми — по одному прикладу на кожен формат: вибір відповіді, відповідність, коротка відповідь. У розділі «Завдання формату НМТ» числа щоразу нові, а тут кожен крок розписано.

  1. 1Вершина параболи
    Вибір А–Д
    Укажіть координати вершини параболи y=x2−10x+21. y = x^2 - 10x + 21.
    • А(−5; 4)(-5;\ 4)
    • Б(−4; 5)(-4;\ 5)
    • В(5; −4)(5;\ -4)
    • Г(−5; −4)(-5;\ -4)
    • Д(5; 4)(5;\ 4)
    x0=−b2a, y0=y(x0).x_0 = -\dfrac{b}{2a},\ y_0 = y(x_0).
    Показати розв’язання
    1. 1
      x0=−−102⋅1=5x_0 = -\dfrac{-10}{2\cdot1} = 5
    2. 2
      y0=−4y_0 = -4
    Відповідь: В) (5; −4) (5;\ -4)
  2. 2Область значень квадратичної функції
    Вибір А–Д
    Укажіть область значень функції y=−x2−10x−22. y = -x^2 - 10x - 22.
    • А(−∞; −3](-\infty;\ -3]
    • Б[3; +∞)[3;\ +\infty)
    • В(−∞; 3)(-\infty;\ 3)
    • Г(−∞; −5](-\infty;\ -5]
    • Д(−∞; 3](-\infty;\ 3]
    Знайдіть ординату вершини; гілки параболи напрямлені вниз.
    Показати розв’язання
    1. 1
      y=−(x+5)2+3⇒E(y)=(−∞; 3]y = -(x + 5)^2 + 3 \Rightarrow E(y) = (-\infty;\ 3]
    Відповідь: Д) (−∞; 3] (-\infty;\ 3]
  3. 3Найбільше значення квадратичної функції
    Коротка відповідь
    Знайдіть найбільше значення функції y=−x2−8x−3. y = -x^2 - 8x - 3.
    Гілки параболи напрямлені вниз — найбільше значення у вершині.
    Показати розв’язання
    1. 1
      x0=−4x_0 = -4
    2. 2
      y(−4)=−16+32−3=13y(-4) = -16 + 32 - 3 = 13
    Відповідь: 1313