На Горох
Алгебра, 9 класс

5. Функции у = ах2, у = ах2 + n и у = а(х - m)2

"Алгебра", Макарычев Ю.Н., Миндюк Н.Г., Нешков К.И., Феоктистов И.Е.

Объяснение темы В оглавлении: 5. Функции у = ах2, у = ах2 + n и у = а(х - m)2

Кратко о теме

В этом параграфе мы изучим квадратичные функции, описываемые уравнениями вида y = ax², y = ax² + n и y = a(x - m)². Эти функции представляют собой параболы — важные графики, которые встречаются во многих областях математики и физики. Мы научимся понимать, как параметры a, m и n влияют на форму и положение параболы, а также определять ключевые характеристики этих функций: вершину, ось симметрии и область значений.

Объяснение темы

Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.

Определения и обозначения

Парабола – это геометрическое место точек, равноудалённых от данной точки (фокуса) и данной прямой (директрисы). Звучит сложно, но важно понять: парабола – это не просто кривая, а фигура, определяемая конкретными геометрическими свойствами. Это даёт возможность выводить её уравнение, используя эти свойства.

Вершина параболы – это точка на параболе, ближайшая к фокусу (или к директрисе). Это самая важная точка параболы, так как она определяет её положение и направление. Вершина является точкой разворота параболы.

Коэффициент 'a' в уравнении y = ax² определяет, куда направлены ветви параболы и насколько она растянута или сжата по оси Y. Если a > 0, ветви параболы направлены вверх, а значит, у параболы есть минимальная точка – вершина. Если a < 0, ветви направлены вниз, и вершина – это максимальная точка функции.

Смещение параболы описывает изменение положения параболы на координатной плоскости. Параметры m и n в уравнениях y = a(x - m)² и y = ax² + n задают величину и направление этого сдвига вдоль осей координат. Эти сдвиги позволяют получать графики различных парабол из базовой функции y = ax².

Как это устроено

Уравнение параболы выводится из её определения, а именно из условия равноудалённости точки от фокуса и директрисы. Если обозначить координаты произвольной точки на параболе как (x, y), координаты фокуса как (p, 0), а уравнение директрисы как x = -p, то расстояние от точки до фокуса равно √((x - p)² + y²), а расстояние до директрисы равно |x + p|. Приравнивая эти расстояния и возводя в квадрат, получим уравнение параболы.

Выделение полного квадрата необходимо для приведения функции к каноническому виду y = a(x - m)² + n. Этот вид уравнения позволяет сразу определить координаты вершины параболы (m, n). Это упрощает анализ функции и построение её графика. Без выделения полного квадрата определить вершину было бы гораздо сложнее.

Параметры a, m и n определяют преобразования графика функции y = a(x - m)² + n. Параметр 'a' отвечает за растяжение или сжатие параболы по оси Y и направление ветвей. Параметр 'm' задает сдвиг графика вдоль оси X, а параметр 'n' – сдвиг вдоль оси Y. Понимание этих преобразований позволяет быстро и точно строить графики парабол.

Общий вид уравнения параболы может быть записан как y = ax² + bx + c. Связь между этим уравнением и координатами вершины параболы устанавливается через формулу x_вершины = -b/(2a). Подставляя это значение в уравнение параболы, можно найти y_вершины. Таким образом, вершина параболы имеет координаты (-b/(2a), f(-b/(2a))).

Область определения функции – это множество всех допустимых значений аргумента x, для квадратичной функции это множество всех действительных чисел (R). Область значений – это множество всех значений, которые функция принимает. Для параболы, ветви которой направлены вверх (a > 0), область значений – это отрезок [y_вершины, +∞), а для параболы, ветви которой направлены вниз (a < 0) – это отрезок (-∞, y_вершины].

Основные характеристики функций

Функция y = ax² y = ax² + n y = a(x - m)²
Область определения R R R
Область значений Если a > 0: [0, +∞); Если a < 0: (-∞, 0] Если a > 0: [n, +∞); Если a < 0: (-∞, n] Если a > 0: [0, +∞); Если a < 0: (-∞, 0]
Вершина (0, 0) (0, n) (m, 0)
Ось симметрии x = 0 x = 0 x = m
Направление ветвей Если a > 0 – вверх; Если a < 0 – вниз Если a > 0 – вверх; Если a < 0 – вниз Если a > 0 – вверх; Если a < 0 – вниз

Эта таблица суммирует основные свойства различных видов квадратичных функций, что позволяет быстро сравнивать и анализировать их графики.

Разбор задач

Задача 1: Постройте график функции y = 2x² - 4x + 1 и определите координаты вершины.

  1. Выделим полный квадрат: y = 2(x² - 2x) + 1 = 2(x² - 2x + 1 - 1) + 1 = 2((x - 1)² - 1) + 1 = 2(x - 1)² - 2 + 1 = 2(x - 1)² - 1.
  2. Определим вершину: Из канонического вида y = 2(x - 1)² - 1 следует, что вершина находится в точке (1, -1).
  3. Определим направление ветвей: Коэффициент при (x - 1)² равен 2, что больше нуля, поэтому ветви параболы направлены вверх.
  4. Построим график: Начнём с параболы y = 2x², затем сдвинем её на 1 единицу вправо и на 1 единицу вниз, чтобы получить график y = 2(x - 1)² - 1.

Ответ: Вершина параболы находится в точке (1, -1).

Задача 2: Найдите значение функции y = -x² + 6x - 5 при x = 2.

  1. Подставим значение x: y = -(2)² + 6(2) - 5 = -4 + 12 - 5 = 3.

Ответ: Значение функции при x = 2 равно 3.

Задача 3: Определите область значений функции y = 3(x + 1)² - 2.

  1. Определим направление ветвей: Коэффициент при (x + 1)² равен 3, что больше нуля, поэтому ветви параболы направлены вверх.
  2. Определим вершину: Вершина параболы находится в точке (-1, -2).
  3. Определим область значений: Так как ветви параболы направлены вверх, область значений функции – это отрезок [-2, +∞).

Ответ: Область значений функции – это [-2, +∞).

Типичные ошибки

Неправильное выделение полного квадрата: Эта ошибка возникает, когда забывают правильно найти коэффициент перед скобкой или делают арифметические ошибки при преобразованиях. Чтобы избежать её, внимательно следите за знаками и проверьте свои вычисления.

Ошибочное определение знака параметра 'a': Путаница в определении знака 'a' приводит к неправильному определению направления ветвей параболы. Убедитесь, что вы правильно определили знак коэффициента перед x².

Неверная координата вершины параболы: Ошибки при интерпретации значений m и n в уравнениях y = a(x - m)² + n и y = ax² + n приводят к неверному определению координат вершины. Помните, что вершина находится в точке (m, n) или (-b/2a, f(-b/2a)).

Забывание о том, что область значений зависит от знака параметра 'a' и координаты вершины: Не учитывая направление ветвей параболы, можно ошибочно определить область значений. Всегда помните, что для параболы, ветви которой направлены вверх, область значений начинается с y-координаты вершины, а для параболы, ветви которой направлены вниз, заканчивается ею.

Связь с другими темами

Уравнение прямой и ее графическое представление: Функции вида y = ax² часто используются для моделирования различных физических процессов, которые можно сопоставить с прямой линией в определённых условиях. Например, траектория тела, брошенного под углом к горизонту.

Решение квадратных уравнений и использование дискриминанта: Нахождение точек пересечения параболы и прямой требует решения квадратных уравнений. Дискриминант позволяет определить количество и характер этих точек пересечения.

Что запомнить

  • График функции y = ax² – парабола с вершиной в начале координат.
  • График функции y = ax² + n – парабола, полученная сдвигом графика y = ax² на n единиц вверх (если n > 0) или вниз (если n < 0).
  • График функции y = a(x – m)² – парабола, полученная сдвигом графика y = ax² на m единиц вправо (если m > 0) или влево (если m < 0).
  • Парабола симметрична относительно оси, проходящей через ее вершину.
  • Коэффициент 'a' определяет направление ветвей параболы и ее растяжение/сжатие по оси Y.
  • Уравнение параболы можно привести к каноническому виду, выделив полный квадрат.
  • Вершина параболы – минимальная (если a > 0) или максимальная (если a < 0) точка функции.

Частые вопросы по теме

Что означает параметр 'a' в уравнении y = ax²?

Параметр 'a' определяет направление ветвей параболы и степень её растяжения или сжатия. Если 'a' больше нуля, ветви параболы направлены вверх, а если 'a' меньше нуля, ветви направлены вниз. Чем больше абсолютное значение 'a', тем уже парабола (она более вытянута по оси Y).

Как найти вершину параболы?

Вершина параболы — это её самая нижняя (если a > 0) или самая верхняя (если a < 0) точка. Для функции вида y = ax² вершина находится в точке (0, 0). Для функции вида y = ax² + n вершина находится в точке (0, n), а для функции вида y = a(x - m)² вершина находится в точке (m, 0). В общем случае, для y = ax² + bx + c вершина имеет координаты (-b/2a, f(-b/2a)).

Как сдвинуть график функции y = ax², чтобы получить график y = ax² + n?

Чтобы получить график функции y = ax² + n из графика функции y = ax², нужно сдвинуть график вдоль оси Y на n единиц вверх, если n > 0, или вниз, если n < 0. При этом форма параболы остаётся неизменной, меняется только её положение.

В чем разница между функциями y = ax² и y = a(x - m)²?

Функция y = ax² имеет вершину в начале координат (0, 0), а функция y = a(x - m)² имеет вершину в точке (m, 0). Таким образом, функция y = a(x - m)² представляет собой сдвиг графика y = ax² на m единиц вправо, если m > 0, или влево, если m < 0.

Как определить область значений функции, заданной в виде y = ax² + bx + c?

Область значений зависит от знака коэффициента 'a' перед x². Если 'a' > 0, то область значений – это [y_вершины, +∞), а если 'a' < 0 – это (-∞, y_вершины], где y_вершины - значение функции в вершине параболы.

Спросить по теме параграфа

5. Функции у = ах2, у = ах2 + n и у = а(х - m)2

Учебник

Оглавление →
Предмет
Алгебра
Класс
9 класс
Учебник
"Алгебра", Макарычев Ю.Н., Миндюк Н.Г., Нешков К.И., Феоктистов И.Е.