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二次関数の基本md 32337d7
lecture/math/algebra/quadratic-function-basics.lecture.n.md
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二次関数の基本
mathalgebrahighschoollecture
1導入
この講義で中心に置く発想は、二次関数を y=ax^2+bx+c の係数だけで見るのでなく、平方完成して頂点と軸を読むことである。
二次関数の問題は、最大値・最小値、共有点、不等式など見かけが違っても、結局は放物線の位置と向きを見ている。この講義では、その見方を固める。
2用語と定義
二次関数 とは、y=ax^2+bx+c\ (a\ne 0) の形の関数である。
頂点 とは、放物線の向きが切り替わる点である。
3方針
まず平方完成で
y=a(x-p)^2+q
の形へ直する。すると頂点 (p,q) 、軸 x=p、開く向きがすぐ見える。そのうえで方程式や不等式をグラフの交点や上下関係として読む。
4直感的な説明
二次関数は「U 字か逆向きの U 字の曲線」である。したがって、真ん中にある頂点がどこか、どちら向きに開くかが分かれば、増減も最大最小もかなり決まる。
5厳密な説明
5.11. 平方完成
y=ax^2+bx+c
を平方完成すると
y=a\left(x+\frac{b}{2a}\right)^2-\frac{b^2-4ac}{4a}
である。したがって頂点は
\left(-\frac{b}{2a},-\frac{b^2-4ac}{4a}\right)
である。
5.22. 最大値と最小値
a>0 なら下に凸なので最小値を持ち、a<0 なら上に凸なので最大値を持つ。つまり、係数 a の符号で上下の向きが決まる。
5.33. 方程式・不等式とのつながり
ax^2+bx+c=0
は、放物線と x 軸の交点を問う式である。また
ax^2+bx+c>0
は、放物線が x 軸より上にある部分を問っている。
6別の見方
計算としては平方完成で頂点を出す分野である。図形としては、放物線の位置と軸を読んで問題を解く分野である。
7見分け方
- 最大最小が出たら、まず頂点を調べる。
- 不等式が出たら、グラフと x 軸の上下関係へ直する。
- 共有点が出たら、2 つの式を連立して交点として見る。
8最終形
\boxed{y=a(x-p)^2+q}
9一言でいうと
- 二次関数では、平方完成でグラフの骨格を先に見ることが基本である。