Kvadratická funkcia a nerovnice
Kvadratická funkcia obsahuje druhú mocninu premennej a jej grafom je parabola. Keď poznáme vrchol paraboly a jej priesečníky s osami, vieme z grafu vyčítať všetky vlastnosti funkcie — a rovnako ľahko vyriešiť aj kvadratickú nerovnicu.
Čo je kvadratická funkcia
Kvadratická funkcia je každá funkcia s predpisom y = ax2 + bx + c, kde a, b, c sú reálne čísla a a ≠ 0. Definičný obor je D(f) = R — za x môžeme dosadiť ľubovoľné reálne číslo. Grafom kvadratickej funkcie je krivka, ktorá sa volá parabola.
Podmienka a ≠ 0 je dôležitá: pri a = 0 by zostalo y = bx + c, a to je lineárna funkcia, ktorej grafom je priamka. Téma nadväzuje na kvadratické rovnice — pomocou nich hľadáme priesečníky paraboly s osou x.
Ako koeficient a ovplyvňuje tvar paraboly
- a > 0 — parabola je otvorená nahor, vrchol je jej najnižší bod.
- a < 0 — parabola je otvorená nadol, vrchol je jej najvyšší bod.
- Čím je |a| väčšie, tým je parabola „užšia" (strmšia). Pre |a| > 1 je užšia a pre 0 < |a| < 1 širšia ako graf y = x2.
Graf funkcie y = −x2 je graf y = x2 preklopený podľa osi x.
- y = x2
- y = 2x2
- y = ½x2
- y = −x2
Vrcholový tvar a posunutie grafu
Každú kvadratickú funkciu vieme zapísať vo vrcholovom tvare:
Graf takejto funkcie vznikne z grafu y = ax2 posunutím o |m| v smere osi x (doprava, ak m > 0, doľava, ak m < 0) a o |n| v smere osi y (nahor, ak n > 0, nadol, ak n < 0). Vrchol paraboly je bod V[m; n] a parabola je súmerná podľa priamky x = m — to je jej os súmernosti (os paraboly).
- y = x2
- y = (x − 2)2 − 1
- os súmernosti x = 2
Pozor na znamienko v zátvorke: y = (x + 3)2 = (x − (−3))2, teda m = −3 a parabola je posunutá doľava.
Doplnenie na štvorec
Zo všeobecného tvaru y = ax2 + bx + c dostaneme vrcholový tvar doplnením na štvorec. Využijeme vzorec (x + p)2 = x2 + 2px + p2, z ktorého vyplýva x2 + 2px = (x + p)2 − p2. Napríklad:
Ak a ≠ 1, najprv vyberieme a pred zátvorku z členov s x (pozri príklad 1). Súradnice vrcholu sa dajú vypočítať aj priamo:
Súradnicu n dostaneme dosadením m do predpisu funkcie. Platí aj n = c − b2/(4a) = −D/(4a), kde D = b2 − 4ac je diskriminant.
Priesečníky paraboly s osami
- S osou y: dosadíme x = 0 a dostaneme y = c. Priesečník je Py[0; c].
- S osou x: hľadáme x, pre ktoré y = 0, teda riešime kvadratickú rovnicu ax2 + bx + c = 0 (postup a vzorec pre korene nájdeš v téme Kvadratické rovnice). O počte priesečníkov rozhoduje diskriminant D = b2 − 4ac:
- D > 0 — dva priesečníky [x1; 0] a [x2; 0], parabola os x pretína;
- D = 0 — jeden priesečník: parabola sa osi x dotýka svojím vrcholom [m; 0];
- D < 0 — žiadny priesečník: parabola leží celá nad osou x (ak a > 0), alebo celá pod ňou (ak a < 0).
Korene ležia súmerne podľa osi paraboly, preto je m aritmetickým priemerom koreňov: m = (x1 + x2) / 2.
Vlastnosti kvadratickej funkcie
Z vrcholu V[m; n] a zo znamienka koeficientu a vyčítame všetky základné vlastnosti:
| Vlastnosť | a > 0 (otvorená nahor) | a < 0 (otvorená nadol) |
|---|---|---|
| Obor hodnôt | H(f) = ⟨n; ∞) | H(f) = (−∞; n⟩ |
| Klesajúca na | (−∞; m⟩ | ⟨m; ∞) |
| Rastúca na | ⟨m; ∞) | (−∞; m⟩ |
| Extrém | minimum n v bode x = m, maximum nemá | maximum n v bode x = m, minimum nemá |
| Ohraničenosť | zdola ohraničená, zhora nie | zhora ohraničená, zdola nie |
Kvadratická funkcia je párna práve vtedy, keď b = 0 — vtedy je m = 0 a osou paraboly je os y. Pre b ≠ 0 nie je párna ani nepárna.
Kvadratické nerovnice
Kvadratická nerovnica je nerovnica, ktorú vieme upraviť na tvar ax2 + bx + c > 0 (alebo ≥ 0, < 0, ≤ 0), kde a ≠ 0. Najprehľadnejšie ju vyriešime graficky pomocou paraboly y = ax2 + bx + c:
- Nájdi korene rovnice ax2 + bx + c = 0 — priesečníky paraboly s osou x.
- Načrtni parabolu: podľa znamienka a je otvorená nahor alebo nadol a os x pretína v nájdených koreňoch.
- Vyčítaj z grafu: nerovnici > 0 vyhovujú tie x, pre ktoré leží parabola nad osou x, nerovnici < 0 tie x, pre ktoré leží pod osou x.
- Riešenie zapíš pomocou intervalov. Pri ostrých nerovnostiach (<, >) korene do riešenia nepatria — okrúhla zátvorka ( ). Pri neostrých (≤, ≥) korene patria do riešenia — lomená zátvorka ⟨ ⟩.
Prehľad všetkých prípadov pre a > 0 (x1 < x2 sú korene, x0 je dvojnásobný koreň):
| ax2 + bx + c > 0 | ≥ 0 | < 0 | ≤ 0 | |
|---|---|---|---|---|
| D > 0 | (−∞; x1) ∪ (x2; ∞) | (−∞; x1⟩ ∪ ⟨x2; ∞) | (x1; x2) | ⟨x1; x2⟩ |
| D = 0 | R − {x0} | R | ∅ | {x0} |
| D < 0 | R | R | ∅ | ∅ |
Ak je a < 0, vynásob nerovnicu číslom −1. Znak nerovnosti sa pri tom otočí, napríklad −x2 + x + 6 > 0 ⇔ x2 − x − 6 < 0. Potom použi tabuľku.
Riešené príklady
- Z členov s x vyberieme a = 2 pred zátvorku: y = 2(x² − 4x) + 6
- Doplníme na štvorec: x² − 4x = (x − 2)² − 4
- Dosadíme a upravíme: y = 2[(x − 2)² − 4] + 6 = 2(x − 2)² − 8 + 6 = 2(x − 2)² − 2
- Vrchol V[2; −2], os súmernosti x = 2. Kontrola vzorcom: m = −(−8) / (2·2) = 2, n = f(2) = 8 − 16 + 6 = −2
- a = 2 > 0, parabola je otvorená nahor (a užšia ako y = x²): minimum −2 v bode x = 2, H(f) = ⟨−2; ∞), klesajúca na (−∞; 2⟩, rastúca na ⟨2; ∞)
- Priesečníky: s osou y [0; 6]; s osou x riešime 2(x − 2)² − 2 = 0 ⇒ (x − 2)² = 1 ⇒ x − 2 = ±1, teda [1; 0] a [3; 0]
- Parabola je otvorená nadol, preto a < 0
- Vrchol je V[1; 4], os súmernosti x = 1
- Priesečníky s osou x: [−1; 0] a [3; 0], s osou y: [0; 3]
- Najvyšším bodom je vrchol: maximum 4 v bode x = 1, minimum nemá, H(f) = (−∞; 4⟩
- Monotónnosť: rastúca na (−∞; 1⟩, klesajúca na ⟨1; ∞)
- Predpis: z vrcholu y = a(x − 1)² + 4. Bod [0; 3] leží na grafe: 3 = a·(0 − 1)² + 4 ⇒ a = −1, teda y = −(x − 1)² + 4 = −x² + 2x + 3. Kontrola: f(−1) = −1 − 2 + 3 = 0 a f(3) = −9 + 6 + 3 = 0.
a) x2 − x − 6 < 0
- Korene rovnice x² − x − 6 = 0: D = (−1)² − 4·1·(−6) = 1 + 24 = 25, x₁,₂ = (1 ± 5) / 2, teda x₁ = −2, x₂ = 3
- a = 1 > 0, parabola je otvorená nahor a os x pretína v bodoch −2 a 3.
- Hľadáme x, pre ktoré je f(x) < 0, teda kde leží parabola pod osou x — to je medzi koreňmi.
- Nerovnosť je ostrá, korene do riešenia nepatria: K = (−2; 3)
b) x2 + 2x + 5 ≤ 0
- D = 2² − 4·1·5 = 4 − 20 = −16 < 0, parabola os x nepretína.
- a = 1 > 0, parabola leží celá nad osou x, teda x² + 2x + 5 > 0 pre každé x. Potvrdí to aj doplnenie na štvorec: x² + 2x + 5 = (x + 1)² + 4 ≥ 4
- Nerovnici nevyhovuje žiadne x: K = ∅. Opačná nerovnica x² + 2x + 5 > 0 by naopak platila pre každé x: K = R
🧠 Zapamätaj si
- Vrcholový tvar y = a(x − m)² + n, vrchol V[m; n], pričom m = −b/(2a) a n = f(m). Os súmernosti je priamka x = m.
- a > 0 → parabola nahor, minimum n, H(f) = ⟨n; ∞). a < 0 → parabola nadol, maximum n, H(f) = (−∞; n⟩.
- Priesečník s osou y je [0; c], priesečníky s osou x sú korene rovnice ax² + bx + c = 0 (rozhoduje D).
- Nerovnicu rieš cez graf: > 0 = parabola nad osou x, < 0 = pod osou x. Pri ≤, ≥ korene do K patria ⟨ ⟩, pri <, > nepatria ( ).
Vyskúšaj si to — graf a nerovnica
Zadaj koeficienty a zvoľ znak nerovnice. Výsledky aj graf sa prepočítajú hneď. Vrchol paraboly V môžeš v grafe ťahať myšou alebo prstom — alebo ho označ klávesom Tab a posúvaj šípkami.
y = a·x² + b·x + c
Alebo posuvníkmi — vrcholový tvar y = a(x − m)² + n
Posuvníky menia a, m, n; koeficienty b, c sa dopočítajú.
- parabola
- vrchol V (dá sa ťahať)
- os súmernosti
- priesečník s osou y
- riešenie nerovnice
- koreň patrí do K
- koreň nepatrí do K