【2次関数の決定】3点の座標や平行移動から解く

2次関数の決定には主に3種類の式の形を使う。
1.一般形:\(y=ax^2+bx+c\)
2.頂点形:\(y=a(x-p)^2+q\)
3.因数分解形:\(y=a(x-r)(x-s)\)
3点の座標がわかっている場合\(x^2\)の係数\(a\)と2点がわかっている場合一般形から求めるのが基本となる。

\(a\)がわかるケースとして、例えば平行移動がある。
平行移動とは、簡単に言うとグラフの形(開き具合)が変わらず、位置だけが動くこと
2次関数でいう「形」を決めるのは\(x^2\)の係数\(a\)なので、平行移動では\(a\)が一定のまま。
つまり、一般形・頂点形・因数分解形のいずれでも、\(a\)が変わらないのが特徴。

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3点の座標がわかっている場合

2次関数を決定するのに、3点の座標がわかっている場合、一般形を使って求める。
一般形\(y=ax^2+bx+c\)の係数\((a,b,c)\)を求めるために、各点を式に代入し、連立3元1次方程式を作る。
\(c\)の係数が揃っているので①-②、①-③で\(c\)を消去して、連立2元1次方程式を作る。
\(b\)の係数が揃っているので④-⑤で\(b\)を消去する。
④に\(a=2\)を代入して、\(b\)を求める。
①に\(a=2,b=-12\)を代入して、\(c\)を求める。
\(a=2,b=-12,c=2\)を\(y=ax^2+bx+c\)に代入する。 \[y=2x^2-12x+2\] これが答え。

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aと2点がわかっている場合

2次関数を決定するのに、\(x^2\)の係数\(a\)と2点がわかっている場合、一般形を使って求める。
平行移動では\(a\)が一定のままなので、\(y=2x^2\)から\(a=2\)ということが分かる。
\(a=2\)を代入した一般形\(y=2x^2+bx+c\)の定数\(b,c\)を求めるために、各点を式に代入し、連立2元1次方程式を作る。
\(c\)の係数が揃っているので①-②で\(c\)を消去する。
①に\(b=-4\)を代入する。
\(b=-4,c=-1\)を\(y=2x^2+bx+c\)に代入する。 \[y=2x^2-4x-1\] これが答え。

例題

例題を解きながら、2次関数の決定のやり方を確認する。

例題1

3点の座標がわかっているので、一般形を使って求める。
一般形\(y=ax^2+bx+c\)の係数\((a,b,c)\)を求めるために、各点を式に代入し、連立3元1次方程式を作る。
\(c\)の係数が揃っているので②-①、②-③で\(c\)を消去して、連立2元1次方程式を作る。
\(b\)の係数が揃っているので④+⑤で\(b\)を消去する。
④に\(a=2\)を代入して、\(b\)を求める。
①に\(a=2,b=-3\)を代入して、\(c\)を求める。
\(a=2,b=-3,c=3\)を\(y=ax^2+bx+c\)に代入する。 \[y=2x^2-3x+3\] これが答え。

例題2

\(x^2\)の係数\(a\)と2点がわかっているので、一般形を使って求める。
\(x\)を\(x+1\)、\(y\)を\(y-2\)に置き換えて平行移動後の方程式を導出する。
☆放物線の移動
点\((a,b)\)を\(x\)軸方向に\(p\)、\(y\)軸方向に\(q\)だけ移動した点の座標が\((a+p,b+q)\)になるからといって、曲線の移動で移動後の方程式にそのまま置き換えて\(y+q=a(x+p)^2+b(x+p)+c\)とはならない。平行移動する前の方程式を置き換えて式に表すので\(y-q=a(x-p)^2+b(x-p)+c\)という感じにマイナスになる。
この放物線が2点\((-2,4),(1,-5)\)を通るので、各点を式に代入し、連立2元1次方程式を作る。
\(c\)の係数が揃っているので①-②で\(c\)を消去する。
①に\(b=-2\)を代入して、\(c\)を求める。
\(b=-2,c=1\)を\(y=-x^2+bx+c\)に代入する。 \[y=-x^2-2x+1\] これが答え。

定義を知る

2次関数の決定
与えられた条件をもとに2次関数の具体的な式を求めること
1.一般形
\(y=ax^2+bx+c\)
係数\((a,b,c)\)を使って2次関数を表す最も汎用的な形
2.頂点形
\(y=a(x-p)^2+q\)
頂点の位置が明確で、グラフの形状を把握しやすい形
3.因数分解形
\(y=a(x-r)(x-s)\)
根(\(x\)軸との交点)がわかりやすい形
連立3元1次方程式
3つの変数を持つ3つの1次方程式
平行移動
グラフの形(開き具合)が変わらず、位置だけが動くこと

まとめ

2次関数の決定には
1.一般形:\(y=ax^2+bx+c\)
2.頂点形:\(y=a(x-p)^2+q\)
3.因数分解形:\(y=a(x-r)(x-s)\)
の3種類が主に使われる。
そのうち、3点の座標がわかっている場合\(x^2\)の係数\(a\)と2点がわかっている場合に、一般形から求めるのが基本と覚えておきたい。
グラフの平行移動では、\(a\)が一定のままということも押さえておきたい。

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