11.15 Wzory viete’a
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (3 pkt)
Funkcja kwadratowa \(f\) ma dwa miejsca zerowe. Nie obliczając tych miejsc zerowych, ustal ich znaki.
a) \(f(x) = x^2 - 7x + 10\)
b) \(f(x) = x^2 + (\sqrt{7} - \sqrt{10})x - \sqrt{70}\)
a) \(f(x) = x^2 - 7x + 10\)
b) \(f(x) = x^2 + (\sqrt{7} - \sqrt{10})x - \sqrt{70}\)
a) Oba miejsca zerowe są dodatnie (\(x_1 > 0\) oraz \(x_2 > 0\)).
b) Miejsca zerowe mają przeciwne znaki (jedno jest dodatnie, a drugie ujemne).
b) Miejsca zerowe mają przeciwne znaki (jedno jest dodatnie, a drugie ujemne).
Wskazówki:
- Aby zbadać znaki miejsc zerowych bez ich wyliczania, wykorzystaj wzory Viète'a: $$x_1 \cdot x_2 = \dfrac{c}{a}, \qquad x_1 + x_2 = -\dfrac{b}{a}$$
- Najpierw zbadaj znak iloczynu \(x_1 \cdot x_2\):
- Jeśli \(x_1 \cdot x_2 < 0\), to miejsca zerowe mają przeciwne znaki (jedno jest dodatnie, a drugie ujemne).
- Jeśli \(x_1 \cdot x_2 > 0\), to oba miejsca zerowe mają ten sam znak (oba są dodatnie lub oba ujemne).
- Gdy iloczyn jest dodatni, o znaku obu miejsc zerowych decyduje znak ich sumy \(x_1 + x_2\):
- Gdy \(x_1 + x_2 > 0\), oba miejsca zerowe są dodatnie.
- Gdy \(x_1 + x_2 < 0\), oba miejsca zerowe są ujemne.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Podpunkt a) Ustalenie znaków miejsc zerowych funkcji \(f(x) = x^2 - 7x + 10\):
Wypisujemy współczynniki trójmianu kwadratowego: $$a = 1, \quad b = -7, \quad c = 10$$ Zgodnie z treścią zadania funkcja ma dwa miejsca zerowe. Stosujemy wzory Viète'a:
1. Badamy znak iloczynu miejsc zerowych: $$\begin{aligned} x_1 \cdot x_2 &= \dfrac{c}{a} \\[8pt] &= \dfrac{10}{1} = 10 > 0 \end{aligned}$$ Ponieważ \(x_1 \cdot x_2 > 0\), miejsca zerowe mają ten sam znak (oba są dodatnie lub oba ujemne).
2. Badamy znak sumy miejsc zerowych: $$\begin{aligned} x_1 + x_2 &= -\dfrac{b}{a} \\[8pt] &= -\dfrac{-7}{1} = 7 > 0 \end{aligned}$$ Suma dwóch liczb o tym samym znaku jest dodatnia, co jednoznacznie wskazuje, że: $$x_1 \cdot x_2 > 0 \quad \text{oraz} \quad x_1 + x_2 > 0 \implies x_1 > 0 \quad \text{i} \quad x_2 > 0$$ Oba miejsca zerowe funkcji są liczbami dodatnimi. -
Podpunkt b) Ustalenie znaków miejsc zerowych funkcji \(f(x) = x^2 + (\sqrt{7} - \sqrt{10})x - \sqrt{70}\):
Wypisujemy współczynniki trójmianu kwadratowego: $$a = 1, \quad b = \sqrt{7} - \sqrt{10}, \quad c = -\sqrt{70}$$ Zgodnie z informacją w zadaniu funkcja posiada dwa miejsca zerowe. Badamy znak iloczynu miejsc zerowych za pomocą wzoru Viète'a: $$\begin{aligned} x_1 \cdot x_2 &= \dfrac{c}{a} \\[8pt] &= \dfrac{-\sqrt{70}}{1} = -\sqrt{70} \end{aligned}$$ Ponieważ \(\sqrt{70} > 0\), otrzymujemy: $$x_1 \cdot x_2 = -\sqrt{70} < 0$$ Iloczyn dwóch liczb rzeczywistych jest ujemny wtedy i tylko wtedy, gdy czynniki mają różne znaki. Zatem jedno z miejsc zerowych jest liczbą dodatnią, a drugie liczbą ujemną (mają przeciwne znaki).
Odpowiedź:
a) Oba miejsca zerowe są dodatnie (\(x_1 > 0, x_2 > 0\)).
b) Miejsca zerowe mają przeciwne znaki (jedno miejsce zerowe jest dodatnie, a drugie ujemne).
a) Oba miejsca zerowe są dodatnie (\(x_1 > 0, x_2 > 0\)).
b) Miejsca zerowe mają przeciwne znaki (jedno miejsce zerowe jest dodatnie, a drugie ujemne).
Zadanie 2 (2 pkt)
Sprawdź, że funkcja \(y = x^2 + 3x - 4\) ma dwa miejsca zerowe. Następnie bez obliczania tych miejsc zerowych oblicz:
a) kwadrat ich sumy
b) sumę ich kwadratów.
a) kwadrat ich sumy
b) sumę ich kwadratów.
a) \(9\)
b) \(17\)
b) \(17\)
Wskazówki:
- Funkcja kwadratowa ma dwa różne miejsca zerowe wtedy i tylko wtedy, gdy wyróżnik trójmianu kwadratowego jest dodatni (\(\Delta > 0\)).
- Wzory Viète'a pozwalają obliczyć wyłącznie sumę \((x_1 + x_2)\) oraz iloczyn \((x_1 x_2)\): $$ x_1 + x_2 = -\dfrac{b}{a}, \quad x_1 x_2 = \dfrac{c}{a} $$
- Zwróć uwagę na różnicę pojęciową: kwadrat sumy to \((x_1 + x_2)^2\), natomiast suma kwadratów to \(x_1^2 + x_2^2\).
- Ponieważ wzory Viète'a nie dają gotowego wzoru na \(x_1^2 + x_2^2\), musimy wyrazić to wyrażenie za pomocą sumy i iloczynu. Wykorzystujemy wzór skróconego mnożenia: $$ (x_1 + x_2)^2 = x_1^2 + 2x_1 x_2 + x_2^2 $$ Odejmując obustronnie podwojony iloczyn \(2x_1 x_2\), otrzymujemy: $$ x_1^2 + x_2^2 = (x_1 + x_2)^2 - 2x_1 x_2 $$
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Sprawdzenie istnienia dwóch miejsc zerowych i wyznaczenie wzorów Viète'a:
Wypisujemy współczynniki funkcji kwadratowej \(y = ax^2 + bx + c\): $$ a = 1, \quad b = 3, \quad c = -4 $$ Obliczamy wyróżnik trójmianu kwadratowego \(\Delta\): $$ \begin{aligned} \Delta &= b^2 - 4ac \\[8pt] &= 3^2 - 4 \cdot 1 \cdot (-4) \\[8pt] &= 9 + 16 \\[8pt] &= 25 \end{aligned} $$ Ponieważ \(\Delta = 25 > 0\), funkcja posiada dwa różne rzeczywiste miejsca zerowe \(x_1\) oraz \(x_2\).
Wyznaczamy sumę oraz iloczyn tych miejsc zerowych, korzystając ze wzorów Viète'a: $$ \begin{aligned} x_1 + x_2 &= -\dfrac{b}{a} = -\dfrac{3}{1} = -3 \\[8pt] x_1 x_2 &= \dfrac{c}{a} = \dfrac{-4}{1} = -4 \end{aligned} $$ -
Podpunkt a) Obliczenie kwadratu sumy miejsc zerowych:
Kwadrat sumy dwóch wielkości \(x_1\) oraz \(x_2\) zapisujemy w postaci: $$ (x_1 + x_2)^2 $$ Podstawiamy wartość sumy obliczoną ze wzoru Viète'a (\(x_1 + x_2 = -3\)): $$ \begin{aligned} (x_1 + x_2)^2 &= (-3)^2 \\[8pt] &= 9 \end{aligned} $$ -
Podpunkt b) Obliczenie sumy kwadratów miejsc zerowych:
Szukaną wartością jest suma kwadratów, czyli wyrażenie: $$ x_1^2 + x_2^2 $$
Sposób I – Wyprowadzenie tożsamości ze wzorów Viète'a i wzoru skróconego mnożenia:
Dlaczego przekształcamy to wyrażenie?
Wzory Viète'a dają nam wyłącznie wartość sumy \((x_1 + x_2)\) oraz iloczynu \((x_1 x_2)\). Nie ma wzoru Viète'a bezpośrednio na \(x_1^2 + x_2^2\). Naszym celem jest więc zapisanie sumy kwadratów wyłącznie przy użyciu tych dwóch znanych "cegiełek": \((x_1 + x_2)\) oraz \((x_1 x_2)\).
Wyprowadzenie krok po kroku:- Rozpisujemy wzór skróconego mnożenia na kwadrat sumy: $$ (x_1 + x_2)^2 = x_1^2 + 2x_1 x_2 + x_2^2 $$
- Zauważamy, że po prawej stronie pojawia się poszukiwana przez nas suma kwadratów \(x_1^2 + x_2^2\), ale towarzyszy jej dodatkowy składnik \(+ 2x_1 x_2\): $$ (x_1 + x_2)^2 = \underbrace{x_1^2 + x_2^2}_{\text{szukana suma}} + \underbrace{2x_1 x_2}_{\text{podwojony iloczyn}} $$
- Aby wyizolować samo \(x_1^2 + x_2^2\), odejmujemy obustronnie \(2x_1 x_2\) (przenosimy go na drugą stronę równości ze zmianą znaku): $$ x_1^2 + x_2^2 = (x_1 + x_2)^2 - 2x_1 x_2 $$
Sposób II – Wykorzystanie tożsamości miejsc zerowych:
Z definicji miejsca zerowego liczby \(x_1\) oraz \(x_2\) spełniają równanie kwadratowe \(x^2 + 3x - 4 = 0\): $$ x_1^2 + 3x_1 - 4 = 0 \implies x_1^2 = 4 - 3x_1 $$ $$ x_2^2 + 3x_2 - 4 = 0 \implies x_2^2 = 4 - 3x_2 $$ Dodajemy powyższe równości stronami: $$ \begin{aligned} x_1^2 + x_2^2 &= (4 - 3x_1) + (4 - 3x_2) \\[8pt] &= 8 - 3(x_1 + x_2) \end{aligned} $$ Wstawiamy sumę ze wzoru Viète'a (\(x_1 + x_2 = -3\)): $$ \begin{aligned} x_1^2 + x_2^2 &= 8 - 3 \cdot (-3) \\[8pt] &= 8 + 9 \\[8pt] &= 17 \end{aligned} $$
Odpowiedź:
a) Kwadrat sumy miejsc zerowych wynosi \(9\).
b) Suma kwadratów miejsc zerowych wynosi \(17\).
a) Kwadrat sumy miejsc zerowych wynosi \(9\).
b) Suma kwadratów miejsc zerowych wynosi \(17\).
Zadanie 3 (4 pkt)
Sprawdź, że funkcja \(y = \sqrt{3}x^2 - \sqrt{2}x - \sqrt{3}\) ma dwa miejsca zerowe. Następnie bez obliczania tych miejsc zerowych oblicz:
a) sumę ich odwrotności
b) sumę kwadratów ich odwrotności.
a) sumę ich odwrotności
b) sumę kwadratów ich odwrotności.
a) \(-\dfrac{\sqrt{6}}{3}\)
b) \(\dfrac{8}{3} = 2\dfrac{2}{3}\)
b) \(\dfrac{8}{3} = 2\dfrac{2}{3}\)
Wskazówki:
- Liczba miejsc zerowych funkcji kwadratowej zależy od znaku wyróżnika trójmianu (\(\Delta\)). Funkcja kwadratowa ma dwa różne miejsca zerowe wtedy i tylko wtedy, gdy \(a \ne 0\) oraz \(\Delta > 0\).
- Alternatywnie: jeśli iloczyn współczynników \(a \cdot c < 0\), to trójmian zawsze ma dwa miejsca zerowe o przeciwnych znakach, ponieważ \(\Delta = b^2 - 4ac \ge -4ac > 0\).
- Aby obliczyć wartości wyrażeń bez wyznaczania miejsc zerowych, przekształć je do postaci zawierającej wyłącznie sumę \(x_1 + x_2\) oraz iloczyn \(x_1 \cdot x_2\), a następnie zastosuj wzory Viète'a: \(x_1 + x_2 = -\dfrac{b}{a}\) oraz \(x_1 \cdot x_2 = \dfrac{c}{a}\).
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Sprawdzenie istnienia dwóch miejsc zerowych i wyznaczenie wzorów Viète'a:
Wypisujemy współczynniki funkcji kwadratowej \(y = \sqrt{3}x^2 - \sqrt{2}x - \sqrt{3}\): $$a = \sqrt{3}, \quad b = -\sqrt{2}, \quad c = -\sqrt{3}$$ Sprawdzenie liczby miejsc zerowych możemy przeprowadzić na dwa sposoby:
Sposób I – Obliczenie wyróżnika trójmianu kwadratowego (\(\Delta\)):
Stosujemy wzór \(\Delta = b^2 - 4ac\): $$\begin{aligned} \Delta &= (-\sqrt{2})^2 - 4 \cdot \sqrt{3} \cdot (-\sqrt{3}) \\[8pt] &= 2 - 4 \cdot (-3) \\[8pt] &= 2 + 12 = 14 \end{aligned}$$ Ponieważ \(a = \sqrt{3} \ne 0\) oraz \(\Delta = 14 > 0\), funkcja kwadratowa ma dokładnie dwa różne miejsca zerowe, które oznaczamy jako \(x_1\) oraz \(x_2\).
Sposób II – Analiza iloczynu współczynników \(a\) i \(c\):
Zauważmy, że iloczyn współczynników wynosi: $$a \cdot c = \sqrt{3} \cdot (-\sqrt{3}) = -3 < 0$$ Ponieważ \(b^2 \ge 0\) dla każdej liczby rzeczywistej, a wyrażenie \(-4ac > 0\), wyróżnik \(\Delta = b^2 - 4ac\) musi być ściśle dodatni (\(\Delta > 0\)), co gwarantuje istnienie dwóch różnych miejsc zerowych o przeciwnych znakach.
Wyznaczenie sumy i iloczynu pierwiastków ze wzorów Viète'a:
Obliczamy sumę miejsc zerowych: $$\begin{aligned} x_1 + x_2 &= -\dfrac{b}{a} = -\dfrac{-\sqrt{2}}{\sqrt{3}} \\[8pt] &= \dfrac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}} = \dfrac{\sqrt{2} \cdot \sqrt{3}}{3} = \dfrac{\sqrt{6}}{3} \end{aligned}$$ Obliczamy iloczyn miejsc zerowych: $$\begin{aligned} x_1 \cdot x_2 &= \dfrac{c}{a} = \dfrac{-\sqrt{3}}{\sqrt{3}} = -1 \end{aligned}$$ Zauważmy, że iloczyn \(x_1 \cdot x_2 = -1 \ne 0\), co oznacza, że żadne z miejsc zerowych nie jest równe zero (\(x_1 \ne 0\) i \(x_2 \ne 0\)), zatem odwrotności \(\dfrac{1}{x_1}\) oraz \(\dfrac{1}{x_2}\) są poprawnie określone. -
Podpunkt a) Obliczamy sumę odwrotności miejsc zerowych:
Wyjściowe wyrażenie to: $$\dfrac{1}{x_1} + \dfrac{1}{x_2}$$ Obliczenia możemy wykonać na dwa sposoby:
Sposób I – Sprowadzenie do wspólnego mianownika:
Sprowadzamy ułamki do wspólnego mianownika \(x_1 \cdot x_2\): $$\dfrac{1}{x_1} + \dfrac{1}{x_2} = \dfrac{x_2 + x_1}{x_1 \cdot x_2} = \dfrac{x_1 + x_2}{x_1 \cdot x_2}$$ Podstawiamy obliczone wcześniej wartości wzorów Viète'a: $$\begin{aligned} \dfrac{1}{x_1} + \dfrac{1}{x_2} &= \dfrac{\dfrac{\sqrt{6}}{3}}{-1} \\[8pt] &= -\dfrac{\sqrt{6}}{3} \end{aligned}$$
Sposób II – Wykorzystanie bezpośredniego ilorazu wzorów Viète'a:
Zapisujemy iloraz sumy i iloczynu za pomocą współczynników funkcji kwadratowej: $$\dfrac{x_1 + x_2}{x_1 \cdot x_2} = \dfrac{-\dfrac{b}{a}}{\dfrac{c}{a}} = -\dfrac{b}{c}$$ Podstawiamy współczynniki \(b = -\sqrt{2}\) oraz \(c = -\sqrt{3}\): $$\begin{aligned} -\dfrac{b}{c} &= -\dfrac{-\sqrt{2}}{-\sqrt{3}} = -\dfrac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}} \\[8pt] &= -\dfrac{\sqrt{2} \cdot \sqrt{3}}{3} = -\dfrac{\sqrt{6}}{3} \end{aligned}$$ -
Podpunkt b) Obliczamy sumę kwadratów odwrotności miejsc zerowych:
Wyjściowe wyrażenie to: $$\left(\dfrac{1}{x_1}\right)^2 + \left(\dfrac{1}{x_2}\right)^2 = \dfrac{1}{x_1^2} + \dfrac{1}{x_2^2}$$ Wartość tego wyrażenia możemy wyznaczyć dwoma sposobami:
Sposób I – Wykorzystanie wyniku z podpunktu a) i wzoru skróconego mnożenia:
Zauważmy, że kwadrat sumy odwrotności wynosi: $$\left(\dfrac{1}{x_1} + \dfrac{1}{x_2}\right)^2 = \dfrac{1}{x_1^2} + 2 \cdot \dfrac{1}{x_1} \cdot \dfrac{1}{x_2} + \dfrac{1}{x_2^2} = \left(\dfrac{1}{x_1^2} + \dfrac{1}{x_2^2}\right) + \dfrac{2}{x_1 \cdot x_2}$$ Przekształcamy tożsamość, aby wyznaczyć szukaną sumę kwadratów: $$\dfrac{1}{x_1^2} + \dfrac{1}{x_2^2} = \left(\dfrac{1}{x_1} + \dfrac{1}{x_2}\right)^2 - \dfrac{2}{x_1 \cdot x_2}$$ Podstawiamy obliczoną w podpunkcie a) wartość sumy odwrotności \(\dfrac{1}{x_1} + \dfrac{1}{x_2} = -\dfrac{\sqrt{6}}{3}\) oraz iloczyn \(x_1 \cdot x_2 = -1\): $$\begin{aligned} \dfrac{1}{x_1^2} + \dfrac{1}{x_2^2} &= \left(-\dfrac{\sqrt{6}}{3}\right)^2 - \dfrac{2}{-1} \\[8pt] &= \dfrac{6}{9} - (-2) \\[8pt] &= \dfrac{2}{3} + 2 = \dfrac{8}{3} = 2\dfrac{2}{3} \end{aligned}$$
Sposób II – Sprowadzenie do wspólnego mianownika i uzupełnienie do kwadratu sumy:
Sprowadzamy ułamki do wspólnego mianownika: $$\dfrac{1}{x_1^2} + \dfrac{1}{x_2^2} = \dfrac{x_2^2 + x_1^2}{x_1^2 \cdot x_2^2} = \dfrac{x_1^2 + x_2^2}{(x_1 \cdot x_2)^2}$$ Wyrażamy sumę kwadratów w liczniku za pomocą tożsamości \(x_1^2 + x_2^2 = (x_1 + x_2)^2 - 2x_1 x_2\): $$\dfrac{1}{x_1^2} + \dfrac{1}{x_2^2} = \dfrac{(x_1 + x_2)^2 - 2x_1 x_2}{(x_1 \cdot x_2)^2}$$ Wstawiamy wartości ze wzorów Viète'a: $$\begin{aligned} \dfrac{1}{x_1^2} + \dfrac{1}{x_2^2} &= \dfrac{\left(\dfrac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}}\right)^2 - 2 \cdot (-1)}{(-1)^2} \\[8pt] &= \dfrac{\dfrac{2}{3} + 2}{1} \\[8pt] &= \dfrac{2}{3} + \dfrac{6}{3} = \dfrac{8}{3} = 2\dfrac{2}{3} \end{aligned}$$
Odpowiedź:
a) \(-\dfrac{\sqrt{6}}{3}\)
b) \(\dfrac{8}{3} = 2\dfrac{2}{3}\)
a) \(-\dfrac{\sqrt{6}}{3}\)
b) \(\dfrac{8}{3} = 2\dfrac{2}{3}\)
Zadanie 4 (4 pkt)
Funkcja kwadratowa \(f\) ma dwa miejsca zerowe, których suma wynosi \(-4\), a iloczyn jest równy \(3\). Wiedząc, że do wykresu funkcji \(f\) należy punkt \(A(1, 8)\), wyznacz wzór tej funkcji w postaci ogólnej.
\(f(x) = x^2 + 4x + 3\)
Wskazówki:
- Sumę i iloczyn miejsc zerowych funkcji kwadratowej \(f(x) = ax^2 + bx + c\) można powiązać bezpośrednio ze współczynnikami za pomocą wzorów Viète'a: \(x_1 + x_2 = -\dfrac{b}{a}\) oraz \(x_1 \cdot x_2 = \dfrac{c}{a}\).
- Alternatywnie można wyznaczyć konkretne wartości miejsc zerowych \(x_1\) i \(x_2\), rozwiązać prosty układ równań i zapisać funkcję w postaci iloczynowej: \(f(x) = a(x - x_1)(x - x_2)\).
- Współczynnik kierunkowy \(a\) wyznaczamy, wykorzystując fakt, że punkt \(A(1, 8)\) należy do wykresu funkcji, czyli spełnia warunek \(f(1) = 8\).
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Sposób I – Wykorzystanie wzorów Viète'a i postaci ogólnej:
Niech funkcja kwadratowa w postaci ogólnej ma postać: $$f(x) = ax^2 + bx + c, \quad \text{gdzie } a \ne 0$$ Ze wzorów Viète'a dla sumy i iloczynu pierwiastków otrzymujemy: $$\begin{aligned} x_1 + x_2 &= -\dfrac{b}{a} = -4 \\[8pt] x_1 \cdot x_2 &= \dfrac{c}{a} = 3 \end{aligned}$$ Mnożymy oba równania obustronnie przez \(a\), uzależniając współczynniki \(b\) oraz \(c\) od współczynnika \(a\): $$\begin{aligned} b &= 4a \\[8pt] c &= 3a \end{aligned}$$ Podstawiamy wyznaczone wielkości do wzoru ogólnego funkcji: $$\begin{aligned} f(x) &= ax^2 + 4ax + 3a \\[8pt] &= a(x^2 + 4x + 3) \end{aligned}$$ Do wykresu funkcji należy punkt \(A(1, 8)\), co oznacza, że \(f(1) = 8\). Podstawiamy współrzędne punktu: $$\begin{aligned} 8 &= a \cdot (1^2 + 4 \cdot 1 + 3) \\[8pt] 8 &= a \cdot (1 + 4 + 3) \\[8pt] 8 &= 8a \\[8pt] a &= 1 \end{aligned}$$ Wyznaczamy pozostałe współczynniki trójmianu: $$\begin{aligned} b &= 4 \cdot 1 = 4 \\[8pt] c &= 3 \cdot 1 = 3 \end{aligned}$$ Sprawdzamy warunek istnienia dwóch miejsc zerowych (\(\Delta > 0\)): $$\begin{aligned} \Delta &= b^2 - 4ac \\[8pt] &= 4^2 - 4 \cdot 1 \cdot 3 \\[8pt] &= 16 - 12 = 4 > 0 \end{aligned}$$ Warunek jest spełniony. Ostateczny wzór funkcji w postaci ogólnej to: $$f(x) = x^2 + 4x + 3$$ -
Sposób II – Wyznaczenie miejsc zerowych i postaci iloczynowej:
Zapisujemy układ równań dla miejsc zerowych \(x_1\) oraz \(x_2\): $$\begin{cases} x_1 + x_2 = -4 \\ x_1 \cdot x_2 = 3 \end{cases}$$ Wyznaczamy \(x_2\) z pierwszego równania i wstawiamy do drugiego: $$\begin{aligned} x_2 &= -4 - x_1 \\[8pt] x_1(-4 - x_1) &= 3 \\[8pt] -x_1^2 - 4x_1 - 3 &= 0 \\[8pt] x_1^2 + 4x_1 + 3 &= 0 \end{aligned}$$ Rozkładamy trójmian na czynniki: $$\begin{aligned} (x_1 + 1)(x_1 + 3) &= 0 \\[8pt] x_1 = -1 \quad &\lor \quad x_1 = -3 \end{aligned}$$ Miejscami zerowymi funkcji są zatem liczby \(-3\) oraz \(-1\). Zapisujemy postać iloczynową funkcji: $$f(x) = a(x - x_1)(x - x_2) = a(x + 3)(x + 1)$$ Wykorzystujemy przynależność punktu \(A(1, 8)\) do wykresu (\(f(1) = 8\)): $$\begin{aligned} 8 &= a(1 + 3)(1 + 1) \\[8pt] 8 &= a \cdot 4 \cdot 2 \\[8pt] 8 &= 8a \\[8pt] a &= 1 \end{aligned}$$ Wstawiamy \(a = 1\) i przekształcamy postać iloczynową do postaci ogólnej: $$\begin{aligned} f(x) &= 1 \cdot (x + 3)(x + 1) \\[8pt] &= x^2 + x + 3x + 3 \\[8pt] &= x^2 + 4x + 3 \end{aligned}$$ -
Interpretacja geometryczna rozwiązania i szkic wykresu:
Wykres funkcji to parabola o ramionach skierowanych w górę (\(a = 1 > 0\)), przecinająca oś \(OX\) w punktach \((-3, 0)\) oraz \((-1, 0)\). Współrzędne wierzchołka paraboli \(W(p, q)\) wynoszą: $$\begin{aligned} p &= \dfrac{x_1 + x_2}{2} = \dfrac{-4}{2} = -2 \\[8pt] q &= f(-2) = (-2)^2 + 4(-2) + 3 = 4 - 8 + 3 = -1 \end{aligned}$$ Parabola przecina oś \(OY\) w punkcie \((0, c) = (0, 3)\) oraz przechodzi przez zadany punkt \(A(1, 8)\).
Odpowiedź:
\(f(x) = x^2 + 4x + 3\)
\(f(x) = x^2 + 4x + 3\)
Zadanie 5 (5 pkt)
Funkcja kwadratowa \(f\) ma dwa miejsca zerowe \(x_1, x_2\) takie, że \(x_1 \cdot x_2 = 5\).
Wiedząc, że dla argumentu \(3\) funkcja \(f\) przyjmuje największą wartość, równą \(8\), wyznacz wzór funkcji \(f\) w postaci iloczynowej.
Wiedząc, że dla argumentu \(3\) funkcja \(f\) przyjmuje największą wartość, równą \(8\), wyznacz wzór funkcji \(f\) w postaci iloczynowej.
\(f(x) = -2(x - 1)(x - 5)\)
Wskazówki:
- Największa wartość funkcji kwadratowej jest przyjmowana w wierzchołku paraboli \(W = (p, q)\), co oznacza, że ramiona paraboli są skierowane w dół (\(a < 0\)).
- Oś symetrii paraboli przechodzi przez wierzchołek i jest symetralną odcinka łączącego miejsca zerowe: \(p = \dfrac{x_1 + x_2}{2}\).
- Wyznacz sumę miejsc zerowych, a następnie ułóż układ równań z danym iloczynem \(x_1 \cdot x_2 = 5\), aby wyznaczyć wartości \(x_1\) oraz \(x_2\).
- Współczynnik kierunkowy \(a\) wyznacz za pomocą postaci kanonicznej \(f(x) = a(x - p)^2 + q\) lub wzorów Viète'a.
- Zapisz ostateczny wzór w postaci iloczynowej: \(f(x) = a(x - x_1)(x - x_2)\).
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Rysunek pomocniczy i analiza własności wierzchołka paraboli:
Z treści zadania funkcja kwadratowa \(f\) dla argumentu \(x = 3\) przyjmuje największą wartość równą \(8\). Oznacza to, że:- Wierzchołek paraboli ma współrzędne \(W = (p, q) = (3, 8)\).
- Współczynnik kierunkowy jest ujemny (\(a < 0\)), więc ramiona paraboli są skierowane w dół.
- Prosta o równaniu \(x = 3\) jest osią symetrii paraboli.
-
Sposób I – Wyznaczenie miejsc zerowych i współczynnika \(a\) z postaci kanonicznej:
Znamy sumę oraz iloczyn miejsc zerowych funkcji: $$\begin{cases} x_1 + x_2 = 6 \\ x_1 \cdot x_2 = 5 \end{cases}$$ Z pierwszego równania wyznaczamy \(x_2 = 6 - x_1\) i wstawiamy do drugiego równania: $$\begin{aligned} x_1 \cdot (6 - x_1) &= 5 \\[8pt] 6x_1 - x_1^2 &= 5 \\[8pt] x_1^2 - 6x_1 + 5 &= 0 \end{aligned}$$ Rozwiązujemy powstałe równanie kwadratowe: $$\begin{aligned} \Delta &= (-6)^2 - 4 \cdot 1 \cdot 5 = 36 - 20 = 16 \\[8pt] \sqrt{\Delta} &= 4 \\[8pt] x_1 &= \dfrac{6 - 4}{2} = 1 \implies x_2 = 6 - 1 = 5 \end{aligned}$$ Miejscami zerowymi funkcji są liczby \(1\) oraz \(5\).
Znając współrzędne wierzchołka \(W(3, 8)\), zapisujemy postać kanoniczną funkcji \(f\): $$f(x) = a(x - p)^2 + q = a(x - 3)^2 + 8$$ Ponieważ liczba \(1\) jest miejscem zerowym funkcji, zachodzi warunek \(f(1) = 0\): $$\begin{aligned} a(1 - 3)^2 + 8 &= 0 \\[8pt] a \cdot (-2)^2 + 8 &= 0 \\[8pt] 4a + 8 &= 0 \\[8pt] 4a &= -8 \\[8pt] a &= -2 \end{aligned}$$ Współczynnik \(a = -2\) spełnia warunek \(a < 0\) (parabola ma ramiona skierowane w dół, więc funkcja rzeczywiście osiąga maksimum).
Zapisujemy wzór funkcji w postaci iloczynowej \(f(x) = a(x - x_1)(x - x_2)\): $$f(x) = -2(x - 1)(x - 5)$$ -
Sposób II – Wykorzystanie wzorów Viète'a i postaci ogólnej:
Niech funkcja \(f\) będzie określona wzorem w postaci ogólnej: $$f(x) = ax^2 + bx + c, \quad \text{gdzie } a \neq 0$$ Z wzorów Viète'a oraz pierwszej współrzędnej wierzchołka \(p = 3\) otrzymujemy: $$\begin{aligned} x_1 + x_2 &= -\dfrac{b}{a} = 2p = 6 \implies b = -6a \\[8pt] x_1 \cdot x_2 &= \dfrac{c}{a} = 5 \implies c = 5a \end{aligned}$$ Wartość największa wynosi \(8\) i jest przyjmowana dla argumentu \(x = 3\), czyli \(f(3) = 8\): $$\begin{aligned} f(3) &= a \cdot 3^2 + b \cdot 3 + c \\[8pt] 8 &= 9a + 3 \cdot (-6a) + 5a \\[8pt] 8 &= 9a - 18a + 5a \\[8pt] 8 &= -4a \\[8pt] a &= -2 \end{aligned}$$ Wyznaczamy współczynniki \(b\) oraz \(c\): $$\begin{aligned} b &= -6 \cdot (-2) = 12 \\[8pt] c &= 5 \cdot (-2) = -10 \end{aligned}$$ Wzór funkcji w postaci ogólnej to: $$f(x) = -2x^2 + 12x - 10$$ Wyznaczamy miejsca zerowe z postaci ogólnej: $$\begin{aligned} \Delta &= b^2 - 4ac = 12^2 - 4 \cdot (-2) \cdot (-10) = 144 - 80 = 64 \\[8pt] \sqrt{\Delta} &= 8 \\[8pt] x_1 &= \dfrac{-b + \sqrt{\Delta}}{2a} = \dfrac{-12 + 8}{2 \cdot (-2)} = \dfrac{-4}{-4} = 1 \\[8pt] x_2 &= \dfrac{-b - \sqrt{\Delta}}{2a} = \dfrac{-12 - 8}{2 \cdot (-2)} = \dfrac{-20}{-4} = 5 \end{aligned}$$ Przechodzimy do postaci iloczynowej: $$f(x) = -2(x - 1)(x - 5)$$ -
Rysunek wynikowy i interpretacja geometryczna:
Wykres funkcji \(f(x) = -2(x - 1)(x - 5)\) to parabola o wierzchołku \(W(3, 8)\), osi symetrii \(x = 3\) i miejscach zerowych \(x_1 = 1\), \(x_2 = 5\).
Odpowiedź:
Wzór funkcji \(f\) w postaci iloczynowej to \(f(x) = -2(x - 1)(x - 5)\).
Wzór funkcji \(f\) w postaci iloczynowej to \(f(x) = -2(x - 1)(x - 5)\).
Grupa B
Zadanie 1 (3 pkt)
Funkcja kwadratowa $f$ ma dwa miejsca zerowe. Nie obliczając tych miejsc zerowych, ustal ich znaki.
a) $f(x) = x^2 - 5x - 6$
b) $f(x) = x^2 - (\sqrt{5}-2)x - 2\sqrt{5}$
a) Miejsca zerowe funkcji kwadratowej mają przeciwne znaki
b) Miejsca zerowe funkcji kwadratowej mają przeciwne znaki
Zadanie 2 (2 pkt)
Sprawdź, że funkcja $y=2x^2-5x+3$ ma dwa miejsca zerowe. Następnie bez obliczania tych miejsc zerowych oblicz:
a) kwadrat ich sumy
b) sumę ich kwadratów.
a) Kwadrat sumy miejsc zerowych wynosi $\frac{25}{4}$.
b) Suma kwadratów miejsc zerowych wynosi $\frac{13}{4}$.
Zadanie 3 (4 pkt)
Sprawdź, że funkcja $y = x^2 - 3x + 1$ ma dwa miejsca zerowe. Następnie bez obliczania tych miejsc zerowych oblicz:
a) sumę ich odwrotności
b) sumę kwadratów ich odwrotności.
a) Suma odwrotności miejsc zerowych funkcji wynosi $3$.
b) Suma kwadratów odwrotności miejsc zerowych funkcji wynosi $7$.
Zadanie 4 (4 pkt)
Funkcja kwadratowa $f$ ma dwa miejsca zerowe, których suma wynosi $1$, a iloczyn jest równy $-6$. Wiedząc, że do wykresu funkcji $f$ należy punkt $A(1, -12)$, wyznacz wzór tej funkcji w postaci ogólnej.
Wzór funkcji w postaci ogólnej to $f(x) = 2x^2 - 2x - 12$.
Zadanie 5 (5 pkt)
Funkcja kwadratowa $f$ ma dwa miejsca zerowe $x_1, x_2$ takie, że $x_1 \cdot x_2 = -5$.
Wiedząc, że dla argumentu $2$ funkcja $f$ przyjmuje największą wartość, równą $4\frac{1}{2}$, wyznacz wzór funkcji $f$ w postaci iloczynowej.
Wzór funkcji w postaci iloczynowej to $f(x) = -\frac{1}{2}(x+1)(x-5)$.
