Formule

Formule

Funcția de gradul al II-lea (funcția de gradul 2) este funcția \(f:\mathbb{R}\to\mathbb{R}\), \(f(x)=ax^2+bx+c\), cu \(a\neq 0\). Graficul ei este o parabolă, iar studiul complet — vârful parabolei, forma canonică, monotonia și tabelul de variație, semnul funcției, imaginea — apare constant în subiectele de Bacalaureat și în clasa a IX-a. Ecuația atașată \(ax^2+bx+c=0\) este tratată separat la ecuația de gradul al II-lea.

Definiție

Funcția \(f:\mathbb{R}\to\mathbb{R}\), \(f(x)=ax^2+bx+c\), unde \(a,b,c\in\mathbb{R}\) și \(a\neq 0\), se numește funcție de gradul al II-lea cu coeficienții \(a,b,c\).

Ecuația atașată este \(ax^2+bx+c=0\), cu discriminantul \(\Delta=b^2-4ac\). Rădăcinile ei (când există) sunt zerourile funcției, adică punctele în care graficul taie axa \(Ox\).

Graficul funcției de gradul al II-lea: parabola

Graficul este o parabolă cu axa de simetrie verticală:

  • dacă \(a>0\), parabola „ține apă” (are ramurile în sus) și vârful este punct de minim;
  • dacă \(a<0\), parabola „nu ține apă” (are ramurile în jos) și vârful este punct de maxim.
x₁ x₂ V(−b/2a, −Δ/4a) C(0, c) O x y x = −b/2a a > 0, Δ > 0
Parabola pentru \(a>0\) și \(\Delta>0\): două intersecții cu \(Ox\), vârful \(V\) punct de minim, axa de simetrie \(x=-\dfrac{b}{2a}\).

Vârful parabolei și axa de simetrie

Vârful parabolei are coordonatele:

\[V\left(-\frac{b}{2a},\ -\frac{\Delta}{4a}\right),\qquad\text{adică } x_V=-\frac{b}{2a},\quad y_V=f(x_V)=-\frac{\Delta}{4a}\]

Axa de simetrie a parabolei este dreapta verticală \(x=-\dfrac{b}{2a}\). Punctele simetrice față de axă au aceeași valoare: \(f(x_V-t)=f(x_V+t)\) pentru orice \(t\). Dacă \(\Delta>0\), \(x_V\) este mijlocul segmentului dintre rădăcini: \(x_V=\dfrac{x_1+x_2}{2}\).

Forma canonică

Prin restrângerea pătratului, funcția se scrie:

\[f(x)=a\left(x+\frac{b}{2a}\right)^2-\frac{\Delta}{4a}=a\,(x-x_V)^2+y_V\]

Forma canonică arată imediat vârful, axa de simetrie și valoarea extremă. Când \(\Delta\ge 0\), există și forma factorizată \(f(x)=a(x-x_1)(x-x_2)\).

Intersecțiile graficului cu axele de coordonate

Cu axa \(Oy\): \(x=0\Rightarrow f(0)=c\), deci punctul \(C(0,c)\). Graficul taie întotdeauna axa \(Oy\), într-un singur punct.

Cu axa \(Ox\): se rezolvă \(f(x)=0\), adică \(ax^2+bx+c=0\):

  • \(\Delta>0\): două puncte \(A(x_1,0)\) și \(B(x_2,0)\), cu \(x_{1,2}=\dfrac{-b\pm\sqrt{\Delta}}{2a}\);
  • \(\Delta=0\): un singur punct \(A\left(-\dfrac{b}{2a},0\right)\) — parabola este tangentă la \(Ox\), vârful se află pe axă;
  • \(\Delta<0\): graficul nu intersectează axa \(Ox\); parabola este în întregime deasupra (\(a>0\)) sau dedesubtul (\(a<0\)) axei.

Etapele trasării graficului

  1. Se determină semnul lui \(a\) (orientarea ramurilor).
  2. Se calculează \(\Delta\) și intersecțiile cu \(Ox\) (dacă există) și cu \(Oy\): \(C(0,c)\).
  3. Se determină vârful \(V\left(-\dfrac{b}{2a},-\dfrac{\Delta}{4a}\right)\) și axa de simetrie.
  4. Se completează un tabel de valori cu 2–3 puncte suplimentare, simetrice față de axă.
  5. Se reprezintă punctele și se unesc printr-o curbă netedă (parabola).

Monotonia funcției și tabelul de variație

Funcția de gradul al II-lea schimbă monotonia exact în \(x_V=-\dfrac{b}{2a}\):

  • dacă \(a>0\): \(f\) este strict descrescătoare pe \(\left(-\infty,-\dfrac{b}{2a}\right]\) și strict crescătoare pe \(\left[-\dfrac{b}{2a},+\infty\right)\);
  • dacă \(a<0\): \(f\) este strict crescătoare pe \(\left(-\infty,-\dfrac{b}{2a}\right]\) și strict descrescătoare pe \(\left[-\dfrac{b}{2a},+\infty\right)\).

Tabelul de variație pentru \(a>0\):

\(x\)\(-\infty\)\(-\dfrac{b}{2a}\)\(+\infty\)
\(f(x)\)\(+\infty\)↘\(-\dfrac{\Delta}{4a}\) (min)↗\(+\infty\)

Tabelul de variație pentru \(a<0\):

\(x\)\(-\infty\)\(-\dfrac{b}{2a}\)\(+\infty\)
\(f(x)\)\(-\infty\)↗\(-\dfrac{\Delta}{4a}\) (max)↘\(-\infty\)

Valoarea extremă (minim / maxim)

  • dacă \(a>0\): \(f\) are un minim, \(f_{\min}=-\dfrac{\Delta}{4a}\), atins pentru \(x=-\dfrac{b}{2a}\);
  • dacă \(a<0\): \(f\) are un maxim, \(f_{\max}=-\dfrac{\Delta}{4a}\), atins pentru \(x=-\dfrac{b}{2a}\).

Valoarea extremă se poate obține și direct, calculând \(f\left(-\dfrac{b}{2a}\right)\).

Imaginea funcției

\[\operatorname{Im} f=\left[-\frac{\Delta}{4a},+\infty\right)\ \text{dacă } a>0,\qquad \operatorname{Im} f=\left(-\infty,-\frac{\Delta}{4a}\right]\ \text{dacă } a<0\]

Funcția de gradul al II-lea nu este injectivă pe \(\mathbb{R}\) (două puncte simetrice față de axă au aceeași imagine) și nu este surjectivă pe \(\mathbb{R}\); devine bijectivă dacă se restrânge la \(\left[-\dfrac{b}{2a},+\infty\right)\to\operatorname{Im} f\).

Semnul funcției de gradul al II-lea

Semnul lui \(f(x)\) depinde de \(\Delta\) și de semnul lui \(a\):

  • \(\Delta>0\): între rădăcini \(f\) are semn contrar lui \(a\), în afara rădăcinilor are semnul lui \(a\), iar \(f(x_1)=f(x_2)=0\);
  • \(\Delta=0\): \(f\) are peste tot semnul lui \(a\), cu excepția lui \(x_1=-\dfrac{b}{2a}\), unde \(f(x_1)=0\);
  • \(\Delta<0\): \(f\) are peste tot semnul lui \(a\) (nu se anulează niciodată).

Tabelul de semn pentru \(\Delta>0\) (\(x_1<x_2\)):

\(x\)\(-\infty\)\(x_1\)\(x_2\)\(+\infty\)
\(f(x)\)semnul lui \(a\)\(0\)semn contrar lui \(a\)\(0\)semnul lui \(a\)

Consecințe utile: \(f(x)>0\) pentru orice \(x\in\mathbb{R}\) \(\Leftrightarrow a>0\) și \(\Delta<0\); \(f(x)\ge 0\) pentru orice \(x\) \(\Leftrightarrow a>0\) și \(\Delta\le 0\); analog pentru \(f(x)<0\) cu \(a<0\). Semnul funcției este instrumentul de bază pentru inecuațiile de gradul al II-lea.

Poziția unei drepte față de parabolă

Fie parabola \(y=ax^2+bx+c\) și dreapta \(d:\ y=mx+n\) (vezi și funcția de gradul I). Abscisele punctelor comune sunt soluțiile ecuației \(ax^2+bx+c=mx+n\), adică

\[ax^2+(b-m)x+(c-n)=0,\qquad \Delta_d=(b-m)^2-4a(c-n)\]

  • \(\Delta_d>0\): dreapta este secantă (taie parabola în două puncte);
  • \(\Delta_d=0\): dreapta este tangentă parabolei (un singur punct comun);
  • \(\Delta_d<0\): dreapta este exterioară (nu intersectează parabola).

Caz particular: dreapta orizontală \(y=k\) este tangentă parabolei exact când \(k=-\dfrac{\Delta}{4a}\) (trece prin vârf).

Întrebări frecvente

Cum aflu rapid vârful parabolei?
Calculezi \(x_V=-\dfrac{b}{2a}\), apoi \(y_V=f(x_V)\) (sau \(y_V=-\dfrac{\Delta}{4a}\)). Pentru \(f(x)=x^2-6x+5\): \(x_V=3\), \(y_V=9-18+5=-4\), deci \(V(3,-4)\).

Ce înseamnă „tabel de variație” și cum îl completez?
Este un tabel cu două linii: pe prima trec \(x\) cu \(-\infty\), \(-\dfrac{b}{2a}\), \(+\infty\); pe a doua trec săgeți care arată monotonia (↘ apoi ↗ dacă \(a>0\), ↗ apoi ↘ dacă \(a<0\)) și valoarea extremă \(-\dfrac{\Delta}{4a}\) sub \(x_V\).

Când este funcția de gradul 2 pozitivă pentru orice x real?
Când parabola este în întregime deasupra axei \(Ox\): \(a>0\) și \(\Delta<0\). Dacă cere \(f(x)\ge 0\), condiția devine \(a>0\) și \(\Delta\le 0\). Exersează cu grile din subiecte oficiale pe evaluare.matepenet.ro și la Evaluare Națională.

Exemple

Exemple rezolvate

Exemplul 1 — Trasarea graficului funcției \(f(x)=x^2-4x+3\), pas cu pas

Pasul 1. Orientarea. \(a=1>0\), parabola are ramurile în sus, vârful este punct de minim.

Pasul 2. Intersecția cu \(Ox\). \(x^2-4x+3=0\), \(\Delta=16-12=4\), \(x_{1,2}=\dfrac{4\pm 2}{2}\Rightarrow x_1=1,\ x_2=3\). Punctele \(A(1,0)\) și \(B(3,0)\).

Pasul 3. Intersecția cu \(Oy\). \(f(0)=3\Rightarrow C(0,3)\).

Pasul 4. Vârful. \(x_V=-\dfrac{b}{2a}=\dfrac{4}{2}=2\), \(y_V=-\dfrac{\Delta}{4a}=-\dfrac{4}{4}=-1\) (verificare: \(f(2)=4-8+3=-1\)). Deci \(V(2,-1)\), axa de simetrie \(x=2\).

Pasul 5. Tabel de valori (folosim simetria față de \(x=2\)):

\(x\)\(0\)\(1\)\(2\)\(3\)\(4\)
\(f(x)\)\(3\)\(0\)\(-1\)\(0\)\(3\)

Pasul 6. Reprezentăm punctele \(C(0,3)\), \(A(1,0)\), \(V(2,-1)\), \(B(3,0)\), \(D(4,3)\) și le unim printr-o parabolă. Forma canonică: \(f(x)=(x-2)^2-1\); imaginea: \(\operatorname{Im} f=[-1,+\infty)\).

Exemplul 2 — Determinarea minimului

Determinați valoarea minimă a funcției \(f:\mathbb{R}\to\mathbb{R}\), \(f(x)=2x^2-8x+5\) și punctul în care se atinge.

Rezolvare. \(a=2>0\), deci funcția are minim. \(x_V=-\dfrac{b}{2a}=\dfrac{8}{4}=2\).

\[f_{\min}=f(2)=2\cdot 4-16+5=-3\]

Verificare cu formula: \(\Delta=64-40=24\), \(-\dfrac{\Delta}{4a}=-\dfrac{24}{8}=-3\). Minimul este \(-3\), atins pentru \(x=2\); \(\operatorname{Im} f=[-3,+\infty)\).

Exemplul 3 — Determinarea parametrului \(m\) pentru care \(f(x)>0\) pentru orice \(x\)

Determinați \(m\in\mathbb{R}\) pentru care \(f(x)=x^2+2mx+m+2>0\), pentru orice \(x\in\mathbb{R}\).

Rezolvare. Condiția \(f(x)>0,\ \forall x\in\mathbb{R}\) este echivalentă cu \(a>0\) și \(\Delta<0\). Avem \(a=1>0\), iar

\[\Delta=4m^2-4(m+2)=4(m^2-m-2)=4(m-2)(m+1)\]

\(\Delta<0\Leftrightarrow (m-2)(m+1)<0\Leftrightarrow m\in(-1,2)\). Deci \(f(x)>0\) pentru orice \(x\) real dacă și numai dacă \(m\in(-1,2)\).

Exemplul 4 — Intersecția parabolei cu o dreaptă

Determinați punctele de intersecție ale graficului funcției \(f(x)=x^2-4x+3\) cu dreapta \(d:\ y=x-1\).

Rezolvare. Egalăm ordonatele: \(x^2-4x+3=x-1\Leftrightarrow x^2-5x+4=0\). \(\Delta_d=25-16=9>0\), deci dreapta este secantă.

\[x_{1,2}=\frac{5\pm 3}{2}\Rightarrow x_1=1,\ x_2=4\]

Ordonatele: \(y_1=1-1=0\), \(y_2=4-1=3\). Punctele de intersecție sunt \(M(1,0)\) și \(N(4,3)\). Observație: dreapta orizontală \(y=-1\) este tangentă parabolei, deoarece trece prin vârful \(V(2,-1)\) (\(x^2-4x+3=-1\Leftrightarrow (x-2)^2=0\)).

Exerciții

Exerciții propuse

  1. Determinați vârful, axa de simetrie și imaginea funcției \(f(x)=-x^2+6x-5\).
  2. Scrieți forma canonică a funcției \(f(x)=2x^2-4x+5\).
  3. Studiați monotonia funcției \(f(x)=x^2-2x-3\) și precizați valoarea minimă.
  4. Determinați intersecțiile graficului funcției \(f(x)=x^2-x-6\) cu axele de coordonate și semnul funcției.
  5. Determinați \(m\in\mathbb{R}\) pentru care \(f(x)=x^2-2x+m\ge 0\), pentru orice \(x\in\mathbb{R}\).
  6. Determinați coordonatele punctelor de intersecție ale parabolei \(y=x^2-3x+2\) cu dreapta \(y=2x-4\).
Răspunsuri
  1. \(x_V=3\), \(y_V=f(3)=4\), deci \(V(3,4)\); axa \(x=3\); \(a<0\Rightarrow\operatorname{Im} f=(-\infty,4]\).
  2. \(f(x)=2(x-1)^2+3\); vârful \(V(1,3)\).
  3. \(x_V=1\): strict descrescătoare pe \((-\infty,1]\), strict crescătoare pe \([1,+\infty)\); \(f_{\min}=f(1)=-4\).
  4. \(Ox\): \(x^2-x-6=0\Rightarrow x\in\{-2,3\}\), punctele \((-2,0)\) și \((3,0)\); \(Oy\): \((0,-6)\). Semn: \(f(x)<0\) pe \((-2,3)\), \(f(x)>0\) pe \((-\infty,-2)\cup(3,+\infty)\).
  5. \(a=1>0\), \(\Delta=4-4m\le 0\Leftrightarrow m\ge 1\).
  6. \(x^2-3x+2=2x-4\Leftrightarrow x^2-5x+6=0\Rightarrow x\in\{2,3\}\); punctele \((2,0)\) și \((3,2)\).

Vezi și ecuația de gradul al II-lea, inecuațiile și formulele de calcul prescurtat; teste grilă pe evaluare.matepenet.ro.

Actualizat la
Testează-te la acest capitol Grile din subiecte oficiale de Evaluare Națională, cu scor și explicații →
Publicitate