Перейти до основного вмісту
Каталог

Розташування коренів квадратного тричлена

~25 хв · 9 розділів · 8 тестових запитань

Рівняння, нерівності й системи
Математика НМТ

Частина кар’єрної траєкторії НМТ 2027: 3 обов’язкові + географія.

За допомогою систем умов на дискримінант, вершину параболи та знак a·f(m) визначаєш розташування коренів квадратного тричлена відносно заданого числа чи проміжку. Окремо — знаки коренів за теоремою Вієта.

Три інструменти: дискримінант, вершина, знак a · f(m)

Нехай маємо квадратний тричлен f(x) = ax² + bx + c, де a ≠ 0. Позначимо його корені x₁ і x₂, причому x₁ ≤ x₂. Залежно від того, де розташований графік — парабола — відносно осі Ox, ми можемо сказати, чи лежить задане число m між коренями, чи обидва корені більші за m, чи менші. Для цього використовують три ключові величини.

Дискримінант D = b² − 4ac

Дискримінант визначає, чи має тричлен дійсні корені: D > 0 — два різні корені; D = 0 — один корінь (два однакові); D < 0 — дійсних коренів немає. Якщо ми щось вимагаємо від коренів, найперше слід переконатися, що вони взагалі існують: D ≥ 0. Коли ж задача вимагає двох різних коренів, умова стає строгою: D > 0.

Абсциса вершини x₀ = −b/(2a)

Вершина параболи лежить рівно посередині між коренями. Тобто x₀ = (x₁ + x₂)/2. Ця властивість дає змогу прив'язати розташування обох коренів до числа m: якщо обидва корені більші за m, то й вершина обов'язково більша за m: x₀ > m. Якщо обидва корені менші — то x₀ < m. А от коли m лежить між коренями, вершина може опинитися по будь-який бік від m — інформації про вершину тут недостатньо.

Знак добутку a · f(m)

Найпотужніший інструмент — значення тричлена в точці m, помножене на старший коефіцієнт a. Він працює однаково для будь-якого напряму віток параболи.

Розгляньмо три можливі випадки:

  • a · f(m) < 0 ⇒ число m лежить строго між коренями тричлена. При цьому D > 0 автоматично, адже корені існують і різні.

  • a · f(m) > 0 ⇒ число m розташоване поза відрізком [x₁; x₂] або коренів немає. Для того щоб з'ясувати, чи обидва корені по один бік від m, потрібні додаткові умови — D і вершина.

  • a · f(m) = 0 ⇒ m збігається з одним із коренів: m = x₁ або m = x₂.

Чому множать саме на a? Уявімо, що a < 0 — вітки параболи спрямовані вниз. Тоді знак f(m) протилежний до того, який він був би при додатному a. Множення на a «випрямляє» картину: незалежно від напряму віток умова a · f(m) < 0 завжди означає, що число m між коренями.

Проілюструємо це ескізами.

Рендеринг діаграми…

Як бачимо, в обох випадках a · f(m) < 0 відповідає тому самому геометричному факту — число між коренями. Саме тому множення на a — універсальний прийом.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Обидва корені по один бік від числа

Найчастіше в задачах з параметром треба з'ясувати, за яких значень параметра обидва корені квадратного тричлена більші (або менші) за задане число m. Для цього потрібна система з трьох умов.

Загальні схеми

Умова

Система нерівностей

Геометричний зміст

Обидва корені більші за m

D ≥ 0, x₀ > m, a · f(m) > 0

Вершина праворуч від m, f(m) одного знака з a

Обидва корені менші за m

D ≥ 0, x₀ < m, a · f(m) > 0

Вершина ліворуч від m, f(m) одного знака з a

Обидва різні корені > m

D > 0, x₀ > m, a · f(m) > 0

Те саме, але корені не збігаються

Якщо корені мають бути різними, замість D ≥ 0 пишемо D > 0. Це важливий нюанс: коли говорять «два корені», мають на увазі саме два різні корені.

Розгорнутий приклад

Розглянемо рівняння x² − 2ax + a + 6 = 0. Знайдемо, за яких a обидва його корені більші за 1.

Крок 1. Дискримінант.

Обчислимо чверть дискримінанта: D/4 = a² − (a + 6) = a² − a − 6. Маємо a² − a − 6 = (a − 3)(a + 2).

Умова D ≥ 0 дає (a − 3)(a + 2) ≥ 0, звідки a ≤ −2 або a ≥ 3.

Крок 2. Вершина.

Абсциса вершини x₀ = −(−2a)/(2·1) = a. Для того щоб обидва корені були більші за 1, вершина має бути праворуч від 1: a > 1.

Крок 3. Знак a · f(m).

Тут старший коефіцієнт дорівнює 1 (додатний), тому 1 · f(1) = f(1). Обчислюємо: f(1) = 1 − 2a + a + 6 = 7 − a. Умова 1 · f(1) > 0 дає 7 − a > 0, тобто a < 7.

Об'єднуємо всі три умови:

a ≤ −2 або a ≥ 3; a > 1; a < 7. Перетин цих проміжків — a ∈ [3; 7).

Чому потрібні всі три умови?

Перевірмо a = −3: D/4 = 9 + 3 − 6 = 6 ≥ 0, f(1) = 7 − (−3) = 10 > 0 — дві умови виконано. Але x₀ = −3 < 1! Справді, корені рівняння x = −3 ± √6 — обидва менші за 1. Отже, без умови на вершину ми отримали б хибний проміжок.

Окремий випадок: число m між коренями

Якщо потрібно, щоб число m лежало між коренями, достатньо однієї умови: a · f(m) < 0. Інші умови не потрібні, оскільки з a · f(m) < 0 автоматично випливає, що корені існують і різні (D > 0). Зокрема, «0 лежить між коренями» означає a · f(0) = a · c < 0 — тобто корені різних знаків. Цей окремий випадок ми детальніше розглянемо в розділі про теорему Вієта.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Корені на проміжку і явні корені

Коли потрібно, щоб обидва корені квадратного тричлена лежали в заданому інтервалі (m; n) або щоб проміжок [m; n] цілком містився між коренями, система умов розширюється. Розгляньмо обидві ситуації.

Обидва корені в інтервалі (m; n)

Для того щоб обидва корені належали відкритому інтервалу (m; n), потрібно виконати чотири умови:

  • D ≥ 0 — корені існують;

  • m < x₀ < n — вершина лежить усередині інтервалу;

  • a · f(m) > 0 — обидва корені більші за m;

  • a · f(n) > 0 — обидва корені менші за n.

Дві останні умови гарантують, що обидва корені не виходять за межі інтервалу. Якщо корені мають бути різними, замість D ≥ 0 пишемо D > 0.

Відрізок [m; n] між коренями

Якщо ж треба, щоб увесь проміжок [m; n] (чи інтервал (m; n)) лежав між коренями, умови простіші:

  • a · f(m) < 0 — m лежить між коренями;

  • a · f(n) < 0 — n лежить між коренями.

Обидві умови разом гарантують, що весь відрізок [m; n] міститься між коренями. Дискримінант тут автоматично додатний, як і в разі з однією точкою.

Рівно один корінь в інтервалі (m; n)

Якщо f(m) · f(n) < 0, то рівно один корінь рівняння f(x) = 0 лежить в інтервалі (m; n). Це випливає з неперервності квадратичної функції: на кінцях проміжку значення мають різні знаки, тому всередині є корінь, а другий корінь лежить поза відрізком [m; n]. Обернене твердження неправильне: рівно один корінь в (m; n) буває і тоді, коли f(m) · f(n) > 0. Так стається, якщо D = 0 і подвійний корінь x₀ = −b/(2a) лежить в (m; n): наприклад, f(x) = (x − 1)² на (0; 2) дає f(0) · f(2) = 1. Тому окремо перевір випадок D = 0, а також випадки, коли m або n є коренем.

Коли D — повний квадрат: явні корені

Іноді дискримінант (або його чверть) виявляється повним квадратом. Тоді корені виражаються явно через параметр, і систему умов можна записати безпосередньо на корені, минаючи громіздку систему з D, вершини та знака a · f(m).

Приклад 1. Рівняння x² − 2ax + a² − 1 = 0. Знайдемо D/4 = a² − (a² − 1) = 1. Отже, D/4 = 1 — повний квадрат. Корені: x = a ± 1, тобто x₁ = a − 1, x₂ = a + 1. Якщо потрібно, щоб обидва корені лежали в інтервалі (0; 4), записуємо:

a − 1 > 0 і a + 1 < 4 ⇒ a > 1 і a < 3 ⇒ 1 < a < 3.

Жодної системи з трьох-чотирьох умов — лише дві прості нерівності. Завжди починай розв'язання з перевірки, чи є дискримінант повним квадратом.

Приклад 2. Тричлен (x − 2)(x − a) має корені 2 та a. Тут умови на розташування записуються ще простіше: наприклад, «обидва корені більші за 1» означає 2 > 1 (виконано) і a > 1. Для «обидва корені в інтервалі (−3; 6)» маємо −3 < 2 < 6 (виконано) і −3 < a < 6.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Знаки коренів за теоремою Вієта

Теорема Вієта дає зручний спосіб визначити знаки коренів квадратного тричлена без обчислення самих коренів. Для зведеного тричлена x² + px + q = 0 сума коренів дорівнює −p, а добуток — q. Для загального вигляду ax² + bx + c = 0: x₁ + x₂ = −b/a, x₁ · x₂ = c/a.

Умови знаків коренів

Знаки коренів

Система умов

Пояснення

Обидва додатні

D ≥ 0, −b/a > 0, c/a > 0

Сума > 0, добуток > 0

Обидва від'ємні

D ≥ 0, −b/a < 0, c/a > 0

Сума < 0, добуток > 0

Різних знаків

c/a < 0

Добуток < 0, D > 0 автоматично

Важливо: умова D ≥ 0 обов'язкова! Якщо її пропустити, можна отримати хибний висновок. Наприклад, рівняння x² − x + 1 = 0 має суму коренів 1 і добуток 1 — обидва додатні, але D = 1 − 4 = −3 < 0, тому дійсних коренів взагалі не існує.

Розгорнутий приклад

Розглянемо рівняння x² + 2(a − 1)x + a + 5 = 0. Знайдемо, за яких a обидва його корені додатні.

Крок 1. Дискримінант. D/4 = (a − 1)² − (a + 5) = a² − 2a + 1 − a − 5 = a² − 3a − 4 = (a − 4)(a + 1) ≥ 0. Звідси a ≤ −1 або a ≥ 4.

Крок 2. Сума коренів: x₁ + x₂ = −2(a − 1) = −2a + 2 > 0 ⇒ a < 1.

Крок 3. Добуток коренів: x₁ · x₂ = a + 5 > 0 ⇒ a > −5.

Перетин усіх трьох умов: a ∈ (−5; −1]. Перевірка: при a = −2 маємо рівняння x² − 6x + 3 = 0 — D = 36 − 12 = 24 > 0, корені додатні. При a = −5 добуток a + 5 = 0, тому один корінь дорівнює 0 — це вже не «обидва додатні», бо нуль не є додатним числом.

Корені різних знаків

Для коренів різних знаків достатньо однієї умови: c/a < 0. При цьому D > 0 виконується автоматично, бо добуток коренів від'ємний, а отже корені існують і різні. Але слід пам'ятати: якщо один корінь дорівнює 0, то c = 0, і тоді c/a = 0 — це не підпадає під «корені різних знаків», оскільки нуль не має знака.

Зв'язок методів

Умова «обидва корені додатні» — це окремий випадок умови «обидва корені більші за 0». Для неї можна застосувати обидва підходи:

  • Через теорему Вієта: D ≥ 0, −b/a > 0, c/a > 0.

  • Через систему трьох умов: D ≥ 0, x₀ > 0, a · f(0) > 0.

Обидва підходи рівносильні. Обирай той, який дає простіші обчислення в конкретному рівнянні.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Розбираємо завдання

У цьому розділі розв'яжемо чотири типові задачі з НМТ на розташування коренів квадратного тричлена. Кожну задачу розбираємо покроково, з поясненням типових пасток.

Приклад 1. Число між коренями

Знайдіть суму цілих значень a, при яких число 2 лежить між коренями рівняння (a − 1)x² − 2x − 2a = 0.

Розв'язання:

Тут старший коефіцієнт a₁ = a − 1 залежить від параметра. Умова «число 2 лежить між коренями» записується як a₁ · f(2) < 0, де f(x) = (a − 1)x² − 2x − 2a.

Обчислимо f(2) = (a − 1)·4 − 4 − 2a = 4a − 4 − 4 − 2a = 2a − 8.

Тоді a₁ · f(2) = (a − 1)(2a − 8) < 0. Розв'язуємо нерівність методом інтервалів: корені a = 1 і a = 4. Парабола y = (a − 1)(2a − 8) — вітки вгору (коефіцієнт 2 > 0), отже нерівність виконується між коренями: 1 < a < 4.

Цілі значення a в цьому проміжку: 2 і 3. Їх сума: 2 + 3 = 5.

Відповідь: 5.

Пастка: Якщо записати просто f(2) < 0 (без множення на a − 1), отримаємо 2a − 8 < 0, тобто a < 4. Це дало б нескінченно багато цілих значень (всі від'ємні та 0, 1, 2, 3), що неправильно, бо при a = 0 маємо −x² − 2x = 0 — корені 0 і −2, число 2 не лежить між ними.

Приклад 2. Обидва корені більші за число

Знайдіть найменше ціле значення a, при якому рівняння x² − 2ax + 3a + 4 = 0 має два різні корені, більші за 1.

Розв'язання:

Старший коефіцієнт дорівнює 1 > 0. Записуємо три умови:

  1. Два різні корені: D > 0. D/4 = a² − (3a + 4) = a² − 3a − 4 = (a − 4)(a + 1) > 0 ⇒ a < −1 або a > 4.

  1. Вершина: x₀ = a > 1.

  1. Знак: 1 · f(1) > 0, тобто f(1) = 1 − 2a + 3a + 4 = a + 5 > 0 ⇒ a > −5.

Перетин умов: a > 4 (з першої беремо праву частину, бо ліва a < −1 суперечить a > 1). Найменше ціле a > 4 — це 5.

Відповідь: 5.

Пастки: Відповідь 4 не підходить, бо при a = 4 маємо D = 0 — лише один корінь. Відповідь −4 виникає, якщо взяти ліву частину a < −1 (забули перевірити вершину a > 1).

Приклад 3. Корені різних знаків

Знайдіть кількість цілих значень a, при яких рівняння (a − 3)x² + 4x + a + 2 = 0 має корені різних знаків.

Розв'язання:

Старший коефіцієнт a₁ = a − 3, вільний член c = a + 2. Для коренів різних знаків потрібно c/a₁ < 0, тобто (a + 2)/(a − 3) < 0.

Розв'язуємо нерівність методом інтервалів: корені a = −2 і a = 3. Знак дробу — мінус між коренями: −2 < a < 3.

Цілі числа в цьому проміжку: −1, 0, 1, 2. Їх чотири.

Відповідь: 4.

Пастка: Іноді включають a = −2, але при a = −2 рівняння стає −5x² + 4x = 0, тобто x(−5x + 4) = 0, корені 0 і 4/5. Один корінь дорівнює 0 — це не належить до «різних знаків», бо нуль не має знака. Тому a = −2 не враховуємо.

Приклад 4. Обидва корені в інтервалі (явні корені)

Знайдіть суму цілих значень a, при яких обидва корені рівняння x² − 2ax + a² − 4 = 0 належать інтервалу (−3; 6).

Розв'язання:

Обчислимо D/4 = a² − (a² − 4) = 4. Дискримінант — повний квадрат. Корені: x = a ± 2, тобто x₁ = a − 2, x₂ = a + 2.

Умова «обидва корені в інтервалі (−3; 6)»:

a − 2 > −3 ⇒ a > −1

a + 2 < 6 ⇒ a < 4

Отже, −1 < a < 4. Цілі значення: 0, 1, 2, 3. Їх сума: 0 + 1 + 2 + 3 = 6.

Відповідь: 6.

Пастка: Якщо записати умову лише для одного кореня, наприклад a + 2 < 6 і a + 2 > −3 (тобто тільки для більшого кореня), отримаємо −5 < a < 4, що дасть зайві цілі числа.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Типові помилки й пастки

Навіть досвідчені учні часто припускаються однотипних помилок у задачах на розташування коренів. Ось найпоширеніші з них.

  • Перевіряють лише одну з трьох умов. Наприклад, для «обидва корені більші за m» пишуть тільки f(m) > 0, забуваючи про дискримінант і вершину. Без D ≥ 0 коренів може взагалі не існувати, а без x₀ > m вони можуть опинитися по різні боки від m. Завжди перевіряй усі три умови.

  • Пишуть f(m) < 0 замість a · f(m) < 0. Коли старший коефіцієнт a від'ємний, знак f(m) сам по собі не показує, чи лежить m між коренями. Наприклад, при a = −1 умова f(m) < 0 відповідає a · f(m) > 0, тобто m поза коренями.

  • Плутають D ≥ 0 і D > 0. Коли в задачі сказано «має два корені» або «два різні корені», потрібно D > 0. Якщо ж сказано «корені» або «розв'язки», іноді допускають і D = 0. Читай умову уважно.

  • За теоремою Вієта перевіряють знаки суми й добутку без умови D ≥ 0. Як показано в попередньому розділі, рівняння x² − x + 1 = 0 має додатні суму й добуток, але коренів не існує (D < 0). Умова D ≥ 0 обов'язкова.

  • Для «корені різних знаків» включають значення, за якого один корінь дорівнює 0. Умова c/a < 0 вимагає, щоб добуток коренів був строго від'ємним. Якщо c = 0, то один корінь дорівнює 0, і добуток дорівнює 0, а не від'ємний. Таке значення параметра не підходить.

  • Не розглядають випадок, коли старший коефіцієнт з параметром дорівнює 0. Якщо в рівнянні (a − 1)x² − 2x − 2a = 0 ми не перевіримо a = 1, то пропустимо, що при a = 1 рівняння стає лінійним −2x − 2 = 0 і має рівно один корінь (який може задовольняти або не задовольняти умову). Завжди окремо перевіряй значення, які обертають старший коефіцієнт на нуль.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Як це перевіряють на НМТ

Розташування коренів квадратного тричлена — це інструмент для розв'язування рівнянь з параметром, що належить до профільного рівня (П) теми 2.1 програми ЗНО/НМТ з математики. На НМТ такі завдання виносяться на позицію 22 — останню в тесті.

Формат завдання 22 — коротка відповідь (одне число, записане десятковим дробом). Оцінювання: 0 або 2 бали без часткових балів. Це означає, що навіть маленька помилка в знаку нерівності або пропущена умова D ≥ 0 коштує всіх балів.

Як це виглядає на НМТ

У демоваріанті 2026 року завдання № 22 — показникове рівняння з параметром. Після заміни t = 3ˣ (де t > 0) рівняння зводиться до квадратного відносно t. Рівняння не має коренів x тоді й лише тоді, коли квадратне рівняння не має додатних коренів t; це теж задача на розташування коренів квадратного тричлена відносно 0. Саме тут знання з цього уроку дають змогу записати правильну систему умов.

Що є в довідкових матеріалах

У довідкових матеріалах НМТ є формули дискримінанта D = b² − 4ac, коренів квадратного рівняння та розкладу квадратного тричлена на множники a(x − x₁)(x − x₂). Умов розташування коренів там немає, тому їх, як і теорему Вієта, треба знати напам'ять.

Стратегія виконання

  • Для кожної умови малюй ескіз параболи в чернетці. Це допоможе не пропустити жодної умови.

  • Граничні значення параметра (де D = 0 або де виконується рівність) обов'язково перевіряй підстановкою в початкове рівняння.

  • Якщо старший коефіцієнт містить параметр, окремо перевір значення, за якого він дорівнює нулю.

  • Відповідь — одне число. Якщо в задачі питають суму, кількість або найменше ціле значення, уважно перечитай питання.

  • Записуй відповідь десятковим дробом (наприклад, 5, а не п'ять).

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Питання й відповіді

Чому для «обидва корені більші за m» недостатньо умови f(m) > 0?

Умова f(m) > 0 лише показує, що значення тричлена в точці m додатне. Але це ще не гарантує, що обидва корені більші за m. По-перше, коренів може взагалі не існувати (D < 0). По-друге, якщо a < 0, то f(m) > 0 саме тоді, коли m лежить між коренями, тому потрібна умова a · f(m) > 0, а не f(m) > 0. По-третє, обидва корені можуть бути менші за m — тоді f(m) > 0 теж виконується. Саме тому потрібні додаткові умови: D ≥ 0 (корені існують) і x₀ > m (вершина праворуч від m, що гарантує, що обидва корені більші за m, а не менші).

Навіщо множити f(m) на старший коефіцієнт?

Множення на a робить умову універсальною для будь-якого напряму віток параболи. Якщо a > 0 (вітки вгору), то f(m) < 0 означає, що m між коренями. Якщо a < 0 (вітки вниз), то f(m) > 0 означає те саме. Множення на a «нормалізує» знак: a · f(m) < 0 завжди позначає «число між коренями», незалежно від знака a. Без цього множення довелося б щоразу враховувати напрям віток, що вносить плутанину.

Коли вистачає однієї умови a · f(m) < 0?

Однієї умови a · f(m) < 0 достатньо, коли потрібно, щоб число m лежало строго між коренями. З цієї нерівності автоматично випливає, що D > 0 (корені існують і різні), тому додаткові умови не потрібні. Також не потрібна вершина, бо коли m між коренями, вершина може бути ліворуч, праворуч або збігатися з m — це не має значення. Наприклад, для «0 між коренями» достатньо a · c < 0 — і це вже гарантує корені різних знаків.

Коли зручніше знайти корені явно, ніж перевіряти умови?

Коли дискримінант (або його чверть) є повним квадратом, корені виражаються як лінійні вирази від параметра. Наприклад, у рівнянні x² − 2ax + a² − 4 = 0 маємо D/4 = 4, корені a − 2 і a + 2. Умови типу «обидва корені в інтервалі (−3; 6)» зводяться до простих нерівностей a − 2 > −3 і a + 2 < 6. Також зручно, коли тричлен уже розкладено на множники, наприклад (x − 2)(x − a) — корені 2 і a, умови записуються безпосередньо.

Що обрати: теорему Вієта чи умови через вершину?

Обидва підходи рівносильні, і вибір залежить від конкретного рівняння. Теорема Вієта зручніша, коли треба визначити лише знаки коренів (додатні, від'ємні, різних знаків) — вона оперує сумою й добутком, які часто мають простий вигляд. Умови через вершину (D, x₀, a · f(m)) зручніші, коли число m відмінне від 0, або коли треба порівнювати корені з довільним числом. На НМТ рекомендують мати в арсеналі обидва методи і застосовувати той, що дає простіші обчислення.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Коротко: головне

  • a · f(m) < 0 — m між коренями, і це єдина потрібна умова. З неї автоматично випливає D > 0.

  • Обидва корені по один бік від m — три умови: D ≥ 0 (або D > 0 для різних коренів), x₀ > m (або x₀ < m), a · f(m) > 0.

  • Обидва корені в (m; n) — чотири умови: D ≥ 0, m < x₀ < n, a · f(m) > 0, a · f(n) > 0.

  • Знаки коренів за теоремою Вієта: обов'язково з умовою D ≥ 0. Різні знаки ⇔ c/a < 0, і тоді D > 0 автоматично.

  • Якщо D — повний квадрат, знайди корені явно. Це часто спрощує розв'язання.

  • Старший коефіцієнт з параметром — окремо перевір випадок, коли він дорівнює 0 (рівняння стає лінійним).

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.