Перейти до основного вмісту
Каталог

Квадратична функція: парабола та її вершина

~15 хв · 9 розділів · 9 тестових запитань

Функції та прогресії
Математика НМТ

Частина кар’єрної траєкторії Підготовка до НМТ 2027: Математика — повний курс.

Визначаєш за формулою y = ax² + bx + c напрям віток, вершину, нулі й точку перетину з віссю Oy. Знаходиш найбільше чи найменше значення, область значень та за ескізом читаєш знаки a, b, c.

Квадратична функція та напрям віток

Квадратичною функцією називають функцію виду y = ax² + bx + c, де a, b, c — дійсні числа, причому a ≠ 0. Якщо a = 0, функція стає лінійною — це вже не квадратична.

Область визначення квадратичної функції — уся числова пряма: D = (−∞; +∞). Це означає, що в будь-яку точку x можна підставити число й отримати значення y. Графік квадратичної функції називають параболою.

Як напрямлені вітки параболи?

Перше, на що дивляться у формулі, — це коефіцієнт a при x². Саме він визначає, куди «дивляться» вітки параболи:

  • a > 0 — вітки параболи напрямлені вгору. Парабола нагадує чашу.

  • a < 0 — вітки параболи напрямлені вниз. Парабола нагадує перевернуту чашу.

Чим більший модуль |a|, тим «вужчою» є парабола. Наприклад, парабола y = 3x² вужча за y = x², а y = 0,5x² — ширша. Річ у тому, що при більшому |a| значення y швидше зростають (або спадають) при віддаленні від вершини.

Точка перетину з віссю Oy

Коефіцієнт c має простий геометричний зміст. Оскільки f(0) = a·0² + b·0 + c = c, то парабола завжди перетинає вісь Oy у точці (0; c). Наприклад, для функції y = x² − 4x + 3 маємо c = 3, тому графік перетинає вісь Oy у точці (0; 3).

Вісь симетрії параболи

Парабола — симетрична фігура. Уявна вертикальна пряма, яка проходить через вершину параболи, називається віссю симетрії. Вона має рівняння x = x₀, де x₀ — абсциса вершини. Симетрія означає, що дві точки з однаковою ординатою розташовані на однаковій відстані від осі симетрії.

Зокрема, точка (0; c) та точка (2x₀; c) симетричні відносно осі x = x₀. Це дає змогу швидко знайти другу точку з тією самою ординатою, що й перетин з Oy, не виконуючи жодних додаткових обчислень.

Рендеринг діаграми…

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

Вершина параболи й найбільше чи найменше значення

Вершина — це найважливіша точка параболи. В ній функція змінює напрям монотонності (зі спадання на зростання або навпаки) і досягає свого найбільшого або найменшого значення.

Формули для вершини

Абсцису вершини знаходять за формулою:

Ординату вершини обчислюють, підставляючи знайдене x₀ у формулу функції: y₀ = f(x₀) = a·x₀² + b·x₀ + c. Абсцису вершини можна дістати й з умови f′(x) = 2ax + b = 0, а ординату в будь-якому разі знаходять підстановкою x₀ у формулу функції.

Розгляньмо приклади.

Для функції y = 2x² − 8x + 3 маємо a = 2, b = −8. Обчислюємо:

Вершина — точка (2; −5).

Для функції y = −x² + 6x − 5 маємо a = −1, b = 6. Обчислюємо:

Вершина — точка (3; 4).

Вершинна форма квадратичної функції

Якщо квадратичну функцію подати у вигляді y = a(x − m)² + n, то вершина визначається одразу: це точка (m; n). Перетворення звичайної форми в таку називають виділенням повного квадрата. Розгляньмо приклад:

Тут a = 1, m = 3, n = −4, отже вершина — (3; −4). Цей спосіб корисний, коли потрібно швидко знайти вершину без запам'ятовування формул, але формула x₀ = −b/(2a) зазвичай швидша: виділення повного квадрата забирає більше часу.

Найбільше й найменше значення. Область значень

Ордината вершини y₀ — це те саме найбільше або найменше значення, якого набуває квадратична функція. Все залежить від знака a:

  • a > 0: найменше значення = y₀, найбільшого значення немає. Область значень: E = [y₀; +∞). Функція спадає на (−∞; x₀] і зростає на [x₀; +∞).

  • a < 0: найбільше значення = y₀, найменшого значення немає. Область значень: E = (−∞; y₀]. Функція зростає на (−∞; x₀] і спадає на [x₀; +∞).

Важливо: коли в завданні питають «найменше значення функції», відповіддю є y₀. Коли питають «при якому x функція набуває найменшого значення», відповідь — x₀. Не плутай ці запитання!

Наприклад, для y = 2x² − 8x + 3 (a = 2 > 0) найменше значення дорівнює −5, і досягається воно при x = 2. Для y = −x² + 6x − 5 (a = −1 < 0) найбільше значення дорівнює 4, і досягається при x = 3.

Монотонність легко запам'ятати: парабола з вітками вгору спочатку спадає до вершини, а потім зростає. З вітками вниз — навпаки: спочатку зростає, потім спадає.

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

Нулі параболи й знаки a, b, c за графіком

Нулями квадратичної функції називають значення x, при яких y = 0. Геометрично це абсциси точок перетину параболи з віссю Ox. Щоб їх знайти, потрібно розв'язати квадратне рівняння ax² + bx + c = 0.

Скільки нулів має парабола?

Відповідь дає дискримінант D = b² − 4ac:

Дискримінант

Кількість нулів

Положення відносно Ox

D > 0

Два різні нулі

Парабола перетинає Ox у двох точках

D = 0

Один нуль (два збіжних)

Парабола дотикається до Ox у вершині

D < 0

Немає нулів

Парабола не перетинає Ox

Не роби помилки: якщо D < 0, графік функції існує! Просто парабола не дотикається до осі Ox. При a > 0 вона розташована цілком над віссю, при a < 0 — цілком під нею.

Вершина через нулі

Якщо відомі нулі x₁ та x₂ параболи, то абсциса вершини — це їхня півсума:

Наприклад, якщо нулі дорівнюють 1 і 5, то x₀ = (1 + 5)/2 = 3. Це узгоджується з формулою x₀ = −b/(2a): вершина завжди лежить посередині між нулями. Це чудовий спосіб перевірити правильність обчислень.

Знаки a, b, c за ескізом графіка

На НМТ можуть дати ескіз параболи й попросити визначити знаки коефіцієнтів або значень функції. Ось як це роблять:

  • Знак a — за напрямом віток. Вітки вгору → a > 0. Вітки вниз → a < 0.

  • Знак c — за точкою перетину з віссю Oy. Якщо парабола перетинає вісь Oy вище від початку координат, то c > 0; якщо нижче — c < 0; якщо проходить через (0; 0) — c = 0.

  • Знак b — за положенням вершини відносно осі Oy. Тут використовуємо формулу x₀ = −b/(2a). Знаки a і b визначають, де розташована вершина:

Вершина

x₀

Співвідношення a і b

Праворуч від Oy (x₀ > 0)

> 0

a і b різних знаків

Ліворуч від Oy (x₀ < 0)

< 0

a і b однакових знаків

На осі Oy (x₀ = 0)

= 0

b = 0

Наприклад, якщо вітки вгору (a > 0), а вершина праворуч від осі Oy (x₀ > 0), то з рівності x₀ = −b/(2a) > 0 випливає, що −b > 0, тобто b < 0. Отже, a > 0, b < 0.

Знак f(x) у точці за ескізом

Значення функції в довільній точці визначають за графіком: чи лежить точка вище осі Ox (f(x) > 0), чи нижче (f(x) < 0). Для параболи з вітками вгору й нулями −1 та 3:

  • f(0) < 0 — точка (0; f(0)) лежить нижче від Ox, адже 0 між нулями −1 і 3.

  • f(4) > 0 — точка (4; f(4)) лежить вище від Ox, адже 4 праворуч від правого нуля.

  • f(−2) > 0 — точка (−2; f(−2)) ліворуч від лівого нуля, теж вище.

Загальне правило: між нулями значення функції мають знак, протилежний до знака a, а поза відрізком між нулями — той самий, що й a. (Докладне розв'язування квадратних нерівностей — тема окремого заняття.)

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

Ескіз параболи за формулою: алгоритм

Щоб побудувати ескіз графіка квадратичної функції, не обов'язково обчислювати багато точок. Досить виконати п'ять простих кроків, які дадуть надійний малюнок.

П'ять кроків алгоритму

  1. Визнач знак a — вітки вгору (a > 0) чи вниз (a < 0). Це задасть загальний напрям параболи.

  2. Знайди вершину (x₀; y₀) за формулами x₀ = −b/(2a), y₀ = f(x₀). Познач цю точку на ескізі.

  3. Познач точку (0; c) — перетин з віссю Oy, і симетричну їй точку (2x₀; c) відносно осі симетрії x = x₀.

  4. Знайди нулі функції, якщо D ≥ 0. Для цього розв'яжи рівняння ax² + bx + c = 0 через дискримінант. Познач нулі на осі Ox.

  5. Проведи плавну криву через усі знайдені точки, пам'ятаючи про симетрію.

Розбір прикладу

Побудуймо ескіз графіка функції y = x² − 2x − 3.

  • Крок 1. a = 1 > 0 → вітки вгору.

  • Крок 2. x₀ = −(−2)/(2·1) = 2/2 = 1. y₀ = 1² − 2·1 − 3 = 1 − 2 − 3 = −4. Вершина: (1; −4).

  • Крок 3. c = −3 → точка (0; −3). Симетрична точка: (2·1; −3) = (2; −3).

  • Крок 4. D = (−2)² − 4·1·(−3) = 4 + 12 = 16 > 0. Корені: x = (2 ± 4)/2. x₁ = −1, x₂ = 3.

  • Крок 5. Малюємо параболу через точки (−1; 0), (0; −3), (1; −4) — вершина, (2; −3), (3; 0).

Контроль ескізу: вершина завжди лежить посередині між нулями (тут −1 і 3, середина — 1). При a > 0 вершина — найнижча точка параболи (нижче від усіх інших). При a < 0 вершина — найвища точка.

Коли дискримінант від'ємний

Якщо D < 0, нулів немає — парабола не перетинає вісь Ox. У такому разі крок 4 пропускають, а ескіз будують за трьома опорними точками: вершина, (0; c) і симетрична точка (2x₀; c). При a > 0 парабола повністю лежить над віссю Ox, при a < 0 — під нею.

Рендеринг діаграми…

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

Розбираємо завдання

Розв'яжімо кілька типових завдань НМТ на тему квадратичної функції. Кожне розібрано покроково, із поясненням правильних і неправильних відповідей.

Приклад 1. Координати вершини

Завдання: знайти координати вершини параболи y = −x² + 6x − 5.

Розв'язання:

  • Маємо a = −1, b = 6, c = −5.

  • x₀ = −b/(2a) = −6/(2·(−1)) = −6/(−2) = 3.

  • y₀ = f(3) = −9 + 18 − 5 = 4.

  • Відповідь: (3; 4).

Чому інші варіанти неправильні:

  • (−3; −32) — отримано, якщо загубити «мінус» у формулі x₀ = b/(2a), звідки x₀ = 6/(−2) = −3, і підставити −3.

  • (3; −4) — правильно знайдено x₀, але помилка в знаку при обчисленні y₀: −9 + 18 − 5 = 4, а не −4.

  • (6; −5) — прийнято коефіцієнти b і c за координати.

  • (−3; 4) — x₀ знайдено як b/(2a) без мінуса, а ординату взято від правильної вершини.

Приклад 2. Логічні пари: ескіз ↔ знаки коефіцієнтів

Дано три ескізи парабол. Установи відповідність між ескізом і знаком коефіцієнтів (a, b, c).

Опис ескізів:

  • 1) вітки вгору, вершина праворуч від Oy, перетин з Oy вище від нуля

  • 2) вітки вниз, вершина ліворуч від Oy, перетин з Oy нижче від нуля

  • 3) вітки вгору, вершина на осі Oy, перетин з Oy нижче від нуля

Варіанти знаків:

  • А) a > 0, b < 0, c > 0

  • Б) a < 0, b < 0, c < 0

  • В) a > 0, b = 0, c < 0

  • Г) a > 0, b > 0, c > 0

  • Д) a < 0, b > 0, c < 0

Розв'язання:

  • Ескіз 1: вітки вгору → a > 0. Перетин з Oy вище нуля → c > 0. Вершина праворуч від Oy (x₀ > 0) при a > 0 можлива лише, якщо b < 0 (різні знаки). Отже, 1 — А.

  • Ескіз 2: вітки вниз → a < 0. Перетин з Oy нижче нуля → c < 0. Вершина ліворуч (x₀ < 0): при a < 0 це означає b < 0 (однакові знаки). Отже, 2 — Б.

  • Ескіз 3: вітки вгору → a > 0. Вершина на осі Oy → x₀ = 0 → b = 0. Перетин з Oy нижче нуля → c < 0. Отже, 3 — В.

Відповідь: 1–А, 2–Б, 3–В.

Приклад 3. Найменше значення функції

Завдання: знайти найменше значення функції y = 2x² + 12x + 7.

Розв'язання:

  • a = 2 > 0 → функція має найменше значення у вершині.

  • x₀ = −b/(2a) = −12/(2·2) = −12/4 = −3.

  • y₀ = 2·(−3)² + 12·(−3) + 7 = 18 − 36 + 7 = −11.

  • Відповідь: −11.

Аналіз дистракторів:

  • −3 — записано x₀ замість y₀.

  • 7 — записано значення c.

  • 61 — помилка в знаку при знаходженні x₀: x₀ = 12/(2·2) = 3, y₀ = 2·9 + 36 + 7 = 61.

  • «найменшого значення немає» — помилка: оскільки a > 0, найменше значення існує і дорівнює y₀.

Приклад 4. Знак функції за графіком

Завдання: на ескізі зображено параболу з вітками вгору та нулями −1 і 3. Укажи правильне твердження.

Розв'язання: парабола з вітками вгору (a > 0) набуває від'ємних значень між нулями (тобто при x ∈ (−1; 3)) і додатних — поза цим проміжком.

  • f(0): 0 ∈ (−1; 3) → f(0) < 0 — правильне твердження.

  • f(4): 4 > 3 → f(4) > 0, а не < 0.

  • f(−2): −2 < −1 → f(−2) > 0, а не < 0.

  • f(1): 1 ∈ (−1; 3), але a > 0, тому f(1) = y₀ < 0, а не > 0.

  • f(3): 3 — нуль функції, f(3) = 0, а не > 0.

Відповідь: f(0) < 0.

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

Типові помилки й пастки

Розгляньмо типові помилки, яких припускаються учні під час розв'язування задач із квадратичною функцією. Запам'ятай їх — і твій результат на НМТ буде вищим.

  • x₀ = b/(2a) — загублено «мінус». Типова помилка: у формулі x₀ = −b/(2a) забувають поставити знак «мінус» перед b і обчислюють x₀ = b/(2a). Правильно: спочатку записуємо формулу, потім підставляємо числа з урахуванням знаків.

  • c прийнято за ординату вершини. Коефіцієнт c — це значення функції в нулі, тобто f(0), а не ордината вершини. Ординату вершини завжди обчислюють окремо за формулою y₀ = f(x₀).

  • Записано x₀, коли питають найменше значення функції. Якщо запитання звучить: «Знайдіть найменше значення функції», відповідь — y₀. Якщо запитують «При якому x функція набуває найменшого значення», відповідь — x₀.

  • При a < 0 шукають найменше значення замість найбільшого. Коли вітки вниз (a < 0), парабола не має найменшого значення — вона спадає до −∞. Натомість у вершині функція досягає найбільшого значення.

  • Знак b визначено лише за напрямом віток, без положення вершини. Знак b залежить і від знака a, і від того, де розташована вершина відносно осі Oy. Окремо за напрямом віток визначити знак b неможливо — потрібна формула x₀ = −b/(2a).

  • За D < 0 вирішено, що графіка немає. Дискримінант менший за нуль означає лише відсутність точок перетину з віссю Ox, але парабола існує й лежить цілком над віссю Ox (якщо a > 0) або під нею (якщо a < 0).

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

Як це перевіряють на НМТ

Квадратична функція входить до програми НМТ з математики (розділ «Функції»). Розгляньмо, у яких завданнях і як саме її перевіряють.

Формати завдань

  • Завдання 6 (демоваріант НМТ-2026) — вибір однієї правильної відповіді з п'яти (А–Д). Оцінюється в 0 або 1 бал. Приклад (демоваріант НМТ-2026, № 6): серед ескізів вибрати графік квадратичної функції, яка набуває лише додатних значень на всій області визначення.

  • Завдання 16 — логічні пари (1–3 → А–Д). Потрібно зіставити функції (серед них може бути й квадратична) з графіками чи властивостями; у демоваріанті НМТ-2026 це були логарифмічна, тригонометрична й дробово-раціональна функції. За кожну правильно встановлену пару дають 1 бал, максимум — 3 бали.

Довідкові матеріали

У довідці до НМТ наведено:

  • формулу дискримінанта D = b² − 4ac;

  • формулу коренів квадратного рівняння x = (−b ± √D)/(2a);

  • розклад квадратного тричлена на множники a(x − x₁)(x − x₂).

Важливо: формули вершини параболи (x₀ = −b/(2a), y₀ = f(x₀)) у довідкових матеріалах НМТ немає. Її потрібно знати напам'ять!

Стратегія розв'язування

Щоб не розгубитися під час тесту, дотримуйся такої послідовності:

  • Спочатку визнач знак a за напрямом віток (вгору чи вниз). Разом із точкою перетину з Oy (c) це відсіє більшість неправильних варіантів.

  • Потім визнач положення вершини (ліворуч або праворуч від осі Oy), щоб установити знак b.

  • Якщо завдання містить нулі, обчисли дискримінант і перевір, чи збігаються нулі з графіком.

  • Для завдань на логічні пари спершу знайди відповідність за напрямом віток (a) і точкою (0; c) — це часто одразу дає потрібну пару.

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

Питання й відповіді

Як запам'ятати знак у формулі x₀ = −b/(2a)?

Спробуй асоціацію: «мінус перед дробом — це як дзеркало: він перевертає знак b». Якщо b додатне, то −b від'ємне, і навпаки. Також можна запам'ятати словосполучення «мінус b поділити на два a» — наголос на «мінус». Нарешті, завжди перевіряй себе: підстав дуже простий випадок, наприклад y = x² (a = 1, b = 0): x₀ має бути 0, і формула x₀ = −0/(2·1) = 0 працює, а x₀ = 0/(2·1) = 0 теж дає нуль, але перевір на y = x² + 2x (a = 1, b = 2): правильно x₀ = −2/2 = −1, а без мінуса було б 1 — і це вже інша вершина.

Коли квадратична функція має найбільше значення, а коли найменше?

Усе залежить від знака старшого коефіцієнта a. Якщо a > 0 (вітки вгору), парабола сягає найнижчої точки у вершині — це найменше значення функції. Якщо a < 0 (вітки вниз), парабола сягає найвищої точки у вершині — це найбільше значення. І в тому, і в тому випадку це значення дорівнює y₀ — ординаті вершини.

Як визначити знак b за графіком?

Потрібно знати знак a і положення вершини відносно осі Oy. Скористайся формулою x₀ = −b/(2a). Якщо вершина праворуч від Oy (x₀ > 0), то −b/(2a) > 0, отже a і b мають різні знаки. Якщо вершина ліворуч (x₀ < 0), то a і b мають однакові знаки. Якщо вершина на осі Oy (x₀ = 0), то b = 0.

Що означає D < 0 для графіка?

Дискримінант D < 0 означає, що квадратне рівняння ax² + bx + c = 0 не має дійсних коренів. Геометрично це означає, що парабола не перетинає вісь Ox. Якщо при цьому a > 0, парабола повністю лежить над віссю Ox (усі значення y > 0). Якщо a < 0 — парабола повністю під віссю Ox (усі значення y < 0).

Чи обов'язково обчислювати y₀ через дискримінант?

Ні, y₀ обчислюють простою підстановкою x₀ у формулу функції: y₀ = a·x₀² + b·x₀ + c. Існує також формула y₀ = −D/(4a), яка може зекономити час, але її теж немає в довідці НМТ. Якщо ти добре пам'ятаєш формулу D, можеш скористатися нею, але простіше підставити x₀.

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

Коротко: головне

  • Квадратична функція: y = ax² + bx + c, a ≠ 0. Графік — парабола.

  • Напрям віток: a > 0 — вітки вгору; a < 0 — вітки вниз. Чим більший |a|, тим парабола вужча.

  • Перетин з Oy: точка (0; c). Симетрична їй точка: (2x₀; c).

  • Вершина: x₀ = −b/(2a), y₀ = f(x₀). Запам'ятай «мінус» у формулі для x₀!

  • Найменше (a > 0) або найбільше (a < 0) значення — це y₀. Область значень: [y₀; +∞) або (−∞; y₀] відповідно.

  • Дискримінант D = b² − 4ac визначає кількість нулів: D > 0 — два, D = 0 — один (дотик), D < 0 — жодного.

  • Знак a — за напрямом віток; знак c — за точкою (0; c); знак b — за формулою x₀ = −b/(2a) та положенням вершини.

  • Між нулями значення функції мають знак, протилежний до знака a; поза нулями — той самий, що й a.

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

Самоперевірка

Перевірте себе на цьому юніті

Спробуйте ці 5 запитань — оберіть відповідь, щоб побачити, чи ви праві й чому. Приєднайтеся, щоб пройти повний тест юніту, який іде в глибину по цьому юніту.

1. На рисунку зображено параболу — графік квадратичної функції $f(x) = ax^{2} + bx + c$. Вітки параболи напрямлені вниз, вершина має координати $(2; 0)$, а графік перетинає вісь $Oy$ у точці $(0; -8)$. Укажи правильне твердження про знаки коефіцієнтів.

2. Визнач найменше значення функції $y = 3x^{2} + 6x - 5$.

3. Квадратична функція задана формулою $y = -3x^{2} + 5x - 2$. Укажи напрям віток її графіка — параболи.

4. Яка точка є точкою перетину графіка функції $y = 2x^{2} - 3x + 5$ з віссю $Oy$?

5. На ескізі зображено параболу — графік квадратичної функції $f(x) = ax^{2} + bx + c$. Вітки параболи напрямлені вгору, нулі функції дорівнюють $-1$ і $3$. Яке з тверджень правильне?

Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 9 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.

Приєднатися, щоб пройти тест