gudmandsen.net 1 Parablen 1.1 Grundlæggende forhold y = ax 2 bx c eksempelvis: y = 2x 2 2x 4 y = a x 2 b x 1 c x 0 da x 1 = x og x 0 = 1



Relaterede dokumenter
gudmandsen.net 1 Parablen C-niveau y = ax 2 bx c eksempelvis: y = 2x 2 2x 4

1 monotoni & funktionsanalyse

Det grafiske billede af en andengradsfunktion er altid en parabel. En parabels skæring med x-aksen kaldes nulpunkter eller rødder.

qwertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqw ertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwert yuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyui opåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyuiopå

Der er facit på side 7 i dokumentet. Til opgaver mærket med # er der vink eller kommentarer på side 6.

Kompendium i faget. Matematik. Tømrerafdelingen. 2. Hovedforløb. Y = ax 2 + bx + c. (x,y) Svendborg Erhvervsskole Tømrerafdelingen Niels Mark Aagaard

qwertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqw ertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwert yuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyui Polynomier opåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyuiopå

Projekt 2.5 Brændpunkt og ledelinje

Andengradspolynomier - Gymnasienoter

Funktioner. 3. del Karsten Juul

Løsninger til eksamensopgaver på A-niveau 2017

MATEMATIK A-NIVEAU. Kapitel 1

Kapitel 8. Hvad er matematik? 1 ISBN Øvelse 8.2

Lektion 7 Funktioner og koordinatsystemer

Projekt 2.1: Parabolantenner og parabelsyning

Oversigt. funktioner og koordinatsystemer

i x-aksens retning, så fås ). Forskriften for g fås altså ved i forskriften for f at udskifte alle forekomster af x med x x 0

Løsningsforslag Mat B 10. februar 2012

Projekt 2.5 Brændpunkt og ledelinje for parabler

Ang. skriftlig matematik B på hf

Løsninger til eksamensopgaver på B-niveau 2017

Løsninger til eksamensopgaver på B-niveau maj 2016: Delprøven UDEN hjælpemidler 4 4

Løsningsforslag MatB December 2013

Matematik Aflevering - Æggebæger

11. Funktionsundersøgelse

1 Geometri & trigonometri

Løsningsforslag Mat B August 2012

D = 0. Hvis rører parablen x- aksen i et enkelt punkt, dvs. den tilhørende andengradsligning

Skabelon til funktionsundersøgelser

Løsningsforslag MatB Juni 2012

Oversigt over undervisningen i matematik - 1x 04/05

Analytisk geometri. Et simpelt eksempel på dette er en ret linje. Som bekendt kan en ret linje skrives på formen

Løsninger til eksamensopgaver på A-niveau 2016

Projekt 3.1 Fjerdegradspolynomiets symmetri

Løsninger til eksamensopgaver på A-niveau 2019 ( ) ( )

Tilsvarende har vbi i kapitel 3 set, at grafen for tredjegradspolynomiet

Løsning til aflevering - uge 12

[FUNKTIONER] Hvornår kan vi kalde en sammenhæng en funktion, og hvilke egenskaber har disse i givet fald. Vers. 2.0

Aalborg Universitet - Adgangskursus. Eksamensopgaver. Matematik B til A

Løsninger til eksamensopgaver på B-niveau 2014

MATEMATIK NOTAT 2. GRADSLIGNINGEN AF: CAND. POLYT. MICHEL MANDIX

Når eleverne skal opdage betydningen af koefficienterne i udtrykket:

Projekt 8.1 Andengradspolynomier og andengradsligningen

Grafmanipulation. Frank Nasser. 14. april 2011

ADGANGSKURSUS AALBORG UNIVERSITET. Formelsamling. Brush-up Flex

Projekt 1.4 Tagrendeproblemet en instruktiv øvelse i modellering med IT.

Projekt 3.4 Fjerdegradspolynomiets symmetri

Kom i gang-opgaver til differentialregning

Løsningsvejledning til eksamenssæt fra januar 2008 udarbejdet af René Aagaard Larsen i Maple

PeterSørensen.dk : Differentiation

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe den første opgave af hvert emne over.

Elementær Matematik. Funktioner og deres grafer

Vektorfunktioner. (Parameterkurver) x-klasserne Gammel Hellerup Gymnasium

Matematik B-niveau 31. maj 2016 Delprøve 1

Løsninger til eksamensopgaver på A-niveau 2019 ny ordning

Eksempel på funktion af 2 variable, som har egentligt lokalt minimum på enhver ret linje gennem origo, men som ikke har lokalt minimum i origo!

Løsningsforslag MatB Juni 2013

Svar på sommeropgave (2019)

Læringsprogram. Numeriske metoder. Matematik A Programmering C Studieområdet. Roskilde Tekniske Gymnasium Klasse 3.4

Besvarelser til Lineær Algebra og Calculus Globale Forretningssystemer Eksamen - 6. Juni 2016

Eksempler på problemløsning med differentialregning

Bedste rette linje ved mindste kvadraters metode

Funktioner - supplerende eksempler

Værktøjskasse til analytisk Geometri

Løsninger til eksamensopgaver på B-niveau 2015

20 = 2x + 2y. V (x, y) = 5xy. V (x) = 50x 5x 2.

Undervisningsbeskrivelse

Øvelse 1 a) Voksende b) Voksende c) Konstant d) Aftagende. Øvelse 2 a) f aftagende i f voksende i b) f aftagende i

Undervisningsbeskrivelse

Matematik. 1 Matematiske symboler. Hayati Balo,AAMS. August, 2014

Undervisningsbeskrivelse

Institut for Matematik, DTU: Gymnasieopgave. Arealmomenter

Løsninger til eksamensopgaver på B-niveau 2015

VUC Vestsjælland Syd, Slagelse Nr. 1 Institution: Projekt Trigonometri

Mere om differentiabilitet

Matematik på 9. og 10. klassetrin

Værktøjskasse til analytisk Geometri

For at få tegnet en graf trykkes på knappen for graftegning. Knap for graftegning

Sammenhæng mellem variable

Differentialregning. Ib Michelsen

gudmandsen.net y = b x a Illustration 1: potensfunktioner i 5 forskellige grupper

Polynomier. Ikast Ib Michelsen

Undervisningsbeskrivelse

10. Differentialregning

Matematik C. Cirkler. Skrevet af Jacob Larsen 3.år HTX Slagelse Udgivet i samarbejde med Martin Gyde Poulsen 3.år HTX Slagelse.

Andengradspolynomier

2 Erik Vestergaard

Integralregning med TI-Interactive! Stamfunktioner Integraler Arealer Jan Leffers (2005)

Løsninger til eksamensopgaver på A-niveau maj maj 2014: Delprøven UDEN hjælpemidler

Løsningsforslag MatB Jan 2011

Differentialligninger med TI-Interactive!

Analytisk plangeometri 1

Grundlæggende matematiske begreber del 3

DENNE LILLE MANUAL TIL GEOGEBRA DÆKKER NOGENLUNDE DE EMNER, DER VEDRØRER FOLKESKOLEN TIL OG MED 10. KLASSE.

Graph brugermanual til matematik C

Undervisningsbeskrivelse

Grundlæggende matematiske begreber del 3

f(x)=2x-1 Serie 1

Stx matematik B maj 2009

Matematik A-niveau STX 1. juni 2010 Øvelse DELPRØVE 1 & DELPRØVE 2

Transkript:

gudmandsen.net Ophavsret Indholdet stilles til rådighed under Open Content License[http://opencontent.org/openpub/]. Kopiering, distribution og fremvisning af dette dokument eller dele deraf er fuldt ud tilladt i ikke-kommercielle sammenhænge, sålænge det foregår med tydelig kildeangivelse. Al anden brug kræver forfatterens skriftlige tilladelse (gud@ruc.dk). 1 Parablen 1.1 Grundlæggende forhold Den grafiske form for et.gradspolynomium vil være en parabel. Illustration 1: Eksempel på en parabel. Funktionen er angivet. Det matematiske udtryk vil være på formen: y = ax bx c eksempelvis: y = x x 4 Her angiver bogstaverne a, b og c en koefficient der er ganget på hhv..grads-, 1.grads og 0.gradsleddet, da polynomiet ligeledes kan skrives som: y = a x b x 1 c x 0 da x 1 = x og x 0 = 1 For alle parabler på denne form, gælder at definitionsmængden Dm(f) = ]- ; [ og parabel.odt Side 1 /1 Jakob Gudmandsen: 09-04-0

værdimængden er fra toppunktets y-værdi til ±. De tre parametre a, b, og c giver hhv. følgende resultat på parablens form: a angiver hvor stejl parablen er: jo større a-koefficient jo stejlere er kurven og vice versa. Er a positiv vender parablen opad, med toppunktet som den nedre grænse for værdimængden, og er a negativ vender parablen nedad, med toppunktet som den øvre grænse for værdimængden. b angiver i princippet parablens hældning i det punkt hvor parablen skærer.aksen (yaksen). Desuden er den et resultat af 1.gradsproduktet ved multiplikation mellem to toleddede størrelser (se afsnit vedr. faktorisering senere, 1.3 Faktorisering). c er den værdi, hvor grafen skærer.aksen. 1.1.1 Tolkning af koefficienterne Som nævnt herover gør a-koefficienten sig gældende med fortegn og størrelse, ift. om parablen vender opad eller nedad, ligesom dens stignings størrelse. Her tages udgangspunkt i den trivielle parabel y = x : Den trivielle parabel har toppunkt og nulpunkt i Origo. 1.gradskoefficienten medfører en forskydning på skrå ved den rette linje y = bx, som i princippet lægges til.gradsleddet. Dvs. at fortegn og størrelse af b-koefficienten angiver den skrå retning, som parablen er forskudt fra Origo /.aksen (herunder b=). Illustration : Den trivielle parabel, tillagt hhv. 1. og 0.gradsled 0.gradsleddet medfører en simpel parallelforskydning i lodret plan, da alle polynomiets værdier tillægges c-værdien (herover c = ). 1. Fixpunkter Der er umiddelbart op til fire interessante fixpunkter på grafen for.gradspolynomiet, hvoraf mindst to er generelle: 1..1 Skæring med.aksen: x = 0 Som nævnt herover angiver c-koefficienten hvilken værdi på.aksen, som parablen skærer denne i. På ovenstående eksempel (Illustration 1) er c-værdien lig -4, hvilket tydeligt kan ses parabel.odt Side /1 Jakob Gudmandsen: 09-04-0

ved dennes skæring af.aksen i y = -4. Dvs. at vi har et punkt i (x,y) = (0,c). 1.. Skæring med 1.aksen: Nulpunkter y = 0 De punkter hvor grafen skærer 1.aksen (x-aksen) har det til fælles, at y-værdien er lig 0: y = 0 ax bx c = 0 x = b± d a hvor d = b 4ac De(n) x-værdi(er) der findes herved kaldes ligeledes polynomiets rødder. Koefficienten d kaldes diskriminanten, som er et udtryk for flere forhold ved parablen: for d > 0 kan der findes rødder, illustreret ved at parablen skærer 1.aksen gange for d = 0 kan der findes 1 rod, illustreret ved at parablen kun rører 1.aksen og derved er rodens x-værdi den samme som toppunktets x-værdi for d < 0 kan der ikke findes rødder, bl.a. da det ikke er muligt at tage kvadratroden af et negativt tal. Dette betyder, at grafen for.gradspolynomiet ikke når ned/op til 1.aksen, hvorved en opadgående parabel med positiv a-koefficient vil udelukkende have positive funktionsværdier og en parabel med negativ a-koefficient vil udelukkende have negative funktionsværdier. For eksemplet på Illustration 1 fås der: d = 4 4 = 36 x = ± 36 = { x = 1 x = Dvs. at grafen skærer 1.aksen i x = -1 og x =, hvilket harmonerer fint med grafen. Det er altså ikke alle parabler, som har et eller to nulpunkter. Bevis for nulpunkter: Alle punkter på 1.aksen har.koordinaten lig nul, y = 0): ax bx c=0 4a 4a x 4abx 4ac=0 b 4a x 4abx 4ac b =b 4ac 4a x 4abx b =b 4ac Udtrykket til højre for lighedstegnet er nu lig diskriminanten ligesom der kan benyttes kvadratet af en toleddet størrelse på udtrykket til venstre: parabel.odt Side 3 /1 Jakob Gudmandsen: 09-04-0

d =b 4ac ax b = ax ax b b Herved kan udtrykket reduceres til: Herved fås der: ax b =d ax b=± d ax= b± d x= b± d a Her skal opmærksomheden henledes på diskriminantens fortegn og størrelse, da der ikke kan tages kvadratroden af negative tal (ingen løsninger), kvadratroden af 0 (nul) er lig 0 (en løsning) og kvadratroden af et positivt tal vil give løsninger til både + d og - d (to løsninger). 1..3 Toppunkt Toppunktet kan findes ved, at indsætte koefficienterne i flg. ligning: x, y = b a ; d 4a Eksemplet på Illustration 1 har koefficienterne a =, b = - og c = -4, hvilket medfører: x, y = 36 ; 4 = 1 ; 9 0,5 ; 4,5 Dette er toppunktets koordinater i x,y-planet, hvilket harmonerer fint med grafen på Illustration 1. Bevis for toppunktsformlen findes i mange udgaver, hvoraf det mest udbredte er på baggrund af symmetribetragtninger (se vejledning derom andetsteds), hvor det kan konstateres, at toppunktes x-værdi må ligge præcis midt i mellem de to rødders x-værdier. Bevis for toppunkt udfra symmetribetragtninger Der tages udgangspunkt i en parabel med to rødder (nulpunkter), dvs. med diskriminanten større end 0. Resultatet er gældende for alle parabler, også dem med en eller ingen rødder, hvor der så skal ændres på.gradspolynomiets konstant-led (c), således at det er muligt at finde to punkter, som har fælles y-værdi. Funktionen for.gradspolynomiet er på formen: y = ax bx c...hvor rødderne kan findes som beskrevet i afsnit 1..Skæring med 1.aksen: Nulpunkter y = 0. parabel.odt Side 4 /1 Jakob Gudmandsen: 09-04-0

For at beregne koordinaterne til parablens toppunkt, benyttes her symmetri-betragtninger, da parablen er symmetrisk om en lodret akse, som skærer parablen i netop toppunktet - symmetriaksen. Illustration 3: Parabel for.gradspolynomium med to rødder Det vil sige at toppunktets x-værdi må ligge præcis midt i mellem parablens to rødder. Jfr. illustrationen herover har toppunktet koordinaterne (xt;yt) og må afstanden mellem den ene rod og toppunktets x-værdi være: x 1 x t = x 1 x x t x t = x 1 x 1 x = x 1 x 1 x Da afstanden mellem de to rødder er x x1 kan udsagnet udtrykkes ved: x t = x 1 x x 1 x t = x 1 x Ved indsættelse af røddernes værdier fås: parabel.odt Side 5 /1 Jakob Gudmandsen: 09-04-0

x t b d a = x t = x t x t b d a b d b d 4a = b 4a = b a Dette stemmer fint overens med formelsamlingens udtryk for toppunktets x-værdi. Da y = f(x) kan vi med værdien for x-koordinatet nu finde y-koordinatet med indsættelse i udtrykket for.gradspolynomiet: y t y t = ax t bx t c = a b a b b a c y t y t = b 4a b a c y t = b 4ac 4a = b b 4ac 4a y t, b 4ac = d = d 4a Hermed er det vist, at parablens toppunkt ligger i punktet: T p : x t ; y t = b a ; d 4a Bevis for toppunkt monotoniforhold Et andet bevis for toppunktet, er med udgangspunkt i monotoniforhold, hvor der søges for hvilken x-værdi at tangentens hældning er lig 0, dvs. dy/dx0 = 0. Ved at betragte den afledede funktion fås: parabel.odt Side 6 /1 Jakob Gudmandsen: 09-04-0

y = ax bx x dy dx = ax b dy dx = 0 x = b a Dette harmonerer med x-værdien fundet vha. symmetribetragtninger. Da y = f(x) kan vi nu finde y-koordinatet med indsættelse i udtrykket for.gradspolynomiet, på samme sæt som beskrevet tidligere: y t = d 4a Hermed er det vist (igen), at parablens toppunkt ligger i punktet: T p : x t ; y t = b a ; d 4a 1.3 Faktorisering Når der kan findes nulpunkter til et.gradspolynomium (jfr. 1.. Nulpunkter), kan dette ligeledes deles op i faktorer. De to nulpunkter/rødder udgør nemlig grundlaget for den ellers generelle form y=ax +bx+c: y= x r 1 x r y=x x r 1 r r 1 r Dvs. at leddet (r1+r)=b og r1r=c. I de tilfælde hvor stigningskoefficienten a er forskellige fra 1, bliver det lidt mere kompliceret: y=a x r 1 x r y=a x r 1 r x r 1 r y=ax a r 1 r x a r 1 r Herved bliver 1.grads- og 0.gradkoefficienterne til a(-r1-r)=b og ar1r=c. I ovenstående eksempel på Illustration 1 vil polynomiet derfor kunne skrives som: parabel.odt Side 7 /1 Jakob Gudmandsen: 09-04-0

y= x 1 x y= x 1 x 1 y=x 1 x 1 y=x x 4 For polynomier af højere orden end, er der ikke nogen generel løsning af nulpunkter/rødder, hvorfor der enten må 'gættes' rødder eller anvendes CAS 1. 1.4 Areal mellem graf og 1.aksen Ved at tage det bestemte integrale kan arealet findes på sædvanlig vis: A = a b f x dx = [ F x ]a b = F b F a I dette tilfælde vil det være: r A= r1 ax bx cdx=[ a 3 x3 b x cx k ]r1 A= a 3 r 3 b r cr k a 3 r 3 1 b r 1 cr 1 k r I eksemplet på Illustration 1 vil beregningen blive: A= 1 x x 4dx 3 3 4 k 3 13 1 4 1 k A= 0 3 k 7 3 k = 7 3 = 9 Det bemærkes at det fundne areal er negativt, hvilket er grundet i det bestemte integrale, som giver negative værdier for graf under 1.aksen, y < 0. I dette tilfælde må arealet beregnes som numerisk værdi, A. 1.4.1 Areal ift. omsluttende rektangel Som lille kontrol, er arealet for ethvert vinkelret symmetrisk område ved parablens toppunkt lig med /3 af den omsluttende rektangels areal. 1 CAS = Computer Algebra System, ex.vis TI-89 Titanium; Derive el.lign. parabel.odt Side 8 /1 Jakob Gudmandsen: 09-04-0

Illustration 4: Arealet af parabelspids med omsluttende rektangel I ovenstående skitse (Illustration 4) er rødderne x=-1 og x=3, hvilket giver en afstand på 4, og toppunktet ligger 4 over 1.aksen, giver det: A retangel = r r 1 y t = 3 1 4 0 = 16 A parabel = 3 A retangel = 16 10,67 3 1.5 Brændpunkt Der er i princippet flere måder at udregne en parabels brændpunkt, med baggrund i hvilke egenskaber der fokuseres på. 1.5.1 Brændpunkt som spejlfokus Brændpunktet har de geometriske egenskaber, at en linje der tager sit udgangspunkt i punktet F, vil ved spejling i parablen (punktet P) forsætte parallel med parablens symmetriakse. Det er dette fænomen som bl.a. udnyttes i lygter og satellitmodtagere. Ved spejling menes der det fysiske fænomen, at indgangsvinkel er lig udgangsvinkel, hvilket kan regnes på med udgangspunkt i tangentens hældning dy/dx0 og v = tan-1(dy/dx0). Herunder arbejdes med den trivielle parabel y = ax. parabel.odt Side 9 /1 Jakob Gudmandsen: 09-04-0

Illustration 5: Parablens tangent som spejl Når vinklen (v) mellem lodrette akse og tangenten i punktet P er lig vinklen mellem tangenten og linjen til brændpunktet F, må vinklen (w) mellem vandrette akse og linjen FP være: v = dy tan 1 dx 0 PF w = v = tan w = tan v = tan tan 1 dy dx 0 Tangentens hældning kan findes ved den 1. afledede af udtrykket for parablen, y = ax : f ' x 0 = ax 0 PF v = tan 1 ax 0 = tan tan 1 ax 0 Her er det på sin plads at kigge på nogle relationer / omformuleringsregler fra trigonometrien: parabel.odt Side 10 /1 Jakob Gudmandsen: 09-04-0

tan v = cot v = 1 tan v tan v tan v = 1 tan v 1 tan tan 1 ax 0 tan tan 1 ax 0 = cot tan 1 ax 0 = tan tan 1 ax 0 = tan tan 1 ax 0 1 tan ax 0 = 4ax 0 1 ax 0 cot tan 1 ax 0 = 1 ax 0 = 4a x 0 1 4ax 0 4ax 0 Dette udtryk kan indsættes som hældningen i en ret linje FP på formen: y y 0 = x x 0 Indsat værdierne for f(x0) og f'(x0) fås: y ax 0 = 4 a x 0 1 4 a x 0 x x y= x 4a x 0 1 x 0 0 4a x 0 For brændpunktet på.aksen F = (0,k), gælder at x = 0, hvorved linjen FP vil være: y F = 0 4a x 0 1 x 0 = x 0 4a x 0 4ax 0 y F = 1 4a Denne løsning er det samme som y-værdien for brændpunktet, da yf = k. 1.5. Brændpunkt ud fra alternativ definitionen for parabel Alternativt kan der tages udgangspunkt i en parabel, med toppunktet i Origo (0,0) hvor det gælder at: Givet tre punkter i planet; F, P og Q, hvor P er alle punkter samme afstand til punktet F (brændpunkt) som til punktet P på en given linie m (ledelinie). Her gælder det at: PF = P Q Dvs. at afstanden fra brændpunkt F = (0,k) til punktet P = (x0,ax0 ) på parablen er samme som parabel.odt Side 11 /1 Jakob Gudmandsen: 09-04-0

afstanden fra punktet P til Q = (x0,-k) på ledelinjen m. Illustration 6: Parablen udtrykt vha. brændpunkt og ledelinje Dette medfører følgende sammenhæng: FP = x 0 0 ax 0 k og PQ = ax 0 k FP = PQ k ax 0 k a x 0 4 x 0 = k ax 0 k a x 0 4 x 0 = 4ax 0 k k= 1 4a En givens parabels brændpunkt vil altså ligge på symmetriaksen og med en afstand 1/(4a) fra toppunktet, hvor a er polynomiets.gradskoefficient. I tidligere eksempel på Illustration 1 vil brændpunktet være 1/8 højere oppe end toppunktet, givende koordinaterne F = (0,5 ; -31/8). parabel.odt Side 1 /1 Jakob Gudmandsen: 09-04-0