إيجاد الدوال التربيعية بمعلومية رسومها البيانية

دليل مفصل باستخدام طرق الرأس، ونقاط التقاطع، ومحور التماثل

لإيجاد معادلة الدالة التربيعية من رسمها البياني، نحدد الخصائص الرئيسية مثل الرأس، أو نقاط التقاطع، أو محور التماثل. بناءً على المعلومات المتاحة، نستخدم إما صيغة الرأس أو الصيغة المحللة لتحديد الدالة النهائية.

الصيغ التربيعية الرئيسية

الصيغة العامة: \[ f(x) = ax^2 + bx + c \]

صيغة الرأس (الصيغة القياسية): \[ f(x) = a(x - h)^2 + k \]

حيث $(h, k)$ هي إحداثيات الرأس. تُعطى العلاقة بين الصيغ بواسطة:

\[ h = \frac{-b}{2a}, \quad k = f(h) = c - \frac{b^2}{4a} \]

الطريقة 1: معرفة الرأس ونقطة واحدة

المثال 1

أوجد الدالة التربيعية $f$ التي يظهر رسمها البياني أدناه:

رسم بياني لدالة تربيعية رأسها عند نقطة الأصل
عرض الحل

1. حدد الرأس من الرسم البياني: $(h, k) = (0, 2)$.

2. اكتب الدالة بصيغة الرأس: \[ f(x) = a(x - 0)^2 + 2 = ax^2 + 2 \]

3. استخدم النقطة $(1, 3)$ لحل المعادلة وإيجاد قيمة $a$: \[ f(1) = a(1)^2 + 2 = 3 \Rightarrow a = 1 \]

الدالة النهائية: \[ f(x) = x^2 + 2 \]

المثال 2: قطع مكافئ متجه لأسفل

أوجد الدالة $g$ واحسب قيمة $g(-3)$:

رسم بياني لقطع مكافئ متجه لأسفل
عرض الحل

1. الرأس: $(0, -1)$. صيغة الرأس: $g(x) = ax^2 - 1$.

2. استخدم النقطة $(1, -2)$: \[ a(1)^2 - 1 = -2 \Rightarrow a = -1 \]

3. المعادلة: $g(x) = -x^2 - 1$.

4. احسب قيمة $g(-3)$: \[ g(-3) = -(-3)^2 - 1 = -9 - 1 = -10 \]

المثال 3: رأس مُزاح (Offset Vertex)

أوجد الدالة $l$ واحسب نقاط تقاطعها مع المحور السيني:

قطع مكافئ برأس (2,1)
عرض الحل

1. الرأس $(2, 1) \Rightarrow l(x) = a(x - 2)^2 + 1$.

2. استخدم نقطة التقاطع الصادية $(0, -7)$: \[ a(0 - 2)^2 + 1 = -7 \Rightarrow 4a = -8 \Rightarrow a = -2 \]

3. أوجد نقاط التقاطع السينية (بوضع $l(x) = 0$): \[ -2(x - 2)^2 + 1 = 0 \Rightarrow (x - 2)^2 = 1/2 \]

\[ x = 2 \pm \sqrt{1/2} \]

الطريقة 2: معرفة نقاط التقاطع السينية والصادية

المثال 4

أوجد الدالة $s$ بالصيغة القياسية:

قطع مكافئ بنقطتي تقاطع سينيتين
عرض الحل

1. استخدم الصيغة المحللة مع نقطتي التقاطع $(-1, 0)$ و $(2, 0)$: \[ s(x) = a(x + 1)(x - 2) \]

2. استخدم نقطة التقاطع الصادية $(0, -4)$: \[ a(0 + 1)(0 - 2) = -4 \Rightarrow -2a = -4 \Rightarrow a = 2 \]

3. الصيغة القياسية: \[ s(x) = 2(x^2 - x - 2) = 2x^2 - 2x - 4 \]

الطريقة 3: معرفة محور التماثل ونقطتين

المثال 5

أوجد $m(x)$ علماً بأن محور التماثل هو $x = -3$:

قطع مكافئ مع توضيح محور التماثل
عرض الحل

1. صيغة الرأس: $m(x) = a(x + 3)^2 + k$.

2. أنشئ نظاماً من المعادلات باستخدام النقطتين $(-5, 0)$ و $(-2, -1.5)$:

\[ \begin{cases} a(-5 + 3)^2 + k = 0 \Rightarrow 4a + k = 0 \\ a(-2 + 3)^2 + k = -1.5 \Rightarrow a + k = -1.5 \end{cases} \]

3. بطرح المعادلتين: $3a = 1.5 \Rightarrow a = 0.5$. ثم $k = -2$.

4. الصيغة القياسية: \[ m(x) = 0.5(x + 3)^2 - 2 = 0.5x^2 + 3x + 2.5 \]

الطريقة 4: معرفة ثلاث نقاط

المثال 6

حدد $w(x)$ بالصيغة القياسية:

قطع مكافئ عام مع تحديد ثلاث نقاط
عرض الحل

باستخدام $w(x) = ax^2 + bx + c$:

  • النقطة $(0, -1/6) \Rightarrow c = -1/6$.
  • النقطة $(1, 0) \Rightarrow a + b - 1/6 = 0 \Rightarrow a + b = 1/6$.
  • النقطة $(3, 10/3) \Rightarrow 9a + 3b - 1/6 = 10/3 \Rightarrow 9a + 3b = 7/2$.

بحل النظام: $a = 1/2, b = -1/3$.

الدالة النهائية: \[ w(x) = \frac{1}{2}x^2 - \frac{1}{3}x - \frac{1}{6} \]

واصل تعلمك