f(x) = a.x 2 + b.x + c

Transcripción

1 FUNCIÓN CUADRÁTICA Diremos que una función f es una función polinómica si eisten números reales a 0, a 1, a,...a n tales que: f() = a n n + a n-1 n a + a 1 + a 0 Ejemplo: f() = es f : R R cuo grado es 6. Vamos a estudiar ahora la función de grado. Definición: a la función polinómica de grado se la denomina función cuadrática La epresión general de la función cuadrática es: f() = a. + b. + c Donde a, b c son números reales siendo a 0 Su dominio es el conjunto R porque es el conjunto más amplio para el cual la fórmula tiene sentido. Su gráfica es una parábola. Los términos reciben estos nombres : término lineal = a. + b. + c término cuadrático término independiente A esta forma de epresar las función cuadrática se la llama polinómica. Si le damos diferentes valores a los coeficientes a, b c obtenemos las fórmulas de distintas funciones cuadráticas. Por ejemplo: f() = + 6 ; h(t) = 80 t 5 t ; g() = ; s(t) = t + t 3 LA FUNCIÓN = Consideremos primero la función f() = siendo f : R R + U { 0 }. Su gráfico es: 4 f() = 1 (0,0) 1 98

2 Los gráficos de las funciones cuadráticas tienen siempre un eje de simetría vertical. En este caso es el eje. El punto en el que la parábola corta el eje de simetría se llama vértice. En este caso el punto de coordenadas ( 0,0). Como cualquier valor de ( positivo o negativo) elevado al cuadrado da por resultado un número positivo o cero, éste conjunto será la imagen. I(f) = R + U { 0 }. LA FUNCIÓN = a Veremos ahora cómo modifica el trazado de la curva el n real a. Observen los gráficos siguientes donde a toma valores distintos de 1. g f h con a > 0 f = g = h = ½ En este caso, si a es positivo las parábolas tienen sus ramas dirigidas hacia arriba además con distinta abertura. con a < 0 f = - g = - h = - ½ h f g Cuando a es negativo, las ramas de la parábola están dirigidas hacia abajo tienen diferente abertura. CONCLUSIÓN: El signo de a indica hacia dónde se dirigen las ramas. El valor absoluto de a modifica la abertura de las parábolas. Forma Canónica La fórmula de la función cuadrática también puede epresarse en forma canónica, que es la siguiente: = a ( h) + k donde : a es el término cuadrático, 99

3 (h ; k ) son las coordenadas del vértice, = h es la recta de simetría de la parábola Si queremos relacionar esta epresión con la forma polinómica, basta con desarrollar las operaciones indicadas en la forma canónica e igualar término a término de la siguiente manera: a ( h) + k = a. + b. + c a ( h + h ) + k = a. + b. + c a ah +a h + k = a + b + c a = a a = a ah = b ah = b h = - b / a ah + k = c k = c - ah k = c a( - b / a) k = c b /4a Ejemplo : Conociendo la función f() = 6 + hallar su epresión canónica. a ah + ah + k = 6 + a = k = h = ( 6) 4. ( 6) 3 = = = 8 Entonces la epresión queda : f() = 3 5 Esta función tiene el vértice en el punto V = Y el eje de simetría es la recta = 3/ 3 5 ; Ahora grafiquémosla: =3/ 3/ -5/ V= (3/, -5/) Desplazamientos de la función cuadrática Si analizamos la forma canónica de la función, donde figuran como dato importante las coordenadas del vértice, podremos ver si la parábola está desplazada o no. 100

4 Si el vértice está en el punto origen de coordenadas, el vértice es V = ( 0, 0) entonces la fórmula será: f() = a ( 0 ) + 0 Por ejemplo : f() = 3 donde a = 3 V = ( 0,0 ) Si la parábola está desplazada en sentido horizontal, el vértice será de la forma V =(h, 0) la fórmula de la función será : f() = a ( h ) + 0 Por ejemplo : f() = 3 ( 1 ) donde a = 3 V = ( 1, 0 ) Si la parábola está desplazada en sentido vertical, el vértice será de la forma V = ( 0, k) la fórmula de la función será: f() = a ( 0 ) + k. Por ejemplo f() = ¼ + 3 donde a = ¼ V = ( 0, 3 ) Si la curva se encuentra desplazada en los dos sentidos, entonces el vértice estará en V = ( h, k ) la fórmula será f () = a ( h ) + k Por ejemplo: f () = ½ ( + ) 4 donde a = ½ V = ( -, - 4) = a = a(-h) = a + k = a (-h) +k = a = a k k 0 h 0 0 h Forma factorizada Ya hemos visto que la función cuadrática se puede epresar en forma polinómica también en forma canónica, donde cada una nos brinda datos diferentes. Otra forma de epresar la función cuadrática es en forma factorizada donde los datos implícitos en ella son las raíces del polinomio, a es el coeficiente, valor que aparece en todas las epresiones. Su epresión general es: f() = a ( 1 ) ( ) donde 1 son las raíces del polinomio de segundo grado que más adelante veremos cómo se obtienen. Recuerden el concepto de raiz de un polinomio qué interpretación geométrica tiene, volviendo al capítulo de polinomios. 101

5 Ejemplo: f() = ½ ( 1) ( + 3) En este caso 1 = 1 = - 3 son los valores que anulan el polinomio, pero gráficamente son los valores de donde la parábola corta al eje X. Su gráfico aproimado es: =½ ( 1) ( + 3) h 1 k ECUACIONES CUADRÁTICAS Para hallar las raíces de un polinomio debemos buscar los valores que anulan el polinomio, o sea cuándo a + b + c = 0. Esto significa resolver una ecuación de segundo grado, para ello debemos analizar tres situaciones distintas según sean sus coeficientes, todos distintos de cero o no. Si el término lineal es nulo la ecuación es de la forma a + c = 0 Por ejemplo : - 4 = 0 = 4 = ± = o = - Entonces la solución es S = { ; - } Si el término independiente es nulo la ecuación es de la forma a + b = 0 Por ejemplo: Entonces ha dos posibilidades: 1) 3 = 0 sólo si = 0 pues = 0 3 ( + ) = 0 3 = 0 ó + = 0 un producto es nulo si alguno de sus factores lo es ) + = 0 si = - Por lo tanto la solución de la ecuación es : S = { 0 ; - } Si la ecuación es completa tiene la forma a + b + c = 0 Como no podemos usar ninguno de los procedimientos anteriores debemos recurrir al completamiento de cuadrados o a la fórmula resolvente de Baskara. 10

6 Esta fórmula se abrevia en forma general 1, = b ± b a 4ac donde a, b c son coeficientes de los términos de dicha ecuación. Por ejemplo: + 3 = 0 donde a = 1 ; b = c = = ± 4.1.( 3).1 entonces: 1 = ( 3).1 = + 16 = 1 = 4.1.( 3).1 = 16 = - 3 Por lo tanto la solución es S = { 1 ; - 3 } Discriminante Se denomina discriminante a la epresión que queda afectada por la raíz cuadrada en la fórmula a resolver se lo identifica con la letra griega. = b 4.a.c el número que resulta de esta operación puede ser positivo, negativo o cero. de acuerdo con esto eisten tres tipos de solución: Si b 4.a.c > 0 entonces la ecuación tiene dos soluciones reales distintas Si b 4.a.c = 0 entonces la ecuación tiene dos soluciones reales coincidentes Si b 4.a.c < 0 entonces la ecuación no tiene solución en el conjunto de reales pues no eiste solución para la raíz cuadrada de un número negativo. Por lo tanto discrimina el tipo de solución de la ecuación. FUNCIÓN Y ECUACIÓN CUADRÁTICA Volviendo a la función cuadrática, analicemos cómo hallar las raíces o puntos de intersección con el eje X qué interpretación geométrica tiene el discriminante en cada caso. Si queremos conocer los puntos de intersección de la función f() = a +b + c con el eje de abscisas, debemos resolver la ecuación 0 = a + b + c. Obtendremos así dos valores probables de que verifican esa ecuación, los cuales me determinarán los puntos P 1 = ( 1, 0 ) P = (, 0 ). Pero de acuerdo al signo del discriminante tendremos tres situaciones diferentes : 103

7 si > 0 la función cortará al eje X en dos puntos distintos P 1 = ( 1, 0 ) P = (, 0 ) si = 0 la función cortará al eje en un único punto pues 1 = ese punto será el vértice de la parábola. si < 0 la función no cortará el eje X. Estas tres situaciones corresponden a los siguientes gráficos. a > 0 a > 0 a > 0 a < 0 a < 0 a < 0 > 0 = 0 < 0 Ejemplo: Dada la función f() = realizar un estudio completo de la misma. 1. Determinemos el dominio la imagen de f(). Como es una función polinómica su dominio son todos los reales entonces: D(f) = R Para hallar la imagen esperaremos a tener su epresión canónica su gráfica.. Encontremos la epresión canónica para la cual debemos hallar las coordenadas del vértice. Sabemos que: a = 1 ; b = 4 c = = a( h ) + k = h + h + k Igualando término a término tenemos h : 4 = - h h = - * k : -5 = h + k -5 = (-) + k k = = -9 * Tenemos así el vértice en V = ( h, k) V = ( -, -9 ) * Ahora sólo reemplazamos en la epresión inicial así la forma canónica es f() = ( + ) - 9 el eje de simetría está en = - 104

8 3. Para hallar los puntos de intersección con los ejes debemos resolver dos ecuaciones: Intersección con el eje Y En este caso = 0 así si reemplazamos en la forma polinómica, obtenemos = = - 5 el punto que buscamos es P 0 = ( 0; -5 ) Intersección con el eje X En este caso es = 0 por lo que reemplazamos en la fórmula polinómica 0 = luego necesitamos la fórmula resolvente para esta ecuación de grado reemplazamos en ella los valores a, b c correspondientes 1 - = b ± b a = 1 = 1 4ac = 4 ± ( 4) 4.1.( 5) = = 5 = Entonces los puntos de intersección son: P 1 = ( 1; 0 ) P = ( -5; 0 ) Con estos datos podemos escribir la forma factorizada f() = ( 1 ) ( + 5 ) 4. Ahora que conocemos f() = ( + ) - 9 podemos hallar la imagen. Si está en el dominio resulta que R + R ( + ) R + 0 es decir que ( + ) 0 ( + ) 9-9 f() -9 es decir que la imagen es I(f) = [-9, ) 5. Con todos estos datos intentemos una gráfica, (La parábola tiene las ramas hacia arriba por ser a positivo,). = -5 h= - 1 =1 = -5 V k= -9 Ejemplo : Resolvamos ahora un problema de aplicación de la función cuadrática. Si una piedra se arroja verticalmente desde el piso hacia arriba con una velocidad inicial de 10 m/seg, entonces S(t) = - 5 t + 10 t, donde S metros es la distancia de la piedra desde el punto de partida a los t segundos el sentido positivo es hacia arriba. Hallar : 105

9 a) A qué altura subirá? b) Cuántos segundos tardará en caer al suelo? c) Cuántos segundos tardará en alcanzar el punto más alto? d) Qué altura alcanzará a los 0,5 segundos? e) Una gráfica que represente la variación de la distancia en función del tiempo. Primero determinemos el dominio de la función. Si bien es una función cuadrática, la variable independiente es el tiempo, por lo cual el dominio serán los números reales positivos el cero. Identifiquemos los coeficientes de la epresión polinómica: a = - 5 ; b = 10 c = 0. Analicemos ahora qué podemos deducir de la función antes de hacer cálculos. como a < 0 sabemos que la parábola tiene sus ramas hacia abajo, por lo tanto la función tendrá un máimo en k. Hallando este valor encontraremos la altura máima a la que subirá la piedra. para ese valor de S(t),el valor de abscisa correspondiente me dirá el instante en el cual alcanza esta altura, lo que será el valor h. en las raíces 1 del polinomio tendremos los puntos donde la altura de la piedra es cero, situación que se da en el momento de lanzamiento cuando termina la caída. con sólo reemplazar un valor cualquiera de t en la fórmula sabremos a qué altura estará en ese momento. Comencemos con los cáculos. La fórmula es S(t) = - 5 t + 10 t Para hallar el vértice debemos igualar a la forma canónica - 5 t + 10 t = a (t - h) + k - 5 = a 10 = - a h h = 1 0 = a h + k k = 5 V = ( 1 ; 5 ) Para hallar las raíces podemos factorear a que el polinomio no está completo S(t) = - 5 t + 10 t = 5 t ( - t + ) -5 t ( - t + ) = 0 5t = 0 ó ( -t + ) = 0 t = 0 ó t = entonces las dos puntos buscados son P 1 = ( 0; 0 ) P = ( ; 0 ) Construamos primero el gráfico luego contestemos las preguntas S k = 5 S(t) = - 5t +10t 0 h = 1 t a) El valor máimo de la función es k por lo tanto subirá hasta los 5 metros 106

10 b) La función alcanza su máimo en = h por lo tanto alcanzará su altura máima en 1 segundo. c) Tardará segundos en caer al suelo( no tenemos en cuenta la altura del lanzador) d) Reemplazo 0,5 en la epresión : S( 0,5 ) = - 5 (0,5) + 10 (0,5) = 0,75 metros TRABAJO PRÁCTICO 1.- Grafica las siguientes funciones cuadráticas f() = g() = h() = -1/ + 3/ k() = j() = 3.- Halla la fórmula de la función cuadrática que pasa por el punto ( 1 ; -1 ) su vértice es el punto ( -; 3 ) su gráfico corta al eje en ( 0; 3 ) su vértice es el punto ( 1; ) 3.- Halla los posibles valores de m para que se cumpla la condición pedida: f() = + m + 3 corta al eje en dos puntos g() = m no corta el eje h() = - m 5 contacta al eje en un solo punto 4.- Los registros de temperatura tomados entre las 0 horas las 4 horas en una zona rural se ajustan a la función T() = -1/10 ( 1 ) +10, donde T es la temperatura en grados centígrados es la hora del día. cuál fue la temp. máima? a qué hora se registró? cuándo la temp. fue de cero grado? qué temperatura había a las 3 de la tarde? 107

11 EVALUACIÓN Ejercicio 1: El gráfico de la función f() = a + b + c, con a > 0, tiene su vértice en el punto ( 1; - ). Indica si el punto ( ; -4 ) puede pertenecer al gráfico de f justificalo. Ejercicio : Sin resolverlas indica qué tipo de raíces tiene cada una de las sig. ecuaciones = = 0 3 ½ = 0 Ejercicio 3: Sea la función g() = - 0,5 ( + 1 ) - 1,5 Determina: las coordenadas del vértice, las raíces reales, la ecuación del eje de simetría, el punto de intersección con el eje de ordenadas. Ejercicio 4: Cuál es la superficie máima que se puede abarcar con una soga de 100m dispuesta en forma rectangular sobre el piso? Ejercicio 5: Se arroja verticalmente hacia arriba una pelota de tenis imprimiéndole una velocidad de 10 m/seg. Su altura en metros sobre el suelo, t segundos después de haber sido lanzada, está dada por la función: h(t) = 1, t 5 t desde qué altura fue lanzada? en qué instante cuál fue la altura máima? para qué valores de t asciende para cuáles desciende? halla el tiempo que demora en llegar al suelo. 108