Matura Matematyka Podstawy: Notatki, Część 2

Równania kwadratowe niezupełne

Równania kwadratowe niezupełne mają postać ax² + c = 0 (gdzie a≠0, c≠0) lub ax² + bx = 0.

Kiedy masz równanie typu x² = k:

• Dla k > 0: równanie ma 2 rozwiązania: x₁ = -√k i x₂ = √k
• Dla k = 0: równanie ma 1 rozwiązanie: x₀ = 0
• Dla k < 0: równanie nie ma rozwiązań rzeczywistych

Równanie postaci ax² + bx = 0 (czyli x$ax+b$ = 0) ma dwa pierwiastki:

• x₁ = 0
• x₂ = -b/a

💡 Wskazówka: Przy rozwiązywaniu równań kwadratowych niezupełnych często możemy wykorzystać wzory skróconego mnożenia, np. a² - b² = a-b$$a+b, co znacznie przyspieszy obliczenia.

Równania kwadratowe zupełne

Równanie kwadratowe zupełne ma postać ax² + bx + c = 0 (gdzie a≠0, b≠0, c≠0). O liczbie rozwiązań decyduje wyróżnik (delta).

Delta (Δ) = b² - 4ac

W zależności od wartości wyróżnika:

• Δ > 0: równanie ma 2 pierwiastki: x₁ = $-b-√Δ$/(2a) i x₂ = $-b+√Δ$/(2a)
• Δ = 0: równanie ma 1 pierwiastek: x₀ = -b/(2a)
• Δ < 0: równanie nie ma rozwiązań rzeczywistych

Przykład: x² + 6x + 8 = 0 można zapisać jako x+4$$x+2 = 0, co daje rozwiązania x₁ = -4 i x₂ = -2.

🔑 Kluczowa zasada: Gdy Δ = 0, równanie ma jeden pierwiastek dwukrotny. Jest to bardzo ważne przy analizie funkcji kwadratowej, gdyż oznacza, że parabola jest styczna do osi X.

Prosta na płaszczyźnie kartezjańskiej

Prostą na płaszczyźnie można zapisać na dwa sposoby:

• Równanie kierunkowe: y = ax + b
• Równanie ogólne: Ax + By + C = 0 (gdzie A² + B² > 0)

Aby znaleźć równanie prostej przechodzącej przez dwa punkty A(xₐ, yₐ) i B(xₑ, yₑ):

1. Gdy xₐ ≠ xₑ:

   • Oblicz współczynnik kierunkowy: a = (yₑ - yₐ)/(xₑ - xₐ)
   • Równanie kierunkowe: y - yₐ = a$x - xₐ$
   • Równanie ogólne: $y - yₐ$(xₑ - xₐ) - (yₑ - yₐ)$x - xₐ$ = 0

2. Gdy xₐ = xₑ (prosta pionowa):

   • Równanie prostej: x - xₐ = 0

📏 Zapamiętaj: Współczynnik kierunkowy prostej określa jej nachylenie. Gdy a > 0, prosta jest rosnąca, gdy a < 0 - malejąca, a gdy a = 0 - pozioma.

Wzajemne położenie prostych i symetralna odcinka

Wzajemne położenie dwóch prostych k i l (o równaniach y = aₖx + bₖ i y = aₗx + bₗ):

• Proste równoległe: aₖ = aₗ i bₖ ≠ bₗ
• Proste pokrywające się: aₖ = aₗ i bₖ = bₗ
• Proste przecinające się: aₖ ≠ aₗ
• Proste prostopadłe: aₖ · aₗ = -1

Środek odcinka AB: S = ((xₐ + xₑ)/2, (yₐ + yₑ)/2)

Symetralna odcinka to prosta prostopadła do odcinka, przechodząca przez jego środek. Każdy punkt leżący na symetralnej odcinka AB jest jednakowo oddalony od punktów A i B.

Długość odcinka AB: |AB| = √((xₑ-xₐ)² + (yₑ-yₐ)²)

🔍 Warto zauważyć: Symetralna odcinka AB jest zbiorem wszystkich punktów, dla których |XA| = |XB|. Ta własność jest bardzo przydatna przy rozwiązywaniu wielu problemów geometrycznych.

Trójkąty na płaszczyźnie kartezjańskiej

W każdym trójkącie możemy wyróżnić trzy szczególne punkty:

1. Punkt przecięcia symetralnych boków - jest to środek okręgu opisanego na trójkącie.

2. Punkt przecięcia środkowych (barycentrum) - dzieli każdą środkową w stosunku 2:1 licząc od wierzchołka. Jego współrzędne to: S = ((xₐ + xₑ + x𝒸)/3, (yₐ + yₑ + y𝒸)/3)

3. Ortocentrum - punkt przecięcia wysokości trójkąta.

Pole trójkąta możemy obliczyć ze wzoru: P = $1/2$ · |(xₑ-xₐ)(y𝒸-yₐ) - (x𝒸-xₐ)(yₑ-yₐ)|

📐 Ważne: W trójkącie równobocznym wszystkie te trzy punkty pokrywają się, tworząc jeden punkt nazywany centrum trójkąta. W innych trójkątach te punkty leżą na jednej prostej (prosta Eulera).

Symetria osiowa i środkowa

Symetria osiowa względem osi układu:

• Względem osi X: Sₓ(P(x,y)) = P$x,-y$
• Względem osi Y: Sᵧ(P(x,y)) = P$-x,y$

Symetria środkowa względem początku układu współrzędnych: S₍₀₎(P(x,y)) = P$-x,-y$

Figura jest osiowosymetryczna, jeśli istnieje taka prosta, że obraz figury w symetrii względem tej prostej pokrywa się z figurą.

Figura jest środkowosymetryczna, jeśli istnieje taki punkt, że obraz figury w symetrii środkowej względem tego punktu pokrywa się z figurą.

🔄 Ciekawostka: Parabola jest przykładem figury osiowosymetrycznej, a okrąg jest zarówno osiowosymetryczny (względem każdej prostej przechodzącej przez środek), jak i środkowosymetryczny (względem swojego środka).

Przekształcanie wykresów funkcji

Symetrie wykresu funkcji:

• Symetria względem osi X: y = -f$x$
• Symetria względem osi Y: y = f$-x$

Jeśli osią symetrii wykresu funkcji f jest oś Y, to funkcja f jest parzysta.

Przesunięcie (translacja) funkcji:

• Przesunięcie o wektor ū: F₁ = Tū(F)

Długość wektora: |AB| = √((xₑ-xₐ)² + (yₑ-yₐ)²)

📉 Praktyczna wskazówka: Aby szybko naszkicować wykres funkcji przesuniętej, najpierw rysujemy oryginalny wykres, a następnie przesuwamy go w odpowiednim kierunku o zadaną wartość. Oszczędza to czas przy rozwiązywaniu zadań.

Przesunięcie wykresu funkcji wzdłuż osi układu

Przesunięcie wzdłuż osi X:

• Gdy p > 0 i y = f$x$:
  • y = f$x-p$: przesunięcie wykresu o p jednostek w PRAWO
  • y = f$x+p$: przesunięcie wykresu o p jednostek w LEWO

Przesunięcie wzdłuż osi Y:

• Gdy q > 0 i y = f$x$:
  • y = f$x$ + q: przesunięcie wykresu o q jednostek w GÓRĘ
  • y = f$x$ - q: przesunięcie wykresu o q jednostek w DÓŁ

Przesunięcie punktu A o |p| jednostek wzdłuż osi X:

• W prawo (p > 0): xₑ = xₐ + p
• W lewo (p < 0): xₑ = xₐ + p

Przesunięcie punktu A o |q| jednostek wzdłuż osi Y:

• W górę (q > 0): yₑ = yₐ + q
• W dół (q < 0): yₑ = yₐ + q

🧠 Trochę inaczej: Łatwiej zapamiętać przesunięcia jako: "jeśli dodajesz do x, przesuwasz w lewo; jeśli odejmujesz od x, przesuwasz w prawo". A co z osią Y? "Co dodajesz do funkcji, o tyle idzie w górę."

Funkcja kwadratowa - podstawy

Funkcja kwadratowa ma postać ogólną: f$x$ = ax² + bx + c, gdzie a, b, c ∈ ℝ i a ≠ 0

Jej wykresem jest parabola, a dziedziną zbiór liczb rzeczywistych (ℝ).

Dla najprostszej funkcji kwadratowej f$x$ = ax²:

1. Dziedzina: ℝ
2. Zbiór wartości: dla a > 0: <0,∞), dla a < 0: (-∞,0>
3. Punkt przecięcia z osią X: (0,0)
4. Znak funkcji: dla a > 0: f$x$ > 0 dla x ∈ $-∞,0$∪(0,∞), dla a < 0: odwrotnie
5. Monotoniczność: dla a > 0: maleje na $-∞,0$ i rośnie na (0,∞)
6. Wartość min/max: dla a > 0: min = 0, dla a < 0: max = 0
7. Funkcja jest ograniczona z dołu dla a > 0, z góry dla a < 0
8. Funkcja f$x$ = x² jest parzysta (wykres symetryczny względem osi Y)

📊 Nie zapomnij: Znak współczynnika a określa "kierunek" paraboli - dla a > 0 parabola jest "uśmiechnięta" (ramiona skierowane w górę), a dla a < 0 "odwrócona" (ramiona w dół).

Postać kanoniczna funkcji kwadratowej

Postać kanoniczna funkcji kwadratowej: f$x$ = a$x-p$² + q

Wierzchołek paraboli: W = (p,q)

Przejście z postaci ogólnej do kanonicznej:

• p = -b/(2a)
• q = -Δ/(4a), gdzie Δ = b² - 4ac

Aby naszkicować wykres funkcji f$x$ = x²:

• Wierzchołek w punkcie W = (0,0)
• Punkty pomocnicze: A = $-1,1$, B = (1,1)

Dla funkcji f$x$ = ax²:

• Gdy a > 0: minimum funkcji to f(0) = 0
• Gdy a < 0: maksimum funkcji to f(0) = 0

🌟 Sprytna metoda: Aby szybko przekształcić funkcję z postaci ogólnej do kanonicznej, możesz zastosować metodę "dopełnienia do kwadratu": ax² + bx + c = a$x² + (b/a)x$ + c = a$x² + (b/a)x + (b/(2a))²$ - a$b/(2a)$² + c = a$x + b/(2a)$² + c - b²/(4a)