ม.ปลาย · 40 นาที

ฟังก์ชันพหุนาม

ทดลองกราฟของฟังก์ชันพหุนามดีกรี 1 ถึง 5 ปรับสัมประสิทธิ์หรือกำหนดรากเอง แล้วอ่านจุดวิกฤติ ช่วงเพิ่มและช่วงลด จุดตัดแกน จุดเปลี่ยนเว้า และเส้นสัมผัส พร้อมดูผลของการเลื่อนขนานและการยืดหดกราฟ g(x) = A·f(B(x − h)) + k ฝึกโจทย์ 4 ระดับ และสร้างชุดข้อสอบพร้อมเฉลยได้

ปกด้านในบทฟังก์ชันพหุนาม ครูยืนอยู่ด้านซ้ายถือกระดานเขียน x² ข้างกราฟพหุนามหลายเส้นที่มีป้าย x² และ x³

ฟังก์ชันพหุนามและดีกรี

ฟังก์ชันพหุนามคือฟังก์ชันที่เขียนได้เป็น f(x) = aₙxⁿ + aₙ₋₁xⁿ⁻¹ + … + a₁x + a₀ เมื่อ n เป็นจำนวนเต็มไม่ลบและ aₙ ≠ 0 เรียก n ว่าดีกรี ดีกรี 1 คือเส้นตรง ดีกรี 2 คือพาราโบลา ดีกรี 3 มักเป็นรูปตัว S และดีกรี 4 มักเป็นรูปตัว W หรือ M กราฟของฟังก์ชันพหุนามต่อเนื่องและเรียบเสมอ ไม่มีรอยขาดหรือมุมหัก

ตัวอย่าง

f(x) = x² − 2x − 3 เป็นดีกรี 2 ส่วน g(x) = x³ − 3x เป็นดีกรี 3 ลองเลือกดีกรีในห้องทดลองแล้วเลื่อนแถบ a, b, c เพื่อดูว่ากราฟเปลี่ยนรูปอย่างไร

ฟังก์ชันพหุนาม f(x) = aₙxⁿ + aₙ₋₁xⁿ⁻¹ + … + a₁x + a₀ เมื่อ aₙ ≠ 0 โดยดีกรี 1 เป็นเส้นตรง ดีกรี 2 เป็นพาราโบลา พร้อมตัวอย่าง f(x) = x² − 2x − 3 ดีกรี 2 และ g(x) = x³ − 3x ดีกรี 3
ดีกรีบอกรูปร่างของกราฟ และกราฟพหุนามต่อเนื่องเรียบไม่มีรอยขาดหรือมุมหัก

ปลายกราฟบอกอะไร

เมื่อ x มีค่ามากขึ้นหรือน้อยลงมาก ๆ พจน์ที่มีกำลังสูงสุดจะเด่นกว่าพจน์อื่นทั้งหมด ดังนั้นพฤติกรรมปลายกราฟขึ้นกับดีกรีและเครื่องหมายของสัมประสิทธิ์นำ ดีกรีคู่ ปลายสองข้างชี้ทางเดียวกัน หงายขึ้นถ้าสัมประสิทธิ์นำเป็นบวก และคว่ำลงถ้าเป็นลบ ดีกรีคี่ ปลายสองข้างชี้คนละทาง ขวาขึ้นถ้าสัมประสิทธิ์นำเป็นบวก ขวาลงถ้าเป็นลบ

ตัวอย่าง

f(x) = −2x⁴ + 3x มีดีกรีคู่และสัมประสิทธิ์นำเป็นลบ ปลายทั้งสองข้างจึงชี้ลง ส่วน f(x) = x⁵ − 4x ปลายซ้ายชี้ลงและปลายขวาชี้ขึ้น ห้องทดลองสรุปเรื่องปลายกราฟไว้ในแผงผลการวิเคราะห์

ตารางพฤติกรรมปลายกราฟตามดีกรีคู่หรือคี่และเครื่องหมายสัมประสิทธิ์นำ พร้อมตัวอย่าง f(x) = −2x⁴ + 3x ที่ปลายทั้งสองข้างลง และ f(x) = x⁵ − 4x ที่ปลายซ้ายลงขวาขึ้น
เมื่อ |x| มีค่ามาก พจน์นำ aₙxⁿ กำหนดทิศของปลายกราฟทั้งสองข้าง

รากของสมการและจุดตัดแกน x

ค่า x ที่ทำให้ f(x) = 0 คือรากของสมการ และเป็นจุดที่กราฟตัดหรือแตะแกน x ถ้ารากซ้ำจำนวนคู่ กราฟจะแตะแกน x แล้วเด้งกลับ ถ้ารากซ้ำจำนวนคี่ กราฟจะข้ามแกน x ฟังก์ชันดีกรี n มีรากจริงไม่เกิน n ตัว ถ้าเขียนในรูป f(x) = a(x − r₁)(x − r₂)…(x − rₙ) จะเห็นรากทันที ห้องทดลองมีโหมด "รากของ f(x) = 0" ให้กำหนดรากแล้วกระจายเป็นสัมประสิทธิ์ให้เอง

ตัวอย่าง

f(x) = (x + 2)(x − 1)² มีราก −2 และ 1 โดย 1 เป็นรากซ้ำสองครั้ง กราฟข้ามแกน x ที่ −2 แต่แตะแกน x ที่ 1 แล้วกลับ จุดตัดแกน y คือ f(0) = (2)(1) = 2

f(x) = (x + 2)(x − 1)² มีราก −2 ซ้ำ 1 ครั้งที่กราฟข้ามแกน x และราก 1 ซ้ำ 2 ครั้งที่กราฟแตะแกน x แล้วกลับ โดยจุดตัดแกน y คือ (0, 2)
จำนวนครั้งที่รากซ้ำบอกว่ากราฟข้ามแกน x หรือแตะแล้วเด้งกลับ

จุดวิกฤติ ช่วงเพิ่ม และช่วงลด

จุดวิกฤติคือจุดที่ f′(x) = 0 ที่นั่นเส้นสัมผัสเป็นแนวนอน ถ้า f′ เปลี่ยนจากบวกเป็นลบ จะได้จุดสูงสุดสัมพัทธ์ ถ้าเปลี่ยนจากลบเป็นบวก จะได้จุดต่ำสุดสัมพัทธ์ แต่ถ้า f′ เป็นศูนย์โดยเครื่องหมายไม่เปลี่ยน เช่น x³ ที่ x = 0 จุดนั้นไม่ใช่จุดสูงสุดหรือต่ำสุด และฟังก์ชันยังเพิ่มต่อเนื่อง ช่วงที่ f′ > 0 คือช่วงเพิ่ม ช่วงที่ f′ < 0 คือช่วงลด

ตัวอย่าง

f(x) = x³ − 3x ได้ f′(x) = 3x² − 3 = 3(x − 1)(x + 1) จุดวิกฤติคือ x = −1 และ x = 1 f เพิ่มเมื่อ x < −1 และ x > 1 ลดเมื่อ −1 < x < 1 จุดสูงสุดสัมพัทธ์ (−1, 2) จุดต่ำสุดสัมพัทธ์ (1, −2) ในห้องทดลองกราฟส่วนเพิ่มเป็นสีเขียว ส่วนลดเป็นสีส้ม

f(x) = x³ − 3x มี f′(x) = 3(x − 1)(x + 1) ตารางเครื่องหมายแสดงว่าเพิ่มบน (−∞, −1) และ (1, ∞) ลดบน (−1, 1) จุดสูงสุดสัมพัทธ์ (−1, 2) และจุดต่ำสุดสัมพัทธ์ (1, −2)
การเปลี่ยนเครื่องหมายของ f′ ที่จุดวิกฤติบอกจุดสูงสุดและต่ำสุดสัมพัทธ์

จุดเปลี่ยนเว้าและเส้นสัมผัส

อนุพันธ์อันดับสอง f″(x) บอกความโค้งของกราฟ ถ้า f″ > 0 กราฟเว้าขึ้นเหมือนถ้วยหงาย ถ้า f″ < 0 กราฟเว้าลงเหมือนถ้วยคว่ำ จุดที่ f″ เปลี่ยนเครื่องหมายคือจุดเปลี่ยนเว้า ส่วนเส้นสัมผัสที่จุด x = t มีความชัน f′(t) เปิด "เส้นสัมผัส" ในห้องทดลองแล้วเลื่อนจุดสัมผัส จะเห็นความชันเป็นบวกเมื่อกราฟเพิ่ม เป็นลบเมื่อกราฟลด และเป็นศูนย์ที่จุดวิกฤติ

ตัวอย่าง

f(x) = x³ − 3x ได้ f″(x) = 6x จึงเว้าลงเมื่อ x < 0 เว้าขึ้นเมื่อ x > 0 และมีจุดเปลี่ยนเว้าที่ (0, 0) ที่ x = 2 ความชันของเส้นสัมผัสคือ f′(2) = 9

f(x) = x³ − 3x มี f″(x) = 6x จึงเว้าลงเมื่อ x < 0 เว้าขึ้นเมื่อ x > 0 จุดเปลี่ยนเว้าคือ (0, 0) และเส้นสัมผัสที่ x = 2 คือ y = 9x − 16 เพราะ f(2) = 2 และ f′(2) = 9
เครื่องหมายของ f″ บอกความเว้า ส่วน f′(t) คือความชันของเส้นสัมผัสที่ x = t

การแปลงกราฟ: เลื่อนขนาน ยืด หด พลิก

จากกราฟ y = f(x) สร้างกราฟใหม่ g(x) = A·f(B(x − h)) + k ได้ h เลื่อนกราฟไปทางขวา h หน่วย k เลื่อนขึ้น k หน่วย A ยืดหรือหดตามแนวตั้ง ถ้า A เป็นลบจะพลิกกราฟรอบแกน x ส่วน B ยืดหรือหดตามแนวนอนด้วยอัตรา 1/B ถ้า B เป็นลบจะพลิกรอบแกน y จุด (x, y) บนกราฟ f จะย้ายไปที่ (x/B + h, A·y + k) ห้องทดลองแสดงกราฟ f เดิมเป็นเส้นประ และกระจาย g(x) ให้เป็นพหุนามใหม่

ตัวอย่าง

f(x) = x² มีจุดต่ำสุด (0, 0) ถ้า g(x) = f(x − 3) + 2 จุดต่ำสุดย้ายไปที่ (3, 2) และ g(x) = x² − 6x + 11 ถ้า g(x) = −f(x) กราฟคว่ำลงและจุด (0, 0) กลายเป็นจุดสูงสุด

g(x) = A·f(B(x − h)) + k โดย h เลื่อนแนวนอน k เลื่อนแนวตั้ง A ยืดหดและพลิกแนวตั้ง B ยืดหดและพลิกแนวนอน จุด (x, y) ย้ายไปที่ (x/B + h, A·y + k) เช่น f(x − 3) + 2 = x² − 6x + 11 มีจุดต่ำสุด (3, 2)
ตัวอย่างเลื่อนและพลิกกราฟ y = x² ตามสูตรการแปลงพิกัดของจุด

ฝึกโจทย์และออกข้อสอบ

โหมดฝึกโจทย์มี 4 ระดับ ตั้งแต่ดีกรี 2 จนถึงผสมดีกรีและการแปลงกราฟ แต่ละข้อเป็นแบบเลือกตอบ สีของกราฟและขั้นตอนจะปรากฏหลังตอบ โหมดชุดข้อสอบเลือกจำนวนข้อ ระดับ และประเภทคำถามได้ เช่น ช่วงเพิ่ม ค่าสูงสุดสัมพัทธ์ จุดเปลี่ยนเว้า หรือการแปลงกราฟ เลขชุดเดิมให้ข้อสอบชุดเดิมเสมอ คัดลอกเป็นข้อความพร้อมเฉลย และปิดเฉลยแล้วบันทึกกราฟเป็นภาพ PNG เพื่อใส่ในใบงานได้

ตัวอย่าง

ครูเลือกระดับ 2 ประเภท "ช่วงเพิ่ม" จำนวน 10 ข้อ เลขชุด 2026 คัดลอกข้อสอบไปใส่ใบงาน ปิดเฉลยแล้วบันทึกภาพกราฟของข้อที่ต้องการ แล้วเปิดเฉลยเพื่อคัดลอกอีกชุดสำหรับครู

ห้องทดลองฟังก์ชันพหุนาม

ปรับสัมประสิทธิ์หรือราก แล้วอ่านจุดวิกฤติ ช่วงเพิ่ม–ลด และผลของการแปลงกราฟ
−10−8−6−4−2246810−55xy−1.7301.73(−1, 2)(1, −2)f(x) = x³ − 3x

ลากเพื่อเลื่อนกราฟ · ล้อเมาส์เพื่อซูม · ชี้ที่กราฟเพื่ออ่านค่า f′(x)

ลองคิดด้วยตัวเอง

เช็กความเข้าใจ

f(x) = x³ − 12x มีจุดต่ำสุดสัมพัทธ์ที่ x เท่าใด
← กลับไปเลือกบทเรียน