ม.ปลาย · 40 นาที

คำตอบของสมการกำลังสองตัวแปรเดียว

ห้องทดลองหาคำตอบของสมการกำลังสอง ax² + bx + c = 0 ปรับค่า a, b, c และเส้น y = m ได้ถึง −99 ถึง 99 ดูคำตอบบนระนาบจำนวนจริงและระนาบจำนวนเชิงซ้อน ดิสคริมิแนนต์ สูตรกำลังสอง การเติมกำลังสองสมบูรณ์ ผลบวกและผลคูณของราก พร้อมโหมดฝึกโจทย์ ออกแบบโจทย์และชุดข้อสอบสุ่ม

ปกด้านในบทคำตอบของสมการกำลังสองตัวแปรเดียว แสดงสมการ x² − 5x + 6 = 0 และพาราโบลาที่มีจุดตัดสองจุด โดยมีคุณครูถือป้ายเลข 2 และ 3 ยืนอยู่ทางขวาของภาพ

คำตอบของสมการกำลังสองคือค่า x ที่ทำให้สมการเป็นจริง

สมการกำลังสองตัวแปรเดียวมีรูปทั่วไป ax² + bx + c = 0 เมื่อ a ≠ 0 คำตอบคือค่า x ที่แทนแล้วทำให้ทั้งสองข้างเท่ากัน บนกราฟของ y = ax² + bx + c คำตอบที่เป็นจำนวนจริงก็คือค่า x ที่พาราโบลาตัดหรือแตะแกน X (ค่า y = 0)

ตัวอย่าง

x² − 5x + 6 = 0 มีคำตอบ x = 2 และ x = 3 เพราะ 2² − 5(2) + 6 = 4 − 10 + 6 = 0 และ 3² − 5(3) + 6 = 9 − 15 + 6 = 0 พาราโบลาตัดแกน X ที่ (2, 0) และ (3, 0)

รูปทั่วไป ax² + bx + c = 0 เมื่อ a ≠ 0 พร้อมตัวอย่าง x² − 5x + 6 = 0 แยกตัวประกอบเป็น (x − 2)(x − 3) = 0 ได้ x = 2 หรือ x = 3 ตรวจโดยแทนค่าได้ 0 ทั้งคู่ และจุดตัดแกน X คือ (2, 0) และ (3, 0)
แทน x = 2 และ x = 3 แล้วสมการเป็นจริง ซึ่งตรงกับจุดที่กราฟตัดแกน X

สูตรกำลังสอง

สมการ ax² + bx + c = 0 ทุกสมการหาคำตอบได้จากสูตร x = −b ± b² − 4ac2a เครื่องหมาย ± ให้คำตอบสองค่า ค่าหนึ่งใช้ + อีกค่าใช้ − ในห้องทดลอง เปิด “วิธีทำ” เพื่อดูการแทนค่าทีละบรรทัด

ตัวอย่าง

2x² − 3x − 2 = 0 ได้ a = 2, b = −3, c = −2 จึง D = (−3)² − 4(2)(−2) = 25 และ x = 3 ± 254 = 3 ± 54 ได้ x = 2 หรือ x = −12

สูตรกำลังสอง x = (−b ± √(b² − 4ac))/2a กับดิสคริมิแนนต์ D = b² − 4ac ตัวอย่าง 2x² − 3x − 2 = 0 มี a = 2, b = −3, c = −2 ได้ D = 25 และ x = (3 ± 5)/4 คือ x = 2 หรือ x = −1/2
แทนค่า a, b, c ลงในสูตรทีละขั้น แล้วใช้เครื่องหมาย + และ − ได้คำตอบสองค่า

ดิสคริมิแนนต์บอกชนิดของคำตอบ

ค่า D = b² − 4ac เรียกว่าดิสคริมิแนนต์ ถ้า D > 0 มีคำตอบจริงสองค่าที่ต่างกัน พาราโบลาตัดแกน X สองจุด ถ้า D = 0 มีคำตอบจริงค่าเดียว (ซ้ำ) พาราโบลาแตะแกน X ที่จุดยอด ถ้า D < 0 ไม่มีคำตอบเป็นจำนวนจริง พาราโบลาไม่พบแกน X แต่สมการยังมีคำตอบเป็นจำนวนเชิงซ้อนสองค่า

ตัวอย่าง

x² + 2x + 5 = 0 ได้ D = 2² − 4(1)(5) = −16 < 0 จึงไม่มีคำตอบจริง ส่วน x² − 4x + 4 = 0 ได้ D = 16 − 16 = 0 จึงมีคำตอบซ้ำ x = 2

ดิสคริมิแนนต์ D = b² − 4ac แยกเป็นสามกรณี D > 0 มีคำตอบจริง 2 ค่า D = 0 มีคำตอบซ้ำที่ x = −b/2a และ D < 0 มีคำตอบเชิงซ้อนสังยุค α ± βi ตัวอย่าง x² + 2x + 5 = 0 ได้ D = −16 และ x² − 4x + 4 = 0 ได้ D = 0 คำตอบซ้ำ x = 2
เครื่องหมายของ D บอกจำนวนจุดที่พาราโบลาพบแกน X และชนิดของคำตอบ

จุดยอด แกนสมมาตร และคำตอบ

จุดยอดของพาราโบลา y = ax² + bx + c อยู่ที่ x = −b2a และแกนสมมาตรคือเส้นตรง x = −b2a คำตอบจริงสองค่าอยู่ห่างจากแกนสมมาตรเท่ากัน ค่าที่อยู่กึ่งกลางของทั้งสองคำตอบจึงเป็น −b2a เสมอ เมื่อ D = 0 คำตอบซ้ำอยู่ที่จุดยอดพอดี

ตัวอย่าง

x² − 5x + 6 = 0 มีแกนสมมาตร x = 52 และคำตอบ 2 กับ 3 อยู่ห่างจาก 52 ข้างละ 12 ส่วน x² − 4x + 4 = 0 จุดยอดอยู่ที่ (2, 0) บนแกน X

แกนสมมาตร x = −b/2a จุดยอด (−b/2a, −D/4a) และจุดกึ่งกลางของราก (x₁ + x₂)/2 = −b/2a ตัวอย่าง x² − 5x + 6 = 0 มีแกนสมมาตร x = 5/2 จุดยอด (5/2, −1/4) และรากห่างแกนข้างละ 1/2 ส่วน x² − 4x + 4 = 0 มีจุดยอด (2, 0)
รากทั้งสองอยู่ห่างจากแกนสมมาตร x = 52 เท่ากัน และคำตอบซ้ำอยู่ที่จุดยอดพอดี

คำตอบเชิงซ้อนบนระนาบจำนวนเชิงซ้อน

เมื่อ D < 0 คำตอบคือ x = −b2a ± (−D2a)i ซึ่งเป็นคู่ของจำนวนเชิงซ้อนสังยุคกัน ในระนาบจำนวนเชิงซ้อน แกนนอนคือส่วนจริง แกนตั้งคือส่วนจินตภาพ คำตอบสองค่าเป็นจุดที่สะท้อนกันข้ามแกนส่วนจริง และอยู่บนเส้นตรง ส่วนจริง = −b2a

ตัวอย่าง

x² + 2x + 5 = 0 ได้ x = −2 ± −162 = −1 ± 2i เป็นจุด (−1, 2) และ (−1, −2) ตรวจ: (−1 + 2i)² + 2(−1 + 2i) + 5 = (−3 − 4i) + (−2 + 4i) + 5 = 0

เมื่อ D < 0 คำตอบคือ x = −b/2a ± (√(−D)/2|a|)i ตัวอย่าง x² + 2x + 5 = 0 ได้ D = −16 และ x = −1 ± 2i ซึ่งเป็นจุด (−1, 2) และ (−1, −2) สมมาตรกันข้ามแกนจริงบนเส้น Re = −1 พร้อมตรวจคำตอบได้ 0
คำตอบ −1 ± 2i เป็นคู่สังยุคที่สะท้อนกันข้ามแกนส่วนจริงบนระนาบเชิงซ้อน

ผลบวกและผลคูณของราก

ถ้าคำตอบของ ax² + bx + c = 0 คือ x₁ และ x₂ แล้ว x₁ + x₂ = −ba และ x₁x₂ = ca ใช้ได้ทั้งคำตอบจริงและเชิงซ้อน จึงสร้างสมการจากรากได้ด้วย x² − (ผลบวก)x + (ผลคูณ) = 0 โดยไม่ต้องแก้สมการ

ตัวอย่าง

2x² − 3x − 2 = 0 ได้ x₁ + x₂ = 32 และ x₁x₂ = −1 ตรงกับ 2 + (−12) = 32 และ 2 × (−12) = −1 ถ้าต้องการสมการที่มีคำตอบ 3 และ −5 ผลบวก = −2 ผลคูณ = −15 ได้ x² + 2x − 15 = 0

ผลบวกของราก x₁ + x₂ = −b/a และผลคูณ x₁x₂ = c/a ตัวอย่าง 2x² − 3x − 2 = 0 มีราก 2 และ −1/2 ผลบวก 3/2 ผลคูณ −1 และสร้างสมการที่มีราก 3 กับ −5 ได้ x² + 2x − 15 = 0
ใช้ผลบวกและผลคูณตรวจคำตอบ และสร้างสมการจากรากได้โดยไม่ต้องแก้สมการ

สมการ ax² + bx + c = m และการออกข้อสอบ

การหาจุดที่พาราโบลาตัดเส้นระดับ y = m คือการแก้ ax² + bx + (c − m) = 0 ห้องทดลองมีแถบ m และเส้นสีส้มที่ลากขึ้นลงได้ ครูใช้โหมดออกแบบโจทย์เลือกแถวคำตอบเป็นแสดง เว้นว่าง หรือซ่อน แล้วบันทึกเป็นรูป หรือใช้ชุดข้อสอบสุ่มพร้อมเฉลยจากรหัสชุดเดียวกัน

ตัวอย่าง

x² − 4x = 5 ย้ายเป็น x² − 4x − 5 = 0 ได้ D = 16 + 20 = 36 และ x = 4 ± 62 ได้ x = 5 หรือ x = −1 เมื่อตั้ง m = 5 กราฟ y = x² − 4x ตัดเส้น y = 5 ที่ x = −1 และ x = 5

คำตอบของสมการกำลังสอง

ax² + bx + c = 0 · ระนาบจำนวนจริงและเชิงซ้อน
−16−14−12−10−8−6−4−2246810121416−10−8−6−4−2246810xyระนาบจำนวนจริงx = 2x = 3
ลองคิดด้วยตัวเอง

เช็กความเข้าใจ

สมการ x² − 6x + 13 = 0 มีคำตอบเป็นข้อใด
← กลับไปเลือกบทเรียน