10. Sınıf · Nicelikler ve Değişimler

İkinci Dereceden Fonksiyonlar ve Parabol

~8 dk okumaZorluk: Orta18 çözümlü soru

Nicelikler ve Değişimler temasının en geniş konusu, grafiği parabol olan ikinci dereceden (karesel) fonksiyonlardır. Bu derste f(x)=ax^2+bx+c fonksiyonunun grafiğini; kollarının yönünü, tepe noktasını, eksen kesişimlerini ve simetri eksenini bulmayı öğreneceğiz. Parabol; atış hareketinden alan optimizasyonuna kadar pek çok değişimin modelidir. Bol örnek ve "Sıra Sende" alıştırmalarıyla pekiştireceğiz.

1. Karesel Fonksiyon ve Kolların Yönü

a\neq 0 olmak üzere f(x)=ax^2+bx+c fonksiyonuna karesel (ikinci dereceden) fonksiyon denir. Grafiği bir paraboldür.

Örnek
Soru

f(x)=-2x^2+3x-1 parabolünün kolları hangi yöne açılır?

  1. Baş katsayı a=-2<0.
  2. a<0 olduğundan kollar aşağı açılır.
Sonuç: Aşağı açılır (en büyük değeri vardır).

2. Tepe Noktası ve Simetri Ekseni

Tepe noktasının apsisi (simetri ekseni) ve ordinatı:

r=-\dfrac{b}{2a} \qquad k=f(r)

Tepe noktası T(r,\ k)'dir; simetri ekseni x=r düşey doğrusudur.

xy13(0,3)T(2, −1)x = 2
Şekil 1 — f(x)=x^2-4x+3 parabolü. a=1>0 (kollar yukarı), tepe noktası T(2,-1), kökler x=1 ve x=3, y kesişimi (0,3), simetri ekseni x=2.
Örnek
Soru

f(x)=x^2-6x+5 parabolünün tepe noktasını bulunuz.

Önce r=-\dfrac{b}{2a} ile apsisi bul, sonra r'yi fonksiyonda yerine koyarak ordinatı hesapla.

  1. a=1,\ b=-6: r=-\dfrac{-6}{2\cdot 1}=3.
  2. k=f(3)=3^2-6\cdot 3+5=9-18+5=-4.
Sonuç: Tepe noktası T(3,\ -4).

3. Eksen Kesişimleri

Örnek
Soru

f(x)=x^2-4x+3 parabolünün eksenleri kestiği noktaları bulunuz.

  1. y kesişimi: c=3(0,3).
  2. Kökler: x^2-4x+3=0\Rightarrow (x-1)(x-3)=0\Rightarrow x=1,\ x=3.
Sonuç: (0,3), (1,0) ve (3,0).

4. En Büyük / En Küçük Değer

Tepe noktasının ordinatı k, fonksiyonun uç değeridir:

Tepe noktasının ordinatını köklere uğramadan da bulabilirsin: k=f(r) yerine doğrudan k=-\dfrac{\Delta}{4a} formülü kullanılır (\Delta=b^2-4ac). İki yöntem de aynı sonucu verir; hangisi hızlıysa onu seç.

Örnek
Soru

f(x)=-x^2+4x+1 fonksiyonunun en büyük değeri kaçtır?

  1. a=-1<0, en büyük değer tepededir. r=-\dfrac{4}{2(-1)}=2.
  2. k=f(2)=-4+8+1=5.
Sonuç: En büyük değer 5 (x=2'de).

Çözümlü Örnekler

Örnek
Soru

f(x)=2x^2-8x+6 parabolünün tepe noktasını ve simetri eksenini bulunuz.

  1. a=2,\ b=-8: r=-\dfrac{-8}{2\cdot 2}=2.
  2. k=f(2)=2\cdot4-16+6=8-16+6=-2.
Sonuç: T(2,-2), simetri ekseni x=2.
Örnek
Soru

f(x)=x^2-2x-8 parabolünün köklerini bulunuz.

  1. x^2-2x-8=0\Rightarrow (x-4)(x+2)=0.
  2. x=4 veya x=-2.
Sonuç: Kökler 4 ve -2.
Örnek
Soru

f(x)=x^2+bx+9 parabolünün tepe noktası x=3 doğrusu üzerindeyse b kaçtır?

  1. Simetri ekseni r=-\dfrac{b}{2a}=3, a=1.
  2. -\dfrac{b}{2}=3\Rightarrow b=-6.
Sonuç: b=-6.
Örnek
Soru

Bir taş h(t)=-5t^2+20t (metre) yüksekliğiyle atılıyor. Ulaştığı en yüksek nokta kaç metredir?

  1. a=-5<0; en yüksek nokta tepededir. r=-\dfrac{20}{2(-5)}=2 s.
  2. h(2)=-5\cdot4+40=-20+40=20.
Sonuç: 20 m.
Örnek
Soru

f(x)=x^2-6x+11 fonksiyonunu tepe biçimi f(x)=(x-r)^2+k olarak yazıp tepe noktasını okuyunuz.

Tam kareye tamamla: x^2-6x için \left(\dfrac{-6}{2}\right)^2=9 ekleyip çıkar.

  1. Tam kareye tamamla: x^2-6x+11=(x^2-6x+9)-9+11=(x-3)^2+2.
  2. Tepe biçimi (x-r)^2+k ile karşılaştır: r=3,\ k=2.
Sonuç: f(x)=(x-3)^2+2, tepe noktası T(3,\ 2).

Alıştırmalar — Sıra Sende

Önce kendin çözmeyi dene; sonra çözümü açıp karşılaştır.

Örnek
Soru

f(x)=3x^2-1 parabolünün kolları hangi yöne açılır?

  1. a=3>0 → yukarı.
Sonuç: Yukarı.
Örnek
Soru

f(x)=x^2-10x+21 parabolünün tepe noktasının apsisini bul.

  1. r=-\dfrac{-10}{2}=5.
Sonuç: x=5.
Örnek
Soru

f(x)=x^2-9 parabolünün x eksenini kestiği noktaları bul.

  1. x^2-9=0\Rightarrow x=\pm 3.
Sonuç: (-3,0) ve (3,0).
Örnek
Soru

f(x)=-x^2+6x fonksiyonunun en büyük değeri kaçtır?

  1. r=-\dfrac{6}{2(-1)}=3; f(3)=-9+18=9.
Sonuç: 9.
Örnek
Soru

f(x)=2x^2+4x+5 parabolünün y eksenini kestiği nokta nedir?

  1. x=0f(0)=5.
Sonuç: (0,5).
Örnek
Soru

f(x)=x^2-2x-3 parabolünün tepe noktasını bul.

  1. r=-\dfrac{-2}{2}=1; f(1)=1-2-3=-4.
Sonuç: T(1,\ -4).
Örnek
Soru

f(x)=2x^2-12x+7 fonksiyonunun en küçük değerini k=-\dfrac{\Delta}{4a} formülüyle bul.

Önce \Delta=b^2-4ac'yi hesapla, sonra -\dfrac{\Delta}{4a}'yı bul. Sonucu f(r) ile de doğrulayabilirsin.

  1. \Delta=(-12)^2-4\cdot2\cdot7=144-56=88.
  2. k=-\dfrac{88}{4\cdot2}=-\dfrac{88}{8}=-11.
  3. (Doğrulama: r=\dfrac{12}{4}=3, f(3)=18-36+7=-11.)
Sonuç: En küçük değer -11.
Örnek
Soru

Tepe noktası T(2,\ -1) olan ve (0,\ 3) noktasından geçen parabolün f(x)=a(x-r)^2+k biçiminde denklemini yaz.

Tepe biçiminde r=2,\ k=-1 yerleşir; bilinmeyen a'yı (0,3) noktasını koyarak bul.

  1. Tepe biçimi: f(x)=a(x-2)^2-1.
  2. (0,3) noktasını koy: 3=a(0-2)^2-1=4a-1.
  3. 4a=4\Rightarrow a=1. Yani f(x)=(x-2)^2-1=x^2-4x+3.
Sonuç: f(x)=(x-2)^2-1 (açık biçim x^2-4x+3).
Örnek
Soru

Kenarlarının toplamı sabit olan dikdörtgenlerden çevresi 20 m olanın alanı en çok kaç \text{m}^2 olur?

Bir kenara x dersen, çevre 20 olduğundan diğer kenar 10-x olur. Alan A(x)=x(10-x) bir paraboldür; tepesinde en büyüktür.

  1. Kenarlar x ve 10-x (çünkü 2x+2(10-x)=20).
  2. Alan: A(x)=x(10-x)=-x^2+10x, a=-1<0 (yukarıdan tepe = en büyük).
  3. r=-\dfrac{10}{2(-1)}=5; A(5)=5\cdot5=25.
Sonuç: En büyük alan 25\ \text{m}^2 (kare: 5\times5).

Sık Yapılan Hatalar

Not: Bir parabolü çözmenin omurgası tepe noktasıdır: r=-\dfrac{b}{2a}, k=f(r). Yön (a'nın işareti) + tepe + eksen kesişimleri ile grafiğin tamamı çıkar.