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数学 3年

関数かんすう y = ax²

最終確認日:

このしょうまなぶこと

中学ちゅうがく 1 ねん比例ひれい反比例はんぴれい中学ちゅうがく 2 ねんいち関数かんすうまなびました。 中学ちゅうがく 3 ねんまなあたらしい関数かんすうy=ax2y = ax^2 (a0a \neq 0) です。 グラフぐらふ放物線ほうぶつせんばれ、 きれいな U 字形じけいをしています。

入試にゅうしでは 「グラフをかく」 「変域へんいきもとめる」 「変化の割合へんかのわりあいもとめる」単独たんどく出題しゅつだいと、 直線ちょくせんとの交点こうてん図形ずけいつくる」融合ゆうごう問題もんだい両方りょうほうます。 後者こうしゃおおくの公立こうりつ入試にゅうしだいもん 1 つぶんめる主役しゅやくきゅう単元たんげん

ゴール:

  • y=ax2y = ax^2 のグラフのかたち (a>0a > 0うえひらく、 a<0a < 0したひらく) を説明せつめいできる
  • ひょうとグラフから aaあたいもとめられる
  • xx変域 から yyへんいきもとめられる (頂点ちょうてんとおるかどうかで場合ばあいけ)
  • 変化へんか割合わりあい ΔyΔx\dfrac{\Delta y}{\Delta x}計算けいさんでき、 公式こうしき a(p+q)a(p+q)即答そくとうできる
  • 直線ちょくせんy=mx+ny = mx + n との交点こうてん連立れんりつもとめ、 三角形の面積さんかっけいのめんせき等積変形とうせきへんけいができる

1. y=ax2y = ax^2 とは

yyxx の 2 じょう比例ひれいする関数かんすう

れい:

  • y=x2y = x^2 (a=1a = 1)
  • y=2x2y = 2x^2 (a=2a = 2)
  • y=12x2y = -\dfrac{1}{2}x^2 (a=12a = -\dfrac{1}{2})

あたいひょうつく

y=x2y = x^2おもて:

xx3-32-21-100112233
yy99441100114499

特徴とくちょう:

  • x=0x = 0y=0y = 0 (原点げんてんとおる)
  • xxせいでもでも yyせい (重解じゅうかい 0 をのぞく)
  • ひょうyy じくをはさんで左右さゆう対称たいしょう

2. 放物線ほうぶつせん — グラフの形

y=ax2y = ax^2 のグラフは 放物線ほうぶつせんばれる U / ぎゃく U 曲線きょくせん

かたちのまとめ

aa符号ふごうひらかたとおてんじく頂点ちょうてん
a>0a > 0うえひら原点げんてんyy原点げんてん (0, 0)
a<0a < 0したひら原点げんてんyy原点げんてん (0, 0)

aaおおきさとひらき方

a\lvert a \rvertおおきいほどほそく (とがる)ちいさいほどよこひろがります。

関数かんすうひらかた
y=3x2y = 3x^2ほそ
y=x2y = x^2標準ひょうじゅん
y=12x2y = \dfrac{1}{2}x^2ひろ

ポイント: y=ax2y = ax^2y=ax2y = -ax^2 のグラフは xx軸にたいしてせん対称たいしょうおなかたち上下じょうげ反転はんてんした関係かんけい

3. aaあたいもとめる

y=ax2y = ax^2 が点(p,q)(p, q)とおるとき a=?a = ?」 タイプの出題しゅつだい頻出ひんしゅつ

例題れいだい 1: y=ax2y = ax^2 のグラフが点(2,12)(2, 12)とおるとき aaもとめよ。

代入だいにゅうして、

12=a×22=4aa=312 = a \times 2^2 = 4a \Longrightarrow a = 3

例題れいだい 2: y=ax2y = ax^2 が点(3,6)(-3, -6)とおるとき aaもとめよ。

6=a×9a=69=23-6 = a \times 9 \Longrightarrow a = -\dfrac{6}{9} = -\dfrac{2}{3}

4. へんいきxx範囲はんいから yy範囲はんいもとめる

なか 3 関数かんすう最大さいだいとしあないち関数かんすうちがい、 「頂点ちょうてん (原点げんてん) をとおるかどうか」 で場合ばあいけが必要ひつよう

れい 1: 頂点ちょうてんとおらないケース

例題れいだい 3: y=x2y = x^2 (1x31 \leq x \leq 3) のとき yyへんいきもとめよ。

x=1,3x = 1, 3y=1,9y = 1, 9範囲はんい内に 0 はふくまないので、 端点たんてんだけかんがえれば OK。

1y91 \leq y \leq 9

れい 2: 頂点ちょうてんとおるケース (要注意ようちゅうい)

例題れいだい 4: y=x2y = x^2 (2x1-2 \leq x \leq 1) のとき yyへんいきもとめよ。

範囲はんいないx=0x = 0はいる → 最小さいしょうy=0y = 0 (頂点ちょうてん)。 最大さいだい端点たんてんおおきいかたx=2x = -2y=4y = 4

0y40 \leq y \leq 4

鉄則てっそく: xxへんいきが 0 をまたぐなら最小さいしょう (or 最大さいだい) は 頂点ちょうてんで 0端点たんてんだけてはダメ。

れい 3: a<0a < 0 のケース

例題れいだい 5: y=2x2y = -2x^2 (1x3-1 \leq x \leq 3) のとき yyへんいきもとめよ。

x=0x = 0 をまたぐ → 頂点ちょうてん 0 が最大さいだい端点たんてんちいさいほうx=3x = 3y=18y = -18

18y0-18 \leq y \leq 0

5. 変化へんか割合わりあい

中学ちゅうがく 2 ねんまなんだ 変化へんか割合わりあい = yの 増加量xの 増加量\dfrac{y \text{の 増加量}}{x \text{の 増加量}}

いち関数かんすうでは一定いってい (= 傾きかたむき) でしたが、 y=ax2y = ax^2 では区間くかんごとにわる のがだいちがい。

例題れいだい 6: y=x2y = x^2xx が 1 から 3 までわるときの変化へんか割合わりあいもとめよ。

x=1x = 1y=1y = 1x=3x = 3y=9y = 9

9131=82=4\dfrac{9 - 1}{3 - 1} = \dfrac{8}{2} = 4

例題れいだい 7: y=2x2y = -2x^2xx が -3 から 1 までわるときの変化へんか割合わりあいもとめよ。

x=3x = -3y=18y = -18x=1x = 1y=2y = -2

2(18)1(3)=164=4\dfrac{-2 - (-18)}{1 - (-3)} = \dfrac{16}{4} = 4

変化へんか割合わりあい公式こうしき

y=ax2y = ax^2xxpp から qq までわるとき、 変化へんか割合わりあいa(p+q)a(p + q)即答そくとうできます。

導出どうしゅつ: aq2ap2qp=a(q+p)(qp)qp=a(p+q)\dfrac{aq^2 - ap^2}{q - p} = \dfrac{a(q+p)(q-p)}{q - p} = a(p+q)

例題れいだい 8: y=3x2y = 3x^2xx が 2 から 5 までわるときの変化へんか割合わりあいは?

3×(2+5)=3×7=213 \times (2+5) = 3 \times 7 = 21

ポイント:公式こうしき使つかえば暗算あんざん即答そくとうできる。 入試にゅうしでは必須ひっすテクニック。

6. グラフのかきかた

例題れいだい 9: y=12x2y = \dfrac{1}{2}x^2 のグラフをかけ。

とおてんひょうで:

xx4-42-2002244
yy8822002288

これらをなめらかな曲線きょくせんむすぶ。 yy軸で左右さゆう対称たいしょう になるよう注意ちゅうい

7. 入試にゅうし頻出ひんしゅつ直線ちょくせんとの融合ゆうごう問題もんだい

放物線ほうぶつせん直線ちょくせん交点こうてん、 そこから三角形さんかくけい面積めんせきもとめるパターンがおおい。

交点こうてんもとめる

例題れいだい 10: 放物線ほうぶつせんy=x2y = x^2直線ちょくせんy=x+2y = x + 2交点こうてんもとめよ。

連立れんりつして、

x2=x+2x2x2=0(x2)(x+1)=0x^2 = x + 2 \Longrightarrow x^2 - x - 2 = 0 \Longrightarrow (x-2)(x+1) = 0

x=2,1x = 2, -1対応たいおうする yy4,14, 1交点こうてん(1,1),(2,4)(-1, 1), (2, 4)

三角形さんかくけい面積めんせき

例題れいだい 11: うえ例題れいだいで、 原点げんてん O と 2 つの交点こうてん A(1,1)(-1, 1)、 B(2,4)(2, 4)むす三角形さんかくけい OAB の面積めんせきもとめよ。

直線ちょくせんy=x+2y = x+2yy切片せっぺんC(0,2)C(0, 2)三角形さんかくけい OAB を、 yyじくじょうの OC を底辺ていへんとして 2 つにける。

底辺ていへん OC = 2、 三角形さんかくけい OCA のたかさは A の xx 座標ざひょう絶対値ぜったいち = 1、 三角形さんかくけい OCB のたかさは B の xx座標ざひょう = 2。

OAB=1221+1222=1+2=3\triangle OAB = \dfrac{1}{2} \cdot 2 \cdot 1 + \dfrac{1}{2} \cdot 2 \cdot 2 = 1 + 2 = 3

テクニック:yy軸を横切よこぎ直線ちょくせん放物線ほうぶつせん交点こうてんでできる三角形さんかくけい」 → yy切片せっぺん底辺ていへん にして 2 つの三角形さんかくけいける。

とうせき変形へんけい

例題れいだい 12: 放物線ほうぶつせんy=x2y = x^2上のてん P をうごかし、 三角形さんかくけい OAB (A(1,1),B(2,4)A(-1, 1), B(2, 4)) とおな面積めんせきになるように三角形さんかくけい OAP をつくりたい。 P の座標ざひょうもとめよ。 (発展はってん)

直線ちょくせん OA, OB のどちらかに平行へいこう直線ちょくせんき、 放物線ほうぶつせん交差こうさするてんが P。 くわしい計算けいさん省略しょうりゃくしますが、 平行へいこう直線ちょくせんじょうてん三角形さんかくけい面積めんせきおなじ」 (等積変形とうせきへんけい) の性質せいしつ利用りようする入試にゅうし頻出ひんしゅつパターン。

8. しょうまつ演習えんしゅう (入試にゅうし形式けいしき)

(1) y=ax2y = ax^2 が点(3,18)(3, 18)とおるとき aaもとめよ。 (2) y=x2y = -x^2 (2x1-2 \leq x \leq 1) のときの yyへんいきもとめよ。 (3) y=2x2y = 2x^2xx が -1 から 3 までわるときの変化へんか割合わりあいもとめよ。 (4) 放物線ほうぶつせんy=x2y = x^2直線ちょくせんy=x+6y = -x + 6交点こうてんもとめよ。 (5) (4) の 2 つの交点こうてん原点げんてん頂点ちょうてんとする三角形さんかくけい面積めんせきもとめよ。

かい: (1) a=2a = 2 (2) x=0x = 0 をまたぐので頂点ちょうてん最大さいだい端点たんてん最小さいしょうx=2x = -2y=4y = -44y0-4 \leq y \leq 0 (3) a(p+q)=2×(1+3)=4a(p+q) = 2 \times (-1+3) = 4 (4) 連立れんりつして x2+x6=0x^2 + x - 6 = 0(x+3)(x2)=0(x+3)(x-2) = 0x=3,2x = -3, 2交点こうてん(3,9),(2,4)(-3, 9), (2, 4) (5) 直線ちょくせんyy切片せっぺんC(0,6)C(0, 6)底辺ていへんとして 2 分割ぶんかつ1263+1262=9+6=15\dfrac{1}{2} \cdot 6 \cdot 3 + \dfrac{1}{2} \cdot 6 \cdot 2 = 9 + 6 = 15

章のまとめ: y=ax2y = ax^2重要じゅうよう公式こうしき変化へんか割合わりあい = a(p+q)a(p+q)へんいきは 「0 をまたぐか」 で場合ばあいけ。 直線ちょくせんとの融合ゆうごう連立れんりつ交点こうてん面積めんせきながれをからだませましょう。

まとめ — 関数かんすうy=ax2y = ax^2 を 3 くだり

  • y=ax2y = ax^2 のグラフは原点げんてん頂点ちょうてんとする放物線ほうぶつせんで、 a>0a > 0 なら下凸したとつa<0a < 0 なら上凸うわとつひら
  • へんいきxx00 をまたぐかどうかで場合ばあいけし、 またぐときは頂点ちょうてんy=0y = 0最大値さいだいちまたは最小値さいしょうちとなる
  • 変化へんか割合わりあいa(p+q)a(p+q) (xxpp から qq まで変化へんか) の公式こうしき即座そくざもとまり、 直線ちょくせんとの交点こうてん面積めんせき問題もんだい連立方程式れんりつほうていしき攻略こうりゃくする
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