Przekształcenia wykresów funkcji: teoria i zadania maturalne
Przesunięcia o wektor, symetrie względem osi i początku układu, a na rozszerzeniu: wykresy ∣f(x)∣, f(∣x∣), k⋅f(x) i f(kx) oraz liczba rozwiązań równania z parametrem.
Teoria
Przesunięcie o wektor [a,b]
g(x)=f(x−a)+b
a>0: w prawo o a, a<0: w lewo o ∣a∣,
b>0: w górę o b, b<0: w dół o ∣b∣.
Znak w nawiasie
f(x−3) to przesunięcie w prawo o 3, a f(x+3): w lewo o 3. Wektor dla y=(x+1)2−4 to [−1,−4].
Przesunięcie paraboli y = x² o wektor [2, 1]: wierzchołek z (0, 0) przechodzi do (2, 1).
Przy przesunięciu: dziedzina przesuwa się o a, zbiór wartości o b, miejsca zerowe zmieniają się (trzeba je policzyć od nowa), a przedziały monotoniczności przesuwają się o a.
Symetrie
y=−f(x): symetria względem osi OX (wartości zmieniają znak; zbiór wartości „odwraca się”),
y=f(−x): symetria względem osi OY (argumenty zmieniają znak; dziedzina się odbija),
y=−f(−x): symetria względem początku układu(0,0).
xy−4−3−2−11234−3−2−11230y = √xy = −√xy = √(−x)
y = √x, jego odbicie względem OX (y = −√x) i względem OY (y = √(−x)).
Punkt po przekształceniu
Jeśli (x0,y0) należy do wykresu f, to do wykresu f(x−a)+b należy (x0+a,y0+b), do −f(x): (x0,−y0), a do f(−x): (−x0,y0).
Wartość bezwzględna i skalowanieR
y=∣f(x)∣: część wykresu leżącą pod osią OX odbijamy symetrycznie nad oś (reszta bez zmian),
y=f(∣x∣): usuwamy część dla x<0 i zastępujemy ją odbiciem części dla x≥0 względem osi OY,
y=k⋅f(x) (k>0): rozciągnięcie w pionie k razy (dla 0<k<1: ściśnięcie),
y=f(kx) (k>0): ściśnięcie w poziomie k razy (dla 0<k<1: rozciągnięcie).
Liczba rozwiązań równania ∣f(x)∣=mR
Rysujemy wykres y=∣f(x)∣ i poziomą prostą y=m; liczba punktów wspólnych to liczba rozwiązań. Dla f(x)=x2−4:
xy−4−3−2−11234−11234560y = |x² − 4|y = 3
Prosta y = 3 przecina wykres w 4 punktach, więc |x² − 4| = 3 ma 4 rozwiązania.
Na maturze
Podstawa: wektor przesunięcia, wzór funkcji po przesunięciu lub symetrii, zbiór wartości/miejsca zerowe po przekształceniu (zadania zamknięte). Rozszerzenie: szkicowanie ∣f(x)∣, f(∣x∣) i dyskusja liczby rozwiązań w zależności od parametru.
Wzory
Przesunięcie o wektor
y=f(x−a)+b↔v=[a,b]
Przesunięcie o a w poziomie i b w pionie. Uwaga na znak a!
Symetria względem osi OX
y=−f(x)
Odbicie „góra–dół”; miejsca zerowe bez zmian.
Symetria względem osi OY
y=f(−x)
Odbicie „lewo–prawo”; punkt przecięcia z OY bez zmian.
Symetria względem (0, 0)
y=−f(−x)
Złożenie obu symetrii osiowych.
Wykres |f(x)|
y=∣f(x)∣
Część pod osią OX odbijamy nad oś.
Wykres f(|x|)
y=f(∣x∣)
Prawą część wykresu odbijamy na lewo (wykres symetryczny względem OY).
Skalowanie
y=kf(x),y=f(kx)
kf(x): rozciągnięcie w pionie; f(kx): ściśnięcie w poziomie (dla k>1).
Przykłady rozwiązane krok po kroku
Przykład 1
Naszkicuj wykres funkcji g(x)=x+1−2, wychodząc od wykresu f(x)=x. Podaj dziedzinę, zbiór wartości i miejsce zerowe funkcji g.
g(x)=f(x+1)−2, czyli przesuwamy wykres f o wektor [−1,−2] (1 w lewo, 2 w dół).
xy−2−1123456−3−2−11230fg(−1, −2)(3, 0)
Dziedzina: f ma ⟨0,∞), po przesunięciu o 1 w lewo: Dg=⟨−1,+∞).
Zbiór wartości: f ma ⟨0,∞), po przesunięciu o 2 w dół: ZWg=⟨−2,+∞).
Miejsce zerowe: x+1=2⇒x+1=4⇒x=3.
Dg=⟨−1,+∞), ZWg=⟨−2,+∞), miejsce zerowe x=3
Przykład 2
Dana jest funkcja f(x)=x2−2x−3. Naszkicuj wykres funkcji y=∣f(x)∣ i podaj liczbę rozwiązań równania ∣f(x)∣=m w zależności od m.
f(x)=(x−3)(x+1), wierzchołek (1,−4). Część paraboli pod osią (dla x∈(−1,3)) odbijamy nad oś: wierzchołek przechodzi do (1,4).
xy−3−2−112345−112345670(1, 4)
Prowadzimy poziome proste y=m:
m<0: 0 rozwiązań,
m=0: 2 rozwiązania (−1 i 3),
0<m<4: 4 rozwiązania,
m=4: 3 rozwiązania,
m>4: 2 rozwiązania.
Liczba rozwiązań: 0 (m<0), 2 (m=0 lub m>4), 4 (0<m<4), 3 (m=4).
Zadania maturalne z rozwiązaniami
Zadanie 1 (1 pkt)
Wykres funkcji g(x)=f(x−3)+2 powstaje z wykresu funkcji f przez przesunięcie o wektor
[−3,2]
[3,2]
[3,−2]
[2,3]
Odpowiedź: B
Rozwiązanie
a=3 (w prawo), b=2 (w górę): wektor [3,2].
Odpowiedź B
Zadanie 2 (1 pkt)
Parabolę y=x2 przesunięto o wektor [−1,4]. Otrzymano wykres funkcji
y=(x−1)2+4
y=(x+4)2−1
y=(x+1)2+4
y=(x+1)2−4
Odpowiedź: C
Rozwiązanie
Przesunięcie o wektor [a,b] zmienia wzór y=f(x) na y=f(x−a)+b: a wpisujemy do nawiasu ze znakiem minus, b dodajemy na końcu.
Tu a=−1 (w lewo), b=4 (w górę):
y=(x−(−1))2+4=(x+1)2+4.
Pułapka: przesunięcie w lewo daje plus w nawiasie.
Odpowiedź C
Zadanie 3 (1 pkt)
Funkcja f ma dokładnie dwa miejsca zerowe: −2 i 5. Miejscami zerowymi funkcji g(x)=f(x+3) są
1 i 8
−5 i 2
−2 i 5
−6 i 15
Odpowiedź: B
Rozwiązanie
g(x)=0⟺f(x+3)=0⟺x+3∈{−2,5}⟺x∈{−5,2}. Cały wykres przesunął się o 3 w lewo.
Odpowiedź B
Zadanie 4 (1 pkt)
Wykres funkcji y=−f(x) jest symetryczny do wykresu funkcji y=f(x) względem
osi OY
prostej y=x
osi OX
początku układu współrzędnych
Odpowiedź: C
Rozwiązanie
(x,y)↦(x,−y) to symetria względem osi OX.
Odpowiedź C
Zadanie 5 (1 pkt)
Wykres funkcji f(x)=2x przekształcono przez symetrię względem osi OY. Otrzymano wykres funkcji
y=−2x
y=(21)x
y=−(21)x
y=2x−1
Odpowiedź: B
Rozwiązanie
f(−x)=2−x=(21)x. (−2x to symetria względem OX.)
Odpowiedź B
Zadanie 6 (2 pkt)
Zbiorem wartości funkcji f jest przedział ⟨−3,5⟩. Wyznacz zbiór wartości funkcji g(x)=f(x−2)+1 oraz funkcji h(x)=−f(x).
Odpowiedź: ZWg=⟨−2,6⟩, ZWh=⟨−5,3⟩
Rozwiązanie
g: przesunięcie o 2 w prawo (bez wpływu na wartości) i o 1 w górę: ⟨−3+1,5+1⟩=⟨−2,6⟩. h: każdą wartość mnożymy przez −1: ⟨−5,3⟩.
ZWg=⟨−2,6⟩, ZWh=⟨−5,3⟩
Zadanie 7 (1 pkt)
Na rysunku przedstawiono wykres funkcji f.
xy−3−2−112345−3−2−112340(1, −2)
Funkcja f może być opisana wzorem
f(x)=∣x+1∣−2
f(x)=∣x−1∣+2
f(x)=∣x−1∣−2
f(x)=∣x+2∣−1
Odpowiedź: C
Rozwiązanie
Wykres y=∣x∣ przesunięto o wektor [1,−2], więc f(x)=∣x−1∣−2. Sprawdzenie: f(3)=0 ✓.
Odpowiedź C
Zadanie 8 (1 pkt)
Punkt A=(2,5) należy do wykresu funkcji f. Do wykresu funkcji g(x)=f(x)−3 należy punkt
(−1,5)
(2,2)
(5,5)
(2,8)
Odpowiedź: B
Rozwiązanie
Wykres g(x)=f(x)−3 to wykres f przesunięty o 3 w dół. Każdy punkt zostaje na tej samej wysokości x, a jego y maleje o 3.
(2,5)→(2,5−3)=(2,2).
Ze wzoru: g(2)=f(2)−3=5−3=2.
Odpowiedź B
Zadanie 9 (1 pkt)
Równanie ∣x2−4∣=3 ma
2 rozwiązania
3 rozwiązania
4 rozwiązania
0 rozwiązań
Odpowiedź: C
Rozwiązanie
x2−4=3⇒x=±7; x2−4=−3⇒x=±1. Razem 4 rozwiązania (zgodnie z wykresem: 0<3<4).
Odpowiedź C
Zadanie 10 (3 pkt)
Naszkicuj wykres funkcji f(x)=x2−4∣x∣ i wyznacz, dla jakich wartości parametru m równanie f(x)=m ma dokładnie dwa rozwiązania.
Odpowiedź: m∈{−4}∪(0,+∞)
Rozwiązanie
f(x)=g(∣x∣), gdzie g(x)=x2−4x. Dla x≥0 rysujemy parabolę z wierzchołkiem (2,−4) i miejscami zerowymi 0, 4, a potem odbijamy ją względem OY („W”).