На координатной плоскости даны точки A(0,0), B(1,0) и функция f(x)=ax^2+bx+c, график которой проходит через эти точки; найдите геометрическое место вершин параболы при изменении параметров a,b,c при фиксированном условии касания параболой прямой y=0 только в точке B; обсудите способы решения через дифференцирование и через преобразования координат
Краткий вывод: геометрическое место вершин — единственная точка B(1,0)B(1,0)B(1,0). Пояснения и два способа получения. 1) Через дифференцирование. Условие касания в точке BBB даёт f(1)=0,f′(1)=0.
f(1)=0,\qquad f'(1)=0. f(1)=0,f′(1)=0.
Для f(x)=ax2+bx+cf(x)=ax^2+bx+cf(x)=ax2+bx+c получаем систему a+b+c=0,2a+b=0.
a+b+c=0,\qquad 2a+b=0. a+b+c=0,2a+b=0.
Отсюда b=−2ab=-2ab=−2a, c=ac=ac=a, значит f(x)=a(x2−2x+1)=a(x−1)2.
f(x)=a(x^2-2x+1)=a(x-1)^2. f(x)=a(x2−2x+1)=a(x−1)2.
Невырожденная парабола (при a≠0a\neq0a=0) имеет вершину в точке (1,0)(1,0)(1,0). Требование дополнительно проходить через A(0,0)A(0,0)A(0,0) даёт f(0)=c=a=0f(0)=c=a=0f(0)=c=a=0 — вырожденный случай f≡0f\equiv0f≡0, поэтому ненулевых парабол, проходящих и через AAA, не существует. 2) Через сдвиг координат. Сместим начало в BBB: u=x−1u=x-1u=x−1, g(u)=f(u+1)g(u)=f(u+1)g(u)=f(u+1). Условие касания в BBB означает, что u=0u=0u=0 — кратный корень, поэтому g(u)=Au2,
g(u)=A u^2, g(u)=Au2,
вершина в новой системе в u=0u=0u=0, т.е. в исходной — в x=1x=1x=1, y=0y=0y=0. Итого: семейство непустых парабол, касающихся оси y=0y=0y=0 в BBB, описывается f(x)=a(x−1)2f(x)=a(x-1)^2f(x)=a(x−1)2 и все их вершины совпадают с B(1,0)B(1,0)B(1,0).
1) Через дифференцирование. Условие касания в точке BBB даёт
f(1)=0,f′(1)=0. f(1)=0,\qquad f'(1)=0.
f(1)=0,f′(1)=0. Для f(x)=ax2+bx+cf(x)=ax^2+bx+cf(x)=ax2+bx+c получаем систему
a+b+c=0,2a+b=0. a+b+c=0,\qquad 2a+b=0.
a+b+c=0,2a+b=0. Отсюда b=−2ab=-2ab=−2a, c=ac=ac=a, значит
f(x)=a(x2−2x+1)=a(x−1)2. f(x)=a(x^2-2x+1)=a(x-1)^2.
f(x)=a(x2−2x+1)=a(x−1)2. Невырожденная парабола (при a≠0a\neq0a=0) имеет вершину в точке (1,0)(1,0)(1,0). Требование дополнительно проходить через A(0,0)A(0,0)A(0,0) даёт f(0)=c=a=0f(0)=c=a=0f(0)=c=a=0 — вырожденный случай f≡0f\equiv0f≡0, поэтому ненулевых парабол, проходящих и через AAA, не существует.
2) Через сдвиг координат. Сместим начало в BBB: u=x−1u=x-1u=x−1, g(u)=f(u+1)g(u)=f(u+1)g(u)=f(u+1). Условие касания в BBB означает, что u=0u=0u=0 — кратный корень, поэтому
g(u)=Au2, g(u)=A u^2,
g(u)=Au2, вершина в новой системе в u=0u=0u=0, т.е. в исходной — в x=1x=1x=1, y=0y=0y=0.
Итого: семейство непустых парабол, касающихся оси y=0y=0y=0 в BBB, описывается f(x)=a(x−1)2f(x)=a(x-1)^2f(x)=a(x−1)2 и все их вершины совпадают с B(1,0)B(1,0)B(1,0).