2.4.1 Модульді өрнегі бар квадрат үшмүшеліктердің
графиктерінің өзгерісін зерттеуге үйрету
Математикада екі түрлі айнымалы шама бар. Олардың біреуі қозғалысты сипаттауына байланысты теуелсіз айнымалы деп аталды және х арқылы белгілейді. Екіншісі субъектінің қалауынша өзгеретін айнымалы шама. Оны параметр деп атайды. Ол қозғалысты сипаттамайтындықтан параметрге оң мәндер беріледі. Егер параметрге теріс таңба бергіміз келсе, онда оның алдына минус таңбасы қойылады.
Модуль өз іргесіндегі объектіні ғана бейнелейді. Оң таңбалы өрнек болса, онда оның модулі өзіне тең, ал теріс таңбалы өрнек болса, онда оның алдына минус таңбасын қойып оң таңбалы өрнекке бейнелейді. Параметрді а арқылы және модульді мына таңба арқылы белгілеп модуль анықтамасын математика тілінде былай жазуға боллады: +а = +а, -а = - (-а).
Модуль анықтамасын екі рет жазбай бір рет формула түрінде жазу мате- матикада қабылданған.
Т еңдіктің сол жағына оң мән қабылдайтын параметрге екі таңбаны қосақтап модуль ішіне бір өрнек түрінде жазу, ал теңдіктің оң жағына модуль ді параметрдің таңбасына байланысты ашу ережесі берілген. Модуль формуласының ішінде кез келген функцияда болуы мүмкін. Онда модуль іргесіндегі өрнек оң және теріс мәндер қабылдауы мүмкін деген жағдайлар- ды қарастырады. Басқаша айтқанда, модуль іргесіндегі өрнекті нөлге теңес- тіріп оның сандар өсіндегі, яғни бір өлшемдегі кеңістіктегі нөлін табады. Ол нөл екі өлшемді кеңістікте вертикаль түзу береді және координат жазықтығы екі жарты жазықтыққа бөлінеді. Күрделі есептің графигі де әрбір жарты жазықтыққа жеке-жеке салынады.
функцияны параметрлік түрде зерттеп, оның нәтижесін теңдеу мен теңсіздіктерді шешуге қалай пайдаланатындын көрсетеміз. 5 - 1 суретте түзуден модуль алынған. Түзудің оң мән қабылдайтын бөлігі модуль алғанда өз орнында қалатындығы тұтас сызықпен, ал бұрынғы теріс санмен өрнектелетін орнын пунктир сызықпен оң санмен бейнеленген орнын тұтас сызықпен көрсетілді. Бас нүктеге қарағанда симметриялы орна- ласқан параллель екі түзуден алынған модулдер 5 -2 –суретте көрсетілді.
Сынық сызықтардың бір өлшем кеңістіктегі нөлдері екі өлшем кеңістік- ке ауысқанда тік параллель түзулерге бейнеленеді. Осы тік пунктир сызық- тарды өс ретінде қабылдап (х –а)2 және (х + а)2 параболаларын жеке-жеке салуымызға болады. Бұларды біріктіргіміз келсе, онда модуль арқылы келесі екімүшелік функция құрастырамыз: х2 -2а х .
Модулді ашып біріктірілген параболалардың графигінің түрін анықтай- ық.
Б ірінші параболаның графигі х 0 жарты координат жазықтығында орналаса- ды. Ол жарты жазықтықта екінші парабо- ланың суреті салынбайтындығы пунктир сызықпен көрсетілді (ордината өсінің сол жағында). Х 0 жарты жазықтығында бірінші параболаның суреті салынбайды. Ол да пунктир сызықпен көрсетілді. Модулге ауысу үшін (х + а)2, (х – а)2 функцияла- рының графиктерін ( --а2) –қа төмен түсіру керектігі (1) және (2) өрнектерде айтылған. Е кі парабола А нүктесінде қилысады. АА1 –қилысу кесіндісі деп аталады.
х2 -2а х функциясындағы 2 – параболалардың саны көрсетеді. Ал а саны оң жақтағы параболаның вертикаль өсінің орнын анықтайды. Сол жақ- тағы параболаның вертикаль өсі оң жақтағы параболаның вертикаль өсіне қарағанда симметриалы орналасады. Екі параболаныңда горизонталь өстері бірдей. Шама жағынан -а2 –қа тең. х2 -2а х функциясының құрылымын негізгі немесе стандарт функция дейміз. Осы функцияның графигін стан- дарт график деп қарастырамыз.
Модуль іргесіндегі х –тен в санын алып тастап стандарт функцияның құрылымын өзгертейік. Сонда х2 –2а х –в функциясын аламыз. Осы функ- цияның құрылымын және графигін қозғалыс тұрғысынан зерттейік.
Алдымен анықтама бойынша модульді ашып жазайық.
.
х2 -2ах +2ав (х –а)2 –а2 +2ав.
М одулдің іргесіндегі х –тен в –ны алғанда х = в түзуімен бөлінген параболалар біріктірілгендігін сақтай отырып жеке-жеке қозғалысқа келді. Стандарт графикпен салыстырғанда сол жақтағы параболаның абсцисса өсі 2ав –ға төмен түсті: (х+а)2 –а2 -2ав, ал оң жақтағы параболаның абсцисса өсі 2ав –ға жоғары көтерілді: (х –а)2 –а2 +2ав.
Сол жақтағы параболаның ординатасы теріс сан болатыны айқын көрсетілген. Ал оң жақтағы параболаның ординатасы 7.5 –суретте көрсетілгендей оң сан болуы күдік туғызады. Ол ординатаның оң сан болаты- нын дәлелдейік.
(х –а)2 –а2 +2авх = а = -а2 + 2ав
в а -а2 + 2а2 = а2 0.
7.5 -сурет
Е нді екі параболаның х = в қилысу сызығын оңға қарай оң жақтағы пар-аболаның х = а өсімен беттескенше жылжытайық.
7.6 –сурет 7.7 -сурет
Осы қозғалыстың нәтижесінде біріктірілген график 7.6 –суреттегідей орналасады. Анығырақ айтқанда, сол жақтағы параболаның графигі стандарт графикке қарағанда -2а2 – қа төмен түседі, оң жақтағы параболаның графигі стандарт графикке қарағанда 2а2 – қа жоғары көтеріледі, ал негізгі координат жүйесінің абсцисса өсіне қарағанда а2 жоғары көтеріледі. Біріктірілген график сынық қисық сызықтар арқылы өрнектеледі. 7.6 – суретте қою сызық- пен көрсетілген.
Қилысу сызығын қозғалту процесін әрі қарай жалғастырайық.
Жоғарыда в параметрінің шамасы а параметрімен функциялық қарым-қатынаста екендігі мына –а2 + 2ав 0 теңсіздіктен немесе 2в а теңсіздігінен көрсетілді. х2 -2а х және х2 -2а х-в функциялардың құрылымында модуль коэффициенттері бірдей. Ендеше а = соnst. Вертикаль а түзуінің бойымен в параметрі 2в а теңсіздігін сақтап қозғалады. Сонда екі парабола бірігіп кете ді де, в параметрі а вертикаль түзуінің бойымен х тәуелсіз айнымалы екі параболаның бұрын ескерілмеген пунктир сызықтар сызылған тармақтары- ның бойымен қозғалады. Осы пайымдалған қозғалысты нақты мысалмен көрсетуімізге болады.
Айталық, а = 2, в = 3 болсын. Бұл сандар 2в а теңсіздігін қанағаттан дырады. Енді х2 – 4 х – 3 графигін анықтайық.
х 2 – 4 х – 3 өрнегіндегі модулдан құтылу проблемасын шешелік. Егер х-3 0 болса, онда х2 + 4 (х -3) = (х + 2)2 – 16 функциясын аламыз. Мұның ордината өсі х = -2 координат жазықтығын бөлетін х = 3 түзуінің сол жағын- да жатыр. Біз х = 2 координата өсі осы түзудің оң жағында жататынын көрсе- туіміз керек. Парабола суретін салу үшін х -2 биссекктрисаның бойынан қозғалмайтын екі нүкте алатынбыз. Оның біреуі х-2 = 0, ал екіншісі х-2 = 1 теңдіктерінен табылады.
Функцияның құрылымындағы ақпарға қараған да в параметрі парабола өсінің, яғни х -2 түзуінің бойымен қозғалып в = 3 санын қабылдайтындіғын көрсетелік.
Екінші қозғалмайтын нүктенің (х-2 = 1) ординатасын ОУ өсіне параллель созайық. Сонда АВ кесіндісінің өрнегін теңсіздіктер арқылы былай
0х-23 жазуымызға болады (7.8 –сурет). 2
7.8 -сурет
мен 3 –тің орнын ауыстырсақ, онда 0 х – 3 2 теңсіздігін аламыз. Осы теңсіздікті пайдаланып берілген функцияның өрнегін түрлендірелік.
х2 – 4 х – 3 х2 -4(х – 3) х2 -4х + 12 (х – 2)2 + 8
Бір мәселенің басын аша кетелік. х2 -2а х –в өрнегіндегі в параметрі координат жазықтығын екіге бөлетін тік сызықтың бойымен қозғалады, ал а параметрі функцияның өз координат жүйесіндегі ординатасының бойымен қозғалады дегенбіз. Ал бұларға р параметрі қосылса, онда оны тұрақты функ- ция деп қарастырамыз. Тұрақты функция горизрнталь түзу бойымен қозғала- ды. Бұл параметрлердің орнында сандар тұрса, онда оларда қозғалыста бола- ды деп қарастырамыз, бірақ бүкіл тік сызық бойымен емес, тек бас нүктеден көрсетілген санға дейін қозғалады.
Мына бір-біріне пара-пар өрнектерден х2 -4(х – 3) (х – 2)2 + 8 мына- дай қорытындыға келеміз. Сандардың өрнекте орналасу тұрғысынан қарас- тырсақ, онда шығады таңбасының сол жағындағы өрнекте ОУ өсінде орнала- сқан в параметрінің мәні тұр, яғни в = 3, ал «» таңбасының оң жағындағы өрнекте х айнымалысы абсцисса өсінен 8-ге тең қашықтықта орналасқан (х-2)2 параболасының тармақтарымен қозғалатындығы көрсетілген. Сонымен жоғарыда пайымдалған ойымыздың дұрыстығы көрсетілді.
Енді в параметрінің таңбасын өзгертіп х2 -2а х +в күрделі функци- ясының графигін зерттелік. Бұл функция координат жазықтығының қай жағында орналасқан параболаларды біріктіргенін анықтау үшін модуль таңбасын ашалық. Сонда
х2 -2а х +в х + в 0 х +в = -( х +в) х2 + 2а( х +в)
х2 + 2ах + 2ав = (х + а)2 –а2 + 2ав (3)
х2 -2а х +в х + в 0 х +в = х +в х2 - 2а( х +в)
х2 - 2ах - 2ав = (х - а)2 –а2 - 2ав (4)
Мұнда да біріктірілген стандарт параболалар сол жақтағысы 2ав –ға көтерілетіедігі (3) өрнекте, ал оң жақтағысы сондай шамаға төмен түсетіндігі (4) өрнекте көрсетілген (7.9 –сурет). Қилысу сызығын сол жақтағы парабола- ның өсіне дейін жылжытсақ, онда минимум нүктесі жоғалады (7.10 -сурет). Басқаша айтқанда, х2 -2а х +в , х2 -2а х - в біріктірілген параболалар координат жүйесінің ордината өсіне қарағанда симметриялы орналасады.
7.9 –сурет 7.10 –сурет
Қарастырылған мысалдарда координат жазықтығын модуль түзуі деп аталатын модуль іргесіндегі тұрақты в саны арқылы бөлдік. Енді координат жазықтығын модуль түзуін функцияның бірінші мүшесінің құрамына енгізу арқылы бөліп, оның графигін зертейік, яғни мына хх - 2ах функциясының графигінің координат жазықтығында орналасуын зерттейік.
Модуль түзуінің (х = 0) екі жағындағы функциялардың құрылымын анықтайық.
хх - 2ах х 0 х = х х2 - 2ах = (х - а)2 - а2 (4)
хх - 2ах х 0 х =- х -х2 - 2ах= -(х + а)2 - а2 (5)
Модуль түзуі (х=0) ордината өсімен беттесіп тұр. Х 0 координат жарты жазықтығында параболаның өсі х = а вертикаль түзуі болаты (4) теңдікте көрсетілген және оның графигі 7.11 –суретте тұтас, ал (5) теңдіктегі минус таңбасы ескерілмей параболаның графигі пунтир сызықпен сызылған.
(х + а)2 - а2 және (х - а)2 - а2 парабола- лар ордината өсіне қарағанда симметриялы орналасатындықтан, бұлардың қилысу кесін-ділері ОА бірдей болады. Енді пунктир сыз- ықпен сызылған параболаны теріс таңбамен (минус) арқылы бейнелегенде А нүктесі абци сса өсіне қарағанда симметриялы орналаса- тындығы анықталады. Басқаша айтқанда, В, С және Г нүктелерінің орны пунктир сызық- пен сызылған параболаның бойында жатқан тиісінше А, С1 және Г нүктелері арқылы анықталады. хх - 2ах функция- сының 7.11 –гі графигін 7.4 –гі х2 -2а х функциясының графигімен салыстырсақ, онда модуль таңбасының орнын ауыстыру оң жақтағы тұтас сызықпен сызылған параболаны өз орнында қаладырып, пунктир сызықпен сызылған параболаның графигін бұрып абсцисса өсіне симметриялы орнала-стырады.
Модуль іргесіне 2в параметрін енгізіп мына функцияның хх –2в - 2ах графигін зерттелік.
Х = 2в модуль сызығы координат жазықтығын екіге бөледі. Алдымен х -2в 0 жарты жазықтығындағы функцияның құрылымын анықтайық. Сонда
х х –2 в + 2ах х- 2в 0 х –2 в = х – 2в х(х-2 в) + 2ах =
= х2 - 2вх + 2ах = х2 -2(в -а)х = х –( в-а)2 – (в -а)2 (6)
х х –2 в + 2ах х- 2в 0 х –2 в = - (х – 2в) -х(х-2 в) + 2ах =
= -х2 + 2вх + 2ах = -х2 -2(а+в)х = - (х –(а +в))2 – (а +в)2 (7)
х х –2 в + 2ах функциясында 2в модуль сызығымен координат жазықтығы екіге бөлінген. Айқындық тұрғысыан 2в 2а делік. Модульдің жайылуына (разверткасы- на) қарағанда 2в және 2а параметрлерінің де параболалардың өстерін анықтауға қатысы бар. 2а –да тік сызық түрінде сызылды.
Енді параболалардың өстерін есептелік
ОЕ –ОП = 2в -2а = ПЕ в –а = ПЕ/2= ТЕ.
ОЕ + ЕГ = 2в + 2а ОТ = ТГ = а + в.
7.12 -суреті
Бірлік өлшем үшін алдын-ала сайлап алған бір кесінді бойынша биссектриса жүргізіп параболалар салғанбыз. Қазір биссектриса жүргізуге әр түрлі кесінділер пайдалануға мәжбүр болдық. Сондықтан бұлардың суретін 7.12 –ден басқа координат жүйесінде салайық.
7.13 – сурет 7.14 - сурет
х х –2 в + 2ах функциясының графигін салу кезінде кезкелген кесінді өлшем бірлігі үшін алынады. Сол өлшем бірлігі бойынша 2а және 2в түзулері сызылады. Біріктірілген параболалардың өстері және формасы түзулердің орналасуына байланысты екендігі 7.13 және 7.14 –ші суреттерде көрсетілді.. Шынында да, егер қилысу сызығы 2в түзуі 2а оң жағында жатса, онда х х –2 в + 2ах функциясының графигі сол жақтағы параболаның дөңес бөлігі оң жағындағы параболаның минимумы жоқ ойыс бөлігімен сүйір мүйіс құрастырып бірігеді 7.13 -сурет. Егер 2в түзуі 2а түзуінің сол жағында жатса, онда хх –2 в + 2ах функциясының графигі сол жақтағы параболаның дөңес бөлігі оң жақтағы параболаның минимум нүктесі бар ойыс бөлігімен біріктіріледі 7.14 – сурет. Бұл жағдайда модуль сызығы параболалардың дөңес пен ойыстықты бөліп тұратын иілу шекаралығына айналады да жатық қисық сызық береді.
Достарыңызбен бөлісу: |