這個計算機的功用
這個工具可以分析任何以標準式表示的二次函數,也就是 \(f(x) = ax^2 + bx + c\)。透過「配方法」,每一個二次函數都能改寫成 \(f(x) = a(x - h)^2 + k\) 的形式,其中 \((h, k)\) 就是拋物線的頂點。計算機會直接幫你找出這個頂點,並判斷它是最小值還是最大值。
使用方式
輸入 \(a\)、\(b\)、\(c\) 三個係數即可。其中 \(a\) 不可以等於 0,否則整個式子就變成一次(線性)函數,而非二次函數。按下計算後,就能看到頂點的 \(x\) 座標、極值,以及拋物線是開口向上(最小值)還是開口向下(最大值)。
公式解析
頂點的 \(x\) 座標為 $$x^* = -\frac{b}{2a}.$$ 把這個值代回原函數,就能得到極值 $$k = c - \frac{b^2}{4a}.$$ 當 \(a > 0\) 時,拋物線開口向上,因此這個點是最小值;當 \(a < 0\) 時,開口向下,這個點便是最大值。
實際範例
以 \(f(x) = x^2 - 4x + 3\) 為例,此時 \(a = 1\)、\(b = -4\)、\(c = 3\)。頂點 \(x\) 為 $$-\frac{-4}{2 \times 1} = \frac{4}{2} = 2.$$ 極值為 $$3 - \frac{(-4)^2}{4 \times 1} = 3 - \frac{16}{4} = 3 - 4 = -1.$$ 由於 \(a > 0\),這是一個最小值,位於 \((2, -1)\) 這個點上。
常見問題
如果 \(a = 0\) 會怎樣?此時函數會變成一次函數,沒有頂點可言,計算機會特別標示出這種情況。
極值就是頂點的 \(y\) 座標嗎?沒錯。頂點的座標就是 \((x^*, \text{極值})\)。
這跟配方法有什麼關係?配方法就是把 \(ax^2 + bx + c\) 改寫成 \(a(x - h)^2 + k\),其中 \(h = x^*\),而 \(k\) 就是極值。