Quadratic Functions & the Discriminant
二次関数は A-Level Pure Mathematics の土台です。平方完成で頂点を読み取り、判別式 で実数解の個数を見抜き、直線と曲線が「交わる・接する・離れる」を条件式で扱えるようになると、後の微分・座標幾何・三角関数まで一気に見通しが良くなります。ここでは計算手順と「なぜそうなるか」をセットで身につけます。
Quadratics are the foundation of A-Level Pure Mathematics. Once you can read off a vertex by completing the square, judge the number of real roots from the discriminant , and decide whether a line meets, touches or misses a curve using a condition, everything downstream — differentiation, coordinate geometry, trigonometry — becomes far clearer. Here we pair each procedure with the reason behind it.
Completing the square and the vertex
任意の二次関数は の形に書き換えられます。これを平方完成といい、頂点が であることが一目で分かります。 なら下に凸で が最小値、 なら上に凸で が最大値です。手順は、まず で と の項をくくり、係数の半分の2乗を足して引く、というものです。
Every quadratic can be rewritten as . This is completing the square, and it shows the vertex at instantly. If the curve opens upward and is the minimum value; if it opens downward and is the maximum. The method: factor out of the and terms, then add and subtract the square of half the coefficient of .
The discriminant and the number of real roots
二次方程式 の判別式は です。これは「グラフが 軸と何回交わるか」を教えてくれます。 なら異なる2つの実数解、 ならちょうど1つの実数解(重解=頂点が 軸に接する)、 なら実数解なしです。「2つの実数解をもつ」「接する」などの条件問題は、すべてこの符号の議論に帰着します。
For the discriminant is . It tells you how many times the graph crosses the -axis. If there are two distinct real roots; if there is exactly one (a repeated root — the vertex sits on the -axis); if there are no real roots. Condition problems such as 'has two real roots' or 'is a tangent' all reduce to arguing about this sign.
The quadratic formula
因数分解できないときは解の公式を使います。公式の中の根号の中身がまさに判別式 であることに注目してください。判別式が負なら根号の中が負になり、実数解が存在しない理由がそのまま見えます。試験では因数分解を先に試し、無理ならこの公式に切り替えるのが定石です。
When a quadratic does not factorise, use the formula. Notice that the expression under the square root is exactly the discriminant — so when it is negative the root is of a negative number, which is precisely why no real solution exists. In exams, try factorising first and fall back on the formula only when that fails.
Line meets curve: meet, touch or miss
直線と二次曲線の位置関係は、2式を連立して得られる二次方程式の判別式で判定します。直線の式を曲線の式に代入して の二次方程式にまとめ、その判別式を とすると、 で2点で交わる、 で接する(接線)、 で交わらない、となります。「接する」=「判別式 」が最頻出のキーワードです。
The position of a line relative to a quadratic curve is decided by the discriminant of the quadratic you get from solving them simultaneously. Substitute the line into the curve to obtain a quadratic in ; calling its discriminant : means the line cuts the curve at two points, means it is a tangent (touches), and means it misses entirely. 'Tangent' = 'discriminant ' is the single most examined idea here.
Worked examples
Practice
南数塾は、Cambridge Primary / IGCSE / A-Level の各単元を、日本式の分かりやすさと英語の数学用語の両面から指導します。無料体験からどうぞ。