Bevis

Du forventes å kunne dette beviset til eksamen

For f(x)=ax2+bx+cf(x) = ax^2 + bx + c med a0a \neq 0 er grafen symmetrisk om den loddrette linja x=b2ax = -\frac{b}{2a}, og dette er nøyaktig der funksjonen har sitt topp- eller bunnpunkt.

Forutsetninger:

  • Å gange ut en parentes og bruke første kvadratsetning, (u±t)2=u2±2ut+t2(u \pm t)^2 = u^2 \pm 2ut + t^2 (fra «Algebraiske uttrykk»).
  1. Kall den påståtte symmetrilinja h=b2ah = -\frac{b}{2a}. Legg merke til én ting om dette tallet, som vi får bruk for hele veien: ganger vi det med 2a2a og legger til bb, får vi null.
    2ah+b=2a(b2a)+b=b+b=02ah + b = 2a \cdot \left(-\frac{b}{2a}\right) + b = -b + b = 0
  2. Vi skal vise at grafen har samme høyde like langt til hver side av hh. Ta derfor en vilkårlig avstand tt, og regn ut funksjonsverdien i punktet h+th + t. Gang ut med første kvadratsetning:
    f(h+t)=a(h+t)2+b(h+t)+c=ah2+2aht+at2+bh+bt+cf(h+t) = a(h+t)^2 + b(h+t) + c = ah^2 + 2aht + at^2 + bh + bt + c
  3. Samle de to leddene som inneholder tt i første potens, og sett tt utenfor en parentes:
    f(h+t)=ah2+bh+c=  f(h)+at2+t(2ah+b)f(h+t) = \underbrace{ah^2 + bh + c}_{= \; f(h)} + at^2 + t(2ah + b)
  4. Men vi så i første steg at 2ah+b=02ah + b = 0. Hele det siste leddet faller derfor bort:
    f(h+t)=f(h)+at2f(h+t) = f(h) + at^2
  5. Regner vi på samme måte for punktet hth - t, får vi (t)2=t2(-t)^2 = t^2 og t(2ah+b)=0-t(2ah+b) = 0 – altså nøyaktig det samme svaret:
    f(ht)=f(h)+at2=f(h+t)f(h-t) = f(h) + at^2 = f(h+t)
  6. Funksjonsverdien er altså den samme i avstand tt på hver side av hh, uansett hvilken tt vi velger. Det er nettopp det å være symmetrisk om linja x=hx = h betyr.
  7. Samme likning gir også ekstremalpunktet: siden t20t^2 \geq 0 alltid, er at2at^2 aldri negativ når a>0a > 0. Da er f(h+t)f(h)f(h+t) \geq f(h) for alle tt, så ff er minst i x=hx = h (bunnpunkt). Er a<0a < 0, er at2at^2 aldri positiv, og ff er størst i x=hx = h (toppunkt).
    f(h+t)f(h)=at2f(h+t) - f(h) = at^2

Symmetrilinja (og topp-/bunnpunktets xx-verdi) er x=b2ax = -\frac{b}{2a}