A másodfokú egyenlet megoldóképlete

Egyenletekkel már általános iskolában is találkozhattál, megtanultad az elsőfokú egyenletek megoldásának lépéseit, az egyenletátrendezés módszerét. Ebben a videóban a másodfokú egyenletekkel ismerkedhetsz meg. Ilyen egyenleteket már az ókor nagy matematikusai is meg tudtak oldani, bár ma sem tudjuk, hogy a pontos megoldóképlet kitől származik.
Milyen egyenletet nevezünk másodfokúnak? Általános alakja az a-szor x négyzet meg b-szer x meg c egyenlő nulla, ahol a, b és c valós számok, és a nem egyenlő nulla. Hiszen ha az a értéke nulla lenne, nem lenne másodfokú tagunk. Az egyenletben az ismeretlent jelöltük x-szel, ezt kell kiszámolnunk.
Most pedig próbáljuk megoldani az egyenleteket többféleképpen is! Kezdjük egy olyan feladattal, amelyet geometriából ismerhetsz. Mekkora a négyzet oldala, ha területe tizenhat négyzetméter? Melyik az a pozitív valós szám, amelynek négyzete 16? Az egyenletünk tehát x négyzet egyenlő 16. Talán ránézésre is tudod, hogy két szám, a plusz és a mínusz négy teszi igazzá az egyenletet. Hiszen ha visszahelyettesítjük a négyet vagy a mínusz négyet, majd négyzetre emeljük, tizenhatot kapunk. Persze a négyzet oldala csak pozitív szám lehet. Van más ötleted a megoldásra? Bizony, szorzattá is lehetne alakítani az egyenletet. Ehhez előbb rendezzük nullára, majd alkalmazzunk nevezetes azonosságot: „a négyzet mínusz b négyzet egyenlő a mínusz b-szer a plusz b”. Tudjuk, hogy szorzat csak akkor lehet nulla, ha legalább az egyik tényezője nulla, ezért vagy az x mínusz négy, vagy az x plusz négy lesz nulla. Így megkaptuk a gyököket. Esetleg próbálkozhatsz függvényábrázolással is. A másodfokú függvény képe parabola. Ehhez megint redukáljuk nullára az egyenletet! Vajon hol lesz a függvény értéke nulla?, vagyis hol metszi az x tengelyt? Az x négyzet-függvény transzformáltjáról van szó, amelyet 16 egységgel toltunk el az y tengellyel párhuzamosan negatív irányban. Pontosan mínusz és plusz négynél lesz a függvény zérushelye.
Ha a másodfokú egyenletből hiányzik tag, persze nem a négyzetes, azaz b és c is lehet nulla, akkor alkalmazhatjuk a szorzattá alakítás módszerét. Az ilyen egyenleteket nevezzük hiányos vagy tiszta másodfokú egyenleteknek.
Nézd csak: Az első egyenletben nincsen x-es tag, tehát b egyenlő nulla, így nevezetes azonossággal alakíthatunk szorzattá. A második esetben konstans nincs, azaz c egyenlő nulla. Ekkor kiemeléssel alakítunk szorzattá.
Mit tegyél, ha egyetlen tag sem hiányzik? Mik lesznek az együtthatók? Az a értéke kettő, b értéke négy és c értéke mínusz hat. Próbáljuk meg szorzattá alakítani az egyenlet bal oldalát! Kiemelünk kettőt. Teljes négyzetté alakítunk. Összevonunk a zárójelen belül, majd jöhet a nevezetes azonosság! Ugye te is tudod, milyen fontos az ellenőrzés? Az eredeti egyenletbe helyettesítjük mindkét gyököt. Megszámoltad, hány valós gyököt kapunk?
Az előző feladatban egy kicsit nehézkes volt a szorzattá alakítás módszerét alkalmazni, ezért jó lenne valamilyen képlet, amelyet felhasználhatunk. A feladathoz hasonlóan az általános egyenletet is megoldhatjuk. Ha a másodfokú egyenlet ax négyzet meg bx meg c egyenlő nulla alakú, és van megoldása, akkor az egyenlet gyökei, azaz megoldásai kiszámíthatóak az együtthatók segítségével az x egy, kettő egyenlő mínusz b, plusz-mínusz gyök alatt b négyzet mínusz 4 ac per kettő a képlet segítségével. Ez a másodfokú egyenlet megoldóképlete.
Nézzük meg, hogyan kell alkalmazni a képletet másodfokú egyenletekre! Nagyon figyelj arra, hogy az egyenlet mindig nullára legyen rendezve! Ezután az együtthatók sorrendjére figyelj! Mindig álljon elöl az x négyzetes tag, aztán az x-es tag, majd a konstans, vagyis a c értéke!
Nézzünk néhány példát a megoldóképletre! Írjuk fel, mennyi a, b és c értéke! Ezután a képlet megfelelő részébe írjuk be, de most már nem a betűket, hanem a számokat! Először a gyök alatti műveletet végezzük el. Figyelj az előjelekre! Láthatod, hogy most is két megoldásunk lesz, ezt jelöljük a plusz-mínusz jellel. Először összeadunk, így kapunk egyet, majd kivonunk, így az eredményünk mínusz hét. Most se felejts el ellenőrizni! Mindkét valós gyök igazzá teszi az egyenletet.
Nézzünk még egy példát! A lépések ugyanazok, először is rendezzük az egyenletet. Ehhez el kell végezni a szorzást. Nagyon figyelj, ha x-et önmagával szorzod, x négyzetet kapsz! Ahhoz, hogy nullára redukáljuk, a mínusz két x-et és a hatot át kell vinnünk a bal oldalra. Eljutottunk a másodfokú egyenlet általános alakjához, kezdhetjük a képletbe való behelyettesítést. Írjuk fel a megoldóképletet, és helyettesítsünk be! Végezzük el a gyök alatt a négyzetre emelést, majd az összevonást, és az eredményből vonjunk gyököt! Figyelj az előjelekre! És újra az ellenőrzés! Csak az eredeti egyenletben szabad ellenőrizned, erre nagyon figyelj!
Összefoglalásképpen ismételjük át a módszereket! Hogyan tudsz másodfokú egyenletet megoldani? Az abszolútérték segítségével 2. Kiemeléssel 3. Szorzattá alakítással 4. Teljes négyzetté alakítással 5. Grafikusan 6. Megoldóképlettel