y=ax²で a が負のとき|下に開く放物線と変域|中3数学:二次関数 基本19(解説・練習問題)

中3|関数 y=ax²解き方がわからないときは 関数y=ax²の変域・変化の割合|0を含む場合とグラフを問題で解説 を先に読むと、この問題で何を問われているかが分かります。

今日の一問
y は x の2乗に比例し、x = 6 のとき y = −72 です。
(1)y を x の式で表しなさい。
(2)x = 3 のときの y を求めなさい。
——式の作り方は同じ。変わるのはグラフの向き。
答えと考え方は、この記事の中で順を追って解説します。

このページは中学3年「二次関数」基本19の解説です。テーマはa が負のとき。式の作り方は a が正のときとまったく同じですが、グラフの向きとy のとりうる値が反対になります。ここを図でつかんでおくと、変域の問題で迷わなくなります。

a の符号がグラフの向きを決める

a > 0 a < 0
グラフの開き 上に開く 下に開く
原点は いちばん低い点 いちばん高い点
y の値 つねに 0 以上 つねに 0 以下
x が 0 から離れると y は大きくなる y は小さくなる

原点=最大の点xyy = ax²(a < 0)

なぜ y が 0 以下になるのか

x2 は、x がどんな数でも0 以上です。それに負の数 a をかけるので、結果は必ず 0 以下になります。y = 0 になるのは x = 0 のときだけ——だから原点がグラフのてっぺんです。

式の作り方は、a が正のときと同じ

1y = ax2 に代入する。x2 は先に数にする(62 = 36)。

2両辺をその数でわる。符号もそのまま持ち越します(−72 ÷ 36 = −2)。

3式を書いて、聞かれた x を代入する。

特別なルールは1つもありません。「負の数のわり算」を落ち着いてやるだけです。

変域の問題で差がつく

a < 0 のとき、y の最大値は 0(x = 0 のとき)です。x の変域に 0 が含まれていれば、最大値は必ず 0。含まれていなければ、変域の端で最大になります。
機械的に「変域の端を代入する」とすると、0 を含むときに間違えます。グラフを小さく描いてから答えるのが確実です。

今日の一問の解答

解答

−72 = a × 62 = 36a
a = −72 ÷ 36 = −2、式は y = −2x2
x = 3 のとき y = −2 × 9 = −18
検算:y ÷ x2 は −72 ÷ 36 = −2、−18 ÷ 9 = −2 で一致 ○
また、x が 6 から 3 へ半分になったので、y は 1/4 倍。−72 × 1/4 = −18 ○

つまずくのはここ

つまずき1|わり算で符号を落とす

−72 ÷ 36 を 2 としてしまう誤りです。正 ÷ 負・負 ÷ 正 は負。答えを書いたら、代入して y が負になるか1回確かめます。

つまずき2|a が負だから x も負だと思う

a の符号と x の符号は無関係です。a = −2 でも x = 3 は入れられます。2乗するのは x だけで、a はそのあとにかかります。

つまずき3|変域の端だけを見て最大値を決める

−1 ≦ x ≦ 3 のような変域では、端(−1 と 3)だけでなく x = 0 も調べます。a < 0 なら、そこが最大の点です。

数強塾オリジナルの練習問題

基礎練習1

y は x の2乗に比例し、x = 4 のとき y = −48 です。y を x の式で表し、x = 2 のときの y を求めなさい。

解答・解説を見る

解答

−48 = 16a → a = −3、y = −3x2
x = 2 のとき y = −3 × 4 = −12
検算:−48 ÷ 16 = −3、−12 ÷ 4 = −3 ○

基礎練習2

y は x の2乗に比例し、x = −5 のとき y = −50 です。y を x の式で表し、x = 3 のときの y を求めなさい。

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解答

−50 = a × (−5)2 = 25a → a = −2、y = −2x2
x = 3 のとき y = −18
(−5)2 = +25 です。x が負でも x2 は正——ここで符号を2回まちがえると、たまたま合ってしまうこともあるので要注意 ○

標準練習3

y = −2x2 について、x の変域が −1 ≦ x ≦ 3 のときの y の変域を求めなさい。

解答・解説を見る

解答

変域に x = 0 が含まれるので、最大値は y = 0。
最小値は、0 からいちばん遠い x のところ。|−1| = 1、|3| = 3 なので x = 3 のほうが遠い。
y = −2 × 9 = −18
よって −18 ≦ y ≦ 0
検算:x = −1 のとき y = −2。−18 と 0 のあいだに収まっている ○
端を代入するだけでは −18 ≦ y ≦ −2 と誤答します。0 を含むかどうかを毎回確認してください。

標準練習4

y = ax2 のグラフが点 (−2, −12) を通ります。a の値を求め、このグラフが上下どちらに開くか答えなさい。

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解答

−12 = a × (−2)2 = 4a → a = −3
a < 0 なので 下に開く
「グラフが点を通る」=「その座標を代入すると式が成り立つ」。この読みかえは中1の比例から一貫しています ○

応用練習5

3つのグラフ y = −x2、y = −3x2、y = −1/2x2 について、
(1)x = 2 のときの y をそれぞれ求めなさい。
(2)3つのグラフを、開き方が細い順に並べなさい。

解答・解説を見る

解答

(1)−x2 → −4/−3x2 → −12/−(1/2)x2 → −2
(2)同じ x = 2 で、いちばん深く下がるものがいちばん細いグラフです。
細い順:y = −3x2 → y = −x2 → y = −(1/2)x2
つまり、a の絶対値が大きいほど細い。符号は開く向き(上か下か)を、絶対値は開き具合を決めます。
この2つを分けて考えられるようになると、「グラフから a を推測する」タイプの問題が読めるようになります ○

定着チェック

いまの理解段階を自分で選んでみてください。

  • 未習——用語の意味がまだ言えない。
  • 用語理解——定義は言えるが、手が止まる。
  • 典型を解ける——同じ形なら解ける。
  • 初見へ転用——形が変わっても方針を立てられる。
  • 入試水準——制限時間内に、根拠を書いて解ける。

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