代数学準備例

$f (x) = 4 x^{2} - 20 x + 25$

ステップ 1

与えられた放物線の特性を求めます。

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ステップ 1.1

方程式を頂点形で書き換えます。

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ステップ 1.1.1

$4 x^{2} - 20 x + 25$ の平方完成。

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ステップ 1.1.1.1

式 $a x^{2} + b x + c$ を利用して、 $a$ 、 $b$ 、 $c$ の値を求めます。

$a = 4$

$b = - 20$

$c = 25$

ステップ 1.1.1.2

放物線の標準形を考えます。

$a {(x + d)}^{2} + e$

ステップ 1.1.1.3

公式 $d = \frac{b}{2 a}$ を利用して $d$ の値を求めます。

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ステップ 1.1.1.3.1

$a$ と $b$ の値を公式 $d = \frac{b}{2 a}$ に代入します。

$d = \frac{- 20}{2 \cdot 4}$

ステップ 1.1.1.3.2

右辺を簡約します。

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ステップ 1.1.1.3.2.1

$- 20$ と $2$ の共通因数を約分します。

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ステップ 1.1.1.3.2.1.1

$2$ を $- 20$ で因数分解します。

$d = \frac{2 \cdot - 10}{2 \cdot 4}$

ステップ 1.1.1.3.2.1.2

共通因数を約分します。

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ステップ 1.1.1.3.2.1.2.1

$2$ を $2 \cdot 4$ で因数分解します。

$d = \frac{2 \cdot - 10}{2 (4)}$

ステップ 1.1.1.3.2.1.2.2

共通因数を約分します。

$d = \frac{2 \cdot - 10}{2 \cdot 4}$

ステップ 1.1.1.3.2.1.2.3

式を書き換えます。

$d = \frac{- 10}{4}$

ステップ 1.1.1.3.2.2

$- 10$ と $4$ の共通因数を約分します。

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ステップ 1.1.1.3.2.2.1

$2$ を $- 10$ で因数分解します。

$d = \frac{2 (- 5)}{4}$

ステップ 1.1.1.3.2.2.2

共通因数を約分します。

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ステップ 1.1.1.3.2.2.2.1

$2$ を $4$ で因数分解します。

$d = \frac{2 \cdot - 5}{2 \cdot 2}$

ステップ 1.1.1.3.2.2.2.2

共通因数を約分します。

$d = \frac{2 \cdot - 5}{2 \cdot 2}$

ステップ 1.1.1.3.2.2.2.3

式を書き換えます。

$d = \frac{- 5}{2}$

ステップ 1.1.1.3.2.3

分数の前に負数を移動させます。

$d = - \frac{5}{2}$

ステップ 1.1.1.4

公式 $e = c - \frac{b^{2}}{4 a}$ を利用して $e$ の値を求めます。

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ステップ 1.1.1.4.1

$c$ 、 $b$ 、および $a$ の値を公式 $e = c - \frac{b^{2}}{4 a}$ に代入します。

$e = 25 - \frac{{(- 20)}^{2}}{4 \cdot 4}$

ステップ 1.1.1.4.2

右辺を簡約します。

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ステップ 1.1.1.4.2.1

各項を簡約します。

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ステップ 1.1.1.4.2.1.1

$- 20$ を $2$ 乗します。

$e = 25 - \frac{400}{4 \cdot 4}$

ステップ 1.1.1.4.2.1.2

$4$ に $4$ をかけます。

$e = 25 - \frac{400}{16}$

ステップ 1.1.1.4.2.1.3

$400$ を $16$ で割ります。

$e = 25 - 1 \cdot 25$

ステップ 1.1.1.4.2.1.4

$- 1$ に $25$ をかけます。

$e = 25 - 25$

ステップ 1.1.1.4.2.2

$25$ から $25$ を引きます。

$e = 0$

ステップ 1.1.1.5

$a$ 、 $d$ 、および $e$ の値を頂点形 $4 {(x - \frac{5}{2})}^{2} + 0$ に代入します。

$4 {(x - \frac{5}{2})}^{2} + 0$

ステップ 1.1.2

$y$ は新しい右辺と等しいとします。

$y = 4 {(x - \frac{5}{2})}^{2} + 0$

ステップ 1.2

頂点形、 $y = a {(x - h)}^{2} + k$ 、を利用して $a$ 、 $h$ 、 $k$ の値を求めます。

$a = 4$

$h = \frac{5}{2}$

$k = 0$

ステップ 1.3

$a$ の値が正なので、放物線は上に開です。

上に開く

ステップ 1.4

頂点 $(h, k)$ を求めます。

$(\frac{5}{2}, 0)$

ステップ 1.5

頂点から焦点までの距離 $p$ を求めます。

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ステップ 1.5.1

次の式を利用して放物線の交点から焦点までの距離を求めます。

$\frac{1}{4 a}$

ステップ 1.5.2

$a$ の値を公式に代入します。

$\frac{1}{4 \cdot 4}$

ステップ 1.5.3

$4$ に $4$ をかけます。

$\frac{1}{16}$

ステップ 1.6

焦点を求めます。

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ステップ 1.6.1

放物線の焦点は、放物線が上下に開の場合、 $p$ をy座標 $k$ に加えて求められます。

$(h, k + p)$

ステップ 1.6.2

$h$ と $p$ 、および $k$ の既知数を公式に代入し、簡約します。

$(\frac{5}{2}, \frac{1}{16})$

ステップ 1.7

交点と焦点を通る線を求め、対称軸を求めます。

$x = \frac{5}{2}$

ステップ 1.8

準線を求めます。

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ステップ 1.8.1

放物線の準線は、放物線が上下に開の場合、頂点のy座標 $k$ から $p$ を引いて求められる水平線です。

$y = k - p$

ステップ 1.8.2

$p$ と $k$ の既知数を公式に代入し、簡約します。

$y = - \frac{1}{16}$

ステップ 1.9

放物線の性質を利用して放物線を分析しグラフに描きます。

方向：上に開

頂点： $(\frac{5}{2}, 0)$

焦点： $(\frac{5}{2}, \frac{1}{16})$

対称軸： $x = \frac{5}{2}$

準線： $y = - \frac{1}{16}$

方向：上に開

頂点： $(\frac{5}{2}, 0)$

焦点： $(\frac{5}{2}, \frac{1}{16})$

対称軸： $x = \frac{5}{2}$

準線： $y = - \frac{1}{16}$

ステップ 2

$x$ 値をいくつか選択し、方程式に代入し対応する $y$ 値を求めます。 $x$ 値は頂点の周りで選択しなければなりません。

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ステップ 2.1

式の変数 $x$ を $1$ で置換えます。

$f (1) = 4 {(1)}^{2} - 20 \cdot 1 + 25$

ステップ 2.2

結果を簡約します。

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ステップ 2.2.1

各項を簡約します。

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ステップ 2.2.1.1

1のすべての数の累乗は1です。

$f (1) = 4 \cdot 1 - 20 \cdot 1 + 25$

ステップ 2.2.1.2

$4$ に $1$ をかけます。

$f (1) = 4 - 20 \cdot 1 + 25$

ステップ 2.2.1.3

$- 20$ に $1$ をかけます。

$f (1) = 4 - 20 + 25$

ステップ 2.2.2

足し算と引き算で簡約します。

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ステップ 2.2.2.1

$4$ から $20$ を引きます。

$f (1) = - 16 + 25$

ステップ 2.2.2.2

$- 16$ と $25$ をたし算します。

$f (1) = 9$

ステップ 2.2.3

最終的な答えは $9$ です。

$9$

ステップ 2.3

$x = 1$ における $y$ 値は $9$ です。

$y = 9$

ステップ 2.4

式の変数 $x$ を $0$ で置換えます。

$f (0) = 4 {(0)}^{2} - 20 \cdot 0 + 25$

ステップ 2.5

結果を簡約します。

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ステップ 2.5.1

各項を簡約します。

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ステップ 2.5.1.1

$0$ を正数乗し、 $0$ を得ます。

$f (0) = 4 \cdot 0 - 20 \cdot 0 + 25$

ステップ 2.5.1.2

$4$ に $0$ をかけます。

$f (0) = 0 - 20 \cdot 0 + 25$

ステップ 2.5.1.3

$- 20$ に $0$ をかけます。

$f (0) = 0 + 0 + 25$

ステップ 2.5.2

数を加えて簡約します。

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ステップ 2.5.2.1

$0$ と $0$ をたし算します。

$f (0) = 0 + 25$

ステップ 2.5.2.2

$0$ と $25$ をたし算します。

$f (0) = 25$

ステップ 2.5.3

最終的な答えは $25$ です。

$25$

ステップ 2.6

$x = 0$ における $y$ 値は $25$ です。

$y = 25$

ステップ 2.7

式の変数 $x$ を $3$ で置換えます。

$f (3) = 4 {(3)}^{2} - 20 \cdot 3 + 25$

ステップ 2.8

結果を簡約します。

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ステップ 2.8.1

各項を簡約します。

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ステップ 2.8.1.1

$3$ を $2$ 乗します。

$f (3) = 4 \cdot 9 - 20 \cdot 3 + 25$

ステップ 2.8.1.2

$4$ に $9$ をかけます。

$f (3) = 36 - 20 \cdot 3 + 25$

ステップ 2.8.1.3

$- 20$ に $3$ をかけます。

$f (3) = 36 - 60 + 25$

ステップ 2.8.2

足し算と引き算で簡約します。

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ステップ 2.8.2.1

$36$ から $60$ を引きます。

$f (3) = - 24 + 25$

ステップ 2.8.2.2

$- 24$ と $25$ をたし算します。

$f (3) = 1$

ステップ 2.8.3

最終的な答えは $1$ です。

$1$

ステップ 2.9

$x = 3$ における $y$ 値は $1$ です。

$y = 1$

ステップ 2.10

式の変数 $x$ を $4$ で置換えます。

$f (4) = 4 {(4)}^{2} - 20 \cdot 4 + 25$

ステップ 2.11

結果を簡約します。

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ステップ 2.11.1

各項を簡約します。

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ステップ 2.11.1.1

指数を足して $4$ に ${(4)}^{2}$ を掛けます。

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ステップ 2.11.1.1.1

$4$ に ${(4)}^{2}$ をかけます。

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ステップ 2.11.1.1.1.1

$4$ を $1$ 乗します。

$f (4) = 4 {(4)}^{2} - 20 \cdot 4 + 25$

ステップ 2.11.1.1.1.2

べき乗則 $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ を利用して指数を組み合わせます。

$f (4) = 4^{1 + 2} - 20 \cdot 4 + 25$

ステップ 2.11.1.1.2

$1$ と $2$ をたし算します。

$f (4) = 4^{3} - 20 \cdot 4 + 25$

ステップ 2.11.1.2

$4$ を $3$ 乗します。

$f (4) = 64 - 20 \cdot 4 + 25$

ステップ 2.11.1.3

$- 20$ に $4$ をかけます。

$f (4) = 64 - 80 + 25$

ステップ 2.11.2

足し算と引き算で簡約します。

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ステップ 2.11.2.1

$64$ から $80$ を引きます。

$f (4) = - 16 + 25$

ステップ 2.11.2.2

$- 16$ と $25$ をたし算します。

$f (4) = 9$

ステップ 2.11.3

最終的な答えは $9$ です。

$9$

ステップ 2.12

$x = 4$ における $y$ 値は $9$ です。

$y = 9$

ステップ 2.13

放物線の特性と選択した点を利用し、放物線をグラフに描きます。

$\begin{array}{c} x & y \\ 0 & 25 \\ 1 & 9 \\ \frac{5}{2} & 0 \\ 3 & 1 \\ 4 & 9 \end{array}$

ステップ 3

放物線の特性と選択した点を利用し、放物線をグラフに描きます。

方向：上に開

頂点： $(\frac{5}{2}, 0)$

焦点： $(\frac{5}{2}, \frac{1}{16})$

対称軸： $x = \frac{5}{2}$

準線： $y = - \frac{1}{16}$

$\begin{array}{c} x & y \\ 0 & 25 \\ 1 & 9 \\ \frac{5}{2} & 0 \\ 3 & 1 \\ 4 & 9 \end{array}$

ステップ 4

代数学準備 例

代数学準備例