Lemonmath
English

Hàm số y = ax² (a ≠ 0)

Bài 6.1 · 20 phút đọc · Cập nhật

Trong khoảng những năm 1602–1604, ở Padova (Ý), Galileo Galilei cho các viên bi lăn trên máng nghiêng để làm chậm chuyển động rơi, nhờ đó đo được nó. Ông tìm ra một quy luật bất ngờ: quãng đường đi được không tỉ lệ với thời gian, mà tỉ lệ với bình phương của thời gian (theo MacTutor, Đại học St Andrews). Ở môn Vật lí lớp 10, quy luật rơi tự do được viết là s=12gt2s=\dfrac12gt^2 với g≈9,8g\approx9{,}8 m/s²; lấy tròn g≈10g\approx10 ta được s≈5t2s\approx5t^2 (mét).

Giả sử bạn thả một viên bi từ sân thượng của một toà nhà cao 4545 m (khoảng 1515 tầng) và bỏ qua sức cản của không khí. Sau bao lâu thì viên bi chạm đất? Và vì sao giây thứ ba viên bi rơi được nhiều hơn hẳn giây thứ nhất?

Hàm số y=ax2y=ax^2 (a≠0a\neq0)

Khám phá: quãng đường rơi theo thời gian

Ta tính s=5t2s=5t^2 tại vài thời điểm:

tt (giây) 00 11 22 33
ss (mét) 00 55 2020 4545

Thời gian tăng gấp đôi (từ 11 lên 22 giây) thì quãng đường tăng gấp bốn (từ 55 lên 2020 m); thời gian gấp ba thì quãng đường gấp chín. Trong từng giây, viên bi rơi được 55 m, rồi 1515 m, rồi 2525 m: nó rơi ngày càng nhanh. Mỗi giá trị của tt cho đúng một giá trị của ss, nên ss là một hàm số của tt.

Hiểu sâu hơn. Với hàm số bậc nhất y=axy=ax (lớp 8), xx gấp đôi thì yy gấp đôi. Với y=ax2y=ax^2, xx gấp kk lần thì yy gấp k2k^2 lần, vì a(kx)2=k2⋅ax2a(kx)^2=k^2\cdot ax^2. Đó là lí do diện tích hình vuông cạnh xx là S=x2S=x^2 (a=1a=1) và diện tích hình tròn bán kính RR là S=πR2S=\pi R^2 (a=πa=\pi): phóng to hình gấp đôi thì diện tích gấp bốn.

Những hàm số như y=x2+1y=x^2+1 hay y=(x−1)2y=(x-1)^2 không có dạng y=ax2y=ax^2: đồ thị của chúng không đi qua gốc OO (với y=x2+1y=x^2+1) hoặc không nhận OyOy làm trục đối xứng (với y=(x−1)2y=(x-1)^2). Ở lớp 10, bạn sẽ học các hàm số bậc hai tổng quát như vậy.

Đồ thị của hàm số y=ax2y=ax^2

Khám phá: hai hàm số y=x2y=x^2 và y=−x2y=-x^2

xx −2-2 −1-1 00 11 22
y=x2y=x^2 44 11 00 11 44
y=−x2y=-x^2 −4-4 −1-1 00 −1-1 −4-4

Hai giá trị đối nhau của xx cho cùng một giá trị của yy, vì (−x)2=x2(-x)^2=x^2. Biểu diễn các điểm (x;y)(x; y) trên mặt phẳng toạ độ rồi nối bằng một đường cong trơn, ta được hình dưới đây.

-3-2-1123-4-224xyOOAA'BB'
Đồ thị của y=x2y=x^2 và y=−x2y=-x^2

Vì sao đối xứng qua OyOy? Nếu điểm (x0;y0)(x_0; y_0) thuộc đồ thị thì y0=ax02=a(−x0)2y_0=ax_0^2=a(-x_0)^2, nên điểm (−x0;y0)(-x_0; y_0) cũng thuộc đồ thị. Hai điểm này đối xứng với nhau qua OyOy. Ngoài ra x2≥0x^2\geq0, nên y=ax2y=ax^2 cùng dấu với aa khi x≠0x\neq0.

-5-4-3-2-1123452468xyOO(-2; 2)(2; 2)(-4; 8)(4; 8)
Đồ thị của hàm số y=12x2y=\frac12x^2

Điểm thuộc đồ thị và bài toán thực tế

Điểm M(x0;y0)M(x_0; y_0) thuộc đồ thị của hàm số y=ax2y=ax^2 khi và chỉ khi y0=ax02y_0=ax_0^2. Nhờ đó, biết một điểm của đồ thị ta tìm được hệ số aa.

Ngược lại, biết tung độ, ta tìm hoành độ bằng cách giải ax2=y0ax^2=y_0. Do tính đối xứng, thường có hai giá trị đối nhau của xx.

Kết nối. Bài này dựa trên hàm số, đồ thị (lớp 8) và căn bậc hai. Giải ax2=kax^2=k là trường hợp đơn giản nhất của phương trình bậc hai một ẩn. Parabol còn là quỹ đạo của quả bóng được ném xiên (khi bỏ qua sức cản không khí) và là đồ thị của hàm số bậc hai lớp 10.

Thuật ngữ

Tóm tắt

  • Hàm số y=ax2y=ax^2 (a≠0a\neq0) xác định với mọi x∈Rx\in\mathbb{R}; xx và −x-x cho cùng một giá trị yy.
  • Đồ thị là parabol đỉnh OO, trục đối xứng OyOy.
  • a>0a>0: đồ thị ở phía trên trục hoành, OO thấp nhất; a<0a<0: đồ thị ở phía dưới trục hoành, OO cao nhất.
  • M(x0;y0)M(x_0; y_0) thuộc đồ thị ⇔y0=ax02\Leftrightarrow y_0=ax_0^2; dùng điều này để tìm aa hoặc tìm điểm.
  • Vẽ đồ thị: lập bảng giá trị với các cặp xx đối nhau, nối bằng đường cong trơn.

Luyện tập

Mỗi bài có phần kiến thức và gợi ý các bước. Hãy tự làm trước, rồi mới bấm xem lời giải.

Bài 1

Cho hàm số y=3x2y=3x^2. Tính giá trị của yy khi x=−2x=-2; x=0x=0; x=13x=\dfrac13; x=3x=\sqrt3.

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: thay giá trị của xx vào công thức, bình phương trước rồi nhân với 33.

Gợi ý các bước:

  1. Tính x2x^2 cho từng giá trị.
  2. Nhân kết quả với 33.
Xem lời giải

Ta có 3⋅(−2)2=123\cdot(-2)^2=12; 3⋅02=03\cdot0^2=0; 3⋅(13)2=133\cdot\left(\dfrac13\right)^2=\dfrac13; 3⋅(3)2=93\cdot(\sqrt3)^2=9.

Vậy các giá trị của yy lần lượt là 1212; 00; 13\dfrac13; 99.

Đáp số. 1212; 00; 13\dfrac13; 99.

Bài 2

Lập bảng giá trị và vẽ đồ thị của hàm số y=−12x2y=-\dfrac12x^2 với x∈{−4;−2;0;2;4}x\in\{-4; -2; 0; 2; 4\}. Nêu nhận xét về vị trí của đồ thị.

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: a<0a<0 thì parabol nằm phía dưới trục hoành, OO là điểm cao nhất.

Gợi ý các bước:

  1. Tính yy tại các giá trị của xx.
  2. Biểu diễn các điểm và nối bằng đường cong trơn.
Xem lời giải

Ta có bảng giá trị:

xx −4-4 −2-2 00 22 44
yy −8-8 −2-2 00 −2-2 −8-8

Vậy đồ thị là parabol đỉnh OO đi qua các điểm trên, nằm phía dưới trục hoành và nhận OyOy làm trục đối xứng; OO là điểm cao nhất.

Đáp số. Parabol đỉnh OO qua các điểm trong bảng, nằm phía dưới trục hoành.

Bài 3

Trong các điểm A(1;2)A(1; 2), B(−2;8)B(-2; 8), C(3;18)C(3; 18), D(−1;−2)D(-1; -2), điểm nào thuộc đồ thị của hàm số y=2x2y=2x^2?

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: M(x0;y0)M(x_0; y_0) thuộc đồ thị khi và chỉ khi y0=2x02y_0=2x_0^2.

Gợi ý các bước:

  1. Tính 2x022x_0^2 cho từng điểm và so sánh với y0y_0.
Xem lời giải

Ta có 2⋅12=22\cdot1^2=2; 2⋅(−2)2=82\cdot(-2)^2=8; 2⋅32=182\cdot3^2=18; 2⋅(−1)2=2≠−22\cdot(-1)^2=2\neq-2.

Vậy các điểm AA, BB, CC thuộc đồ thị, điểm DD không thuộc đồ thị.

Đáp số. AA, BB, CC.

Bài 4

Cho hàm số y=ax2y=ax^2 có đồ thị đi qua điểm M(−3;6)M(-3; 6).

a) Tìm aa.

b) Tìm các điểm thuộc đồ thị có tung độ bằng 2424.

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: thay toạ độ điểm vào y=ax2y=ax^2; phương trình x2=kx^2=k (k>0k>0) có hai nghiệm ±k\pm\sqrt k.

Gợi ý các bước:

  1. Giải 9a=69a=6.
  2. Giải ax2=24ax^2=24.
Xem lời giải

a) Thay x=−3x=-3, y=6y=6, ta được 9a=69a=6, suy ra a=23a=\dfrac23.

b) Ta có 23x2=24⇔x2=36⇔x=6\dfrac23x^2=24\Leftrightarrow x^2=36\Leftrightarrow x=6 hoặc x=−6x=-6.

Vậy a=23a=\dfrac23; các điểm cần tìm là (6;24)(6; 24) và (−6;24)(-6; 24).

Đáp số. a) a=23a=\dfrac23; b) (6;24)(6; 24), (−6;24)(-6; 24).

Bài 5

Một vật được thả rơi từ độ cao 125125 m. Quãng đường vật rơi được sau tt giây là s=5t2s=5t^2 (m).

a) Sau 33 giây, vật còn cách mặt đất bao nhiêu mét?

b) Sau bao lâu vật chạm đất?

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: khoảng cách tới mặt đất bằng 125−s125-s; vật chạm đất khi s=125s=125.

Gợi ý các bước:

  1. Tính ss khi t=3t=3.
  2. Giải 5t2=1255t^2=125 với t>0t>0.
Xem lời giải

a) Khi t=3t=3, ta có s=5⋅32=45s=5\cdot3^2=45 (m). Do đó vật còn cách mặt đất 125−45=80125-45=80 (m).

b) Ta có 5t2=125⇔t2=255t^2=125\Leftrightarrow t^2=25. Vì t>0t>0 nên t=5t=5.

Vậy sau 33 giây vật còn cách mặt đất 8080 m; vật chạm đất sau 55 giây.

Đáp số. a) 8080 m; b) 55 giây.

Bài 6

Trong môn Khoa học tự nhiên 9 (bài Động năng. Thế năng), động năng của vật có khối lượng mm (kg) chuyển động với vận tốc vv (m/s) là W=12mv2W=\dfrac12mv^2 (J). Giả sử một quả bóng có khối lượng 0,40{,}4 kg, khi đó W=0,2v2W=0{,}2v^2.

a) Tính động năng của quả bóng khi v=10v=10 m/s.

b) Quả bóng có động năng 4545 J thì vận tốc của nó bằng bao nhiêu?

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: W=0,2v2W=0{,}2v^2 là hàm số dạng y=ax2y=ax^2 với a=0,2a=0{,}2; vận tốc v>0v>0.

Gợi ý các bước:

  1. Thay v=10v=10.
  2. Giải 0,2v2=450{,}2v^2=45.
Xem lời giải

a) Ta có W=0,2⋅102=20W=0{,}2\cdot10^2=20 (J).

b) Ta có 0,2v2=45⇔v2=2250{,}2v^2=45\Leftrightarrow v^2=225. Vì v>0v>0 nên v=15v=15.

Vậy động năng là 2020 J; vận tốc cần tìm là 1515 m/s.

Nhận xét. Vận tốc gấp 1,51{,}5 lần thì động năng gấp 1,52=2,251{,}5^2=2{,}25 lần; xe chạy nhanh gấp đôi thì động năng gấp bốn.

Đáp số. a) 2020 J; b) 1515 m/s.

Bài 7

Cho hàm số y=3x2y=3x^2. (Ôn lại căn thức bậc hai.)

a) Tìm hoành độ các điểm thuộc đồ thị có tung độ bằng 66.

b) Tính giá trị của yy khi x=1−2x=1-\sqrt2.

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: x2=2⇔x=±2x^2=2\Leftrightarrow x=\pm\sqrt2; hằng đẳng thức (a−b)2=a2−2ab+b2(a-b)^2=a^2-2ab+b^2.

Gợi ý các bước:

  1. Giải 3x2=63x^2=6.
  2. Khai triển (1−2)2(1-\sqrt2)^2 rồi nhân với 33.
Xem lời giải

a) Ta có 3x2=6⇔x2=2⇔x=23x^2=6\Leftrightarrow x^2=2\Leftrightarrow x=\sqrt2 hoặc x=−2x=-\sqrt2.

b) Ta có (1−2)2=1−22+2=3−22(1-\sqrt2)^2=1-2\sqrt2+2=3-2\sqrt2, nên y=3(3−22)=9−62y=3(3-2\sqrt2)=9-6\sqrt2.

Vậy a) x=±2x=\pm\sqrt2; b) y=9−62y=9-6\sqrt2.

Đáp số. a) x=2x=\sqrt2, x=−2x=-\sqrt2; b) 9−629-6\sqrt2.

Bài 8

(2,0 điểm) Cho hàm số y=ax2y=ax^2 có đồ thị (P)(P) đi qua điểm A(2;2)A(2; 2).

a) Tìm aa.

b) Vẽ (P)(P).

c) Tìm các điểm thuộc (P)(P) có tung độ gấp đôi hoành độ.

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: điểm thuộc đồ thị; phương trình tích A⋅B=0A\cdot B=0 (bài phương trình quy về phương trình bậc nhất).

Gợi ý các bước:

  1. Giải 4a=24a=2.
  2. Lập bảng giá trị với x∈{−4;−2;0;2;4}x\in\{-4; -2; 0; 2; 4\}.
  3. Điểm cần tìm có dạng (x;2x)(x; 2x): giải 12x2=2x\dfrac12x^2=2x.
Xem lời giải

a) Thay x=2x=2, y=2y=2, ta được 4a=24a=2, suy ra a=12a=\dfrac12.

b) (P)(P) là parabol y=12x2y=\dfrac12x^2 đã vẽ ở ví dụ "Vẽ đồ thị".

c) Điểm cần tìm có dạng (x;2x)(x; 2x). Thay vào (P)(P), ta có

12x2=2x⇔x2−4x=0⇔x(x−4)=0⇔x=0  hoặc  x=4.\frac12x^2=2x\Leftrightarrow x^2-4x=0\Leftrightarrow x(x-4)=0\Leftrightarrow x=0\ \text{ hoặc }\ x=4.

Vậy a=12a=\dfrac12 và các điểm cần tìm là (0;0)(0; 0), (4;8)(4; 8).

Đáp số. a) a=12a=\dfrac12; c) (0;0)(0; 0) và (4;8)(4; 8).

Bài 9 Thử thách

Giả sử một cổng chào có dạng parabol. Chân cổng rộng 88 m, đỉnh cổng cao 66 m so với mặt đất. Chọn hệ trục toạ độ có gốc OO tại đỉnh cổng, trục OyOy hướng lên trên, khi đó cổng là một phần của đồ thị y=ax2y=ax^2. Một xe tải rộng 33 m, cao 55 m đi chính giữa cổng. Hỏi xe có đi qua cổng được không?

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: hai chân cổng là các điểm (−4;−6)(-4; -6) và (4;−6)(4; -6).

Gợi ý các bước:

  1. Tìm aa từ điểm (4;−6)(4; -6).
  2. Thành xe cách trục giữa 1,51{,}5 m: tính yy tại x=1,5x=1{,}5.
  3. Chiều cao của cổng tại đó bằng 6+y6+y; so sánh với 55.
Xem lời giải

Chân cổng (4;−6)(4; -6) thuộc đồ thị nên 16a=−616a=-6, suy ra a=−38a=-\dfrac38.

Tại x=1,5x=1{,}5, ta có y=−38⋅1,52=−2732≈−0,84y=-\dfrac38\cdot1{,}5^2=-\dfrac{27}{32}\approx-0{,}84. Do đó chiều cao của cổng tại vị trí thành xe là 6−0,84375=5,156256-0{,}84375=5{,}15625 (m) >5>5 m.

Vậy xe tải đi qua cổng được.

Đáp số. Đi qua được (cổng cao khoảng 5,165{,}16 m tại vị trí thành xe).

Kiểm tra mini

Kiểm tra mini

Chấm như đề thi tốt nghiệp THPT: Phần I mỗi câu 0,25 điểm; Phần II mỗi câu tối đa 1 điểm (đúng 1, 2, 3, 4 ý được 0,1; 0,25; 0,5; 1 điểm); Phần III mỗi câu 0,5 điểm.

Phần I. Trắc nghiệm nhiều phương án lựa chọn

Câu 1. Hàm số nào sau đây có dạng y=ax2y=ax^2 với a≠0a\neq0?
Câu 2. Cho hàm số y=−2x2y=-2x^2. Giá trị của yy khi x=−3x=-3 là
Câu 3. Đồ thị của hàm số y=ax2y=ax^2 đi qua điểm (−2;8)(-2; 8). Giá trị của aa là
Câu 4. Điểm nào sau đây không thuộc đồ thị của hàm số y=−x2y=-x^2?

Phần II. Trắc nghiệm đúng sai

Câu 1. Cho hàm số y=13x2y=\dfrac13x^2 có đồ thị (P)(P). Xét tính đúng sai của các mệnh đề sau:
a) O(0;0)O(0; 0) là điểm thấp nhất của (P)(P).
b) (P)(P) đi qua điểm (3;3)(3; 3).
c) (P)(P) đi qua điểm (−3;−3)(-3; -3).
d) Các điểm thuộc (P)(P) có tung độ bằng 1212 có hoành độ là 66 và −6-6.

Phần III. Trắc nghiệm trả lời ngắn

Câu 1. Một vật rơi từ độ cao 8080 m, quãng đường rơi sau tt giây là s=5t2s=5t^2 (m). Sau bao nhiêu giây thì vật chạm đất?

Câu 2. Đồ thị của hàm số y=ax2y=ax^2 đi qua điểm A(4;4)A(4; 4). Tính aa (viết kết quả dưới dạng số thập phân).

Xem đáp án và giải thích
  1. Phần I, câu 1: B. a=−12≠0a=-\dfrac12\neq0. A là hàm số bậc nhất, C có thêm số hạng 22, D có a=0a=0.
  2. Phần I, câu 2: B. y=−2⋅9=−18y=-2\cdot9=-18. A sai dấu, C bình phương cả −2-2, D quên bình phương.
  3. Phần I, câu 3: A. 4a=84a=8 nên a=2a=2. B coi (−2)2=−4(-2)^2=-4, C lấy 8:28:2, D lấy 8:(−2)8:(-2).
  4. Phần I, câu 4: C. Tại x=3x=3, y=−9≠9y=-9\neq9.
  5. Phần II, câu 1: a) Đúng; b) Đúng; c) Sai; d) Đúng. a) Đúng: a>0a>0. b) Đúng: 13⋅9=3\dfrac13\cdot9=3. c) Sai: tại x=−3x=-3, y=3y=3. d) Đúng: x2=36x^2=36.
  6. Phần III, câu 1: 4. 5t2=80⇔t2=165t^2=80\Leftrightarrow t^2=16, mà t>0t>0 nên t=4t=4.
  7. Phần III, câu 2: 0,25. 16a=416a=4 nên a=0,25a=0{,}25.