한양과학기술고등학교

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이차함수 그래프 탐험기

이차함수 그래프 탐험기

공통수학1 · 이차방정식과 이차함수 — 계수 a, b, c를 움직이면 포물선의 모양, 꼭짓점, x축과 만나는 점이 어떻게 바뀔까? 판별식 D = b²−4ac 의 부호가 곧 "그래프가 x축을 몇 번 지나는가"를 결정한다.

1. 직접 해보기

슬라이더로 a, b, c 를 바꿔 보자. 그래프는 즉시 다시 그려지고, 오른쪽 수치도 실시간으로 갱신된다. 캔버스는 드래그로 이동, 휠로 확대·축소 할 수 있다.

y = x² − x − 6
● 꼭짓점   ● x절편(D>0)   ● 접점(D=0)   ● y절편  | 점선 = 대칭축
1.0
-1.0
-6.0
판별식 D = b² − 4ac
25.00
실근의 개수
2개 (서로 다른 두 실근)
근 (x절편의 x좌표)
x = -2,  x = 3
꼭짓점 (−b/2a, ...)
(0.5, -6.25)
대칭축
x = 0.5
y절편
(0, -6)

2. 판별식과 실근의 개수

이차방정식 ax² + bx + c = 0 의 근의 공식은  x = ( −b ± √D ) / 2a  이고, 여기서 D = b² − 4ac 이다. √ 안의 값 D 의 부호가 근의 개수를 결정한다. 그래프로 보면 "포물선이 x축과 몇 번 만나는가" 와 정확히 같은 이야기다.

판별식실근의 개수그래프와 x축예시
D > 0 서로 다른 두 실근 두 점에서 만난다 (교점 2개) y = x² − x − 6
D = 0 중근 (한 개) 한 점에서 접한다 (접점 1개) y = x² − 4x + 4
D < 0 실근 없음 (허근 2개) 만나지 않는다 y = x² + 4

위 캔버스에서 x절편 점의 색이 바뀌는 것도 이 표와 같다 — 초록(D>0), 주황(D=0), 그리고 D<0 이면 교점 자체가 사라진다.

3. 근과 계수의 관계

두 근을 α, β 라 하면 ax² + bx + c = a(x − α)(x − β) 이다. 우변을 전개해 계수를 비교하면 다음이 나온다.

α + β = −b / a   (두 근의 합)
α · β =  c / a   (두 근의 곱)

예를 들어 y = x² − x − 6 은 a=1, b=−1, c=−6 이므로 두 근의 합은 −(−1)/1 = 1, 곱은 −6/1 = −6. 실제 근이 −2 와 3 이니 합 1, 곱 −6 으로 잘 맞는다. 근을 직접 구하지 않고도 두 근의 관계를 알 수 있다는 게 핵심이다.

두 근의 합 α+β = −b/a
1.00
두 근의 곱 αβ = c/a
-6.00

4. 완전제곱식 → 꼭짓점

일반형 y = ax² + bx + c 를 y = a(x − p)² + q 꼴(표준형)로 바꾸면 꼭짓점이 바로 (p, q) 로 보인다. 과정은 완전제곱식 만들기다.

y = ax² + bx + c
  = a( x² + (b/a)x ) + c   → a로 묶기
  = a( x² + (b/a)x + (b/2a)² − (b/2a)² ) + c   → (일차항 계수의 절반)² 더하고 빼기
  = a( x + b/2a )² − b²/4a + c   → 완전제곱식으로 묶기
  = a( x + b/2a )² − (b² − 4ac) / 4a

따라서 꼭짓점은  ( −b/2a ,  −(b²−4ac)/4a )  = ( −b/2a, −D/4a ) 이고, 대칭축은 x = −b/2a 이다. y좌표에 판별식 D 가 그대로 등장한다는 점을 눈여겨보자 — a > 0 일 때 꼭짓점 y좌표의 부호는 −D 의 부호와 같고, 이는 "포물선이 x축 위/아래/접함" 을 곧바로 말해 준다.

한 줄 요약 — 이차함수 그래프에서 a 는 폭과 볼록 방향, 대칭축 x = −b/2a 는 좌우 위치, c 는 y절편을 정한다. 그리고 판별식 D = b²−4ac 의 부호 하나가 "x축과 두 번 / 한 번 / 안 만난다" 를 전부 결정한다.
관련: 할선과 접선 · 원과 직선의 위치 관계 · 유클리드 호제법