二次関数と x 軸の交点

二次関数のグラフが xx 軸と交わる点は、y=0y = 0 となる点です。そこでは二次関数の yy が 00 なので、交点の xx 座標は二次方程式を解けば求められます。y=x2−x−6y = x^2 - x - 6 を例にします。

交点を求める

xx 軸との交点は y=0y = 0、つまり x2−x−6=0x^2 - x - 6 = 0 の解です。左辺は (x−3)(x+2)(x - 3)(x + 2) と因数分解できるので x=3x = 3 または x=−2x = -2 となり、交点は (3,0)(3, 0) と (−2,0)(-2, 0) の 22 点です。

因数分解ができないときは、解の公式を使います。

x=−b±b2−4ac2ax = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}

このように、放物線と xx 軸の交点の xx 座標は、二次方程式 ax2+bx+c=0ax^2 + bx + c = 0 の解そのものです。

交点の個数

交点の個数は解の個数と一致し、判別式 D=b2−4acD = b^2 - 4ac の符号で決まります。解の公式でルートの中身にあたるのが、この DD です。

判別式xx 軸との交点
D>0D > 0異なる 22 点で交わる
D=0D = 011 点で接する(重解)
D<0D < 0交わらない

この例では D=(−1)2−4⋅1⋅(−6)=25>0D = (-1)^2 - 4 \cdot 1 \cdot (-6) = 25 > 0 なので、22 点で交わります。

解と係数の関係で検算する

解が求まったら、解と係数の関係で検算できます。ax2+bx+c=0ax^2 + bx + c = 0 の 22 解の和は −ba-\dfrac{b}{a}、積は ca\dfrac{c}{a} です。

3+(−2)=1=−−113×(−2)=−6=−61\begin{align*} 3 + (-2) &= 1 = -\frac{-1}{1} \\ 3 \times (-2) &= -6 = \frac{-6}{1} \end{align*}

どちらも合っているので、解を取り違えていないと確かめられます。

交点から頂点へ

22 つの交点が分かると、放物線の形もほとんど決まります。軸は 22 交点のちょうど真ん中を通るので、その xx 座標は 3+(−2)2=12\dfrac{3 + (-2)}{2} = \dfrac{1}{2} です。これは頂点の公式 −b2a=12-\dfrac{b}{2a} = \dfrac{1}{2} と一致します。放物線が軸に関して左右対称である以上、xx 軸を切り取る 22 点も軸から等距離にあるからです。この xx を式に代入すれば、頂点 (12,−254)\left( \dfrac{1}{2}, -\dfrac{25}{4} \right) も求まります。下に凸の放物線の頂点が xx 軸より下にあることと、22 点で交わることは、同じ事実の裏表です。

符号の境目

交点は、yy の符号が入れかわる境目でもあります。

xx の範囲yy の符号グラフの位置
x<−2x < -2正xx 軸より上
−2<x<3-2 < x < 3負xx 軸より下
x>3x > 3正xx 軸より上

二次不等式を解くときに交点を先に求めるのは、この境目を知るためです。グラフ上の大きな点が、その 22 つの交点 (3,0)(3, 0) と (−2,0)(-2, 0) です。