Квант
Основные статьи

График кубического четырёхчлена

Жаутыков О. А.

26

О.А.Жаутыков
ГРАФИК
КУБИЧЕСКОГО ЧЕТЫРЕХЧЛЕНА

В «Кваните» № 11 за 1971 год расссказывалось о некоторых формулах, позволяющих выразить корни кубического уравнения через его коэффициенты. Однако во многих задачах оказывается полезным уметь представить себе график «кубического уравнения». Об этом и идет речь в публикуемой ниже статье.

Поставим свой заданный научиться строить график функции
y=ax3+bx2+cx+d (a≠0),y = ax^3 + bx^2 + cx + d \ (a \neq 0), (1)
то есть многочлена 3-й степени. Конецно, можно пытается построить кривой (1) по точкам. Но это слишком долгий путь, требующий утомительных вычислений. Мы рассскажем о более простом способе, позволяющим в каждом конкретном случае легко представить себе в общих чертах поведение кривой, описываемой уравнением (1).

Будем искодить из графика функции
y=x3,y = x^3, (2)
называемого кубического параболю. Эта кривая строится по точкам (рис. 1); ее вид необходимо запомнить. Она играет при изучении графика кубического многочлена (1) роль, аналогичную роли параболы y=x2y = x^2 в теории квадратного трехчлена.

Кубическая парабола обладает следующими основными свойствами:

  1. она симметрина относительно начала координат и проходит в третий и первой четвертях (другими словами, функция (2) — нечетная);
  2. в начале координат кубическая парабола пересекает ось абсцисс, одновременно касаясь ее.
    Легко сообщить далее, как выглядит график функции
    y=ax3,y = ax^3, (3)

Рис. 1. Рис. 2.

27

Наконец, рассмотрим график функции
y=ax3+mx.y = ax^3 + mx.

Его легко построить методом сложения двух графиков — уже знакомой нам кривой (3) и прямой y=mxy = mx, проходящий через начало координат: нужно при каждом значении абсциссы xx сложить соответствующее ordinateы кривой (3) и прямой y=mxy = mx.

Ясно, что вид графика функции (4) зависит от значков чисел aa и mm. Именно, если a>0a > 0 и m<0m < 0, то кривая (4) имеет вид, показанный на рисунке 3 aa, если же a>0a > 0 и m>0m > 0, — то вид, изображенный на рисунке 3 bb. График функции (4) в случае a<0a < 0 и m>0m > 0 (рис. 3 θ\theta) получается зеркольным отображением относительно оси ordinateки кривой, изображенной на рисунке 3 aa, а в случае a<0a < 0 и m<0m < 0 (рис. 3 ϵ\epsilon) — зеркольным отображением кривой на рисунке 3 bb; впрочем, на рисунке 3 ϵ\epsilon мы уведомили aa, и парабола стала круче, сохранив, однako, общий вид.

Основные свойства кривой (4) состоит в следующем:

  1. она пересекает (в начале координат) прямую y=mxy = mx, одновременно касаясь ее;
  2. если числа aa и mm одного знака, то эта кривая лишь в начале координат пересекает ось абсцисс; если же числа aa и mm разных знаков, то эта кривая трижды пересекает ось абсцисс (в точках x=0x = 0 и x=±−m/ax = \pm \sqrt{-m/a}).

Итак, график функции (4) мы рисовать научились. А теперь показем, что для любой функции типа (1) всегда можно найти такие (действительные) числа m,k,hm, k, h, что график функции (1) получается смешением кривой (4) на hh влево и на kk вниз.

В самом деле, если пересести кривую (4) на hh влево и на kk вниз, то получится кривая, описываемая уравнением
y+k=a(x+h)3+m(x+h),y + k = a(x + h)^3 + m(x + h),