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無料 ·中学3年

関数 y = ax²

社会でどう使われるか

y = ax²(放物線)は自然界に溢れている。車のブレーキ距離は速度の2乗に比例(だから高速道路は危険)。カメラのオートフォーカスも放物線探索で最適な焦点を見つける。宇宙望遠鏡の反射鏡は放物面で光を集める。

まず、やさしく

y = ax² のグラフは放物線。ボールを投げたときの軌道と同じ形です。a が大きいほど、細く鋭い形になります。

要点

y = ax² の基本

x² に定数 a を掛けた関数。a > 0 なら上に凸の放物線、a < 0 なら下に凸。頂点は原点 (0, 0)。

グラフの特徴

①頂点は原点 (0, 0)。②対称軸は y 軸(x = 0)。③ a の絶対値が大きいほど細くなる。④ a > 0 なら x² ≥ 0 なので y ≥ 0。

変化の割合

一次関数は変化の割合(傾き)が一定だが、y = ax² は x が変化すると割合が変わる(非線形)。x が 1→3 と 3→5 では増え方が違う。

制動距離で体感

時速 30km の制動距離が 9m なら、時速 60km(2倍)では 36m(4倍)、時速 90km(3倍)では 81m(9倍)。速度の2乗で伸びる。

図で見る

a を変えると、放物線の開き方が変わる
xyy = x²y = 0.3x²y = −0.5x² + 4

確認問題 10問

選ぶと答え合わせできます

Q1 y = 2x² で x = 3 のとき y は?

Q2 y = ax² のグラフで a < 0 のとき、頂点での y の値は?

Q3 y = 3x² と y = x² を比べると?

Q4 自由落下で t 秒後の落下距離 y = 5t²(m)。3秒後の落下距離は?

Q5 y = −x² で x = −4 のとき y は?

Q6 y = ax² が点 (2, 12) を通るとき a は?

Q7 x が −2 から 4 に変化するとき y = x² の変化の割合は?

Q8 制動距離 d = kv² で v = 60km/h のとき d = 36m。v = 90km/h なら d は?

Q9 y = 2x² のグラフと y = −2x² のグラフの関係は?

Q10 y = ax² で、x の変域が −3 ≤ x ≤ 2 のとき y の最大値は?(a = 2)

この単元を使う職業

自動車エンジニア(安全設計) ¥850万
光学エンジニア ¥900万
ロボット・ドローンエンジニア ¥800万

自動車エンジニア(安全設計)¥850万

制動距離・衝突エネルギーの計算に y = ax² を使用。速度の2乗に比例する制動距離の設計が安全基準に直結。

使う数学: y=ax²微分・積分物理統計

光学エンジニア¥900万

レンズ・反射鏡の曲率設計に放物面方程式を使う。望遠鏡・カメラレンズ・レーザー機器の設計が主業務。

使う数学: y=ax²三角関数波動方程式複素数

ロボット・ドローンエンジニア¥800万

ドローンの投下物体や自律走行ロボットの軌道計算に放物運動の方程式を使う。

使う数学: y=ax²ベクトル制御工学機械学習

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