Equazioni di
secondo grado
Risolvere ax2 + bx + c = 0 significa cercare i punti in cui una parabola attraversa l'asse delle x. Formula, discriminante, vertice e asse di simmetria in una pagina.
La formula risolutiva
Un'equazione è di secondo grado quando può essere scritta in forma normale, con a ≠ 0:
Le soluzioni si ottengono sempre dalla stessa formula:
La quantità sotto radice si chiama discriminante e si indica con Δ: è lei a decidere quante soluzioni esistono.
Tre casi, tre disegni
Cambiando solo il termine noto c, la stessa parabola scorre verso l'alto o verso il basso rispetto all'asse x. Ecco cosa succede.
Δ > 0
Due soluzioni reali e distinte. La parabola taglia l'asse x in due punti.
Δ = 0
Una sola soluzione, contata due volte. La parabola è tangente all'asse x: il vertice lo tocca appena.
Δ < 0
Nessuna soluzione reale. La parabola resta tutta sopra (o tutta sotto) l'asse x.
Significato geometrico
All'equazione ax2 + bx + c = 0 corrisponde la funzione y = ax2 + bx + c, il cui grafico è una parabola con asse verticale. Risolvere l'equazione vuol dire chiedersi: dove vale zero questa funzione? Cioè: dove la curva incontra l'asse delle x.
Il coefficiente a governa la forma: se a > 0 la concavità è rivolta verso l'alto e il vertice è il punto più basso; se a < 0 la concavità è verso il basso e il vertice è il punto più alto. Più |a| è grande, più la parabola è stretta.
Vertice e asse di simmetria
Ogni parabola è simmetrica rispetto a una retta verticale che passa per il suo vertice. La sua equazione è:
Il vertice è il punto della parabola che sta su quella retta, e le sue coordinate sono:
L'ordinata si può sempre ricavare anche per sostituzione: calcolata l'ascissa xV, basta sostituirla nell'equazione della parabola per ottenere yV.
La simmetria spiega anche una cosa utile: quando le soluzioni esistono, il vertice sta esattamente a metà fra loro, perché xV è la media di x1 e x2.
Un esempio completo
Risolviamo x2 − 2x − 3 = 0 e disegniamo la sua parabola: è quella della prima figura.
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Riconosco i coefficienti.
a = 1 , b = −2 , c = −3
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Calcolo il discriminante.
Δ = (−2)2 − 4 · 1 · (−3) = 4 + 12 = 16
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Applico la formula. Poiché Δ > 0, le soluzioni sono due.
x = 2 ± 162 = 2 ± 42x1 = −1 , x2 = 3
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Trovo il vertice.
xV = 22 = 1 , yV = −164 = −4
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Scrivo l'asse di simmetria e verifico che passi a metà fra le due radici.
x = 1 , −1 + 32 = 1 ✓
Provalo tu: muovi i coefficienti
Cambia a, b e c e osserva come rispondono la curva, il vertice e le soluzioni. Domande da tenere in mano mentre giochi: cosa succede al vertice se muovi solo c? E se cambi il segno di a?
Tutto il caso svolto in un disegno solo
La figura raccoglie quello che i conti hanno prodotto fin qui per y = x2 − 2x − 3: la parabola, i due punti in cui taglia l'asse x, il vertice e l'asse di simmetria. Sotto al grafico sono riportati il discriminante e i valori che si leggono sul disegno.
I tre casi si distinguono a colpo d'occhio dal numero di punti in cui la curva incontra l'asse x: due se Δ > 0, uno solo se Δ = 0, nessuno se Δ < 0. Il segno di a decide invece da che parte è rivolta la concavità.
Dove serve davvero: un pallone in aria
Un pallone viene calciato verso l'alto da un'altezza di 1 m con velocità iniziale 12 m/s. Trascurando l'attrito dell'aria, l'altezza da terra dopo t secondi è descritta proprio da un'equazione di secondo grado:
Qui la parabola non è la traiettoria vista di lato: è il grafico dell'altezza in funzione del tempo. Il coefficiente a = −4,9 vale −g/2 ed è negativo, quindi la concavità è verso il basso: c'è un punto più alto, ed è il vertice.
Quando torna a terra?
Si impone h(t) = 0 e si risolve l'equazione:
Le soluzioni matematiche sono due, ma una è negativa: corrisponde a un istante prima del calcio, quindi non ha senso fisico e si scarta. Il pallone torna a terra dopo circa 2,53 s. È un passaggio importante: la matematica dà tutte le risposte possibili, il problema reale decide quali tenere.
Qual è l'altezza massima?
Basta il vertice, senza bisogno di provare valori a caso:
Lo stesso schema descrive molte altre situazioni: l'area massima di un recinto di perimetro dato, il ricavo massimo quando il prezzo fa calare le vendite, la forma di un arco o di un cavo teso sotto carico. Ogni volta che una grandezza dipende dal quadrato di un'altra, compare una parabola e il vertice è il valore ottimale.
Scorciatoie da tenere a mente
- bx mancante (ax2 + c = 0): equazione pura. Si isola x2 e si estrae la radice; le due soluzioni sono opposte e il vertice sta sull'asse y.
- c mancante (ax2 + bx = 0): equazione spuria. Si raccoglie x; una soluzione è sempre x = 0, quindi la parabola passa per l'origine.
- Se b è pari conviene la formula ridotta, con b/2 al posto di b: x = −b/2 ± (b/2)2 − aca.
- Somma e prodotto delle soluzioni: x1 + x2 = −ba e x1 · x2 = ca. Ottimo per controllare al volo un risultato.
Scheda di matematica — equazioni di secondo grado e parabole.