Wszystkie zagadnienia: Liczby i algebra
zaawansowany matura rozszerzona z matematykiparametrrównanie kwadratowedelta

Równanie kwadratowe z parametrem

01

Opis

Równanie kwadratowe z parametrem to równanie, w którym obok niewiadomej xx występuje druga litera, najczęściej mm, a jej wartość wybieramy sami. Dla każdej wartości mm dostajemy inne równanie: raz z dwoma rozwiązaniami, raz z jednym, raz bez żadnego. Zadanie brzmi zwykle tak: „dla jakich mm równanie ma rozwiązania o danej własności?". Odpowiedzią nie jest liczba, tylko zbiór wartości mm, zapisany przedziałami. Ten temat obowiązuje wyłącznie na poziomie rozszerzonym.

Rozwiązanie ma prawie zawsze ten sam szkielet, dlatego warto go znać na pamięć:

  • Założenie o współczynniku przy x2x^2. Skoro równanie ma być kwadratowe, to współczynnik aa musi być różny od zera. Gdy aa zawiera mm, od razu zapisujemy, które mm odpada.
  • Warunek na deltę. „Dwa różne rozwiązania" to Δ>0\Delta > 0, a nie Δ≥0\Delta \geq 0. Z tego wychodzi pierwsza nierówność z niewiadomą mm (wyróżnik i wzory na pierwiastki opisuje hasło równanie kwadratowe).
  • Warunek na rozwiązania. Własność typu x12+x22>5x_1^2 + x_2^2 > 5 zamieniamy na sumę x1+x2x_1 + x_2 i iloczyn x1x2x_1 x_2, a te znamy ze wzorów Viète'a bez liczenia pierwiastków. Wychodzi druga nierówność z niewiadomą mm.
  • Część wspólna. Odpowiedzią jest zbiór mm spełniających wszystkie warunki naraz, więc przecinamy zbiory rozwiązań. Na tym etapie najłatwiej zgubić punkty.

Gdy znak lub położenie pierwiastków względem liczby (oba dodatnie, oba w przedziale) jest głównym warunkiem, zadanie należy do hasła pierwiastki trójmianu z parametrem. Równania, w których xx występuje tylko w pierwszej potędze, omawia równanie liniowe z parametrem. Nierówności z mm rozwiązujemy tak jak w haśle nierówności kwadratowe.

02

Wzory

Warunek „dwa różne rozwiązania"
a≠0∧Δ>0a \neq 0 \quad \wedge \quad \Delta > 0
Dwie nierówności z mm, które trzeba przeciąć. Δ=b2−4ac\Delta = b^2 - 4ac policzone z wyrażeniami zawierającymi mm.
Warunek „dokładnie jedno rozwiązanie"
(a≠0∧Δ=0)∨(a=0∧b≠0)(a \neq 0 \wedge \Delta = 0) \quad \vee \quad (a = 0 \wedge b \neq 0)
Drugi człon to równanie, które przestało być kwadratowe, a mimo to ma jedno rozwiązanie. Łatwo go pominąć.
Suma kwadratów
x12+x22=(x1+x2)2−2x1x2x_1^2 + x_2^2 = (x_1 + x_2)^2 - 2x_1 x_2
Wynika ze wzoru skróconego mnożenia. Liczysz z S=x1+x2S = x_1 + x_2 i P=x1x2P = x_1 x_2.
Suma sześcianów
x13+x23=(x1+x2)3−3x1x2(x1+x2)x_1^3 + x_2^3 = (x_1 + x_2)^3 - 3x_1 x_2 (x_1 + x_2)
Trzeci składnik ma znak minus i czynnik 33.
Suma czwartych potęg
x14+x24=(x12+x22)2−2(x1x2)2x_1^4 + x_2^4 = (x_1^2 + x_2^2)^2 - 2(x_1 x_2)^2
Najpierw suma kwadratów, potem jeszcze raz podnosimy do kwadratu.
Suma odwrotności
1x1+1x2=x1+x2x1x2\frac{1}{x_1} + \frac{1}{x_2} = \frac{x_1 + x_2}{x_1 x_2}
Wymaga x1,x2≠0x_1, x_2 \neq 0, czyli c≠0c \neq 0.
Kwadrat różnicy
(x1−x2)2=(x1+x2)2−4x1x2=Δa2(x_1 - x_2)^2 = (x_1 + x_2)^2 - 4x_1 x_2 = \frac{\Delta}{a^2}
Różnica pierwiastków zależy od Δ\Delta, a nie od ich kolejności.
Moduł różnicy
∣x1−x2∣=Δ∣a∣\lvert x_1 - x_2 \rvert = \frac{\sqrt{\Delta}}{\lvert a \rvert}
Pierwiastek z poprzedniego wzoru. Pasuje do warunków „pierwiastki różnią się o dd".
Moduł różnicy kwadratów
∣x12−x22∣=∣x1+x2∣⋅Δ∣a∣\lvert x_1^2 - x_2^2 \rvert = \lvert x_1 + x_2 \rvert \cdot \frac{\sqrt{\Delta}}{\lvert a \rvert}
Rozkład x12−x22=(x1−x2)(x1+x2)x_1^2 - x_2^2 = (x_1 - x_2)(x_1 + x_2) i wzór wyżej.
03

Tabela

Równanie (m−1)x2−2x+1=0(m-1)x^2 - 2x + 1 = 0 dla wybranych wartości parametru
mmRównanieΔ\DeltaLiczba rozwiązań
−1-1−2x2−2x+1=0-2x^2 - 2x + 1 = 0122
00−x2−2x+1=0-x^2 - 2x + 1 = 082
11−2x+1=0-2x + 1 = 0 (nie jest kwadratowe)–1, czyli x=12x = \frac{1}{2}
32\frac{3}{2}12x2−2x+1=0\frac{1}{2}x^2 - 2x + 1 = 022
22x2−2x+1=0x^2 - 2x + 1 = 001, czyli x=1x = 1
332x2−2x+1=02x^2 - 2x + 1 = 0−4-40
04

Wykres

Wyróżnik Δ(m)=m2−4m\Delta(m) = m^2 - 4m równania x2+mx+m=0x^2 + mx + m = 0 jako funkcja parametru
mΔ-2-1123456-6-4-224681012140 m = 0 m = 4 W(2, -4)
Δ(m)=m2−4m\Delta(m) = m^2 - 4m
05

Przykład

Przykład 1 – liczba rozwiązań. Dla każdej wartości parametru mm ustal liczbę rozwiązań równania (m−2)x2−2mx+m+3=0(m-2)x^2 - 2mx + m + 3 = 0.

Gdy m=2m = 2, równanie przestaje być kwadratowe: −4x+5=0-4x + 5 = 0, więc jest dokładnie jedno rozwiązanie x=54x = \frac{5}{4}. Dla m≠2m \neq 2 liczymy deltę:

Δ=(−2m)2−4(m−2)(m+3)=4m2−4m2−4m+24=−4m+24\Delta = (-2m)^2 - 4(m-2)(m+3) = 4m^2 - 4m^2 - 4m + 24 = -4m + 24

Stąd Δ>0\Delta > 0 dla m<6m < 6, Δ=0\Delta = 0 dla m=6m = 6 i Δ<0\Delta < 0 dla m>6m > 6. Dla m=6m = 6 równanie ma postać 4x2−12x+9=04x^2 - 12x + 9 = 0, czyli (2x−3)2=0(2x - 3)^2 = 0, a więc jedno rozwiązanie x=32x = \frac{3}{2}. Zestawiamy wyniki: dwa rozwiązania dla m∈(−∞,2)∪(2,6)m \in (-\infty, 2) \cup (2, 6), jedno dla m∈{2,6}m \in \{2, 6\}, brak rozwiązań dla m∈(6,∞)m \in (6, \infty).

Przykład 2 – jedno rozwiązanie dwa razy większe od drugiego (zbiór zadań CKE, zadanie 11, 4 punkty). Wyznacz wszystkie mm, dla których równanie 2x2−(2m+7)x+m2−3m+21=02x^2 - (2m+7)x + m^2 - 3m + 21 = 0 ma dwa różne rozwiązania spełniające x1=2x2x_1 = 2x_2.

Ze wzorów Viète'a i z warunku x1=2x2x_1 = 2x_2 mamy x1+x2=3x2=2m+72x_1 + x_2 = 3x_2 = \frac{2m+7}{2} oraz x1x2=2x22=m2−3m+212x_1 x_2 = 2x_2^2 = \frac{m^2 - 3m + 21}{2}. Z pierwszego równania x2=2m+76x_2 = \frac{2m+7}{6}. Wstawiamy do drugiego:

2⋅(2m+76)2=m2−3m+212⟹4m2+28m+49=9m2−27m+1892 \cdot \left(\frac{2m+7}{6}\right)^2 = \frac{m^2 - 3m + 21}{2} \quad \Longrightarrow \quad 4m^2 + 28m + 49 = 9m^2 - 27m + 189

Po uporządkowaniu: m2−11m+28=0m^2 - 11m + 28 = 0, więc m=4m = 4 lub m=7m = 7. Zostaje jeszcze warunek Δ>0\Delta > 0, bo wzory Viète'a mówią tylko, co by było, gdyby pierwiastki istniały. Mamy Δ=(2m+7)2−8(m2−3m+21)=−4m2+52m−119\Delta = (2m+7)^2 - 8(m^2 - 3m + 21) = -4m^2 + 52m - 119. Dla m=4m = 4 jest Δ=25\Delta = 25, dla m=7m = 7 jest Δ=49\Delta = 49 – oba wyniki spełniają warunek. Sprawdzenie: dla m=4m = 4 równanie to 2x2−15x+25=02x^2 - 15x + 25 = 0 z pierwiastkami 55 i 52\frac{5}{2}, a dla m=7m = 7 równanie 2x2−21x+49=02x^2 - 21x + 49 = 0 ma pierwiastki 77 i 72\frac{7}{2}. Odpowiedź: m∈{4,7}m \in \{4, 7\}.

Przykład 3 – wyrażenie symetryczne i część wspólna. Wyznacz wszystkie mm, dla których równanie x2−2mx+m+2=0x^2 - 2mx + m + 2 = 0 ma dwa różne rozwiązania spełniające x12+x22≥6x_1^2 + x_2^2 \geq 6.

Współczynnik przy x2x^2 jest równy 11, więc założenie o aa jest spełnione. Warunek Δ>0\Delta > 0:

Δ=4m2−4(m+2)=4(m−2)(m+1)>0⟺m∈(−∞,−1)∪(2,∞)\Delta = 4m^2 - 4(m+2) = 4(m-2)(m+1) > 0 \quad \Longleftrightarrow \quad m \in (-\infty, -1) \cup (2, \infty)

Teraz x1+x2=2mx_1 + x_2 = 2m i x1x2=m+2x_1 x_2 = m + 2, więc x12+x22=(2m)2−2(m+2)=4m2−2m−4x_1^2 + x_2^2 = (2m)^2 - 2(m+2) = 4m^2 - 2m - 4. Nierówność 4m2−2m−4≥64m^2 - 2m - 4 \geq 6 daje 2m2−m−5≥02m^2 - m - 5 \geq 0, czyli m≤1−414m \leq \frac{1 - \sqrt{41}}{4} lub m≥1+414m \geq \frac{1 + \sqrt{41}}{4}. Liczbowo: 1−414≈−1,35\frac{1 - \sqrt{41}}{4} \approx -1{,}35 i 1+414≈1,85\frac{1 + \sqrt{41}}{4} \approx 1{,}85.

Przecinamy z warunkiem Δ>0\Delta > 0. Lewa część: m≤−1,35m \leq -1{,}35 leży w (−∞,−1)(-\infty, -1), więc zostaje cała. Prawa część: m≥1,85m \geq 1{,}85 przecięte z (2,∞)(2, \infty) daje (2,∞)(2, \infty), bo 1,85<21{,}85 < 2. Odpowiedź:

m∈(−∞,1−414]∪(2,∞)m \in \left(-\infty, \frac{1 - \sqrt{41}}{4}\right] \cup (2, \infty)

Granica 22 jest otwarta, bo dla m=2m = 2 jest Δ=0\Delta = 0. Granica 1−414\frac{1 - \sqrt{41}}{4} jest domknięta, bo tam Δ>0\Delta > 0, a nierówność jest słaba.

06

Porównanie

Treść zadaniaWspółczynnik aaWyróżnikUwaga
dwa różne rozwiązaniaa≠0a \neq 0Δ>0\Delta > 0wzory Viète'a wolno stosować
dwa rozwiązania (niekoniecznie różne)a≠0a \neq 0Δ≥0\Delta \geq 0x1=x2x_1 = x_2 też spełnia
dokładnie jedno rozwiązaniea≠0a \neq 0 albo a=0a = 0Δ=0\Delta = 0 (gdy a≠0a \neq 0)przy a=0a = 0 równanie jest liniowe
brak rozwiązańa≠0a \neq 0Δ<0\Delta < 0przy a=0a = 0 i b=0b = 0 liczy się cc
dwa rozwiązania dodatniea≠0a \neq 0Δ>0\Delta > 0 plus znakiszczegóły: hasło o położeniu pierwiastków

Po angielsku parametr to „parameter", wyróżnik to „discriminant", a wzory Viète'a to „Vieta's formulas". Pułapka sformułowań: „dwa różne" i „dwa" to różne warunki, bo w drugim przypadku dopuszczamy Δ=0\Delta = 0. W zadaniach maturalnych zwykle pada „dwa różne", ale zawsze warto przeczytać polecenie jeszcze raz.

07

Typowe błędy

Pominięty warunek Δ>0\Delta > 0. Zdający rozwiązuje nierówność z wyrażeniem symetrycznym, dostaje przedział i na tym kończy. Wzory Viète'a zadziałają jednak dla każdego mm, także takiego, dla którego pierwiastków rzeczywistych nie ma. W sprawozdaniu CKE z matury 2026 przy zadaniu z parametrem opisano zdającego, który przeoczył ten warunek i zorientował się dopiero po rozwiązaniu pozostałych. Zapisuj Δ>0\Delta > 0 jako pierwszy krok i rozwiązuj go od razu.

Δ≥0\Delta \geq 0 zamiast Δ>0\Delta > 0. Dla „dwóch różnych rozwiązań" brzmi to jak drobiazg, ale w zasadach oceniania CKE jest jasna uwaga: jeśli zdający rozwiązuje Δ≥0\Delta \geq 0, za tę część dostaje 0 punktów. Przy m=4m = 4 w równaniu x2+mx+m=0x^2 + mx + m = 0 jest Δ=0\Delta = 0 i rozwiązanie jest tylko jedno (x=−2x = -2), więc liczba 44 nie należy do odpowiedzi.

Pominięte założenie a≠0a \neq 0. Przy (m−2)x2−2mx+m+3=0(m-2)x^2 - 2mx + m + 3 = 0 wartość m=2m = 2 trzeba wyłączyć albo zbadać osobno. Wyliczenie samego Δ\Delta nic o tym nie mówi: dla m=2m = 2 wychodzi Δ=16\Delta = 16 i „dwa rozwiązania", a w rzeczywistości równanie −4x+5=0-4x + 5 = 0 ma jedno. To samo sprawozdanie jako niewielką lukę w pełnym rozwiązaniu wskazuje brak stwierdzenia, że współczynnik wiodący jest dodatni przy podanym założeniu.

Błąd w wyrażeniu symetrycznym. Zapis x12+x22=(x1+x2)2x_1^2 + x_2^2 = (x_1 + x_2)^2 gubi składnik −2x1x2-2x_1 x_2, a przy sześcianach zapominamy o 3x1x2(x1+x2)3x_1 x_2 (x_1 + x_2). Kontrola jest prosta: dla x2−5x+6=0x^2 - 5x + 6 = 0 pierwiastki to 22 i 33, suma kwadratów wynosi 1313, a 52−2⋅6=135^2 - 2 \cdot 6 = 13. Gdy wzór wychodzi inaczej, brakuje składnika.

Brak części wspólnej lub jej zła granica. Dwie nierówności dają dwa zbiory, a odpowiedzią jest tylko ich iloczyn. Trzeba też zdecydować, czy koniec przedziału jest otwarty, czy domknięty: granica z Δ>0\Delta > 0 zawsze jest otwarta, a granica z nierówności słabej (≤\leq) domknięta. Rysunek osi z oboma zbiorami zajmuje pół minuty i pokazuje, co odpada.

Odrzucenie lub zachowanie rozwiązania bez sprawdzenia warunków. W czerwcu 2024 równanie trzeciego stopnia względem mm miało trzy pierwiastki, z których jeden nie spełniał Δ>0\Delta > 0 i trzeba go było odrzucić. Po rozwiązaniu równania z mm zawsze sprawdź każdy wynik w założeniach: a≠0a \neq 0, Δ>0\Delta > 0, mianowniki różne od zera.

Dzielenie przez wyrażenie z mm. Mnożąc lub dzieląc nierówność przez wyrażenie zawierające mm, nie znamy jego znaku. Z równaniem jest podobnie: dzielenie przez mm gubi rozwiązanie m=0m = 0. Zamiast dzielić, przenieś wszystko na jedną stronę i rozłóż na czynniki.

08

Sprawdź się

Równanie x2−4x+m=0x^2 - 4x + m = 0 dla wybranych wartości mm. Uzupełnij tabelę.

mmΔ\Deltaliczba rozwiązań
02
32
40
5−4-4

Równanie x2−4x+m=0x^2 - 4x + m = 0 ma dwa różne rozwiązania dla m<m < .

Równanie mx2−6x+1=0mx^2 - 6x + 1 = 0 przestaje być kwadratowe dla m=m = .

Dla równania x2−5x+3=0x^2 - 5x + 3 = 0 suma kwadratów pierwiastków wynosi x12+x22=x_1^2 + x_2^2 = .

Dla równania x2−3x+1=0x^2 - 3x + 1 = 0 suma sześcianów pierwiastków wynosi x13+x23=x_1^3 + x_2^3 = .

Równanie (m−2)x2−6x+1=0(m-2)x^2 - 6x + 1 = 0 ma dwa różne rozwiązania dla m<11m < 11 i m≠2m \neq 2. Największa liczba całkowita mm spełniająca ten warunek to m=m = .

Dla m=3m = 3 wyróżnik równania x2−2mx+m+2=0x^2 - 2mx + m + 2 = 0 wynosi Δ=\Delta = .

09

Najczęściej zadawane pytania

Czym różni się warunek Δ>0\Delta > 0 od Δ≥0\Delta \geq 0 w zadaniu z parametrem?

Przy Δ>0\Delta > 0 równanie kwadratowe ma dwa różne rozwiązania, przy Δ=0\Delta = 0 – jedno (podwójne). Treść „dwa różne rozwiązania" oznacza więc Δ>0\Delta > 0. Gdy treść mówi tylko „dwa rozwiązania" i dopuszcza x1=x2x_1 = x_2, wolno przyjąć Δ≥0\Delta \geq 0. W zasadach oceniania CKE rozwiązanie warunku Δ≥0\Delta \geq 0 zamiast Δ>0\Delta > 0 przy „dwóch różnych" nie jest punktowane.

Kiedy trzeba rozważyć przypadek a=0a = 0?

Zawsze wtedy, gdy parametr występuje we współczynniku przy x2x^2 i zadanie nie mówi wprost, że równanie jest kwadratowe. Dla a=0a = 0 równanie staje się liniowe i ma jedno rozwiązanie (gdy b≠0b \neq 0), więc w pytaniu o „dokładnie jedno rozwiązanie" ten przypadek jest częścią odpowiedzi. W pytaniu o „dwa rozwiązania" wartość mm, dla której a=0a = 0, po prostu wyłączamy.

Czy trzeba liczyć deltę, jeśli używam wzorów Viète'a?

Tak. Wzory x1+x2=−bax_1 + x_2 = -\frac{b}{a} i x1x2=cax_1 x_2 = \frac{c}{a} opisują pierwiastki, o ile istnieją. Karta wzorów podaje je z zastrzeżeniem „jeżeli Δ≥0\Delta \geq 0". Gdy Δ<0\Delta < 0, prawe strony wciąż dają liczby, ale nie odpowiadają żadnym pierwiastkom rzeczywistym, a tylko takich dotyczy zadanie. Dlatego warunek Δ>0\Delta > 0 zapisujemy osobno i przecinamy z wynikiem z Viète'a.

Jak zapisać x12+x22x_1^2 + x_2^2 za pomocą sumy i iloczynu pierwiastków?

Ze wzoru skróconego mnożenia (x1+x2)2=x12+2x1x2+x22(x_1 + x_2)^2 = x_1^2 + 2x_1 x_2 + x_2^2 dostajemy x12+x22=(x1+x2)2−2x1x2x_1^2 + x_2^2 = (x_1 + x_2)^2 - 2x_1 x_2. Dla x2−5x+3=0x^2 - 5x + 3 = 0 jest 52−2⋅3=195^2 - 2 \cdot 3 = 19. Analogicznie x13+x23=(x1+x2)3−3x1x2(x1+x2)x_1^3 + x_2^3 = (x_1 + x_2)^3 - 3x_1 x_2 (x_1 + x_2). Wzory te nie są na karcie CKE, więc warto je umieć wyprowadzić.

Co zrobić, gdy w warunku pojawia się 1x1+1x2\frac{1}{x_1} + \frac{1}{x_2}?

Sprowadź do wspólnego mianownika: 1x1+1x2=x1+x2x1x2\frac{1}{x_1} + \frac{1}{x_2} = \frac{x_1 + x_2}{x_1 x_2}. Do założeń dołóż, że pierwiastki są różne od zera, czyli c≠0c \neq 0 (w zapisie z mm – to jest kolejna wartość do wyłączenia). Nierówność z mianownikiem zawierającym mm rozwiązuj tak, jak nierówność kwadratową, a nie przez mnożenie przez wyrażenie o nieznanym znaku.

Jak sprawdzić, czy wynik jest dobry?

Wybierz jedną wartość mm z odpowiedzi i jedną spoza niej. Dla pierwszej policz pierwiastki i sprawdź warunek z zadania, dla drugiej wykaż, że któryś warunek nie zachodzi. Wartości graniczne zbadaj osobno: to w nich najczęściej mylimy domknięcie przedziału z otwarciem.

Czy zadania z parametrem występują także w innych zagadnieniach?

Tak, z tym samym szkieletem. W warunku typu „oba pierwiastki są dodatnie" albo „leżą w przedziale" głównym zadaniem jest ich położenie – omawia to hasło pierwiastki trójmianu z parametrem. Gdy w zadaniu występuje równanie trzeciego stopnia względem mm, pomaga hasło o pierwiastkach całkowitych wielomianu.

Dlaczego odpowiedzią jest zbiór, a nie jedna liczba?

Bo parametr przyjmuje wiele wartości, a pytamy, dla których z nich zachodzi dana własność. Równanie z mm w warunku Viète'a często daje kilka liczb (jak m∈{4,7}m \in \{4, 7\} w Przykładzie 2), a nierówność – przedziały. Odpowiedź zapisujemy jako zbiór wszystkich takich mm, najlepiej sumą przedziałów z poprawnie domkniętymi końcami.

↗

Powiązane zagadnienia