이차함수 $y=a(x-p)^2+q$의 그래프에서는 꼭짓점과 축의 방정식을 식에서 바로 확인할 수 있습니다. 하지만 이차함수가 $y=ax^2+bx+c$와 같은 일반형으로 주어지면 그래프의 특징이 바로 드러나지 않으므로, 완전제곱식을 이용하여 표준형으로 고쳐 나타내는 과정이 필요합니다. 이번 글에서는 이차함수의 일반형을 표준형으로 변형하고, 이를 이용하여 꼭짓점의 좌표와 축의 방정식, $y$축과의 교점을 구하는 방법을 정리해 보겠습니다.
$y=\boxed{완전제곱식}+\boxed{상수}$변형
이차함수의 일반형 $y=ax^2+bx+c$을 다루기 전에 $y=\dfrac{1}{2}x^2+3x+4$을 $y=\boxed{완전제곱식}+\boxed{상수}$로 변형시킨 결과가 다음과 같음을 확인해 봅시다.
- $y=\dfrac{1}{2}(x+3)^2-\dfrac{1}{2}$
설명
$y=\dfrac{1}{2}x^2+3x+4$를 $y=\boxed{완전제곱식}+\boxed{상수}$꼴로 변형 시키는 과정은 다음과 같습니다.
- 문자와 상수로 분리시키고, $x^2$의 계수 $\dfrac{1}{2}$로 묶어 정리합니다.
$\dfrac{1}{2}(x^2+6x)+4$ - 괄호 안에 $\bbox[#ffff00]{\left(\dfrac{x\text{의 계수}}{2}\right)^2}$을 더하고 빼서 완전제곱식을 구성합니다.
$\dfrac{1}{2}\{(x^2+6x+\bbox[#ffff00]{9})-\bbox[#ffff00]{9}\}+4$ - 완전제곱식을 제외한 수를 괄호 밖으로 빼서 정리합니다.
$\dfrac{1}{2}(x^2+6x+9)-\dfrac{9}{2}+4$ - $y=(완전제곱식)+(상수)$의 꼴로 정리합니다.
$\dfrac{1}{2}(x+3)^2-\dfrac{1}{2}$
이차함수 $y=\dfrac{1}{2}x^2+3x+4$는 $y=\dfrac{1}{2}(x+3)^2-\dfrac{1}{2}$와 같다고 할 수 있습니다.
- 꼭짓점좌표: $\left(-3,-\dfrac{1}{2}\right)$
- 축의 방정식: $x=-3$이 됩니다.
- $x=0$일 때, $y=4$이므로 $y$축과의 교점의 좌표는 $(0,4)$이다.
이차함수 $y=ax^2+bx+c$의 그래프
$y=ax^2+bx+c$의 꼴을 이차함수의 일반형이라 하고 $y=\boxed{완전제곱식}+\boxed{상수}$꼴로 변형시켜 $y=a(x-p)^2+q$의 꼴로 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
- $y=a\left(x+\dfrac{b}{2a}\right)^2-\dfrac{b^2-4ac}{4a}$
- 꼭짓점의 좌표: $\left(-\dfrac{b}{2a},-\dfrac{b^2-4ac}{4a}\right)$
- 축의 방정식: $x=-\dfrac{b}{2a}$
- $y$축과의 교점의 좌표: $(0,c)$
설명
$y=ax^2+bx+c$를 $y=\boxed{완전제곱식}+\boxed{상수}$꼴로 변형 시키는 과정은 다음과 같습니다.
- 상수항을 제외한 나머지 항을 $x^2$의 계수 $a$로 묶어 정리합니다.
$y=a\left(x^2+\dfrac{b}{a}x\right)+c$ - 괄호 안에 $\bbox[#ffff00]{\left(\dfrac{x\text{의 계수}}{2}\right)^2}$을 더하고 빼서 완전제곱식을 구성합니다.
$y=a\left\{x^2+\dfrac{b}{a}x+\bbox[#ffff00]{\left(\dfrac{b}{2a}\right)^2}-\bbox[#ffff00]{\left(\dfrac{b}{2a}\right)^2}\right\}+c$ - 완전제곱식을 제외한 수를 괄호 밖으로 빼서 정리합니다.
$y=a\left\{x^2+\dfrac{b}{a}x+\left(\dfrac{b}{2a}\right)^2\right\}-a\left(\dfrac{b}{2a}\right)^2+c$ - $y=\boxed{완전제곱식}+\boxed{상수}$의 꼴로 정리합니다.
$y=a\left(x+\dfrac{b}{2a}\right)^2-\dfrac{b^2-4ac}{4a}$
이차함수의 일반형 $y=ax^2+bx+c$는 완전제곱식을 이용하여 표준형으로 고치면 그래프의 핵심 정보를 쉽게 확인할 수 있습니다. 표준형으로 변형한 뒤에는 꼭짓점의 좌표와 축의 방정식을 바로 읽을 수 있고, $x=0$을 대입하면 $y$축과의 교점도 구할 수 있습니다. 특히 완전제곱식을 만드는 과정은 이후 이차함수의 그래프를 해석하거나 최댓값과 최솟값을 구할 때도 계속 활용되므로 계산 순서를 정확히 익혀 두는 것이 중요합니다.