Su gráfica es una curva llamada parábola. Las funciones cuadráticas describen muchas situaciones reales: la trayectoria de un balón, la forma de un puente o una antena, o la ganancia máxima de un negocio. Todo lo que aprendiste sobre ecuaciones cuadráticas se conecta aquí: las soluciones de \( ax^2 + bx + c = 0 \) son los puntos donde la parábola corta al eje x.
Antes de empezar, recuerda:
Evaluar una función es sustituir el valor de \( x \): si \( f(x) = x^2 - 2x - 3 \), entonces \( f(1) = 1 - 2 - 3 = -4 \).
Cuidado con los negativos: \( -x^2 \) con \( x = -2 \) da \( -(-2)^2 = -4 \), no \( 4 \).
Para encontrar las raíces usa factorización, completar el cuadrado o la fórmula general; el discriminante dice cuántas hay.
ELEMENTOS DE LA PARÁBOLA
1. Concavidad. Si \( a > 0 \) la parábola abre hacia arriba; si \( a < 0 \), hacia abajo.
2. Vértice \( V(h, k) \): el punto más bajo (mínimo) o más alto (máximo).
$$ h = -\frac{b}{2a}, \qquad k = f(h) $$
3. Eje de simetría: la recta vertical \( x = h \). La parábola es igual de los dos lados.
4. Intersección con el eje y: el punto \( (0, c) \).
5. Raíces (intersecciones con el eje x): las soluciones de \( ax^2 + bx + c = 0 \).
\( f(x) = x^2 - 2x - 3 \)
\( a > 0 \): abre hacia arriba el vértice es un mínimo
\( a < 0 \): abre hacia abajo el vértice es un máximo
Dato extra: completando el cuadrado, toda función cuadrática se puede escribir en forma vértice \( f(x) = a(x - h)^2 + k \). Por ejemplo, \( x^2 - 2x - 3 = (x - 1)^2 - 4 \), y se lee directo \( V(1, -4) \).
Procedimiento para graficar
Concavidad: observa el signo de \( a \).
Vértice: calcula \( h = -\frac{b}{2a} \) y luego \( k = f(h) \).
Eje de simetría: \( x = h \).
Intersección con y: \( (0, c) \).
Raíces: resuelve \( f(x) = 0 \) (revisa el discriminante).
Tabla de valores con el vértice al centro: los valores se repiten de forma simétrica.
Traza la curva uniendo los puntos con una línea suave.
Abre hacia arriba y su punto más bajo está en \( y = 3 \): nunca baja al eje x. Por eso \( 2x^2 - 4x + 5 = 0 \) no tiene solución real. Como \( a = 2 \), la parábola es más cerrada que la de \( x^2 \).
$$\begin{aligned} &a = -1 < 0 && \color{#1d4fb8}{\small\text{Abre hacia abajo}} \\[6pt] &h = -\frac{6}{2(-1)} = 3 && \color{#1d4fb8}{\small\text{Vértice: h}} \\[6pt] &k = f(3) = -9 + 18 - 5 = 4 && \color{#1d4fb8}{\small\text{Vértice: k (máximo)}} \\[6pt] &V(3, 4), \quad x = 3 && \color{#1d4fb8}{\small\text{Vértice y eje de simetría}} \\[6pt] &f(0) = -5 \;\Rightarrow\; (0, -5) && \color{#1d4fb8}{\small\text{Intersección con y}} \\[6pt] &x^2 - 6x + 5 = 0 \;\Rightarrow\; (x - 1)(x - 5) = 0 && \color{#1d4fb8}{\small\text{Raíces: multiplique por −1 y factorice}} \\[6pt] &x = 1,\; x = 5 \end{aligned}$$
\( x \)
1
2
3
4
5
\( f(x) \)
0
3
4
3
0
Problemas razonados
Problema 1. La altura máxima de un balón
Un balón se patea hacia arriba y su altura (en metros) después de \( t \) segundos es \( h(t) = -5t^2 + 30t \). ¿Cuál es la altura máxima que alcanza y en qué momento? ¿Cuándo vuelve a caer al suelo?
1
Interpreta. Como \( a = -5 < 0 \), la parábola abre hacia abajo: el vértice es el punto más alto.¿Por qué? La altura máxima siempre está en el vértice de una parábola que abre hacia abajo.
2
Calcula el tiempo del vértice. \( h = -\dfrac{30}{2(-5)} = 3 \) segundos.
3
Calcula la altura máxima. \( h(3) = -5(9) + 30(3) = -45 + 90 = 45 \) m.
4
Plantea cuándo cae. En el suelo la altura es 0: \( -5t^2 + 30t = 0 \).
5
Resuelve (ecuación mixta). \( -5t(t - 6) = 0 \Rightarrow t = 0 \) o \( t = 6 \).¿Por qué? t = 0 es el momento de la patada; t = 6 es cuando cae.
6
Usa la simetría. Sube 3 s y baja 3 s: el vértice está justo a la mitad entre las raíces 0 y 6 ✔
Altura máxima: \( 45 \) m a los \( 3 \) s. Vuelve al suelo a los \( 6 \) s.
Problema 2. El corral con área máxima
Con 40 m de malla se quiere cercar un corral rectangular. ¿Qué medidas debe tener para que su área sea la mayor posible?
1
Identifica la incógnita. Sea \( x \) el ancho. Como el perímetro es 40, largo + ancho = 20, así que el largo es \( 20 - x \).¿Por qué? Perímetro = 2(largo + ancho) = 40 ⇒ largo + ancho = 20.
2
Escribe la función del área. \( A(x) = x(20 - x) = -x^2 + 20x \).
3
Interpreta. \( a = -1 < 0 \): abre hacia abajo, así que el vértice da el área máxima.
4
Calcula el vértice. \( h = -\dfrac{20}{2(-1)} = 10 \) y \( A(10) = -100 + 200 = 100 \).
5
Interpreta el resultado. El ancho es 10 m y el largo \( 20 - 10 = 10 \) m: ¡es un cuadrado!
6
Comprueba con otra medida. Si el ancho fuera 8 m: \( 8 \times 12 = 96 \text{ m}^2 < 100 \) ✔
El corral debe ser un cuadrado de \( 10 \) m por lado; su área máxima es \( 100 \text{ m}^2 \).
Problema 3. ¿Pasa el camión por el túnel?
La entrada de un túnel tiene forma de parábola dada por \( y = -0.5x^2 + 8 \) (en metros), con el centro de la entrada en \( x = 0 \). ¿Qué altura y qué ancho tiene la entrada? ¿Puede pasar por el centro un camión de 3 m de ancho y 7 m de alto?
1
Altura del túnel. \( b = 0 \), así que \( h = 0 \) y el vértice es \( V(0, 8) \): mide 8 m de alto.
2
Ancho en la base. En el suelo \( y = 0 \): \( -0.5x^2 + 8 = 0 \Rightarrow x^2 = 16 \Rightarrow |x| = 4 \Rightarrow x = \pm 4 \).¿Por qué? Es una ecuación pura: se despeja x² y se saca raíz.
3
Interpreta. La base va de \( -4 \) a \( 4 \): mide 8 m de ancho.
4
Usa la simetría para el camión. Centrado, el camión ocupa de \( x = -1.5 \) a \( x = 1.5 \). El punto crítico es la esquina en \( x = 1.5 \).¿Por qué? Las esquinas superiores del camión son las que pueden chocar con el techo.
5
Evalúa. \( y = -0.5(1.5)^2 + 8 = -0.5(2.25) + 8 = 6.875 \) m.
6
Compara. En el borde del camión el túnel mide 6.875 m, pero el camión mide 7 m: \( 7 > 6.875 \).
El túnel mide \( 8 \) m de alto y \( 8 \) m de ancho. El camión no pasa: le faltan \( 12.5 \) cm en las esquinas.
Evita estos posibles errores
✘ \( f(x) = x^2 - 4x + 3 \Rightarrow h = -2 \)✔ \( h = -\frac{-4}{2(1)} = 2 \)En \( h = -\frac{b}{2a} \) se usa \( b \) con su signo; el menos de la fórmula lo cambia.
✘ \( f(x) = -x^2 \Rightarrow f(-2) = 4 \)✔ \( f(-2) = -(-2)^2 = -4 \)Primero se eleva al cuadrado y después se aplica el signo de \( a \).
✘ \( a = -1 \Rightarrow \) abre hacia arriba✔ \( a < 0 \Rightarrow \) abre hacia abajoEl signo de \( a \) decide la concavidad y si el vértice es máximo o mínimo.
✘ Intersección con y en \( (c, 0) \)✔ \( (0, c) \)En el eje y, \( x = 0 \); por eso el punto es \( (0, c) \).
✘ El vértice es \( (h, h) \) o \( (k, h) \)✔ \( V(h, k) \) con \( k = f(h) \)Primero se calcula \( h \) y luego se sustituye en la función para obtener \( k \).
✘ Altura máxima = cuando \( h(t) = 0 \)✔ Altura máxima en el vérticeLas raíces dicen cuándo está en el suelo; el vértice, cuándo está más alto.
EJERCITA TU MENTE
Resuelve en tu cuaderno y revisa tu resultado. Dificultad: ●○○ básico, ●●○ intermedio, ●●● reto.
Concavidad, vértice y eje de simetría
1. ●○○ Encuentra la concavidad, el vértice y el eje de \( f(x) = x^2 - 6x + 5 \)
Un cuadrado de \( 6 \) cm por lado, con área máxima de \( 36 \text{ cm}^2 \).
15. ●●● La ganancia (en miles de pesos) de un negocio al vender \( x \) productos es \( G(x) = -x^2 + 40x - 300 \). ¿Cuántos productos dan la ganancia máxima? ¿Desde cuántos hasta cuántos productos no hay pérdida?