กราฟและการแปลง

domain คือค่า x ที่กราฟกำหนดได้ และ range คือค่า y ที่เกิดจริง; การติดตามพิกัดจุดช่วยไม่สลับทิศเมื่อย้าย สะท้อน หรือย่อ-ขยายกราฟ

อ่านจุด (x,y)(x,y) บนแกนพิกัดได้ และแทนค่าในฟังก์ชันพื้นฐาน เช่น x\sqrt{x} หรือ x2x^2

เข้าใจเนื้อหาและเงื่อนไข

1. ติดตามจุดแทนการจำทิศจากเครื่องหมาย

  • สูตรการแปลงพิกัดจุด:
    • ให้จุดเดิมบนกราฟต้นแบบ y=f(u)y = f(u) คือ (u,f(u))(u, f(u))
    • สำหรับกราฟใหม่ที่เกิดจากการแปลง g(x)=af(b(x−h))+kg(x) = a f(b(x - h)) + k (เมื่อ b≠0b \ne 0):
    • จุดใหม่ที่สมนัยกันคือ: (h+ub, af(u)+k)\left(h + \frac{u}{b},\, a f(u) + k\right)
    • หลักคิด: การแก้หาค่า xx จาก b(x−h)=u  ⟹  x=h+ubb(x - h) = u \implies x = h + \frac{u}{b} จะช่วยระบุทิศทางที่แท้จริงได้แม่นยำ ไม่สับสนกับเครื่องหมาย
กราฟ f(x)=√x เพิ่มขึ้น ส่วน g(x)=−2√(2(x−1))+3 ลดลง; จุด (4,2) บนกราฟ f ถูกแปลงเป็น (3,−1) บนกราฟ g
กราฟ f(x)=√x และ g(x)=−2√(2(x−1))+3 แสดงจุด (4,2) บน f ไปเป็น (3,−1) บน g
  • จุดสังเกตสำคัญในภาพ:
    • การติดตามจุดคู่สมนัย: กราฟต้นแบบ f(x)=xf(x) = \sqrt{x} มีจุด (4,2)(4, 2) เมื่อแปลงเป็น g(x)=−22(x−1)+3g(x) = -2\sqrt{2(x-1)} + 3 พิกัดจะเปลี่ยนเป็น (1+42,−2(2)+3)=(3,−1)\left(1 + \frac{4}{2}, -2(2) + 3\right) = (3, -1) อย่างชัดเจน

2. ความหมายของพารามิเตอร์การแปลงแต่ละตัว

  • การเลื่อนแกน xx (แนวนอน, hh):
    • พจน์ x−hx - h: หาก h>0h > 0 เลื่อนกราฟไปทางขวา hh หน่วย; หาก h<0h < 0 เลื่อนกราฟไปทางซ้าย ∣h∣|h| หน่วย
  • การเลื่อนแกน yy (แนวตั้ง, kk):
    • พจน์ +k+ k: หาก k>0k > 0 เลื่อนกราฟขึ้นบน kk หน่วย; หาก k<0k < 0 เลื่อนกราฟลงล่าง ∣k∣|k| หน่วย
  • การปรับสเกลแกน xx (แนวนอน, bb):
    • ตัวคูณ bb: ส่งผลให้พิกัด xx ถูกหารด้วย bb (บีบ/ยืดแนวนอน) หาก b<0b < 0 จะเกิดการสะท้อนข้ามแกน yy
  • การปรับสเกลแกน yy (แนวตั้ง, aa):
    • ตัวคูณ aa: ส่งผลให้พิกัด yy ถูกคูณด้วย aa (ยืด/บีบแนวตั้ง) หาก a<0a < 0 จะเกิดการสะท้อนข้ามแกน xx

ความรู้นี้ใช้กับโจทย์แบบไหน?

โจทย์ให้กราฟพื้นฐานแล้วถามกราฟใหม่หรือพิกัดจุด

สังเกตจากโจทย์: มี f(x−h)f(x-h), f(bx)f(bx), af(x)a f(x) หรือค่าคงที่บวกนอกฟังก์ชัน

เลือกวิธีคิด: ตั้งจุดเดิมเป็น (u,f(u))(u,f(u)) แล้วแก้พิกัด x ใหม่จากอาร์กิวเมนต์ของ f ก่อนหาค่า y ใหม่

โจทย์ถาม domain/range หลังแปลง

สังเกตจากโจทย์: ฟังก์ชันถูกเลื่อนหรือมีเครื่องหมายลบหน้ากราฟ

เลือกวิธีคิด: แปลงช่วง x ด้วยอาร์กิวเมนต์ b(x−h)b(x-h) และแปลงค่าผลลัพธ์ด้วย ay+kay+k; ตรวจปลายช่วง

ตัวอย่างโจทย์พร้อมวิธีคิด

ตัวอย่าง 1 · แปลงกราฟรากและพิกัดจุด

จาก f(x)=xf(x)=\sqrt{x} ให้ g(x)=−22(x−1)+3g(x)=-2\sqrt{2(x-1)}+3. อธิบายการแปลง หา domain range และภาพของจุดเดิม (4,2)(4,2)

  1. อาร์กิวเมนต์คือ 2(x−1)2(x-1); จุดเดิมมี u=4 จึงแก้ 2(x−1)=42(x-1)=4 ได้ x=3
  2. ค่า y เดิมคือ 2 ถูกคูณ -2 และบวก 3 ได้ −1-1; เครื่องหมายลบสะท้อนเหนือ-ใต้แกน x และค่าสัมบูรณ์ 2 ขยายแนวตั้ง
  3. ต้องมี 2(x−1)≥02(x-1)\ge0 จึง x≥1; ค่ารากเดิมไม่ลบจึงได้ y≤3 หลังแปลง

คำตอบ: เลื่อนไปขวา 1, บีบแนวนอนครึ่งหนึ่ง, สะท้อนกับแกน x, ขยายแนวตั้ง 2 และเลื่อนขึ้น 3; จุดใหม่ (3,-1), domain [1,∞)[1,\infty), range (−∞,3](-\infty,3]

ตรวจเหตุผล: แทน x=3 ใน g ได้ −24+3=−1-2\sqrt{4}+3=-1 ตรงกับพิกัดใหม่; ที่ x=1 ได้ y=3 เป็นปลาย range ที่รวมอยู่

ตัวอย่าง 2 · ระวังทิศของการแปลงแนวนอน

กราฟ y=f(u)y=f(u) มี domain [−1,2][-1,2]. ถ้า p(x)=f(3(x+2))p(x)=f(3(x+2)) จงหา domain p และภาพจุดเดิมที่มีพิกัด (u,y)=(0,5)(u,y)=(0,5)

  1. ค่า u=3(x+2)u=3(x+2) ที่ส่งเข้า f ต้องอยู่ใน [−1,2][-1,2]
  2. แก้อสมการ −1≤3(x+2)≤2-1\le3(x+2)\le2 ได้ −7/3≤x≤−4/3-7/3\le x\le-4/3
  3. สำหรับจุด u=0 แก้ 3(x+2)=03(x+2)=0 ได้ x=-2; ไม่มีการแปลงค่า y จึงยังเป็น 5

คำตอบ: domain [−7/3,−4/3][-7/3,-4/3] และจุดใหม่ (−2,5)(-2,5)

ตรวจเหตุผล: ค่า x=-7/3 กับ -4/3 ส่งเข้า f ได้ -1 กับ 2 ตามปลาย domain เดิม