For at betragte parablens toppunkt tager vi udgangspunkt i det mest simple andengradspolynomium, hvor a > 0, b = 0 og c = 0
p(x) = a∙x2
På figur 7.3.1.1, der viser parablen for p, kan vi se at toppunktets koordinater er Tp = (0,0).
Figur 7.3.1.1 viser også en anden parabel f, som er fremkommet ved, at vi bare har lavet en vandret forskydning og derefter en lodret forskydning af parablen p. De to parabler har altså fuldstændigt den samme form. Denne måde at forskyde en graf på kaldes parallelforskydning.
Figur 7.3.1.1. Parallelforskydning af parablen p over i parablen f.
Man kan forskyde grafen for en funktion i lodret retning ved at lægge en konstant værdi til (eller trække en konstant værdi fra) regneforskriften. F.eks. vil p blive flyttet to enheder opad i koordinatsystemet hvis regneforskriften ændres til
q(x) = p(x) + 2
q(x) = a∙x2 + 2
Man kan forskyde grafen for en funktion i vandret retning ved at lægge en konstant værdi til (eller trække en konstant værdi fra) x-værdien. F.eks. vil p blive flyttet tre enheder mod venstre i koordinatsystemet hvis regneforskriften ændres til
r(x) = p(x + 3)
r(x) = a∙(x + 3)2
Hvis man ønsker at forskyde p to enheder opad og fire enheder mod højre skal man både lægge 2 til p og trække 4 fra x på følgende måde
f(x) = p(x - 4) + 2
f(x) = a∙(x - 4)2 + 2
Vi har nu parallelforskudt parablen p med toppunktet Tp = (0,0) over i parablen f med toppunktet Tf = (4,2). Vi kan let aflæse toppunktet for f ud fra regneforskriften for f.
Ønsker man at udtrykke parallelforskydningen generelt, kalder vi toppunktets koordinatsæt for (xT , yT ). Regneforskriften for f kommer så til at være
f(x) = a∙(x - xT)2 + yT
Ovenstående overvejelser kunne vi selvfølgelig også have lavet, hvis vi som udgangspunkt havde betragtet en parabel hvor b og c ikke er nul. Formlerne havde bare været lidt mere komplicerede.
Vi har nu to måder, hvorpå vi kan opskrive regneforskriften for et andengradspolynomium. Dette vil vi nu anvende til at udlede en formel, som kan beregne toppunktets koordinater ud fra værdierne af a, b og c.
Ved den første forskrift kan man ud fra a-værdien aflæse hvordan parablen vender og noget om hvor smal parablen er. Ud fra c-værdien kan man aflæse hvor parablen skærer y-aksen og ud fra b-værdien kan man aflæse hældningen af parablens tangent i skæringspunktet med y-aksen:
p(x) = a∙x2 + b∙x + c
Ved den anden forskrift kan man igen ud fra a-værdien aflæse hvordan parablen vender og noget om hvor smal parablen er. Desuden kan man ud fra xT- og yT-værdien aflæse parablens toppunkt:
f(x) = a∙(x - xT)2 + yT
Da der er tale om den samme parabel, er de to regneforskrifter lig med hinanden
p(x) = f(x)
a∙x2 + b∙x + c = a∙(x - xT)2 + yT
Vi vil nu gerne omskrive udtrykket på højre side af lighedstegnet, så parentesen forsvinder. Da parentesen står som "kvadratet på en to-ledet størrelse" med et minus mellem de to led, kan vi anvende den anden kvadratsætning til omskrivningen. Kvadratsætningerne er omtalt i afsnit 4.3.
Vha. af kvadratsætningen får vi udtrykket:
a∙x2 + b∙x + c = a∙(x2 + xT2 - 2∙x∙xT) + yT
Ved at gange a ind i parentesen fås:
a∙x2 + b∙x + c = a∙x2 + a∙xT2 - 2∙a∙x∙xT + yT
For at gøre sidste del af analysen lettere at overskue flyttes der om på de to led (a∙xT2) og (-2∙a∙x∙xT ), og rækkefølgen af de to faktorer x og xT byttes rundt i leddet (-2∙a∙x∙xT ):
a∙x2 + b∙x + c = a∙x2 - 2∙a∙xT∙x + a∙xT2 + yT
Da udtrykket på hver side af lighedstegnet beskriver den samme parabel, må vi kræve, at de to andengradsled skal være ens, at de to førstegradsled skal være ens, og at de to nultegradsled skal være ens.
a∙x2 + b∙x + c = a∙x2 - 2∙a∙xT∙x + a∙xT2 + yT
De to andengradsled er ens, så dette krav er opfyldt:
a∙x2 = a∙x2
For at de to førstegradsled
b∙x = -2∙a∙xT∙x
kan blive ens, må vi kræve at
b = -2∙a∙xT
Ved at dividere hver side med (-2∙a) kan vi opskrive et udtryk til beregning af xT , hvis vi kender a og b
xT = b / (-2∙a)
xT = - b / 2a
For at de to nultegradsled kan blive ens, må vi kræve at
c = a∙xT2 + yT
Ved at trække (a∙xT2) fra på hver side kan vi opskrive et udtryk til beregning af yT , hvis vi kender a, c og xT
yT = c - a∙xT2
Vi kan omskrive yderligere ved at indsætte udtrykket xT = - b / 2a
yT = c - a∙xT2 = c - a∙(-b / 2a)2
Ved at bruge potensregneregel 4 fås
yT = c - a∙( (-b)2 / (2a)2 ) = c - a∙( b2 / ( 22∙a2 ) ) = c - a∙( b2 / 4∙a2 )
Ved at bruge brøkregnereglen for at gange et tal med en brøk fås
yT = c - a∙b2 / (4∙a2 )
Hvilket forkortes til
yT = c - b2 / (4∙a)
Ved at forlænge c med 4∙a fås
yT = 4∙a∙c / (4∙a) - b2 / (4∙a)
Ved at bruge brøkregnereglen for at trække brøker med fællesnævner fra hinanden fås
yT = (4∙a∙c - b2 ) / (4∙a)
Ved at forlænge med -1 fås
yT = -1∙(4∙a∙c - b2 ) / -(4∙a)
Ved at gange -1 ind i parentesen fås
yT = (-4∙a∙c + b2 ) / -(4∙a)
Der byttes nu rundt på rækkefølgen af de to led -4∙a∙c og b2
yT = (b2 - 4∙a∙c) / -(4∙a)
Vi ser nu, at vi har fået indført diskriminanten fra afsnit 7.3 d = b2 - 4∙a∙c. Ved at indsætte udtrykket for d fås
yT = d / -(4∙a)
yT = - d / 4a
For en parabel givet ved forskriften p(x) = a∙x2 + b∙x + c, kan koordinatsættet for toppunktet T beregnes med formlen
T ( xT , yT ) = ( -b / 2a , -d / 4a )
hvor diskriminanten d = b2 - 4∙a∙c.
Formlen (84) i formelsamlingen.