39
1 MATHEMATICS Learner’s Study and Revision Guide for Grade 12 FUNCTIONS Part 1 PARENT FUNCTIONS Revision Notes, Exercises and Solution Hints by Roseinnes Phahle Examination Questions by the Department of Basic Education

Functions -Part 1

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Functions - Part 1

Citation preview

Page 1: Functions -Part 1

1  

MATHEMATICS

Learner’s Study and

Revision Guide for

Grade 12

FUNCTIONS ‐ Part 1 PARENT FUNCTIONS 

         

Revision Notes, Exercises and Solution Hints by 

Roseinnes Phahle  

Examination Questions by the Department of Basic Education 

Page 2: Functions -Part 1

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

2  

Contents 

Unit 5 

Basic functions              3 Domain and range              4 Transformations and characteristics of functions      5 Illustrations of transformations          6 Combined effect of parameters          17 A tip on sketching functions            18 Exercise 5.1                20 Answers                21 Parabola                22 Discriminant                24 Points of intersection              26 Examination questions with solution hints and answers    28 More questions from past examination papers      34 Answers                  39  TRANSFORMATION of functions is a theme that runs through this Unit and is fundamental to all the 

functions you study up to Grade 12. Pay very special attention to this Unit and follow it with Functions Parts 2 and 3 in order to gain a complete knowledge of everything about ALL the 

functions covered up to Grade 12.  How to use this revision and study guide

1. Study the revision notes given at the beginning. The notes are interactive in that in some parts you are required to make a response based on your prior learning of the topic in class or from a textbook. 

2. “Warm‐up” exercises follow the notes. Some exercises carry solution HINTS in the answer section. Do not read the answer or hints until you have tried to work out a question  and are having difficulty. 

3. The notes and exercises are followed by questions from past examination papers. 

4. The examination questions are followed by blank spaces or boxes inside a table. Do the working out of the question inside these spaces or boxes. 

5. Alongside the blank boxes are HINTS in case you have difficulty solving a part of the question. Do not read the hints until you have tried to work out the question and are having difficulty. 

6. What follows next are more questions taken from past examination papers. 

7. Answers to the extra past examination questions appear at the end. Some answers carry HINTS and notes to enrich your knowledge. 

8. Finally, don’t be a loner. Work through this guide in a team with your classmates. 

Page 3: Functions -Part 1

Functions – Part 1 

REVISION UNIT 5: PARENT FUNCTIONS 

Below are all the basic functions you study from Grade 10 to Grade 12. In the boxes shown, illustrate 

their shapes in the domain  [ ]oo 360 ;360−∈x  in the case of the trigonometric functions and state their 

special features. 

Name  Basic Function  ( )xf   Shape  Special features 

 Straight line  or linear 

 xy =  

     

 

 Parabolic  or quadratic 

 2xy =  

     

 

 Hyperbolic  

 

xy 1=  

     

 

 Exponential 

 xby = ,  

b is a constant 

     

 

 Sine or sin 

 xy sin=  

     

 

 Cosine or cos 

 xy cos=  

     

 

 Tangent or tan 

 xy tan=  

     

 

 In general, these basic functions can be denoted by  ( )xfy =   or  ( )xg  or using any letters. 

We will look upon these basic functions as PARENT FUNCTIONS. 

Page 4: Functions -Part 1

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

4  

DOMAIN AND RANGE OF A FUNCTION 

Domain: The set of values for which a function is defined is called the domain denoted by  fD . 

Range: The set of values which the function can take is called the range denoted by  fR . 

Illustrations: 

 Consider the function   

           ( ) xxxf 32 −=   As can be seen from the sketch or by substituting any real value into ( )xf , this function is defined   for any real value of  x . Its domain is thus all real values and we write this as              ℜ∈xD f :   or   ( )+∞∞−∈ ;: xD f  

 which means the set of all values of  x  such that  x  is a member or element of the set.  However, the function itself consists only of real values that are greater than or equal to ‐4. The range is thus              4: −≥yR f   or     [ )∞−∈ ;4: yR f  

 

      

  

 Consider the function  

                 ( )2

1−

=x

xf  

 The function is defined for all real values of  x  with the exception of  2=x . Thus the domain is                 { }2: −ℜ∈xD f  

 and, from the graph, we see that  y is defined for all values except 0. Thus                   { }0: −ℜ∈yR f  

 

 

      Asymptote: The graph neither crosses nor touches the dotted line  .2=x All the graph does is to get closer and closer to it. The line is called an asymptote.  

 

Page 5: Functions -Part 1

Functions – Part 1 

TRANSFORMATION OF FUNCTIONS 

The following are the transformations which  ( )xf can undergo and their effects on the graph of ( )xf  : 

Transformation of  ( )xf   Effect of the transformation on  ( )xf  

( )xfa ⋅ , assuming  0>a .  

 

Stretches or shrinks the ordinate  y by scale factor a  according to 

whether  1>a  or  10 << a . In other words the graph is vertically stretched up or down depending to whether a is positive or negative. 

( )xf−  ( )xf −  

Reflects the graph in the  x ‐axis. Reflects the graph in the  y ‐axis. 

( ) qxf +   Translates or shifts the graph by  q units up or down according to whether q is positive or negative. 

( )pxf −  

( )pxf +  

Translates or shifts the graph by  p units to the right. Translates or shifts the graph by  p units to the left. 

( ) qpxfa +±⋅   

First the graph of  ( )xf  is stretched or shrunk by scale factor a and then shifted horizontally by  p units and vertically by  q units. 

 CHARACTERISTICS OF FUNCTIONS 

Helping you describe and sketch the graphs of functions will be the following characteristics: 

• Domain : values of  x for which a function is defined  

• Range: the set of all values of  y or  ( )xf which can be obtained from the domain 

 

• x ‐intercepts obtained by putting  0=y and this solving the equation  ( ) 0=xf  

 

• y ‐intercept obtained by putting  0=x  and thus evaluating  ( )0fy =  

 

• Equations of the asymptotes, if any  

• In the case of trigonometric functions, the amplitude = 21(maximum value –minimum value) 

 

• Periods of trigonometric functions, for example, the period of  kxsin  is k

o360. 

 

• The turning points 

Algebraic and trigonometric functions: These two types of functions are treated together in what follows in order to stress that transformations work in the same way for both. 

Page 6: Functions -Part 1

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

6  

ILLUSTRATIONS OF THE ABOVE TRANSFORMATIONS 

TRANSFORMATION:  ( ) axf +  is  ( )xf shifted upward by a units 

 

( ) [ ]oo 360;0 sinx;xf ∈= x   

  Answer the following: Period = Turning points = Maximum value = Minimum value = Amplitude = Domain: Range:  In the space opposite, describe the transformation illustrated.  

 

( ) [ ]oo 360;0 ;5,0sin ∈+= xxxf   

  Answer the following: Period = Turning points = Maximum value = Minimum value = Amplitude = Domain: Range:   

TRANSFORMATION:  ( ) axf −  is  ( )xf shifted downward by a units 

 

( ) 2xxf =   

  Domain: Range:  In the space opposite, describe the transformation illustrated.  

 

( ) 5,12 −= xxf   

  Answer the following: x ‐intercepts = y ‐intercept = Domain: Range:  

Page 7: Functions -Part 1

Functions – Part 1 

TRANSFORMATION:  ( ) axf ±  is  ( )xf shifted upward or downward by a units 

The graph of  ( ) xxf 2=  is shown below. On the same axes sketch the graph of  ( ) 32 += xxg .  

                     

-13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

x

y

  

Answer the following with respect to  ( )xf : −y intercept is at? 

Equation of the asymptote is? Domain: Range:  

Answer the following with respect to  ( )xg : −y intercept is at? 

Equation of the asymptote is? Domain: Range: 

 Describe the transformation:   

The graph of  ( )x

xf 1=  is shown. On the same 

axes sketch the graph of  ( ) 21−=

xxg  

 Answer the following with respect to  ( )xf : Equations of the asymptote are? Domain: Range:  Answer the following with respect to  ( )xg : Equations of the asymptote are? Domain: Range:  Describe the transformation:  

           

-13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

x

y

    

Page 8: Functions -Part 1

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

8  

TRANSFORMATION:  ( )axf ±  is  ( )xf shifted to the left or right by a units 

 

( ) [ ]oo 270;90 ;sin −∈= xxxf   

-60 -30 30 60 90 120 150 180 210 240

-2

-1

1

2

x

y

 Answer the following: Period = Turning points = Maximum value = Minimum value = Amplitude = Domain: Range: x ‐intercepts =  y ‐intercept =  In the space opposite, describe the transformation illustrated.  

 

( ) ( ) [ ]ooo 270;90 ;30sin −∈+= xxxf   

-60 -30 30 60 90 120 150 180 210 240

-2

-1

1

2

x

y

 Answer the following: Period = Turning points = Maximum value = Minimum value = Amplitude = Domain: Range: x ‐intercepts =  y ‐intercept =     

  

The graph of  ( ) 2xxf = is shown. On the same 

axes sketch the gaph of  ( ) ( )23−= xxg   Answer the following with respect to  ( )xf : Domain: Range:  Answer the following with respect to  ( )xg : Domain: Range:  Describe the transformation:    

   

-5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5

-2-1

123456789

1011121314151617181920212223242526272829303132333435

x

y

  

Page 9: Functions -Part 1

Functions – Part 1 

TRANSFORMATION:  ( )axf +  is  ( )xf shifted to the left by a units 

( ) xxf 2=   

  Answer the following: 1.  y  ‐intercept is at? 2. Equation of the asymptote is? 3. Domain? 4. Range?  Describe the transformation in the space opposite:   

( ) ( )3

2+

=x

xf   

  Answer the following: 1.  y ‐intercept is at? Explain? 2. Equation of the asymptote is? 3. Domain? 4. Range? 

TRANSFORMATION:  ( )axf −  is  ( )xf shifted to the right by a units 

 

( )x

xf 1=

  

  Answer the following: What are the equations of the asymptote?  

 

( )2

1−

=x

xf 

 

  Answer the following: 1. What are the equations of the asymptote?  2. What has changed, and how?     

Page 10: Functions -Part 1

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

10  

TRANSFORMATION:  ( )axf +  is  ( )xf shifted to the left by a units 

( ) [ ]oo 360;360 ;tan −∈= xxxf   

  Answer the following: 1. The  −x intercepts are at?  2. The asymptotes are at?   

( ) ( )o45tan += xxf   

  Answer the following: 1. The  −x intercepts are at?  2. The asymptotes are at?  3. Describe the change.  

TRANSFORMATION:  ( )xaf  stretches   ( )xf  upwards or downwards  by scale factor  a±  units 

 

( ) [ ]oo 360;0 ;sin ∈= xxxf   

  Answer the following: Period = Turning points = Maximum value = Minimum value = Amplitude = Domain: Range: x ‐intercepts =  y ‐intercept =  Describe the transformation in the space opposite:  

 

( ) [ ]oo 360;0 ;sin2 ∈= xxxf   

  Answer the following: Period = Turning points = Maximum value = Minimum value = Amplitude = Domain: Range: x ‐intercepts =  y ‐intercept =  

Page 11: Functions -Part 1

Functions – Part 1 

TRANSFORMATION:  ( )xaf  stretches   ( )xf  upwards or downwards  by scale factor  a±  units 

( ) 2xxf =  

  In the space opposite, describe the transformation illustrated.    

( ) 22xxf −=  

 

TRANSFORMATION:  ( )xaf  stretches   ( )xf  upwards or downwards  by scale factor  a±  units

( ) xxf 2=   

     Answer the following: 1.  y  ‐intercept is at? 2. Equation of the asymptote is? 3. Domain? 4. Range?    

( ) xxf 2.3=   

     Answer the following: 1.  y  ‐intercept is at? 2. Equation of the asymptote is? 3. Domain? 4. Range?  Describe the transformation:   

1050-50

6

4

2

0

-2

1050-50

6

4

2

0

-2

1050-50

6

4

2

0

-2

1050-50

6

4

2

0

-2

Page 12: Functions -Part 1

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

12  

TRANSFORMATION:  ( )xaf  stretches   ( )xf  upwards or downwards  by scale factor  a±  units

( )x

xf 1=  

 

  Answer the following questions: Write down the equations of the asymptotes:  Domain: Range:     

( )x

xf 3−=  

 

  Answer the following questions: Write down the equations of the asymptotes:  Domain: Range:  Describe the transformation:  

TRANSFORMATION:  ( ) axf +  is  ( )xf shifted upward by a units 

( ) xxf 2=  

 Answer the following: −y intercept is at? 

Equation of the asymptote is? Domain: Range:    

( ) 32 += xxf  

  Answer the following: −y intercept is at? 

Equation of the asymptote is? Domain: Range:  Describe the transformation:     

1050-50

6

5

4

3

2

1

0

-1

1050-50

6

5

4

3

2

1

0

-1

1050-50

6

5

4

3

2

1

0

-1

1050-50

6

5

4

3

2

1

0

-1

50-5

6

5

4

3

2

1

0

-1

50-5

6

5

4

3

2

1

0

-1

50-5

6

5

4

3

2

1

0

-1

50-5

6

5

4

3

2

1

0

-1

Page 13: Functions -Part 1

Functions – Part 1 

TRANSFORMATION:  ( ) axf +  is  ( )xf shifted upward by a units 

( )x

xf 1=  

  Answer the following: What are the equations of the asymptote?  Domain: Range:       

( ) 5,11+=

xxf  

  Answer the following: What are the equations of the asymptote?  x ‐intercept =  Domain: Range:  Describe the transformation:  

TRANSFORMATION:  ( )axf  is  ( )xf  shrinked  by scale factor  a/1 units 

( ) [ ]oo 360;0 ;sin ∈= xxxf   

  Answer the following: The  −x intercepts are at? Period = Amplitude =  Domain: Range:   

( ) [ ]oo 360;0 ;3sin ∈= xxxf   

  Answer the following: The  −x intercepts are at? Period = Amplitude =  Domain: Range:  Describe the transformation:   

   

Page 14: Functions -Part 1

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

14  

TRANSFORMATION:  ( )xf−  is  ( )xf flipped upside down and reflected about the  x ‐axis 

 

( ) [ ]oo 360;180 ;cos −∈= xxxf   

  Answer the following: Period = Turning points = Maximum value = Minimum value = Amplitude = Domain: Range:     

 

( ) [ ]oo 360;180 ;cos −∈−= xxxf   

  Answer the following: Period = Turning points = Maximum value = Minimum value = Amplitude = Domain: Range:  Describe the transformation:  

TRANSFORMATION:  ( )xf−  is  ( )xf flipped upside down and reflected about the  x ‐axis 

( ) 2xxf =   

  Answer the following: Domain: Range:   .   

( ) 2xxf −=   

  Answer the following: Domain: Range:  Describe the transformation:  

Page 15: Functions -Part 1

Functions – Part 1 

TRANSFORMATION:  ( )xf−  is  ( )xf flipped upside down and reflected about the  x ‐axis 

 

The graph of  ( ) xxf 2=  is shown below. O the same axes sketch in the graph of  ( ) xxg 2−= .       

                                 

-13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

x

y

  

The graph of  ( )x

xf 1= is shown below. On the same axes sketch in the graph of  ( )

xxg 1

−= . 

 

                               

-13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

x

y

  The graph of  ( ) xxf tan=  is shown below. On the same axes sketch the graph of  ( ) xxg tan−= .  

                           

-330 -300 -270 -240 -210 -180 -150 -120 -90 -60 -30 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

x

y

      

Page 16: Functions -Part 1

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

16  

TRANSFORMATION:  ( )xf −  is the reflection of  ( )xf about the  y ‐axis 

( ) xxf 2=   

-13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

x

y

 Answer the following: −y intercept is at? 

Equation of the asymptote is? 

( ) xxf −= 2   

-13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

x

y

 Answer the following: −y intercept is at? 

Equation of the asymptote is?  Describe the transformation:  

 

The graph of  ( )x

xf 1=  is shown below. On the same axes sketch the graph of  ( )

xxg 1

−= . 

 

                   

-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 7 8

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

1

2

3

4

5

6

7

8

x

y

  Answer the following with respect to  ( )xf : What are the equations of the asymptote?  

 Answer the following with respect to  ( )xg : What are the equations of the asymptote?  Describe the transformation:   

 

   

Page 17: Functions -Part 1

Functions – Part 1 

COMBINED EFFECT OF THE PARAMETERS  qpa and ,  

We now look at how  ( )xf is transformed by  ( ) qpxfa ±±. . 

In a step by step way, this is how you would describe the transformation of ( )xf : 

STEP 1:  You start off with  ( )xf  

STEP 2:  ( ) ( )pxfxf ±→ ;  that is a horizontal shift of  ( )xf  to the left or right by  p± units 

STEP 3:  ( ) ( )pxfapxf ±→± . ;  that is  ( )pxf ± is vertically stretched upwards or downwards by  

scale factor  a±  

STEP 4:   ( ) ( ) qpxfapxfa ±±→± .. ;  that is  ( )pxfa ±.  is vertically shifted by  q± units 

In a single sentence, we can describe the above transformation as: 

( )xf  is shifted or translated either to the left or right by  p units, stretched by a scale factor aand then shifted or translated upwards or downwards by   q units. 

Whether the translations are to the left or right, upward or downward will depend on the signs of the parameters. 

Trigonometric functions: The functions  kxsin  ,  kxcos  and  kxtan  transform the periods of  xsin and 

xcos by k

o360 and  xtan  by 

k

o180. 

SUMMARY 

The table below summarises the effect of the parameters a ,  p and  q on  ( )xf and shows a striking 

similarity between transformations in algebra, trigonometry and geometry  :    

Basic function ( )xf  

 ( )xfa ⋅  

 ( ) qxf +  

 ( )pxf −  

 ( ) qpxfa +−⋅  

Effect of a ,  pand  q  

Multiplies the  y by a   

( ) ( )ayxyx ;; →  

Adds  q to  y  ( ) ( )qyxyx +→ ;; 

Adds  p to  x  ( ) ( )ypxyx ;; +→

Combines all the effects. ( ) ( )qaypxyx ++→ ;,

 PARENT FUNCTIONS 

Do you see now why we said the basic functions can be looked upon as parent functions? Can you also see the relationship between the transformation of functions and transformation geometry? 

Page 18: Functions -Part 1

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

18  

A TIP ON SKETCHING FUNCTIONS 

When you sketch functions, always start with a sketch of the parent function shown by the dotted curves in the previous illustrations and those that follow. Then apply transformations to the sketch in a step by step manner. 

ILLUSTRATIONS 

Example 1: Sketch the graph of  ( ) 91 2 −−= xy  

-13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

x

y

Step 1

Step 2

Step 3

 

Can you interpret the above graphs in terms of the transformations undergone by  2xy = ? 

Example 2: Sketch the graph of  43.2 5 −−= +xy

-13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

x

y

Step 1

Step 2

Step 3

Step 4

 

Can you interpret the above graphs in terms of the transformations undergone by  xy 3= ? 

Page 19: Functions -Part 1

Functions – Part 1 

Example 3: Sketch the graph of  )30sin(32 o−+= xy for values of  ( )oo 270 ;90−∈x  

-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270

-4

-3

-2

-1

1

2

3

4

5

6

7

x

y

Step 1Step 2

Step 3

Step 4

 

Can you interpret the above graphs in terms of the transformations undergone by  xy sin= ? 

Example: Sketch the graph of  64

3+

−=

xy  

-13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

x

y

Step 1

Step 2

Step 3

Step 4

 

Can you interpret the above graphs in terms of the transformations undergone by x

y 1= ? 

Page 20: Functions -Part 1

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

20  

EXERCISE 5.1 

1. Find the equation of the curve obtained when the graph of  322 −−= xxy is made to undergo the 

following transformations and the coordinates of the turning points in each case: 

a. shifted by ‐2 units parallel to the  y ‐axis 

 b. translated by +5 units parallel to the  x ‐axis 

 c. stretched vertically by a scale factor of 3, followed by a translation of +1 in the direction of the 

y ‐axis 

 d. reflected in the  x ‐axis 

 e. reflected in the  y ‐axis 

2. Find the equation of the curve obtained when the graph of  xy cos=  is made to under the following 

transformations: 

a. stretched by ‐3 units in the direction of the  y ‐axis 

 b. shifted by +3 units in the direction of the  y ‐axis 

 

c. translated by  o30 in the negative direction of the  x ‐axis  

d. period reduced to  o120   

e. shifted  by  o45+  along the  x ‐axis, followed by stretching by scale factor 2 and a downward translation by 3 units 

3. State the transformation(s) that must be applied to the graph of  2xy =  to obtain the graph of: 

a. ( )24−= xy  

 

b. 32 += xy  

 

c. 2xy −=  

 

d. ( ) 523 2 −−= xy  

   

Page 21: Functions -Part 1

Functions – Part 1 

ANSWERS 

EXERCISE 5.1 

In this question you are required to transform a function and thereafter to find the coordinates of its turning points.  The best and quickest way to proceed is first, by completing the square, find the coordinates of the turning point of the function you are asked to transform. Then apply the transformations to this turning point which is (1;  ‐4).  Of course, you can go about the long way of completing the square on each of the transformed functions to find the coordinates of the turning points.  

1. a.  ( ) 52232 22 −−=−−−= xxxxy            Turning point at (1;  ‐6)      b.  ( ) ( ) 3525 2 −−−−= xxy  

              32122 +−= xx            Turning point at (6;  ‐4)      c.  ( ) 1323 2 +−−= xxy  

             863 2 −−= xx            Turning point at (1;  ‐11)      d.  ( ) 3232 22 ++−=−−−= xxxxy            Turning point at (1;  4)      e.  ( ) ( ) 3232 22 −+=−−−−= xxxxy              Turning point at (‐1;  ‐4)  

2. a.  xy cos3−=      b.  3cos += xy  

    c.  ( )o30cos += xy      d.  xy 3cos=  

    e.  ( ) 345cos2 −−= oxy   3. a. Shift by 4 units to the right parallel to the           x ‐axis.      b. Shift upwards by 3 units parallel to the          y ‐axis.      c. Reflection in the  x ‐axis.      d. Shift by 2 units to the right parallel to the          x ‐axis; followed by stretching by scale         factor +3; then a shift downwards by 5         units parallel to the  y ‐axis.   

   

Page 22: Functions -Part 1

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

22  

THE PARABOLA 

Consider a quadratic equation: 

    0cba 2 =++ xx  

The formula for solving this quadratic equation is     

 The solutions of the equation are called ROOTS. There is a relationship between the roots of an equation, its factors and the  x ‐intercepts when the equation is graphed by putting 

    cba 2 ++= xxy  

The shape the graph is called a PARABOLA. 

Note first that a comparison of the above two equations implies that  0=y which is the equation of the 

x ‐axis.  A solution of the quadratic equation is therefore given by the points of intersection of the parabola and the  x ‐axis. It is these points that are called the  x ‐intercepts and which form the roots of the equation. 

Note also that if the roots of the equation  

    0cba 2 =++ xx  

are 

       1x=x     and     2x=x  

which we can write as  

    0x1 =−x     and     0x 2 =−x  

then  

    ( )( )212 xxcba −−=++ xxaxx  

‐  all of which has demonstrated a relationship between the roots of an equation, its factors and the  x ‐intercepts. 

Let’s extend the idea that the graphical solution of an equation is given by the intersection of the  x ‐axis which is a line with equation  0=y and the graph of the equation and apply this idea to the graphical 

solution of  

Page 23: Functions -Part 1

Functions – Part 1 

    kcba 2 =++ xx , where  k is any constant. 

The solutions or roots will now be given by the points of intersection of the graphs of 

    cba 2 ++= xxy  

and 

    k=y  

Illustrations 

0322 =−+ xx   2322 =−+ xx   0522 =−+ xx   

  The  x ‐intercepts are       3−=x  and   1=x  which are the roots of the above equation.  Factorizing         0322 =−+ xx     =  ( )( )13 −+ xx          

 

  We have drawn the graphs of  

    322 −+= xxy  and      2=y  The two graphs intersect at     5,3−=x   and   5,1=x  which must be roots of       2322 =−+ xx        02322 =−−+ xx         0522 =−+ xx  Use the quadratic formula in the space below to verify the solutions obtained from the graph:           =x   

 

  Instead of drawing two graphs as in the previous column, we have drawn a single graph that of   

       522 −+= xxy   in order to solve         2322 =−+ xx   Can you read the solutions off the graph above and do they agree with the solutions in the previous column?          =x          =x   

 

Page 24: Functions -Part 1

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

24  

The turning points of a parabola 

The parent graph to the parabola is  2xy =  with a turning point at the origin (0;  0). Let’s apply the 

following series of transformations to the parent graph. 

STEP 1: Shift the graph to the right by  p units so that  ( )2pxy −= . 

  The origin is thus shifted to be at  ( )0 ;p . 

STEP 2: Stretch the graph by a scale factor of a so that  ( )2pxay −= . 

  The origin in STEP 1 remains unchanged. 

STEP 3: Shift he graph upwards by  q units so that  ( ) qpxay +−= 2 .. 

  The origin now shifts upwards by  q units to be at  ( )qp ;  

Example: In the space below, use the method of completing the square to verify that the coordinates of 

the turning point of  7123 2 ++= xxy are  ( )5- ;2− . A sketch is shown to verify the coordinates. 

   

   

             

-13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

-11-10-9-8-7

-6-5-4-3-2-1

1234

56789

1011121314

1516171819

x

y

  

 

The DISCRIMINANT:  acb 42 −  

Below are shown the graphs of the quadratic equation  cbxaxy ++= 2 : 

1. 822 −−= xxy  

2. 122 +−= xxy  

3. 222 +−= xxy  

Page 25: Functions -Part 1

Functions – Part 1 

In each case calculate  acb 42 −  and comment on the relation of the graph to the  x ‐axis. 

822 −−= xxy   

=− acb 42    Comment:   

                                                   

     

-13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

-11-10-9-8-7

-6-5-4-3-2-1

1234

56789

1011121314

1516171819

x

y

  

( )( ) ( )22 11112 −=−−=+−= xxxxxy   

=− acb 42    Comment:   

                                                       

      

-13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

-11-10-9-8-7

-6-5-4-3-2-1

1234

56789

1011121314

1516171819

x

y

  

222 +−= xxy   

=− acb 42    Comment:   

          

     

-13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

-11-10-9-8-7

-6-5-4-3-2-1

1234

56789

1011121314

1516171819

x

y

  

 What can you conclude from the above about the roots of a quadratic equation? Write your conclusions in the spaces below and describe the graph in each case. 

042 >− acb   

 

042 =− acb   

 

042 <− acb   

 

 You can see that  acb 42 − tells you whether the roots are real and distinct, or real and coincident or there are no real roots (in other words, at Grade 12 we would say “no solution”). 

Page 26: Functions -Part 1

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

26  

POINTS OF INTERSECTION 

To determine the coordinates of the points of intersection of two graphs, simply solve their equations simultaneously. This idea was graphically illustrated on page 69 ‐ see the middle column on that page. 

Example: The graphs of  52 −−= xxy  and  52 += xy are shown below. Verify by solving the two 

equations simultaneously that the coordinates of A are (5;  15) and those of B are (‐2;  1). 

                

-13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

-11-10-9-8-7

-6-5-4-3-2-1

1234

56789

1011121314

1516171819

x

y

 

Solution:   5252 +=−− xxx  

    05522 =−−−− xxx  

    01032 =−− xx  

    ( )( ) 052 =−+ xx  

so that    2−=x    and    5=x  

Substituting into  52 += xy  

      15)2(2 =+−=y     and    ( ) 15552 =+=y  

Hence   ( )5;15A    and  ( )2;1-B . 

Page 27: Functions -Part 1

Functions – Part 1 

Example: Determine the equations of the graphs of the hyperbola and parabola shown in the sketch below. 

-2 -1 1 2 3 4 5

-3

-2

-1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

x

y

A(2;1)x

 

Solution:   The equation of a hyperbola is of the form:  qpx

ay +−

=  

By inspection of the asymptotes of the graph:  3=p  and   3=q  

so that    33+

−=

xay  

Substituting the coordinates of the point A:  3332

1 +−=+−

= aa 

              213 =−=a  

Hence the equation of the hyperbola is    33

2+

−=

xy  

The  x ‐intercepts of the parabola are 1 and ‐2. 

 The equation of the parabola is therefore  ( )( )21 +−= xxay  

  The  y ‐intercept the parabola makes is at (0; 6) so that 

   ( )( ) ( )( ) 22120106 −=−=+−= aa  

  3 −=∴ a  

   Hence the equation of the parabola is    ( )( ) 633213 2 +−−=+−−= xxxxy

Page 28: Functions -Part 1

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

28  

PAPER 1  QUESTION 4                     DoE/ADDITIONAL EXEMPLAR 2008 

 

 

 

 

   

Page 29: Functions -Part 1

Functions – Part 1 

PAPER 1  QUESTION 4                    DoE/ADDITIONAL EXEMPLAR 2008 

Number  Hints and answers  Work out the solutions in the boxes below

4.1  A and B are the  x ‐intercepts made by the graph of  f . At these points  ( )xf  or  y is zero. 

Replace  ( )xf  by zero and solve the resulting equation.  Answers: A(‐3;0) and B(1;0) 

 

4.2  The given equation  ( ) qaxg x += 3.  means that the parent exponential curve has been translated vertically upwards by  q units.  To find the value of  q you will need to find the 

y ‐intercept of the graph of  f at the point C. Work out the   y ‐intercept and replace  q by its value.  Now to work out the value of a . You need a point with known coordinates on the graph of 

.g  You can straight away tell the coordinates of D because D is the turning point of the graph of f . What are the coordinates of D? Substitute them and the value of   q in the equation of  gto find the value of a .  Answer: 

( ) 33.3 += xxg  

 

4.3 Find 

dxdy

 of  f and put it equal to zero to solve 

for  x .  Then use the  x  value to get the  y coordinate. Answer: 

Point  ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−

415;

23

 

 

4.4  ( ) kxf −  means  ( )xf is shifted vertically 

downwards by  k units. So for what values of  kwill the function be negative always?  Answer: 

4>k  

 

 

Page 30: Functions -Part 1

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

30  

PAPER 1  QUESTION 6                     DoE/ADDITIONAL EXEMPLAR 2008 

 

Page 31: Functions -Part 1

Functions – Part 1 

PAPER 1  QUESTION 6                     DoE/ADDITIONAL EXEMPLAR 2008 

Number  Hints and answers  Work out the solutions in the boxes below 6.1  The range is defined by all the 

values which the function  y  or 

( )xf  can take.   Answer: 

( ) ( )∞∞−∈ ;55; Uy  or 

}5{−∈ Ry  

There is no calculation to be worked out.   Simply look at the graph and say which values of  y  the graph can take and which it cannot.  

6.2  Put  f  equals to  g and solve the equation for  x .  Having found  x , find  y .  Now write down the coordinates of the point of intersection.       Answer: (0;2) and (‐2;8) 

 

6.3  You must give verbal expression to the transformation of the parent graph  f implied by the mathematical expression   

( ) 51

3+

+=

xxh . 

 Answers: Reflection about the asymptote 

1−=x  or Reflection about the asymptote 

5=y  or Reflection about the  x ‐axis and translated up by 10 units. 

There is no calculation to be worked out.   But make sure you understand the answers given here and that you yourself could write any of these descriptions without looking at the answers. The answers are expressed in different ways but they all mean the same transformation. 

   

Page 32: Functions -Part 1

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

32  

PAPER 1  QUESTION 4                 DoE/NOVEMBER  2008 

 

 

 

Page 33: Functions -Part 1

Functions – Part 1 

PAPER 1  QUESTION 4                 DoE/NOVEMBER  2008 

Number  Hints and answers  Work out the solutions in the boxes below 4.1  All you need do to determine the 

values of  p and  q is to look at the positions of the asymptotes.  Having determined the values of p and  q , use the point T(5; 3) to find the value of a .  Answers: You write the values of  p and  q . a = 1 

 

4.2  This is a question whose answer is simply worked out but requires quite a somewhat long explanation.  What is the parent function of the function  f given in this question?  The parent function has two lines of symmetry along which it can be reflected.   What are the equations of those lines?  What is the translation of the parent function to  f ?  The lines of symmetry of the parent function will undergo a similar translation to become 

cxy +−= .  Apply the translation to  xy −=  and that will give you a value of c .  Answer: c= 6 

 

 

Page 34: Functions -Part 1

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

34  

MORE QUESTIONS FROM PAST EXAMINATION PAPERS 

Exemplar 2008

Page 35: Functions -Part 1

Functions – Part 1 

Preparatory Examination 2008

Page 36: Functions -Part 1

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

36  

Feb – March 2009

 

Page 37: Functions -Part 1

Functions – Part 1 

November 2009 (Unused paper)

DIAGRAM SHEET 1

Page 38: Functions -Part 1

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

38  

Feb – March 2010

DIAGRAM SHEET 1

Page 39: Functions -Part 1

Functions – Part 1 

ANSWERS Exemplar 2008 7.1  3=x                    1−=y  7.2  x ‐intercept:  (5;  0) 

                 y ‐intercept:   (0;35

− ) 

7.3  Sketch:  

          Preparatory Examination 2008 6.1  2−=a  6.2  1=y  

  2=x   6.3  Sketch:            

 Feb/March 2009 

6.1         21

2+

−=

xy  

6.2         Turning point at  ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

49;1  

6.3           2=y  

                 2=x  

6.4            ( ) ( )491 2 +−−= xxh  

November 2009 (Unused) 7.1  x ‐intercept:  (‐3;  0)         y ‐intercept:  (0;  3) 

7.2   13

112

11

121

12

++

=+++

=++

++

=++ x

xx

xxx

xx 

 7.3  Horizontal asymptote:   1=y          Vertical asymptote:   1−=x  7.4  Sketch: 

            7.5   1or 3 −>−≤ xx          Or     ( ] ( )∞−∪−∞−∈ ;13 ;x   Feb/March 2010 5.1    Vertical asymptote:    3=x            Horizontal asymptote:    1=y  5.2     x ‐intercept:  (1;  0)           y ‐intercept:  (0;  1/3) 5.3     Sketch: