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線性函數、變化率與正比例

直線不只是一幅圖——它是一個變化率恆定的函數。把斜率理解為變化率,對真實情境建模,並認識最簡潔的一條直線:正比例,其中 y 是 x 的常數倍,圖像穿過原點。

直線即恆定的變化率

一種關係之所以是線性的,是因為它的 變化率 恆定:x 每增加一個單位,y 就改變同樣的量,也就是 斜率 m。這正是圖像為一條直線的原因。在真實模型裡,y 截距 b 是初始值,斜率 m 是事物增長或減少的速率

A taxi charges $3 to start plus $2 per mile.
  cost y as a function of miles x:
     y = 2x + 3
  starting value b = 3   (the flat fee)
  rate m = 2             ($2 per mile)

  x=0:  y = 3      x=1:  y = 5      x=2:  y = 7
  every extra mile adds exactly $2  ->  constant rate
斜率是每單位的速率;y 截距是 x = 0 時的值。

把直線看作函數

一條非豎直的直線是一個 函數:每個輸入 x 恰好給出一個輸出 y。我們常用函數記號寫 線性方程,f(x) = mx + b,於是 f(3) 表示「當 x 為 3 時的 y 值」。你已經熟悉的 斜截式 不過是把這個函數寫出來罷了。

f(x) = -3x + 10

  f(0) = -3(0) + 10 = 10     point (0, 10)
  f(2) = -3(2) + 10 = 4      point (2, 4)
  f(5) = -3(5) + 10 = -5     point (5, -5)

Each input x produces one output -> a function.
The outputs fall by 3 per step -> slope -3.
函數記號在選定的輸入處求值;每個輸入對應一個輸出。

正比例:最簡潔的直線

正比例y 截距 為 0 的特殊情形,因此直線穿過 原點。我們寫成 y = kx,其中 k 是 比例常數——它恰好就是 斜率。x 翻倍,y 也翻倍;直線上每一點的 比值 y/x 都固定為 k。

  1. 識別正比例:關係能寫成 y = kx,沒有額外的常數項。
  2. 由一對已知的 (x, y) 相除求 k:k = y / x。
  3. 寫出規律 y = kx,再用它對任意新的 x 預測 y。
y varies directly with x, and y = 18 when x = 6.

  k = y / x = 18 / 6 = 3
  rule:  y = 3x

Predict y when x = 10:
  y = 3(10) = 30

Check the ratio stays constant:
  18/6 = 3      30/10 = 3      same k
由一對數據求出 k,直線 y = kx 就能預測其餘所有值。