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线性函数、变化率与正比例

直线不只是一幅图——它是一个变化率恒定的函数。把斜率理解为变化率,对真实情境建模,并认识最简洁的一条直线:正比例,其中 y 是 x 的常数倍,图像穿过原点。

直线即恒定的变化率

一种关系之所以是线性的,是因为它的 变化率 恒定:x 每增加一个单位,y 就改变同样的量,也就是 斜率 m。这正是图像为一条直线的原因。在真实模型里,y 截距 b 是初始值,斜率 m 是事物增长或减少的速率

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
斜率是每单位的速率;y 截距是 x = 0 时的值。

把直线看作函数

一条非竖直的直线是一个 函数:每个输入 x 恰好给出一个输出 y。我们常用函数记号写 线性方程,f(x) = mx + b,于是 f(3) 表示“当 x 为 3 时的 y 值”。你已经熟悉的 斜截式 不过是把这个函数写出来罢了。

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.
函数记号在选定的输入处求值;每个输入对应一个输出。

正比例:最简洁的直线

正比例y 截距 为 0 的特殊情形,因此直线穿过 原点。我们写成 y = kx,其中 k 是 比例常数——它恰好就是 斜率。x 翻倍,y 也翻倍;直线上每一点的 比值 y/x 都固定为 k。

  1. 识别正比例:关系能写成 y = kx,没有额外的常数项。
  2. 由一对已知的 (x, y) 相除求 k:k = y / x。
  3. 写出规律 y = kx,再用它对任意新的 x 预测 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
由一对数据求出 k,直线 y = kx 就能预测其余所有值。