Funkcja liniowa ma postać $f(x)=ax+b$, gdzie $a,b\in\mathbb{R}$, a jej wykresem jest prosta. Współczynnik $a$ opisuje kierunek i nachylenie prostej, natomiast $b=f(0)$ wskazuje punkt przecięcia wykresu z osią $OY$.
Jak narysować wykres
Prosta jest jednoznacznie wyznaczona przez dwa różne punkty. Wybieramy więc dwa argumenty, obliczamy wartości funkcji i zaznaczamy punkty $(x,f(x))$. Najwygodniej często przyjąć $x=0$, co daje punkt $(0,b)$, oraz taki argument, dla którego rachunki są proste.
Znaczenie współczynników
Jeżeli $a\gt 0$, wykres wznosi się od lewej do prawej. Jeżeli $a\lt 0$, opada. Gdy $a=0$, otrzymujemy funkcję stałą $f(x)=b$ i prostą równoległą do osi $OX$. Proste o tym samym współczynniku $a$ i różnych wartościach $b$ są równoległe.
Punkty przecięcia z osiami
Z osią $OY$ wykres przecina się w punkcie $(0,b)$. Punkt przecięcia z osią $OX$ istnieje, gdy $a\neq0$, i ma współrzędną $x=-\frac{b}{a}$. Dla $a=0$ funkcja stała nie ma miejsca zerowego, jeśli $b\neq0$, albo ma nieskończenie wiele miejsc zerowych, jeśli $b=0$.
Rozwiązane przykłady
- Dla $f(x)=2x-3$ wybieramy punkty $(0,-3)$ i $(2,1)$. Ich połączenie jest wykresem funkcji.
- Dla $g(x)=-\frac12x+2$ wygodne punkty to $(0{,}2)$ i $(4,0)$.
- Funkcja $h(x)=5$ ma wykres $y=5$, poziomy i równoległy do osi $OX$.
- Proste $y=3x-1$ i $y=3x+4$ są równoległe, bo mają ten sam współczynnik kierunkowy.
Wykres przy ograniczonej dziedzinie
Jeżeli dziedziną jest przedział, wykres nie jest całą prostą, lecz odcinkiem, półprostą albo fragmentem z odpowiednimi końcami. Dla dziedziny $[-2;3)$ funkcji $f(x)=x+1$ zaznaczamy pełny punkt $(-2,-1)$ i pusty punkt $(3,4)$.
Wyznaczanie wzoru z wykresu
Z wykresu odczytujemy dwa punkty. Następnie obliczamy $a$ jako zmianę wartości podzieloną przez zmianę argumentu, a potem wyznaczamy $b$. Jeżeli wykres przechodzi przez początek układu, wtedy $b=0$ i funkcja opisuje proporcjonalność prostą.
Typowe błędy
- Rysowanie prostej na podstawie jednego punktu.
- Mylenie $b$ z punktem $(b,0)$ zamiast $(0,b)$.
- Pomijanie przypadku $a=0$.
- Rysowanie całej prostej mimo ograniczonej dziedziny.
Po co to się przydaje
Wykres funkcji liniowej opisuje stałe tempo zmian: jednakowy koszt każdej kolejnej sztuki, ruch ze stałą prędkością, regularny przyrost temperatury lub przeliczanie jednostek.
Dwa punkty wystarczą
Wykresem funkcji liniowej jest prosta, a przez dwa różne punkty przechodzi dokładnie jedna prosta. Dlatego żeby
naszkicować wykres, nie trzeba liczyć wielu wartości: wystarczą dwa punkty. Najwygodniej wziąć $x = 0$, bo wtedy
$f(0) = b$ i od razu mamy punkt przecięcia z osią $OY$, a potem taki $x$, dla którego wartość wyjdzie całkowita.
Dla $f(x) = \frac{3}{2}x – 1$ punkt $A(0, -1)$ leży na osi $OY$, a drugi punkt bierzemy dla $x = 2$, czyli dla
mianownika współczynnika kierunkowego: $f(2) = \frac{3}{2} \cdot 2 – 1 = 2$, więc $B(2, 2)$. Taki dobór argumentu
to najprostszy sposób na trafienie w punkt kratowy.
Ten sam współczynnik kierunkowy to proste równoległe
Wykresy funkcji o tym samym współczynniku $a$ różnią się tylko wyrazem wolnym, a zmiana $b$ przesuwa całą prostą
wzdłuż osi $OY$: o $b$ jednostek w górę dla $b \gt 0$ i w dół dla $b \lt 0$. Prosta $y = 2x + 3$ to prosta $y = 2x$
przesunięta o $3$ jednostki w górę, a $y = 2x – 2$ – ta sama prosta przesunięta o $2$ jednostki w dół.
Działa to też w drugą stronę: jeśli dwie proste są równoległe, to mają równe współczynniki kierunkowe. Stąd bierze się
szybki sposób na zadania typu „napisz wzór prostej równoległej do danej i przechodzącej przez punkt $P$”: współczynnik
$a$ przepisujemy, a $b$ liczymy, podstawiając współrzędne punktu $P$.
Zadania
Zadanie 1
Wykres funkcji liniowej przecina oś $OY$ w punkcie $(0, -2)$ i przechodzi przez punkt $P$. Wyznacz wzór tej funkcji.
Zadanie 2
Oblicz wartość funkcji liniowej $f$ dla podanego argumentu.
Zadanie 3
Na każdym z rysunków przedstawiono wykres funkcji liniowej $f$. Sprawdź, czy punkt $Q$ należy do tego wykresu.
Zadanie 4
Podaj współczynnik kierunkowy i wyraz wolny podanej funkcji liniowej.
Zadanie 5
Wyznacz wzór funkcji liniowej, której wykres przechodzi przez punkty $P$ i $Q$.
Zadanie 6
Wyznacz punkt, w którym wykres funkcji $f$ przecina oś $OY$.
Zadanie 7
Wyznacz wzór funkcji liniowej, której wykresem jest prosta równoległa do prostej $l$ i przechodząca przez punkt $P$.
Zadanie 8
Które spośród prostych $l_1, l_2, \ldots, l_8$ są równoległe?
$l_1: y = 4x - 1$
$l_2: y = \frac{1}{3}x + 2$
$l_3: y = -4x + 3$
$l_4: y = 4x + 7$
$l_5: y = \frac{1}{3}x - 5$
$l_6: y = 2 - 4x$
$l_7: y = 3x - \frac{1}{3}$
$l_8: y = -5 + \frac{1}{3}x$
Zadanie 9
Na rysunku przedstawiono cztery proste przechodzące przez punkt $(0, 2)$, oznaczone I, II, III i IV. Są one wykresami funkcji: $f_1(x) = x + 2$, $f_2(x) = 2$, $f_3(x) = -2x + 2$, $f_4(x) = \frac{1}{2}x + 2$.
Zadanie 10
Znajdź dwa punkty kratowe (o obu współrzędnych całkowitych) należące do wykresu funkcji $f$.
Zadanie 11
Figura jest ograniczona wykresem funkcji $f(x) = -\frac{1}{3}x + 4$, osią $OX$, osią $OY$ oraz prostą $x = 6$. Oblicz jej pole.
