Start › Definicje i teoria › Matematyka › Funkcja liniowa
∑ Matematyka⚛ Fizyka⬡ Chemia📖 Język polski

Definicje: Funkcja liniowa

Funkcja liniowa i jej wykres, współczynnik kierunkowy i wyraz wolny, proste równoległe i prostopadłe.

14 definicji
Funkcja liniowa — własności i zastosowania SP · szkoła podstawowa
Definicja: Funkcja liniowa $f: \mathbb{R} \to \mathbb{R}$, $f(x) = ax + b$, $a \neq 0$.
Wykres: linia prosta o nachyleniu $a$ i przecięciu z $OY$ w punkcie $(0, b)$.
Własności: dziedzina $\mathbb{R}$, zbiór wartości $\mathbb{R}$, różnowartościowa, ciągła.
Monotoniczność:
  • $a > 0$: rosnąca na całej dziedzinie
  • $a \lt 0$: malejąca na całej dziedzinie
Miejsce zerowe: $x_0 = -\dfrac{b}{a}$ (gdzie prosta przecina oś $OX$).
Kąt nachylenia prostej: $\tan\alpha = a$ (dla $a > 0$: kąt ostry; $a \lt 0$: rozwarty).
Przykład: $f(x) = -2x + 6$. Znajdź: miejsce zerowe, wartość $f(4)$, narysuj.
  1. MZ: $-2x+6=0 \Rightarrow x=3$, punkt $(3,0)$
  2. Przecięcie z $OY$: $(0,6)$
  3. $f(4) = -2\cdot4+6 = -2$, punkt $(4,-2)$
  4. Funkcja malejąca ($a=-2 \lt 0$)
⚡ Zapamiętaj: Interpretacja "a": wzrost $x$ o 1 jednostkę powoduje wzrost $f(x)$ o $a$ jednostek. Np. przy $a=-2$: każda dodatkowa jednostka $x$ zmniejsza $f$ o 2.
Wykresy funkcji prostoliniowych SP · szkoła podstawowa
Funkcja liniowa: $f(x) = ax + b$, gdzie $a, b \in \mathbb{R}$.
Wykres: linia prosta. $a$ — współczynnik kierunkowy (nachylenie), $b$ — wyraz wolny (przecięcie z $OY$).
Miejsca zerowe: $x_0 = -\dfrac{b}{a}$ (gdy $a \neq 0$) — przecięcie z $OX$.
Prosto mówiąc: $a > 0$ → prosta rośnie (idzie w górę w prawo). $a \lt 0$ → maleje. $a = 0$ → pozioma. Im większy $|a|$, tym strojsza prosta. $b$ to gdzie prosta "zaczyna" na osi $y$.
Rysowanie prostej — dwa sposoby:
  1. Dwa punkty: wyznacz $(0, b)$ i $(−b/a, 0)$, połącz.
  2. Punkt + nachylenie: zacznij od $(0,b)$, przesuń o 1 w prawo i $a$ w górę.
Proste równoległe: mają ten sam $a$. Proste prostopadłe: $a_1 \cdot a_2 = -1$.
Przykład: Napisz równanie prostej przez punkty $A(1, 3)$ i $B(3, 7)$.
  1. $a = \dfrac{7-3}{3-1} = \dfrac{4}{2} = 2$
  2. $b = y - ax = 3 - 2\cdot1 = 1$
  3. $f(x) = 2x + 1$
⚡ Zapamiętaj: Dwa punkty wyznaczają dokładnie jedną prostą. Wzór na współczynnik kierunkowy: $a = \dfrac{y_2-y_1}{x_2-x_1}$ — "różnica $y$ przez różnicę $x$".
Wykresy liniowe — odczytywanie trendu SP · szkoła podstawowa
Definicja: Wykres liniowy łączy punkty danych odcinkami. Pokazuje zmiany w czasie. Rosnąca linia = trend wzrostowy, opadająca = spadkowy, pozioma = brak zmian.
Prosto mówiąc: Idealne do pokazywania "jak coś się zmieniało z biegiem czasu". Temperatura w ciągu tygodnia, wzrost rośliny, cena akcji.
Zastosowanie:
  • Temperatura dzienna lub roczna
  • Postępy w nauce (wyniki testów)
  • Zmiana masy lub wzrostu
Przykład: Temperatura poniedziałek–piątek: 12°, 15°, 14°, 18°, 20°. Trend rosnący z lekkim spadkiem w środę. Szczyt: piątek 20°.
⚡ Zapamiętaj: Wykres liniowy służy do CIĄGŁYCH danych (czas, pomiary). Do kategorii używaj słupkowego.
Równania liniowe z jedną niewiadomą SP · szkoła podstawowa
Definicja: Równanie liniowe z jedną niewiadomą $x$ ma postać: $$ax + b = 0, \quad a \neq 0$$ Jedyne rozwiązanie: $x = -\dfrac{b}{a}$.
Ogólniej: $ax + b = cx + d$ — przenosimy wyrazy z $x$ na lewą, stałe na prawą stronę.
Prosto mówiąc: Równanie to "waga" — to co robisz po jednej stronie, musisz zrobić po drugiej. Cel: zostać z samym $x$ po lewej stronie.
Algorytm rozwiązywania:
  1. Usuń nawiasy (reguła rozdzielności)
  2. Przenieś wyrazy z $x$ na lewą, stałe na prawą stronę (zmień znaki)
  3. Połącz wyrazy podobne
  4. Podziel obie strony przez współczynnik przy $x$
Szczególne przypadki: $0 \cdot x = 0$ — nieskończenie wiele rozwiązań; $0 \cdot x = 5$ — brak rozwiązań.
Przykład: Rozwiąż $3(x-2) + 5 = 2x - 1$
  1. $3x - 6 + 5 = 2x - 1$
  2. $3x - 1 = 2x - 1$
  3. $3x - 2x = -1 + 1$
  4. $x = 0$
⚡ Zapamiętaj: Zawsze sprawdź wynik — podstaw znalezione $x$ do oryginalnego równania. Tu: $3(0-2)+5 = -6+5=-1$ i $2\cdot0-1=-1$ ✓.
Nierówności liniowe z jedną niewiadomą SP · szkoła podstawowa
Definicja: Nierówność liniowa: $ax + b > 0$ (lub $\lt , \geq, \leq$).
Rozwiązaniem jest przedział liczb (nie pojedyncza wartość).
Kluczowa reguła: Przy mnożeniu lub dzieleniu obu stron przez liczbę ujemną — odwróć znak nierówności!
Prosto mówiąc: $2 \lt 5$. Pomnóż obie strony przez $-1$: $-2 > -5$ (znak się odwraca!). To jedna z pułapek, w którą łatwo wpaść.
Notacja rozwiązań:
  • $x > 3$: przedział $(3, +\infty)$, na osi — strzałka w prawo od otwartego punktu
  • $x \leq -2$: przedział $(-\infty, -2\rangle$, strzałka w lewo od zamkniętego punktu
Łączenie nierówności: $-1 \lt x \leq 4$ — przedział $(-1, 4\rangle$
Przykład: Rozwiąż $-2x + 3 \geq 7$
  1. $-2x \geq 7 - 3 = 4$
  2. $x \leq \dfrac{4}{-2} = -2$ (dzielenie przez $-2$ — odwróć $\geq$ na $\leq$!)
  3. Rozwiązanie: $x \in (-\infty, -2\rangle$
⚡ Zapamiętaj: Dzielisz/mnożysz przez ujemną? Odwróć znak! $-2x \geq 4 \Rightarrow x \leq -2$, NIE $x \geq -2$.
Przestrzenie liniowe — definicja i przykłady LO · szkoła średnia

Przestrzeń liniowa (wektorowa) nad ciałem $\mathbb{F}$: zbiór $V$ z działaniami $+$ i $\cdot$ spełniającymi 8 aksjomatów (łączność, przemienność, element zerowy, element przeciwny, rozdzielność skalara).

Przykłady: $\mathbb{R}^n$, zbiór wielomianów stopnia $\le n$, macierze $m\times n$, funkcje ciągłe $C[a,b]$.

Podprzestrzeń: podzbiór zamknięty na $+$ i $\cdot$ i zawierający $\mathbf{0}$.

Baza: liniowo niezależny układ generatorów. $\dim V$ = liczba elementów bazy.

Wielomiany $\le 2$: $\dim=3$, baza $\{1, x, x^2\}$. $p(x)=2+3x-x^2 = 2\cdot1+3\cdot x+(-1)\cdot x^2$.

Każda baza przestrzeni skończeniewymiarowej ma tę samą liczbę elementów = $\dim V$.

Prosta na płaszczyźnie — wszystkie postaci równania LO · szkoła średnia
Definicja: Prosta w $\mathbb{R}^2$:
• Ogólna: $Ax+By+C=0$
• Kierunkowa: $y=ax+b$ (gdzie $a$ = nachylenie, $b$ = wyraz wolny)
• Odcinkowa: $\tfrac{x}{p}+\tfrac{y}{q}=1$ (odcinki na osiach $p$ i $q$)
• Normalna: $\vec{n}\cdot(\vec{r}-\vec{r}_0)=0$
Prosto mówiąc: Ta sama prosta, różne "twarze". Kierunkowa: widzisz nachylenie i przecięcie z osią $y$. Ogólna: najogólniejsza, obejmuje proste pionowe. Odcinkowa: widzisz przecięcia z osiami.
Zastosowanie:
  • Wyznaczanie równania prostej z danych warunków
  • Geometria analityczna — przecięcia, równoległość, prostopadłość
  • Interpolacja liniowa
Przykład: Prosta przez $(2,1)$ i $(4,5)$: nachylenie $a=\tfrac{5-1}{4-2}=2$. Równanie: $y-1=2(x-2)$, $y=2x-3$. Ogólna: $2x-y-3=0$.
⚡ Zapamiętaj: Nachylenie = $\tan\alpha$ (kąt z osią $x$). Proste prostopadłe: $a_1\cdot a_2=-1$. Równoległe: $a_1=a_2$, $b_1\neq b_2$.
Funkcja liniowa LO · szkoła średnia

Postać i wykres

$$f(x)=ax+b$$

Wykresem jest prosta. Współczynnik $a$ to współczynnik kierunkowy (nachylenie), $b$ to wyraz wolny — rzędna punktu przecięcia z osią $OY$.

Monotoniczność

  • $a>0$ — funkcja rosnąca
  • $a\lt 0$ — funkcja malejąca
  • $a=0$ — funkcja stała (prosta pozioma)

Miejsce zerowe

$$ax+b=0 \quad\Rightarrow\quad x=-\frac{b}{a}\qquad(a\ne0)$$

Wyznaczanie równania prostej

Z dwóch punktów $(x_1,y_1)$ i $(x_2,y_2)$:

$$a=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1},\qquad y-y_1=a(x-x_1)$$

Wzajemne położenie prostych

$$l_1\parallel l_2 \iff a_1=a_2,\qquad l_1\perp l_2 \iff a_1a_2=-1$$

Układy równań liniowych

Interpretacja geometryczna liczby rozwiązań:

  • oznaczony — proste przecinają się (jedno rozwiązanie)
  • nieoznaczony — proste się pokrywają (nieskończenie wiele)
  • sprzeczny — proste równoległe rozłączne (brak rozwiązań)

Na co uważać

Prosta pionowa $x=c$ nie jest funkcją i nie ma współczynnika kierunkowego — nie da się jej zapisać w postaci $y=ax+b$. Warunek prostopadłości zawodzi też dla pary prosta pozioma–pionowa; ten przypadek rozpatruj osobno.

Równanie prostej i współczynnik kierunkowy LO · szkoła średnia

Postać kierunkowa

$$y=ax+b$$

Litera $a$ to współczynnik kierunkowy — mówi, o ile wzrasta $y$, gdy $x$ rośnie o jeden. Litera $b$ to wyraz wolny — wartość $y$ w punkcie przecięcia z osią $OY$.

Monotoniczność

$$a>0 \Rightarrow \text{rosnąca},\qquad a\lt 0 \Rightarrow \text{malejąca},\qquad a=0 \Rightarrow \text{stała}$$

Wyraz wolny nie wpływa na monotoniczność — przesuwa jedynie wykres w pionie.

Prosta przez dwa punkty

$$a=\frac{y_B-y_A}{x_B-x_A}$$

Mając $a$, wyznaczamy $b$ przez podstawienie współrzędnych dowolnego z punktów. Drugi punkt służy wtedy do sprawdzenia.

Przykład: dla $A=(1,5)$ i $B=(3,1)$ mamy $a=\frac{1-5}{3-1}=-2$, potem $5=-2+b$, czyli $b=7$ i ostatecznie $y=-2x+7$.

Równoległość i prostopadłość

$$\text{równoległe}:\ a_1=a_2,\qquad \text{prostopadłe}:\ a_1\cdot a_2=-1$$

Warunek prostopadłości wygodnie stosuje się tak: odwracamy ułamek i zmieniamy znak. Do prostej o $a=2$ prostopadła ma $a=-\frac12$; do prostej o $a=\frac13$ — $a=-3$.

Proste o równych $a$ i równych $b$ pokrywają się; równe $a$ i różne $b$ oznacza proste rozłączne.

Postać ogólna

$$Ax+By+C=0$$

Zamiana na postać kierunkową polega na wyznaczeniu $y$:

$$2x+3y-6=0 \ \Rightarrow\ y=-\tfrac23x+2$$

Postać ogólna obejmuje również proste pionowe ($B=0$), których nie da się zapisać jako $y=ax+b$.

Punkty przecięcia z osiami

Z osią $OY$: podstawiamy $x=0$ i otrzymujemy punkt $(0,\ b)$.

Z osią $OX$: rozwiązujemy $ax+b=0$, czyli szukamy miejsca zerowego $x=-\frac{b}{a}$.

Punkt przecięcia dwóch prostych

Porównujemy prawe strony równań. Dla $y=2x-1$ i $y=-x+5$ dostajemy $3x=6$, czyli $x=2$ i $y=3$. Zawsze warto sprawdzić wynik w drugim równaniu.

Współliniowość trzech punktów

Punkty leżą na jednej prostej dokładnie wtedy, gdy współczynnik kierunkowy liczony dla różnych par jest taki sam. Dla $(1,2)$, $(3,6)$ i $(5,10)$ oba wynoszą $2$, więc punkty są współliniowe, a prosta to $y=2x$.

Zastosowania

Taksówka z opłatą $8$ zł i stawką $3$ zł za kilometr to $f(x)=3x+8$. Współczynnik kierunkowy jest tempem wzrostu kosztu, a wyraz wolny — kosztem stałym. Ten sam schemat opisuje abonamenty, rachunki za prąd czy koszt produkcji.

Na co uważać

Nie myl $a$ z $b$ przy odczycie ze wzoru. Przy prostopadłości pamiętaj o zmianie znaku, nie tylko o odwróceniu ułamka. I sprawdzaj wynik, podstawiając punkt do równania.

Funkcja liniowa — zastosowania (klasa 1 LO) LO · szkoła średnia

Model liniowy

$y=ax+b$ opisuje stałe tempo zmian $a$ oraz wartość początkową $b$.

Przykłady

Koszt = opłata stała + cena za sztukę razy ilość; droga = prędkość razy czas.

Miejsce zerowe

$x=-\frac{b}{a}$ — argument, dla którego wielkość osiąga zero.

Interpretacja współczynnika

Dodatnie $a$ oznacza wzrost, ujemne — spadek, a $|a|$ to tempo zmian.

Funkcja liniowa — zagadnienia uzupełniające (klasa 1 LO) LO · szkoła średnia

Postacie prostej

Kierunkowa $y=ax+b$ oraz ogólna $Ax+By+C=0$.

Równoległość i prostopadłość

Proste równoległe: $a_1=a_2$. Prostopadłe: $a_1\cdot a_2=-1$.

Wyznaczanie wzoru

Z dwóch punktów: $a=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}$, a $b$ z podstawienia.

Monotoniczność

$a>0$ — rosnąca, $a\lt 0$ — malejąca, $a=0$ — stała.

Współczynnik kierunkowy prostej a tangens (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia

Związek

Współczynnik kierunkowy $a=\operatorname{tg}\alpha$, gdzie $\alpha$ to kąt nachylenia prostej do osi $OX$.

Znak

$a>0$ — kąt ostry (prosta rosnąca), $a\lt 0$ — kąt rozwarty (malejąca).

Prosta pozioma

$a=0$, kąt $0^\circ$.

Przykład

Prosta o $a=1$ nachylona jest pod kątem $45^\circ$.

Wykres funkcji liniowej (klasa 1 LO) LO · szkoła średnia

Postać

$y=ax+b$; wykresem jest prosta.

Współczynniki

$a$ to współczynnik kierunkowy (nachylenie), $b$ wyraz wolny (punkt przecięcia z osią $OY$).

Monotoniczność

$a>0$ rosnąca, $a\lt 0$ malejąca, $a=0$ stała.

Miejsce zerowe

$x_0=-\frac{b}{a}$ dla $a\neq0$.

Wykres funkcji liniowej — własności (klasa 1 LO) LO · szkoła średnia

Nachylenie

Znak współczynnika $a$ decyduje o monotoniczności: $a>0$ rosnąca, $a\lt 0$ malejąca.

Przecięcia z osiami

Z osią $OY$ w $(0,b)$, z osią $OX$ w miejscu zerowym $-\frac{b}{a}$.

Proste równoległe

Mają równe współczynniki kierunkowe.

Proste prostopadłe

Spełniają $a_1 a_2=-1$.

Zacznij dziś

Zacznij naukę już dziś — to nic nie kosztuje

Załóż bezpłatne konto i otwórz dostęp do pełnego śledzenia postępów, planów nauki i quizów. Arkusze i zadania podstawowe są dostępne bez rejestracji. Już ponad 5 000 uczniów uczy się z Matematix.