請選擇求法的模式,再輸入兩點的坐標(或斜率和一點的坐標)。輸入想知道 y 值的 x,也會計算該 x 對應的 y 值。
這個頁面可以做什麼
- 只要輸入坐標,就能立即求出通過兩點 \((x_1,\ y_1)\)、\((x_2,\ y_2)\) 的一次函數 \(y = ax + b\)
- 也可以選擇由斜率 \(a\) 和通過的一點求式子的模式
- 斜率(變化率)附 \(a = \dfrac{\Delta y}{\Delta x}\) 的計算過程,答案以約分好的分數(精確值)顯示
- 同時計算和 x 軸的交點、和 y 軸的交點,以及指定的 \(x\) 對應的 \(y\) 值,並畫出直線的圖形
- 兩點的 x 坐標相同、不是一次函數時,會判定並說明這是「x = 常數」的鉛直線
- 公式的淺顯解說,以及可直接複製到 Excel、Google 試算表、Python 的公式,也都整理在這個頁面
這個計算有什麼用?
「基本費+依用量加計」的收費方式,就是一次函數 \(y = ax + b\) 本身。y 截距 \(b\) 是基本費,斜率 \(a\) 是單價。例如假設起跳 NT$100、每公里加 NT$25 的計程車,費用是 \(y = 25x + 100\),坐 3 公里可以估計為 \(25 \times 3 + 100 = 175\)(元)。
由兩個月的帳單(用量和金額這兩點)反推單價和基本費,正是「由兩點求式子」的計算。
彈簧有「伸長量和懸掛的重量成正比」的性質(虎克定律),彈簧的總長度是「原長+伸長量」,是一個一次函數。例如原長 10 cm、每掛 1 個砝碼伸長 2 cm 的彈簧,長度是 \(y = 2x + 10\)(\(x\) 是砝碼的個數)。
用實驗測得的兩筆紀錄(兩點)決定式子,就能預測還沒試過的重量下的長度。這是橫跨國中自然科和數學的代表性例子。
空氣有海拔每升高 100 m,氣溫大約下降 0.6 °C 的性質(稱為氣溫垂直遞減率的平均參考值)。知道平地的氣溫,就能用一次函數大致估計山頂的氣溫。例如平地 25 °C 時,海拔 \(x\) km 處的氣溫大約是 \(y = 25 - 6x\),海拔 2 km 的山頂大約是 13 °C。
實際的氣溫也會因天氣和濕度而變,所以不是嚴格的式子,但可以當作選擇登山服裝的實用估算。
做生意的費用,常常是「房租等固定費用+每做 1 個就要花的變動費用」的形式,這也是一次函數。y 截距是固定費用,斜率是每個的變動費用。
比較費用的直線和營收的直線,就能預估「賣出幾個才會賺錢」(損益兩平點)。這是規劃事業的第一步,被廣泛使用。
台灣使用的攝氏(°C)和美國等地使用的華氏(°F)的關係,可以用一次函數 \(F = 1.8C + 32\) 精確表示。這是擁有斜率 1.8 和 y 截距 32、生活中「嚴格符合一次函數的關係」的代表例子。
例如攝氏 20 °C 是 \(1.8 \times 20 + 32 = 68\)(°F)。看出國旅遊地的天氣預報、換算食譜的烤箱溫度時,都能直接使用這個式子。
公式與圖形
符號與用語解說
符號
| \(y = ax + b\) | y 等於 a x 加 b | 一次函數的一般形式。\(a\) 是斜率,\(b\) 是 y 截距。高中以後常把斜率寫成 \(m\)(\(y = mx + k\) 等,稱為斜截式),但國中課本以 \(a\) 為標準。 |
| \(a\) | a | 斜率(變化率),表示 x 每增加 1 時 y 增加的量。表示「已知的數」時,習慣用字母表前面的字母 \(a,\ b,\ c\)。 |
| \(b\) | b | y 截距,也就是 x = 0 時 y 的值,是圖形和 y 軸相交的高度。 |
| \(x_1,\ y_1\) | x 下標 1、y 下標 1 | 點 1 的坐標。右下方的小數字稱為下標,是用來區分「第幾個點的值」的編號(不是乘法也不是指數)。 |
| \(\Delta\) | delta | 希臘字母 delta 的大寫,相當於英文 difference(差)的字首 D,用來表示「變化量」。\(\Delta x\) 是 x 的變化量,\(\Delta y\) 是 y 的變化量。 |
| \(\left(-\dfrac{b}{a},\ 0\right)\) | 負 a 分之 b,0 | 和 x 軸交點的坐標。是 y 坐標為 0 的點,x 坐標是解方程式 \(ax + b = 0\) 得到的 \(-\dfrac{b}{a}\)。 |
| \((0,\ b)\) | 0,b | 和 y 軸交點的坐標。是 x 坐標為 0 的點,y 坐標就是 y 截距 \(b\)。 |
用語
| 一次函數 | 可以寫成 \(y = ax + b\)(\(a \neq 0\))形式的函數,圖形是一條直線。「一次」是 x 為 1 次方的意思。台灣在國中八年級學習。 |
| 函數 | 放入一個數,就會依固定的規則得到唯一一個數的對應關係。想成「放入輸入 \(x\),就會跑出輸出 \(y\) 的機器」就很好懂,例如把 3 放進 \(y = 2x + 1\) 這台機器,就會跑出 7。 |
| 斜率 | 表示直線「橫向每走 1,縱向變多少」的數。正的是往右上升,負的是往右下降,0 是水平線。 |
| 變化率 | y 的變化量對 x 的變化量的比 \(\dfrac{\Delta y}{\Delta x}\)。一次函數不管在哪裡量都一樣,和斜率 \(a\) 一致。 |
| 截距 | 圖形和 y 軸交點的 y 坐標(x = 0 時 y 的值),正式名稱是「y 截距」(和 x 軸交點的 x 坐標則是 x 截距)。一次函數 \(y = ax + b\) 中的 \(b\) 就是 y 截距。 |
| 正比 | \(y = ax\) 形式的關係。x 變成 2 倍、3 倍時,y 也變成 2 倍、3 倍。是 y 截距 \(b\) 為 0(通過原點)的特殊一次函數。台灣在國中七年級學習。 |
| 坐標 | 用 \((x,\ y)\) 這組數表示點的位置。橫向位置是 x 坐標,縱向位置是 y 坐標。 |
| 坐標平面 | 把橫的數線(x 軸)和縱的數線(y 軸)垂直組合起來的平面,就是畫圖形用的方格世界。 |
| 原點 | x 軸和 y 軸相交的點 \((0,\ 0)\)。取 origin(起源、出發點)的字首寫成 \(O\)。 |
| 交點 | 兩條線相交的點。這個頁面求的是直線和 x 軸、y 軸相交的點。 |
| 變化量 | 表示值增加了多少的量,用「變化後 − 變化前」的減法求出。減少時當作負的變化量。 |
| 常數 | 值不會改變的固定的數。「x = 2」這種式子中的 2 就是常數,表示 x 坐標永遠是 2 的鉛直線。 |
| 常數函數 | 不管 x 是多少,y 的值永遠固定的函數。式子是 \(y = b\) 的形式,圖形是和 x 軸平行的水平線。是把一次函數 \(y = ax + b\) 的 \(a\) 換成 0 的形式,但不算在一次函數裡(台灣的國中課本把兩者合稱為線型函數)。 |
建議先了解的基礎知識
為了能「理解意思」地使用這個頁面的計算,這裡整理了建議先了解的基礎知識。
卡住的時候,回到這裡的內容複習是最快的方法。
| 正負數(國中七年級,12~13 歲) |
|
| 坐標平面(國中七年級,12~13 歲) |
|
| 正比(國中七年級,12~13 歲) |
|
| 代數式與方程式(國中七年級,12~13 歲) |
|
| 分數的計算(國小五年級~國中七年級,10~13 歲) |
|
用 Excel 計算的方法
| 點 1 的 x 坐標 x1 | 1 |
| 點 1 的 y 坐標 y1 | 3 |
| 點 2 的 x 坐標 x2 | 4 |
| 點 2 的 y 坐標 y2 | 9 |
| 斜率 a(變化率) | =(B4-B2)/(B3-B1) |
| y 截距 b | =B2-B5*B1 |
| 和 x 軸交點的 x 坐標 | =-B6/B5 |
| 斜率 a | 2 |
| 通過點的 x 坐標 x1 | 3 |
| 通過點的 y 坐標 y1 | 7 |
| y 截距 b | =B3-B1*B2 |
| 想知道 y 值的 x | 5 |
| 這時 y 的值 | =B1*B5+B4 |
| 斜率 a | 2 |
| y 截距 b | 1 |
| 和 x 軸交點的 x 坐標 | =-B2/B1 |
| 和 y 軸交點的 y 坐標 | =B2 |
第 1 個表是由兩點 (1, 3)、(4, 9) 求式子的例子,斜率 a 是 2,y 截距 b 是 1(直線方程式是 y = 2x + 1),和 x 軸交點的 x 坐標是 −0.5。「/」是除法,「*」是乘法的符號。
第 2 個表是由斜率 2 和點 (3, 7) 求的例子,y 截距 b 是 1,x = 5 時的 y 是 11。
第 3 個表是由式子(斜率和 y 截距)只求交點的表。兩點的 x 坐標相同時,除法的分母是 0,會顯示錯誤(#DIV/0!)。這對應到斜率不存在(不是一次函數)的情況。
用 Google 試算表計算的方法
| 點 1 的 x 坐標 x1 | 1 |
| 點 1 的 y 坐標 y1 | 3 |
| 點 2 的 x 坐標 x2 | 4 |
| 點 2 的 y 坐標 y2 | 9 |
| 斜率 a(變化率) | =(B4-B2)/(B3-B1) |
| y 截距 b | =B2-B5*B1 |
| 和 x 軸交點的 x 坐標 | =-B6/B5 |
| 斜率 a | 2 |
| 通過點的 x 坐標 x1 | 3 |
| 通過點的 y 坐標 y1 | 7 |
| y 截距 b | =B3-B1*B2 |
| 想知道 y 值的 x | 5 |
| 這時 y 的值 | =B1*B5+B4 |
| 斜率 a | 2 |
| y 截距 b | 1 |
| 和 x 軸交點的 x 坐標 | =-B2/B1 |
| 和 y 軸交點的 y 坐標 | =B2 |
用 Python 計算的方法
from fractions import Fraction
# 兩點的坐標(3/4 這樣的分數可以寫成 Fraction(3, 4))
x1, y1 = Fraction(1), Fraction(3)
x2, y2 = Fraction(4), Fraction(9)
slope = (y2 - y1) / (x2 - x1) # 斜率 a(變化率)= Δy ÷ Δx
intercept = y1 - slope * x1 # y 截距 b = y1 − a×x1
print(f"斜率 a = {slope}")
print(f"y 截距 b = {intercept}")
print(f"直線方程式: y = {slope}x + {intercept}")
if slope != 0:
print(f"和 x 軸的交點: ({-intercept / slope}, 0)")
print(f"和 y 軸的交點: (0, {intercept})")
x_value = Fraction(5) # 想知道 y 值的 x
print(f"x = {x_value} 時 y = {slope * x_value + intercept}")
用 LaTeX 等數學式語言的寫法(可直接複製)
y = ax + b
y = ax + b
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>y</mi>
<mo>=</mo>
<mi>a</mi><mi>x</mi>
<mo>+</mo>
<mi>b</mi>
</mrow>
</math>
y = a x + b
y == a x + b
y := a*x + b;
y = a*x + b;
y = ax + b
a = (y₂ − y₁) ÷ (x₂ − x₁)
a = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>a</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow><msub><mi>y</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>y</mi><mn>1</mn></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>x</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub></mrow>
</mfrac>
</mrow>
</math>
a = (y_2 - y_1)/(x_2 - x_1)
(y2 - y1)/(x2 - x1)
a := (y2 - y1)/(x2 - x1);
a = (y2 - y1)/(x2 - x1);
a = (y_2 - y_1)/(x_2 - x_1)
b = y₁ − ax₁
b = y_1 - a x_1
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>b</mi>
<mo>=</mo>
<msub><mi>y</mi><mn>1</mn></msub>
<mo>−</mo>
<mi>a</mi>
<msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub>
</mrow>
</math>
b = y_1 - a x_1
y1 - a x1
b := y1 - a*x1;
b = y1 - a*x1;
b = y_1 - a x_1
x = −b ÷ a
x = -\frac{b}{a}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>x</mi>
<mo>=</mo>
<mo>−</mo>
<mfrac><mi>b</mi><mi>a</mi></mfrac>
</mrow>
</math>
x = -b/a
-b/a
x := -b/a;
x = -b/a;
x = −b/a
請 ChatGPT 幫忙計算的方法
你是數學(一次函數)的計算助理。請務必實際執行 Python 程式碼來進行下面的計算,並只以執行結果的數值作為回答的根據(不要用心算或推測回答)。 請求出通過兩點 (1, 3)、(4, 9) 的一次函數 y = ax + b。 請分別列出下列內容: 1. 斜率 a(變化率),附 Δy/Δx 的計算過程 2. y 截距 b 3. 直線方程式 y = ax + b 4. 和 x 軸的交點、和 y 軸的交點的坐標 5. x = 5 時 y 的值 請在 Python 中使用標準函式庫的 fractions 模組精確計算,並列出計算用的公式和執行結果的數值。答案是分數時,請以約分好的分數表示。
使用方法
-
1輸入數值在輸入欄中輸入要計算的數值
-
2計算按下「計算」按鈕
-
3查看結果計算結果會立即顯示。計算的思路和公式的解說,也都能在同一個頁面查看
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