График линейной функции, его свойства и формулы
О чем эта статья:
Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).
Понятие функции
Функция — это зависимость «y» от «x», где «x» является переменной или аргументом функции, а «y» — зависимой переменной или значением функции.
Задать функцию значит определить правило, в соответствии с которым по значениям независимой переменной можно найти соответствующие ее значения. Вот, какими способами ее можно задать:
- Табличный способ — помогает быстро определить конкретные значения без дополнительных измерений или вычислений.
- Графический способ — наглядно.
- Аналитический способ — через формулы. Компактно, и можно посчитать функцию при произвольном значении аргумента из области определения.
- Словесный способ.
График функции — это объединение всех точек, когда вместо «x» можно подставить произвольные значения и найти координаты этих точек.
Понятие линейной функции
Линейная функция — это функция вида y = kx + b, где х — независимая переменная, k, b — некоторые числа. При этом k — угловой коэффициент, b — свободный коэффициент.
Геометрический смысл коэффициента b — длина отрезка, который отсекает прямая по оси OY, считая от начала координат.
Геометрический смысл коэффициента k — угол наклона прямой к положительному направлению оси OX, считается против часовой стрелки.
Если известно конкретное значение х, можно вычислить соответствующее значение у.
Нам дана функция: у = 0,5х – 2. Значит:
- если х = 0, то у = -2;
- если х = 2, то у = -1;
- если х = 4, то у = 0;
- и т. д.
Для удобства результаты можно оформлять в виде таблицы:
Графиком линейной функции является прямая линия. Для его построения достаточно двух точек, координаты которых удовлетворяют уравнению функции.
Угловой коэффициент отвечает за угол наклона прямой, свободный коэффициент — за точку пересечения графика с осью ординат.
Буквенные множители «k» и «b» — это числовые коэффициенты функции. На их месте могут стоять любые числа: положительные, отрицательные или дроби.
Давайте потренируемся и определим для каждой функций, чему равны числовые коэффициенты «k» и «b».
| Функция | Коэффициент «k» | Коэффициент «b» |
|---|---|---|
| y = 2x + 8 | k = 2 | b = 8 |
| y = −x + 3 | k = −1 | b = 3 |
| y = 1/8x − 1 | k = 1/8 | b = −1 |
| y = 0,2x | k = 0,2 | b = 0 |
Может показаться, что в функции «y = 0,2x» нет числового коэффициента «b», но это не так. В данном случае он равен нулю. Чтобы не поддаваться сомнениям, нужно запомнить: в каждой функции типа «y = kx + b» есть коэффициенты «k» и «b».
Еще не устали? Изучать математику веселее с опытным преподавателем на курсах по математике в Skysmart!
Свойства линейной функции
- Область определения функции — множество всех действительных чисел.
- Множеством значений функции является множество всех действительных чисел.
- График линейной функции — прямая. Для построения прямой достаточно знать две точки. Положение прямой на координатной плоскости зависит от значений коэффициентов k и b.
- Функция не имеет ни наибольшего, ни наименьшего значений.
- Четность и нечетность линейной функции зависят от значений коэффициентов k и b:
b ≠ 0, k = 0, значит y = b — четная;
b = 0, k ≠ 0, значит y = kx — нечетная;
b ≠ 0, k ≠ 0, значит y = kx + b — функция общего вида;
b = 0, k = 0, значит y = 0 — как четная, так и нечетная функция. - Свойством периодичности линейная функция не обладает, потому что ее спектр непрерывен.
- График функции пересекает оси координат:
ось абсцисс ОХ — в точке (-b/k, 0);
ось ординат OY — в точке (0; b). - x=-b/k — является нулем функции.
- Если b = 0 и k = 0, то функция y = 0 обращается в ноль при любом значении переменной х.
Если b ≠ 0 и k = 0, то функция y = b не обращается в нуль ни при каких значениях переменной х. - Функция монотонно возрастает на области определения при k > 0 и монотонно убывает при k 0: функция принимает отрицательные значения на промежутке (-∞, – b /k) и положительные значения на промежутке (- b /k, +∞)
При k b /k, +∞) и положительные значения на промежутке (-∞, – b /k). - Коэффициент k характеризует угол, который образует прямая с положительным направлением Ох. Поэтому k называют угловым коэффициентом.
Если k > 0, то этот угол острый, если k
Построение линейной функции
В геометрии есть аксиома: через любые две точки можно провести прямую и притом только одну. Исходя из этой аксиомы следует: чтобы построить график функции вида «у = kx + b», достаточно найти всего две точки. А для этого нужно определить два значения х, подставить их в уравнение функции и вычислить соответствующие значения y.
Например, чтобы построить график функции y = 1 /3x + 2, можно взять х = 0 и х = 3, тогда ординаты этих точек будут равны у = 2 и у = 3. Получим точки А (0; 2) и В (3; 3). Соединим их и получим такой график:
В уравнении функции y = kx + b коэффициент k отвечает за наклон графика функции:
- если k > 0, то график наклонен вправо;
- если k 0, то график функции y = kx + b получается из y = kx со сдвигом на b единиц вверх вдоль оси OY;
- если b 1 /2x + 3, y = x + 3.
Проанализируем рисунок. Все графики наклонены вправо, потому что во всех функциях коэффициент k больше нуля. Причем, чем больше значение k, тем круче идет прямая.
В каждой функции b = 3, поэтому все графики пересекают ось OY в точке (0; 3).
Теперь рассмотрим графики функций y = -2x + 3, y = – 1 /2x + 3, y = -x + 3.
В этот раз во всех функциях коэффициент k меньше нуля, и графики функций наклонены влево. Чем больше k, тем круче идет прямая.
Коэффициент b равен трем, и графики также пересекают ось OY в точке (0; 3).
Рассмотрим графики функций y = 2x + 3, y = 2x, y = 2x – 2.
Теперь во всех уравнениях функций коэффициенты k равны. Получили три параллельные прямые.
При этом коэффициенты b различны, и эти графики пересекают ось OY в различных точках:
- график функции y = 2x + 3 (b = 3) пересекает ось OY в точке (0; 3);
- график функции y = 2x (b = 0) пересекает ось OY в точке начала координат (0; 0);
- график функции y = 2x – 2 (b = -2) пересекает ось OY в точке (0; -2).
Прямые будут параллельными тогда, когда у них совпадают угловые коэффициенты.
Подытожим. Если мы знаем знаки коэффициентов k и b, то можем представить, как выглядит график функции y = kx + b.
Если k 0, то график функции y = kx + b выглядит так:
0″ src=”https://user84060.clients-cdnnow.ru/uploads/5fc1049363f94987951092.png” style=”height: 600px;”>
Если k > 0 и b > 0, то график функции y = kx + b выглядит так:
0 и b > 0″ src=”https://user84060.clients-cdnnow.ru/uploads/5fc104b2640e6151326286.png” style=”height: 600px;”>
Точки пересечения графика функции y = kx + b с осями координат:
- С осью ОY. Абсцисса любой точки, которая принадлежит оси ОY равна нулю. Поэтому, чтобы найти точку пересечения с осью ОY, нужно в уравнение функции вместо х подставить ноль. Тогда получим y = b.
Координаты точки пересечения с осью OY: (0; b). - С осью ОХ. Ордината любой точки, которая принадлежит оси ОХ равна нулю. Поэтому, чтобы найти точку пересечения с осью ОХ, нужно в уравнение функции вместо y подставить ноль. И получим 0 = kx + b. Значит x = – b /k.
Координаты точки пересечения с осью OX: (- b /k; 0)
Решение задач на линейную функцию
Чтобы решать задачи и строить графики линейных функций, нужно рассуждать и использовать свойства и правила выше. Давайте потренируемся!
Пример 1. Построить график функции y = kx + b, если известно, что он проходит через точку А (-3; 2) и параллелен прямой y = -4x.
- В уравнении функции y = kx + b два неизвестных параметра: k и b. Поэтому в тексте задачи нужно найти два условия, которые характеризуют график функции.
Из того, что график функции y = kx + b параллелен прямой y = -4x, следует, что k = -4. То есть уравнение функции имеет вид y = -4x + b.
Осталось найти b. Известно, что график функции y = -4x + b проходит через точку А (-3; 2). Подставим координаты точки в уравнение функции и мы получим верное равенство:
2 = -4(-3) + b
b = -10 - Таким образом, нам надо построить график функции y = -4x – 10
Мы уже знаем точку А (-3; 2), возьмем точку B (0; -10).
Поставим эти точки в координатной плоскости и соединим прямой:
Пример 2. Написать уравнение прямой, которая проходит через точки A (1; 1); B (2; 4).
- Если прямая проходит через точки с заданными координатами, значит координаты точек удовлетворяют уравнению прямой y = kx + b.
Следовательно, если координаты точек подставить в уравнение прямой, то получим верное равенство. - Подставим координаты каждой точки в уравнение y = kx + b и получим систему линейных уравнений.
- Вычтем из второго уравнения системы первое, и получим k = 3.
Подставим значение k в первое уравнение системы, и получим b = -2.
Прямые на координатной плоскости
Линейная функция
Линейной функцией называют функцию, заданную формулой
где k и b – произвольные (вещественные) числа.
При любых значениях k и b графиком линейной функции является прямая линия .
Число k называют угловым коэффициентом прямой линии (1), а число b – свободным членом .
График линейной функции
При k > 0 линейная функция (1) возрастает на всей числовой прямой, а её график ( прямая линия ) имеет вид, изображенный на рис. 1, 2 и 3.
 |
| Рис.1 |
 |
| Рис.2 |
 |
| Рис.3 |
При k = 0 линейная функция (1) принимает одно и тоже значение y = b при всех значениях x , а её график представляет собой прямую линию, параллельную оси абсцисс, и изображен на рис. 4, 5 и 6.
 |
| Рис.4 |
 |
| Рис.5 |
 |
| Рис.6 |
При k линейная функция (1) убывает на всей числовой прямой, а её график ( прямая линия ) имеет вид, изображенный на рис. 7, 8 и 9.
имеющие одинаковые угловые коэффициенты и разные свободные члены 
, параллельны .
имеющие разные угловые коэффициенты 
, пересекаются при любых значениях свободных членов.
y = kx + b1 и 
перпендикулярны при любых значениях свободных членов.
Угловой коэффициент прямой линии
равен тангенсу угла φ , образованному (рис. 10) при повороте положительной полуоси абсцисс против часовой стрелки вокруг начала координат до прямой (2).
 |
| Рис.10 |
 |
| Рис.11 |
 |
| Рис.12 |
Прямая (1) пересекает ось Oy в точке, ордината которой (рис. 11) равна b .
При 
прямая (1) пересекает ось Ox в точке, абсцисса которой (рис. 12) вычисляется по формуле
Прямые, параллельные оси ординат
Прямые, параллельные оси Oy , задаются формулой
где c – произвольное число, и изображены на рис. 13, 14, 15.
 |
| Рис.13 |
 |
| Рис.14 |
 |
| Рис.15 |
Замечание 1 . Из рис. 13, 14, 15 вытекает, что зависимость, заданная формулой (3), функцией не является, поскольку значению аргумента x = c соответствует бесконечное множество значений y .;
Уравнение вида px + qy = r . Параллельные прямые. Перпендикулярные прямые
где p, q, r – произвольные числа.
В случае, когда 
уравнение (4) можно переписать в виде (1), откуда вытекает, что оно задаёт прямую линию .
что и требовалось.
В случае, когда 
получаем:
откуда вытекает, что уравнение (4) задает прямую линию вида (3).
В случае, когда q = 0, p = 0, уравнение (4) имеет вид
и при r = 0 его решением являются точки всей плоскости:
В случае, когда 
уравнение (5) решений вообще не имеет.
Замечание 2 . При любом значении r1 , не совпадающем с r прямая линия, заданная уравнением
параллельна прямой, заданной уравнением (4) .
Замечание 3 . При любом значении r2 прямая линия, заданная уравнением
перпендикулярна прямой, заданной уравнением (4) .
Пример . Составить уравнение прямой, проходящей через точку с координатами (2; – 3) и
- параллельной к прямой
- перпендикулярной к прямой (8).
В соответствии с формулой (6), будем искать уравнение прямой, параллельной прямой (8), в виде
где r1 – некоторое число. Поскольку прямая (9) проходит через точку с координатами (2; – 3), то справедливо равенство
Итак, уравнение прямой, параллельной к прямой
В соответствии с формулой (7), будем искать уравнение прямой, перпендикулярной прямой (8), в виде
где r2 – некоторое число. Поскольку прямая (10) проходит через точку с координатами (2; – 3), то справедливо равенство
Уравнение параллельной прямой
Альтернативная формула:
Прямая, проходящая через точку M1(x1; y1) и параллельная прямой Ax+By+C=0 , представляется уравнением
назначение сервиса . Онлайн-калькулятор предназначен для составления уравнения параллельной прямой (см. также как составить уравнение перпендикулярной прямой).
Пример №2 . Написать уравнение прямой, параллельной прямой 2x + 5y = 0 и образующей вместе с осями координат треугольник, площадь которого равна 5.
Решение. Так как прямые параллельны, то уравнение искомой прямой 2x + 5y + C = 0. Площадь прямоугольного треугольника 
, где a и b его катеты. Найдем точки пересечения искомой прямой с осями координат:
;
.
Итак, A(-C/2,0), B(0,-C/5). Подставим в формулу для площади: 
. Получаем два решения: 2x + 5y + 10 = 0 и 2x + 5y – 10 = 0 .
Пример №3 . Составить уравнение прямой, проходящей через точку (-2; 5) и параллельной прямой 5x-7y-4=0 .
Решение. Данную прямую можно представить уравнением y = 5 /7x – 4 /7 (здесь a = 5 /7). Уравнение искомой прямой есть y – 5 = 5 / 7(x – (-2)), т.е. 7(y-5)=5(x+2) или 5x-7y+45=0 .
Пример №4 . Решив пример 3 (A=5, B=-7) по формуле (2), найдем 5(x+2)-7(y-5)=0.
Пример №5 . Составить уравнение прямой, проходящей через точку (-2;5) и параллельной прямой 7x+10=0.
Решение. Здесь A=7, B=0. Формула (2) дает 7(x+2)=0, т.е. x+2=0. Формула (1) неприменима, так как данное уравнение нельзя разрешить относительно y (данная прямая параллельна оси ординат).
[spoiler title=”источники:”]
http://www.resolventa.ru/spr/algebra/degree1.htm
http://math.semestr.ru/line/parallel.php
[/spoiler]
В этой статье мы рассмотрим линейную функцию, график линейной функции и его свойства. И, как обычно, решим несколько задач на эту тему.
Линейной функцией называется функция вида 
В уравнении функции число 
, которое мы умножаем на 
называется коэффициентом наклона.
Например, в уравнении функции 
;
в уравнении функции 
;
в уравнении функции 
;
в уравнении функции 
.
Графиком линейной функции является прямая линия.
1. Чтобы построить график функции, нам нужны координаты двух точек, принадлежащих графику функции. Чтобы их найти, нужно взять два значения х, подставить их в уравнение функции, и по ним вычислить соответствующие значения y.
Например, чтобы построить график функции 
, удобно взять 
и 
, тогда ординаты эти точек будут равны 
и 
.
Получим точки А(0;2) и В(3;3). Соединим их и получим график функции :
2. В уравнении функции коэффициент 
отвечает за наклон графика функции:
Коэффициент 
отвечает за сдвиг графика вдоль оси 
:
На рисунке ниже изображены графики функций 
; 
; 
Заметим, что во всех этих функциях коэффициент больше нуля, и все графики функций наклонены вправо. Причем, чем больше значение , тем круче идет прямая.
Во всех функциях 
– и мы видим, что все графики пересекают ось OY в точке (0;3)
Теперь рассмотрим графики функций ; 
; 
На этот раз во всех функциях коэффициент меньше нуля, и все графики функций наклонены влево.
Заметим, что чем больше |k|, тем круче идет прямая. Коэффициент b тот же, b=3, и графики также как в предыдущем случае пересекают ось OY в точке (0;3)
Рассмотрим графики функций ; 
; 
Теперь во всех уравнениях функций коэффициенты равны. И мы получили три параллельные прямые.
Но коэффициенты b различны, и эти графики пересекают ось OY в различных точках:
График функции (b=3) пересекает ось OY в точке (0;3)
График функции (b=0) пересекает ось OY в точке (0;0) – начале координат.
График функции (b=-2) пересекает ось OY в точке (0;-2)
Итак, если мы знаем знаки коэффициентов k и b, то можем сразу представить, как выглядит график функции .
Если k<0 и b>0, то график функции имеет вид:
Если k>0 и b>0, то график функции имеет вид:
Если k>0 и b<0, то график функции имеет вид:
Если k<0 и b<0, то график функции имеет вид:
Если k=0 , то функция превращается в функцию 
и ее график имеет вид:
Ординаты всех точек графика функции равны
Если b=0, то график функции 
проходит через начало координат:
Это график прямой пропорциональности.
3. Отдельно отмечу график уравнения 
. График этого уравнения представляет собой прямую линию, параллельую оси все точки которой имеют абсциссу .
Например, график уравнения 
выглядит так:
Внимание! Уравнение не является функцией, так как различным значениям функции соответствует одно и то же значение аргумента, что не соответствует определению функции.
4. Условие параллельности двух прямых:
График функции 
параллелен графику функции 
, если 
5. Условие перпендикулярности двух прямых:
График функции перпендикулярен графику функции , если 
или 
6. Точки пересечения графика функции с осями координат.
С осью ОY. Абсцисса любой точки, принадлежащей оси ОY равна нулю. Поэтому, чтобы найти точку пересечения с осью ОY нужно в уравнение функции вместо х подставить ноль. Получим y=b. То есть точка пересечения с осью OY имеет координаты (0;b).
С осью ОХ: Ордината любой точки, принадлежащей оси ОХ равна нулю. Поэтому, чтобы найти точку пересечения с осью ОХ нужно в уравнение функции вместо y подставить ноль. Получим 0=kx+b. Отсюда 
. То есть точка пересечения с осью OX имеет координаты (
;0):
Рассмотрим решение задач.
1. Постройте график функции , если известно, что он проходит через точку А(-3;2) и параллелен прямой y=-4x.
В уравнении функции два неизвестных параметра: k и b. Поэтому в тексте задачи должны быть два условия, характеризующих график функции.
а) Из того, что график функции параллелен прямой y=-4x, следует, что k=-4. То есть уравнение функции имеет вид 
б) Нам осталось найти b. Известно, что график функции проходит через точку А(-3;2). Если точка принадлежит графику функции, то при подстановке ее координат в уравнение функции, мы получим верное равенство:
отсюда b=-10
Таким образом, нам надо построить график функции 
Точка А(-3;2) нам известна, возьмем точку B(0;-10)
Поставим эти точки в координатной плоскости и соединим их прямой:
2. Написать уравнение прямой, проходящей через точки A(1;1); B(2;4).
Если прямая проходит через точки с заданными координатами, следовательно, координаты точек удовлетворяют уравнению прямой . То есть если мы координаты точек подставим в уравнение прямой, то получим верное равенство.
Подставим координаты каждой точки в уравнение и получим систему линейных уравнений.
Вычтем из второго уравнения системы первое, и получим 
. Подставим значение k в первое уравнение системы, и получим b=-2.
Итак, уравнение прямой 
.
3. Постройте график уравнения 
Чтобы найти, при каких значениях неизвестного произведение нескольких множителей равно нулю, нужно каждый множитель приравнять к нулю и учесть ОДЗ каждого множителя.
Это уравнение не имеет ограничений на ОДЗ. Разложим на множители вторую скобку и приравняем каждый множитель к нулю. Получим совокупность уравнений:
Построим графики всех уравнений совокупности в одной коорднатной плоскости. Это и есть график уравнения :
4. Постройте график функции , если он перпендикулярен прямой 
и проходит через точку М(-1;2)
Мы не будем строить график, только найдем уравнение прямой.
а) Так как график функции , если он перпендикулярен прямой , следовательно 
, отсюда 
. То есть уравнение функции имеет вид 
б) Мы знаем, что график функции проходит через точку М(-1;2). Подставим ее координаты в уравнение функции. Получим:
, отсюда 
.
Следовательно, наша функция имеет вид: 
.
5. Постройте график функции 
Упростим выражение, стоящее в правой части уравнения функции.
Важно! Прежде чем упрощать выражение, найдем его ОДЗ.
Знаменатель дроби не может быть равен нулю, поэтому 
, 
.
Тогда наша функция принимает вид:
То есть нам надо построить график функции 
и выколоть на нем две точки: с абсциссами x=1 и x=-1:
И.В. Фельдман, репетитор по математике.
Параллельный перенос, сжатие и растяжение графиков. Построение графиков с модулями.
Графики многих функций можно получить из ранее рассмотренных с помощью элементарных геометрических преобразований: параллельного переноса, сжатия, растяжения, симметричного отображения. Рассмотрим некоторые из этих преобразований. Для каждого из элементарных преобразований предлагается два способа построения графика: с помощью преобразования графика и с помощью преобразования системы координат. Обучающийся должен выбрать тот, который кажется ему проще и овладеть им. В каждом случае считается известным график функции у = f(х).
Параллельный перенос графиков
График функции у = /(x) + Ь получается из графика функции у = f(х) с помощью его переноса на вектор b = (0; b). Действительно, в этом случае ко всем ординатам графика у = f(х) прибавляется величина b, что означает сдвиг графика вдоль оси Оу. Если b > 0, то график функции у = f(х) переносится вверх параллельно оси Oy на b, если b < 0, то график функции у = f(x) переносится вниз параллельно оси Oy на |b| (рис. 49). Заметим, что вместо переноса графика, можно перенести в противоположном направлении ось Ox (если b > 0 — вниз, если b < 0 — вверх), прибавив ко всем значениям по оси Oy величину b.
Пример:
График функции у = x² — 1 (рис. 50) смещен на 1 вниз параллельно оси Oy относительно графика функции у = х².
График функции у = f(x+a) получается с помощью переноса графика функции у = f(x) на вектор а = (—а;0). Действительно, перейдя к новым координатам X = х + α, Y = у параллельным переносом вдоль оси Ox на —а, заметим, что относительно новых координат получится исходный график функции Y = f(X). Если а > 0, то старые координаты получаются из новых сдвигом направо вдоль оси Ox на α, т.к. х = X — а. Если же сдвигать график, а не систему координат, то его нужно двигать в противоположном направлении — налево. Итак, если а > 0, то график функции у = f(x) переносится налево параллельно оси Ox на а, если а < 0, то график функции у = f(x) переносится направо вдоль оси Ox на ∣α∣ (рис. 51). Вместо переноса графика можно перенести в противоположном направлении ось Oy (если α > 0 — вправо, если α < 0 — влево), отняв от всех значений по оси Ox величину а.
Пример:
График функции у = (x- 2)² смещен на 2 ед. вправо параллельно оси Ox относительно графика функции у = х². (рис. 52).
Сжатие и растяжение графиков
График функции у = kf(x), где к ∈ R, получается с помощью ’’растяжения” графика функции у = f(x) в к раз в направлении от оси Ох. ’’Растяжение” здесь понимается как умножение на к ординат всех точек графика у = f(x)∙ При k > 1 это будет действительно растяжение в к раз от оси Ox вдоль оси Оу. При 0 < k < 1 это будет сжатие в 
раз к оси Ox вдоль оси Оу. При k ≤ -1 это будет растяжение в ∣k∣ раз с последующим симметричным отображением относительно оси Ox (перевернуть сверху вниз); при -1 ≤ k < 0 это будет сжатие в 
раз и симметрия относительно оси Ox ( рис. 53). В частности, график функции у = —f(x) получается симметричным отображением относительно оси Ox графика функции у = f(x).
Вместо преобразования графика при k > 0 можно исправить значения по оси Оу, умножив их на k. При k < 0 в этом случае пришлось бы менять направление оси, что неудобно; лучше перевернуть график сверху вниз.
График функции у = f(kx), где k ∈ R, получается с помощью ’’сжатия” графика у = f(x) в к раз в направлении к оси Оу. ’’Сжатие” здесь понимается как деление на к абсцисс всех точек графика у = f(x). Действительно, если, например, f(1) =0, то, сделав замену X = kх, Y = у, получим, что функция у = f(kx) обращается в нуль при kх = 1, т.е. при 
При k > 1 график функции у = f(x) сжимается в k раз к оси Oy вдоль оси Ох; при 0 < k < 1 график функции у = f(x) растягивается в раз от оси Oy вдоль оси Ох; при k ≤ — 1 исходньй график сжимается в |k| раз и симметрично отражается относительно оси Oy (слева направо); при -1 ≤ k < 0 исходный график растягивается в 
раз с последующей симметрией относительно оси Оу.
В частности, график функции у = f(-x) получается из графика функции у = f(-x) симметрией относительно оси Оу.
Вместо преобразования графика при k > 0 можно исправить значения по оси Ох, поделив их на k. При k < 0 в этом случае следует предварительно перевернуть график слева направо.
Пример:
График функции у = cos 2х получается из графика у = cos х сжатием в 2 раза к оси Оу; график функции у = ln(—х) получается из графика у = ln х симметрией относительно оси Oy ( рис. 54).
Пользуясь изложенными методами, приведем последовательность преобразований при построении графика функции у = f(kx + b), если дан график функции у = f(x):
- нарисовать график функции у = f(x);
- получить график функции у = f(x + b), сдвинув исходный на вектор b = (-b; 0), как описано в п. 5.1;
- получить график функции у = f(kx + b), “сжав” предыдущий в к раз к оси Оу, как описано выше.
Пример:
Написать последовательность преобразований и построить график функции у = 
.
Решение:
Построение графика показано на рис. 55
Замечание:
Теперь понятно, что если функция у = f(x) периодическая с периодом Т, то функция у = К ∙ f(kx + b) + а тоже периодическая с периодом T₁ = 
. (п. 3.5 лекции 3). Действительно, график последней функции получается из исходного сдвигом вдоль оси Ох, что не меняет период, последующим “сжатием“ вдоль оси Ох, что “уменьшает» период в |k| раз (период T делится на |k|), и окончательным умножением всех ординат на К с последующим прибавлением а, что также не изменяет получившийся период T₁ =
Построение графиков с модулями
График функции у = ∣f(x)∣ получается из графика функции у = f(x) следующим образом (рис. 56)
- все части графика функции у = f(x), лежащие ниже оси Ох, следует отобразить вверх симметрично относительно этой оси;
- оставшиеся внизу части исходного графика следует стереть.
Действительно, по определению модуля действительного числа имеем:
(5.1) 
Таким образом, те участки исходного графика, которые лежат не ниже оси Ox (f(x) ≥ 0), менять не нужно, а для тех участков, которые лежат ниже оси Ох, нужно построить функцию у = —f(x). В соответствии с п. 5.2 это получается симметричным отображением исходного графика относительно оси Ох. Заметим, что полученный график лежит не ниже оси Ох, что естественно, т.к. |f(x)| ≥ 0 для ∀x ∈ D(f).
Пример:
Построение графика функции у = |х² — 1| показано на рис. 57.
График функции у = f (|x|) получается из графика функции у = f(х) следующим образом (рис. 58):
- все части графика функции у = f(x), лежащие слева от оси Оу, следует стереть;
- о оставшуюся часть графика следует отобразить налево симметрично относительно оси Оу.
Действительно, по определению модуля действительного числа имеем:
(5.2) 
Таким образом, не нужно изменять те участки исходного графика, для которых х ≥ 0, а для х<0 (слева от оси Оу) следует построить график функции у = f(—х). В соответствии с п. 5.2 это получается симметричным отображением исходного графика относительно оси Оу. Заметим, что полученный график симметричен относительно оси Оу, что естественно, т.к. функция у = f(|x|) четная (докажите самостоятельно).
Пример:
Построение графика функции у = (|x| — 2)² показано на рис. 59
Элементарными методами можно строить эскизы графиков более сложных функций.
Пример:
Построить эскиз графика у = 
Решение:
Построение графика показано на рис. 60. Заметим, что график отсутствует там, где sin х < О, так как D(x) = {x| sin х ≥ 0}
Кроме того, так как √u > и при 0 < u < 1, то график у = (сплошная линия) будет лежать не ниже графика у = sin x (пунктирная линия), если их нарисовать в одних осях.
Построение графиков функций с примерами
Пример:
C помощью элементарных преобразований постройте график функции: у = x² — х — 2.
Решение:
Выделим полный квадрат из правой части уравнения функции: у = x² — х — 2 ⇔ y = x²-x+
⇔ у = 
. График этой функции получается следующей последовательностью элементарных преобразований (рис. 61):
1) y =x²
2) у =
. Сдвиг вправо вдоль Ox на 
.
3) у = . Сдвиг вниз вдоль Oy на 
.
Пример:
Используя сложение, деление функций, постройте график функции: у = х + 
.
Решение:
В одних осях координат нарисуем графики следующих функций (рис. 62):
1) у = х,
2) y=,
3) y = x + .
Пример:
Постройте график сложной функции у = sin² х.
Решение:
В одних осях координат нарисуем графики функций:
1) y = sin x,
2) y = sin² х.
Учитывая, что квадрат числа меньшего единицы, меньше исходного числа, получим график (рис. 63)
Пример:
Постройте график функции в полярной системе координат: r = 
(прямая линия).
Решение:
Вычислим значения г для некоторых значений 
∈ (0; π) — см. таблицу.
 |
0 |  |
 |
 |
 |
| r | ∞ | 2 |  |
 |
∞ |
Соединив плавной линией найденные точки, получим линию вдоль оси Ох, проходящую через точку (0;1). Докажем что эта линия — прямая (рис. 64). Действительно: из Δ ОAВ ⇒ cos = 
= 
⇒ r = .
Пример:
Постройте линию, описываемую уравнением, у = 
Решение:
Сначала построим график функции у =
(рис. 65). Затем, пользуясь определением |x| (2.1), строим график (рис. 66) функции у = 
Наконец, строим линию описываемую уравнением у = (рис. 67):
Пример:
Постройте линию, описываемую уравнением у = 
Решение:
Для построения графика данного примера сначала постройте график функции у =. Затем, в соответствии с определением |х|, сотрите ту часть графика, которая расположена слева от оси Оу, а оставшуюся справа часть, отразите симметрично оси Оу.
Ответ: рис. 68.
Пример:
Постройте линию, описываемую уравнением у = |х² — х -2|.
Решение:
Для построения графика данного примера сначала постройте график функции у = х² — х — 2. Затем отразите симметрично оси Ox ту часть графика, которая осталась снизу от оси Ох. Затем сотрите ту часть графика, которая расположена в нижней полуплоскости.
Ответ: рис. 69.
Решение заданий и задач по предметам:
- Математика
- Высшая математика
- Математический анализ
- Линейная алгебра
Дополнительные лекции по высшей математике:
- Тождественные преобразования алгебраических выражений
- Функции и графики
- Квадратная функция и её графики
- Алгебраические неравенства
- Неравенства
- Неравенства с переменными
- Прогрессии в математике
- Арифметическая прогрессия
- Геометрическая прогрессия
- Показатели в математике
- Логарифмы в математике
- Исследование уравнений
- Уравнения высших степеней
- Уравнения высших степеней с одним неизвестным
- Комплексные числа
- Непрерывная дробь (цепная дробь)
- Алгебраические уравнения
- Неопределенные уравнения
- Соединения
- Бином Ньютона
- Число е
- Непрерывные дроби
- Функция
- Исследование функций
- Предел
- Интеграл
- Двойной интеграл
- Тройной интеграл
- Интегрирование
- Неопределённый интеграл
- Определенный интеграл
- Криволинейные интегралы
- Поверхностные интегралы
- Несобственные интегралы
- Кратные интегралы
- Интегралы, зависящие от параметра
- Квадратный трехчлен
- Производная
- Применение производной к исследованию функций
- Приложения производной
- Дифференциал функции
- Дифференцирование в математике
- Формулы и правила дифференцирования
- Дифференциальное исчисление
- Дифференциальные уравнения
- Дифференциальные уравнения первого порядка
- Дифференциальные уравнения высших порядков
- Дифференциальные уравнения в частных производных
- Тригонометрические функции
- Тригонометрические уравнения и неравенства
- Показательная функция
- Показательные уравнения
- Обобщенная степень
- Взаимно обратные функции
- Логарифмическая функция
- Уравнения и неравенства
- Положительные и отрицательные числа
- Алгебраические выражения
- Иррациональные алгебраические выражения
- Преобразование алгебраических выражений
- Преобразование дробных алгебраических выражений
- Разложение многочленов на множители
- Многочлены от одного переменного
- Алгебраические дроби
- Пропорции
- Уравнения
- Системы уравнений
- Системы уравнений высших степеней
- Системы алгебраических уравнений
- Системы линейных уравнений
- Системы дифференциальных уравнений
- Арифметический квадратный корень
- Квадратные и кубические корни
- Извлечение квадратного корня
- Рациональные числа
- Иррациональные числа
- Арифметический корень
- Квадратные уравнения
- Иррациональные уравнения
- Последовательность
- Ряды сходящиеся и расходящиеся
- Тригонометрические функции произвольного угла
- Тригонометрические формулы
- Обратные тригонометрические функции
- Теорема Безу
- Математическая индукция
- Показатель степени
- Показательные функции и логарифмы
- Множество
- Множество действительных чисел
- Числовые множества
- Преобразование рациональных выражений
- Преобразование иррациональных выражений
- Геометрия
- Действительные числа
- Степени и корни
- Степень с рациональным показателем
- Тригонометрические функции угла
- Тригонометрические функции числового аргумента
- Тригонометрические выражения и их преобразования
- Преобразование тригонометрических выражений
- Комбинаторика
- Вычислительная математика
- Прямая линия на плоскости и ее уравнения
- Прямая и плоскость
- Линии и уравнения
- Прямая линия
- Уравнения прямой и плоскости в пространстве
- Кривые второго порядка
- Кривые и поверхности второго порядка
- Числовые ряды
- Степенные ряды
- Ряды Фурье
- Преобразование Фурье
- Функциональные ряды
- Функции многих переменных
- Метод координат
- Гармонический анализ
- Вещественные числа
- Предел последовательности
- Аналитическая геометрия
- Аналитическая геометрия на плоскости
- Аналитическая геометрия в пространстве
- Функции одной переменной
- Высшая алгебра
- Векторная алгебра
- Векторный анализ
- Векторы
- Скалярное произведение векторов
- Векторное произведение векторов
- Смешанное произведение векторов
- Операции над векторами
- Непрерывность функций
- Предел и непрерывность функций нескольких переменных
- Предел и непрерывность функции одной переменной
- Производные и дифференциалы функции одной переменной
- Частные производные и дифференцируемость функций нескольких переменных
- Дифференциальное исчисление функции одной переменной
- Матрицы
- Линейные и евклидовы пространства
- Линейные отображения
- Дифференциальные теоремы о среднем
- Теория устойчивости дифференциальных уравнений
- Функции комплексного переменного
- Преобразование Лапласа
- Теории поля
- Операционное исчисление
- Системы координат
- Рациональная функция
- Интегральное исчисление
- Интегральное исчисление функций одной переменной
- Дифференциальное исчисление функций нескольких переменных
- Отношение в математике
- Математическая логика
- Графы в математике
- Линейные пространства
- Первообразная и неопределенный интеграл
- Линейная функция
- Выпуклые множества точек
- Система координат
- Параллельный перенос графика по оси OX
- Параллельный перенос графика по оси OY
- Симметрия относительно оси OX
- Симметрия относительно оси OY
- Примеры
Параллельный перенос графика по оси OX
Сравним графики пар функций, которые в общем виде можно записать так:
$$ y_1 = f(x), quad y_2 = f(x+a) $$
где $a gt 0$, произвольное положительное число.
Пусть a = 3.
|
Парабола: $y_1 = f(x) = x^2$ $y_2 = f(x+3) = (x+3)^2 $ $y_2=y_1 при x_2=x_1-3$ График смещается влево на 3 по оси OX |
 |
|
Гипербола: $ y_1 = f(x) = frac{2}{x}$ $y_2 = f(x+3) = frac{2}{x+3} $ $ y_2 = y_1 при x_2 = x_1-3 $ График смещается влево на 3 по оси OX |
|
|
Квадратный корень: $y_1 = f(x) = sqrt{x}$ $y_2 = f(x+3) = sqrt{x+3}$ $y_2 = y_1 при x_2 = x_1-3$ График смещается влево на 3 по оси OX |
|
Теперь сравним графики пар функций, которые в общем виде можно записать так:
$$ y_1 = f(x), quad y_2 = f(x-a) $$
где $a gt 0$, произвольное положительное число.
Пусть a = 2.
|
Парабола: $y_1 = f(x) = x^2$ $y_2 = f(x-2) = (x-2)^2 $ $y_2 = y_1 при x_2 = x_1+2$ График смещается вправо на 2 по оси OX |
 |
|
Гипербола: $ y_1 = f(x) = frac{2}{x}$ $y_2 = f(x-2) = frac{2}{x-2}$ $ y_2 = y_1 при x_2 = x_1+2$ График смещается вправо на 2 по оси OX |
|
|
Квадратный корень: $y_1 = f(x) = sqrt{x}$ $y_2 = f(x-2) = sqrt{x-2}$ $y_2=y_1 при x_2 = x_1+2$ График смещается вправо на 2 по оси OX |
|
При сравнении графиков двух функций
$$ y_1 = f(x), quad y_2 = f(x+a), quad a gt 0 $$
график второй функции смещается влево на a по оси OX по сравнению с графиком первой функции.
При сравнении графиков двух функций
$$ y_1 = f(x), y_2 = f(x-a), a gt 0 $$
график второй функции смещается вправо на a по оси OX по сравнению с графиком первой функции.
Заметим, что данные утверждения справедливы не только для рассмотренных функций, но и для любых других (синусов, косинусов, логарифмов и т.п.)
Параллельный перенос графика по оси OY
Сравним графики пар функций, которые в общем виде можно записать так:
$$ y_1 = f(x), quad y_2 = f(x)+a$$
где $a gt 0$, произвольное положительное число.
Пусть a = 1.
|
Парабола: $y_1 = f(x) = x^2$ $ y_2 = f(x)+1 = x^2+1 $ $y_2 = y_1+1 при x_2 = x_1$ График смещается вверх на 1 по оси OY |
 |
|
Гипербола: $ y_1 = f(x) = frac{2}{x}$ $y_2 = f(x)+1 = frac{2}{x}+1$ $ y_2 = y_1+1 при x_2 = x_1 $ График смещается вверх на 1 по оси OY |
|
|
Квадратный корень: $y_1 = f(x) = sqrt{x}$ $y_2 = f(x)+1 = sqrt{x}+1$ $y_2 = y_1+1 при x_2 = x_1$ График смещается вверх на 1 по оси OY |
|
Теперь сравним графики пар функций, которые в общем виде можно записать так:
$$ y_1 = f(x), quad y_2 = f(x)-a $$
где $a gt 0$, произвольное положительное число.
Пусть a = 2.
|
Парабола: $y_1 = f(x) = x^2$ $ y_2 = f(x)-2 = x^2-2 $ $y_2 = y_1-2 при x_2 = x_1$ График смещается вниз на 2 по оси OY |
 |
|
Гипербола: $ y_1 = f(x) = frac{2}{x}$ $y_2 = f(x)-2 = frac{2}{x} -2$ $ y_2 = y_1-2 при x_2 = x_1$ График смещается вниз на 2 по оси OY |
|
|
Квадратный корень: $y_1 = f(x) = sqrt{x}$ $y_2 = f(x)-2 = sqrt{x}-2$ $y_2 = y_1-2 при x_2 = x_1$ График смещается вниз на 2 по оси OY |
|
При сравнении графиков двух функций
$$ y_1 = f(x), quad y_2 = f(x)+a, quad a gt 0 $$
график второй функции смещается вверх на a по оси OY по сравнению с графиком первой функции.
При сравнении графиков двух функций
$$ y_1 = f(x), quad y_2 = f(x)-a, quad a gt 0 $$
график второй функции смещается вниз на a по оси OY по сравнению с графиком первой функции.
Заметим, что данные утверждения справедливы не только для рассмотренных функций, но и для любых других (синусов, косинусов, логарифмов и т.п.)
Симметрия относительно оси OX
Сравним графики пар функций, которые в общем виде можно записать так:
$$ y_1 = f(x), quad y_2 = -f(x)$$
|
Парабола: $y_1 = f(x) = x^2+1$ $ y_2 = -f(x) = -x^2-1 $ $y_2 = -y_1 при x_2 = x_1$ График симметричен относительно оси OX |
 |
|
Квадратный корень: $y_1 = f(x) = sqrt{x+2}$ $y_2 = -f(x) = -sqrt{x+2}$ $y_2 = -y_1 при x_2 = x_1$ График симметричен относительно оси OX |
|
Графики функций $y_1 = f(x), quad y_2 = -f(x)$ симметричны относительно оси OX.
Это справедливо для любой функции f(x).
Симметрия относительно оси OY
Сравним графики пар функций, которые в общем виде можно записать так:
$$ y_1 = f(x), quad y_2 = f(-x)$$
|
Парабола: $y_1=f(x)=x^2-2x$ $ y_2=f(-x)=x^2+2x $ $y_2=y_1 при x_2 = -x_1$ График симметричен относительно оси OY |
 |
|
Квадратный корень: $y_1 = f(x) = sqrt{x+2}$ $y_2 = f(-x) = -sqrt{-x+2}$ $y_2 = y_1 при x_2 = -x_1$ График симметричен относительно оси OY |
|
Графики функций $y_1 = f(x), quad y_2 = f(-x)$ симметричны относительно оси OY.
Это справедливо для любой функции f(x).
Примеры
Пример 1. Постройте в одной координатной плоскости функции
$$ y = x^2, quad y = (x-3)^2, quad y = (x-3)^2+2, quad y = -x^2 $$
Сделайте выводы.
По сравнению с графиком $y = f(x) = x^2$:
- график функции $y = f(x-3) = (x-3)^2$ сдвинут вправо на 3 по OX(→)
- график функции $y = f(x-3)+2 = (x-3)^2+2 $ сдвинут вправо на 3 по OX и вверх на 2 по OY(↑)
- график функции $y = -f(x) = -x^2$ симметричен относительно оси OX.
Пример 2. Постройте в одной координатной плоскости функции
$$ y = sqrt{x+1}, quad y = sqrt{-x+1}, quad y = – sqrt{x+1}, quad y = – sqrt{x+1}-3 $$
Сделайте выводы.
По сравнению с графиком $y = f(x) = sqrt{x+1}$:
- график функции $y = f(-x) = sqrt{-x+1}$ симметричен относительно оси OY
- график функции $y = -f(x) = – sqrt{x+1}$ симметричен относительно оси OX
- график функции $y = -f(x)-3 = -x^2$ симметричен относительно оси OX и сдвинут вниз на 3 по оси OY(↓).
§ 1 Взаимное расположение графиков линейных функций
Из курса геометрии мы знаем, что 2 прямые на плоскости могут совпадать, т.е. иметь бесконечно много общих точек; пересекаться, т.е. иметь одну общую точку или не пересекаться, т. е. не иметь ни одной общей точки. Такие прямые называются параллельными.
Линейная функция задаётся равенством вида у = kх + m. Коэффициент k называют угловым коэффициентом. Он «отвечает» за угол наклона прямой относительно положительного направления оси х. Если k > 0, то угол наклона острый (как на рисунке 1), если k < 0, то угол наклона тупой (как на рисунке 2).
А теперь посмотрим на рисунок 3. На нём изображены 2 прямые, заданные уравнениями у = k1 + m1 и у = k2 + m2. Предположим, что k1 = k2. Это означает, что углы наклона прямой одинаковы. Это соответственные углы, а значит данные нам прямые параллельны по признаку параллельных прямых.
Таким образом, если 2 линейные функции имеют одинаковый угловой коэффициент, то их графики будут параллельны. Если же угловые коэффициенты не равны, то графики будут пересекаться.
Например, даны линейные функции, заданные формулами у = 2х – 1 и у = 2х + 3. Как будут располагаться на плоскости их графики по отношению друг к другу? Так как угловой коэффициент первой функции k1 = 2 и угловой коэффициент второй функции k2 = 2, то графики будут параллельны.
Или другая пара: у = х – 3 и у = 2х + 3. У первой функции коэффициент k1 = 1, а у второй функции коэффициент k2 = 2. Это неравные коэффициенты, поэтому графики этих функций будут пересекаться. А в каком же случае прямые будут совпадать?
Для ответа надо сначала ответить на другой вопрос: а за что «отвечает» коэффициент m? Давайте посмотрим на рисунок, на котором изображены графики трёх функций:
у = х, у = х + 3 и у = х – 2.
У всех трёх функций угловой коэффициент k= 1, т. е. графики параллельны. Но обратите внимание: график функции у = х проходит через начало координат, здесь m = 0. График функции у = х + 3 получен сдвигом графика у = х на 3 единицы вверх, как показывает коэффициент m = 3.
График функции у = х – 2 получен сдвигом графика у = х на 2 единицы вниз, как показывает коэффициент m = –2. Иначе говоря, коэффициент m отвечает за параллельный перенос графика у = kх относительно начала координат на m единиц вдоль оси у.
Теперь можно ответить на поставленный вопрос. 2 прямые будут совпадать, если у них одинаковые угловые коэффициенты и коэффициент m1равен коэффициенту m2.
§ 2 Краткие итоги по теме урока
Графики линейных функций по отношению друг к другу на плоскости могут быть параллельны, если угловые коэффициенты k1 и k2 равны, а коэффициенты m1 и m2 различны. Могут пересекаться в случае, когда угловые коэффициенты k1 и k2 не равны. А также могут совпадать, если угловые коэффициенты k1 и k2 равны и коэффициенты m1 и m2 так же равны. График функции у = kх проходит через начало координат, т. к. коэффициент m = 0, а график функции у = kх + m проходит через точку (0; m).
