一次函数与方程

📘 一次函数·
⭐⭐⭐
·交点、解方程

🎯 学习目标

  • 理解一次函数与一元一次方程之间的关系
  • 掌握求两个一次函数图像交点的方法
  • 能通过解方程解决实际问题中的交点问题

📚 核心概念

一次函数的一般形式是 y=kx+by = kx + b(其中 k0k \neq 0),它的图像是平面上的一条直线。当我们有两个一次函数,比如 y=k1x+b1y = k_1x + b_1y=k2x+b2y = k_2x + b_2,它们的图像可能相交于一点、平行(无交点)或重合(无数交点)。求这两个函数图像的交点,本质上就是求同时满足两个方程的 xxyy 值,也就是解由这两个方程组成的方程组。

例如,要求函数 y=2x+1y = 2x + 1y=x+4y = -x + 4 的交点,只需令右边相等:2x+1=x+42x + 1 = -x + 4,解这个一元一次方程得到 x=1x = 1,再代入任一函数得 y=3y = 3,所以交点是 (1,3)(1, 3)

这说明:两个一次函数图像的交点坐标,就是对应方程组的解。如果两个函数斜率相同(即 k1=k2k_1 = k_2)但截距不同,则两直线平行,无交点,对应方程组无解;若斜率和截距都相同,则两直线重合,有无穷多交点。

📝 关键公式

  • 一次函数交点求法:联立两个函数 y=k1x+b1y = k_1x + b_1y=k2x+b2y = k_2x + b_2,解方程 k1x+b1=k2x+b2k_1x + b_1 = k_2x + b_2

    • 示例:y=3x2y = 3x - 2y=x+4y = x + 4 联立得 3x2=x+43x - 2 = x + 4
  • 方程组解的情况判断

    • k1k2k_1 \neq k_2,有唯一解(一个交点);
    • k1=k2k_1 = k_2b1b2b_1 \neq b_2,无解(平行);
    • k1=k2k_1 = k_2b1=b2b_1 = b_2,无穷多解(重合)。
    • 示例:y=2x+1y = 2x + 1y=2x3y = 2x - 3 平行,无交点。

💡 经典例题

例题1(基础):求函数 y=x+2y = x + 2y=2x+5y = -2x + 5 的交点。

  1. 联立方程:令 x+2=2x+5x + 2 = -2x + 5
  2. 移项合并:x+2x=52x + 2x = 5 - 23x=33x = 3
  3. 解得:x=1x = 1
  4. 代入任一函数求 yyy=1+2=3y = 1 + 2 = 3
  5. 所以交点为 (1,3)(1, 3)

例题2(进阶):已知函数 y=4x1y = 4x - 1y=ax+3y = ax + 3 的图像交于点 (2,y)(2, y),求 aa 的值。

  1. 因为交点在第一条直线上,先求 yyy=4×21=81=7y = 4 \times 2 - 1 = 8 - 1 = 7
  2. 所以交点是 (2,7)(2, 7),它也在第二条直线上,代入得:7=a×2+37 = a \times 2 + 3
  3. 解方程:2a=73=42a = 7 - 3 = 4a=2a = 2
  4. 答:a=2a = 2

⚠️ 易错点

  • 忘记验证解是否满足两个方程:解出 xx 后应代入原函数检查 yy 是否一致,避免计算错误。
  • 混淆斜率与截距的作用:误以为只要截距不同就一定相交,其实要看斜率是否相等。
  • 解方程时移项符号错误:如将 2x+3=x+12x + 3 = -x + 1 错写成 2xx=1+32x - x = 1 + 3,正确应为 2x+x=132x + x = 1 - 3
  • 忽略无解或无穷解的情况:看到两个一次函数就默认有交点,需先比较斜率和截距。
  • 交点坐标写反:把 (x,y)(x, y) 写成 (y,x)(y, x),注意横坐标在前、纵坐标在后。

💡 例题

1

假设f(x)=ax+bf(x) = ax+bg(x)=3x+5g(x) = -3x+5。如果h(x)=f(g(x))h(x) = f(g(x))h1(x)=x+7h^{-1}(x) = x+7,求aba-b

  1. ffgg的定义代入h(x)=f(g(x))h(x) = f(g(x)),得到h(x)=ag(x)+b=a(3x+5)+b=3ax+(5a+b)h(x) = ag(x) + b = a(-3x+5)+b = -3ax + (5a+b)
  2. 因为h1(x)h^{-1}(x)是由xx加7得到的,所以h1h^{-1}的逆运算是减去7。因此h(x)=x7h(x)=x-7
h(h1(x))=(x+7)7=x.h(h^{-1}(x))=(x+7)-7=x.

验证:代入后成立。 4. 联立关于hh的两个式子,得

3ax+(5a+b)=x7.-3ax + (5a+b)=x-7.

。 5. 由此可解出aabb,再求出aba-b;但注意到代入x=2x=2可直接得

6a+(5a+b)=27-6a+(5a+b)=2-7

ba=5.b-a=-5.

。 6. 所以ab=5a-b=\boxed{5}

2

假设f(x)=ax+bf(x) = ax+bg(x)=3x+5g(x) = -3x+5。如果h(x)=f(g(x))h(x) = f(g(x))h1(x)=x+7h^{-1}(x) = x+7,求aba-b

  1. ffgg的定义代入h(x)=f(g(x))h(x) = f(g(x)),得到h(x)=ag(x)+b=a(3x+5)+b=3ax+(5a+b)h(x) = ag(x) + b = a(-3x+5)+b = -3ax + (5a+b)
  2. 因为h1(x)h^{-1}(x)是由xx加7得到的,所以h1h^{-1}的逆运算是减去7。因此h(x)=x7h(x)=x-7
h(h1(x))=(x+7)7=x.h(h^{-1}(x))=(x+7)-7=x.

验证:代入后成立。 4. 将关于hh的两个表达式合并,得

3ax+(5a+b)=x7.-3ax + (5a+b)=x-7.

。 5. 由此可解出aabb,进而求出aba-b;但我们发现,代入x=2x=2可直接得到

6a+(5a+b)=27-6a+(5a+b)=2-7

ba=5.b-a=-5.

。 6. 所以ab=5a-b=\boxed{5}

✏️ 练习

1

f(x)=4x+cf(x) = 4x + cg(x)=cx+2.g(x) = cx + 2.。若f(g(x))=12x+d,f(g(x)) = 12x + d,,求d.d.

2

假设f(x)=ax+bf(x) = ax+bg(x)=3x+5g(x) = -3x+5。如果h(x)=f(g(x))h(x) = f(g(x))h1(x)=x+7h^{-1}(x) = x+7,求aba-b

3

f(x)=4x+cf(x) = 4x + cg(x)=cx+2.g(x) = cx + 2.。若f(g(x))=12x+d,f(g(x)) = 12x + d,,求d.d.