初中数学的自然原理
第七部分:函数

一次函数 ★

对应人教版八年级下册第二十三章。

一次函数描述“均匀变化”:自变量 每增加 1,函数值 总是变化同一个数 。 写成式子是 (、 是常数,),它的图象是一条直线。

从哪里来#

先看几个生活中的例子:

情境 起点 每一步的变化 函数关系
手机套餐:月租 20 元,每通话 1 分钟加 0.1 元 不打电话也要付 20 元 每多 1 分钟,多 0.1 元
一根 20 cm 长的蜡烛,每分钟烧掉 0.5 cm 开始时长 20 cm 每过 1 分钟,短 0.5 cm
匀速行驶的汽车,速度 60 km/h,从出发点开始计算路程 开始时路程为 0 每过 1 小时,多走 60 km

三个例子的共同点是:有一个起点,然后每一步变化的量都一样。 起点就是 ( 时 的值),每一步的变化量就是 。这种关系就叫一次函数:

  • () 叫一次函数。 的次数是 1,所以叫“一次”。
  • 时, 叫正比例函数,它是一次函数的特殊情况:起点是 0, 和 成正比。

为什么要求 ? 时 ,不管 怎么变, 都不变,已经没有“变化”可言,也就不是一次函数了。

为什么图象是一条直线#

在 的图象上,取 这几个点。 每增加 1, 都增加 0.5。从一个点走到下一个点,都是“向右 1 格、向上 0.5 格”,形成一级一级相同的台阶:

y = 0.5x + 1 的台阶:每一级都是向右 1、向上 k

每一级台阶都是一个直角三角形,两条直角边分别是 1 和 ,夹角都是直角。根据“两边及其夹角分别相等的两个三角形全等”,这些小三角形全部全等(见第五部分“全等三角形”),所以每一段斜边和水平方向的夹角都相等。相邻两段斜边首尾相接、方向又相同,连起来就不会拐弯,是一条直线。

不只取整数,取 0.5、0.1 这样更小的步长,道理也一样。所以一次函数的图象是一条直线。

既然是直线,画图时只要找两个点,因为两点确定一条直线(见第一部分“基本事实”)。最方便的两个点通常是与 轴的交点 ,和再往右走 1 步的点 。

k 和 b 管什么#

管起点。 时 ,所以直线和 轴交于点 。 变了,直线整体上下平移,倾斜程度不变:

y = x + b:b 从 0 变到 2 再变到 −2,直线上下平移

从另一个角度看: 的每个函数值都比 多 ,所以它的图象就是把 的图象向上平移 个单位( 是负数就向下)。

管方向和陡缓。 每增加 1, 变化 :

  • 时, 增加, 也增加,直线从左往右上升;
  • 时, 增加, 反而减少,直线从左往右下降;
  • 越大,每一步变化得越多,直线越陡。

y = kx + 1:k 取不同的值时直线的方向和陡缓

直线经过哪几个象限,不用背表格,看两件事就能推出来:从哪里出发( 决定直线和 轴交在上半轴还是下半轴),往哪个方向走( 决定上升还是下降)。比如 :从 轴上的点 出发,往右走一路下降,先经过第一象限,穿过 轴后进入第四象限;往左走一路上升,留在第二象限。所以它经过第一、二、四象限。

y = −2x + 3 从 (0, 3) 出发:往右下降,经过第一、四象限;往左上升,留在第二象限

待定系数法:两个条件定一条直线#

知道了函数是一次函数,只剩 和 两个数不知道,这时只要两个条件就能求出它们:把两个点的坐标代入 ,得到关于 、 的二元一次方程组,解出来就行。这种先设出式子、再求系数的方法叫待定系数法。

为什么恰好两个条件?代数上,两个未知数需要两个方程;几何上,两点确定一条直线。这是同一件事的两种说法。

例 1 一次函数的图象经过点 和 ,求它的解析式。

思路: 是一次函数,所以设 ,两个点给出两个方程。

解: 设 。把两点坐标代入,得

两式相加,得 ,所以 ;代入第一个式子,得 。所以解析式是 。

检验: 时,,和已知点一致。

一次函数与方程、不等式:同一个问题的三种问法#

对于 ,下面三个问题其实在问同一条直线:

问法 代数的问法 在图象上看
取什么值时 ? 解方程 ,得 直线和 轴的交点 的横坐标
取什么值时 ? 解不等式 ,得 直线在 轴上方的部分,对应的 的范围
取什么值时 ? 解不等式 ,得 直线在 轴下方的部分,对应的 的范围

y = 2x − 4:直线在 x 轴上方的部分对应 x > 2

两个一次函数放在一起,就对应二元一次方程组。方程组

的解,就是同时满足两个式子的 、,也就是同时在两条直线上的点:两条直线的交点。

两条直线的交点 (1, 2) 就是方程组的解

用代入法:,得 ,。图上两条直线正好交于 。

反过来也能看出方程组的解有几种情况:两条直线相交,方程组有唯一解;两条直线平行( 相同、 不同),方程组无解。

实际问题:用函数做比较#

例 2 两种手机套餐:A 套餐月租 30 元,通话每分钟 0.1 元;B 套餐没有月租,通话每分钟 0.25 元。每月通话多长时间时,选 A 套餐更省钱?

思路: 两种套餐的月费都随通话时间变化,先把月费和通话时间的关系写出来。设每月通话 分钟,则

  • A 套餐的月费:(元);
  • B 套餐的月费:(元)。

“A 更省钱”就是“A 的月费小于 B 的月费”。接下来可以直接比较两个式子,也可以把它们看成两个函数,画图比较。

解法一:列不等式。

  1. A 更省钱,就是 。
  2. 移项,得 ,即 。
  3. 两边同时除以 0.15,得 。
  4. 答:每月通话超过 200 分钟时,选 A 套餐更省钱。

解法二:画函数图象。

  1. 设月费为 元。A 套餐:;B 套餐:。两个都是一次函数。
  2. 求两条直线的交点:令 ,得 ,此时 ,交点是 。
  3. 在同一坐标系中画出两条直线:

两种套餐的月费:交点 (200, 50) 左边 B 便宜,右边 A 便宜

  1. 读图:B 的 更大,上升得更快。在交点左边,B 的直线更低;在交点右边,A 的直线更低。
  2. 答:每月通话超过 200 分钟时,选 A 套餐更省钱;正好 200 分钟时两种一样;少于 200 分钟时选 B 套餐更省钱。

想一想: 两种解法用的是同一个关系,只是看的角度不同。

比较 解法一:列不等式 解法二:画函数图象
核心的一步 解 找两条直线的交点,再看哪条线在下面
得到什么 一个答案: 整个变化过程:交点左边、交点上、交点右边分别哪种便宜,差距怎样随通话时间变大
好处 步骤少,算得快,结果精确 直观,一眼看出全局,还能回答题目没问的问题(比如 B 在什么时候更省钱、多打 100 分钟两种套餐差多少钱)
局限 只回答了题目问的那一个问题 要准确的数值,还得回到方程去算交点

两种解法其实是一回事:不等式 成立的 ,正是图上 A 的直线在 B 的直线下方的那一段对应的 ;不等式变成等式 时的解 ,正是两条直线交点的横坐标。只要一个答案时,列不等式更快;要比较整个过程、或者一时不知道从哪下手时,先画图看清全局,再用方程算出精确值。

易错点#

  • 忘了 。 问“ 是一次函数, 满足什么条件”,答案是 。一次项系数为 0 时,式子里就没有 了。
  • 把 当成直线和 轴的交点。 是 时的 值,是直线和 轴的交点的纵坐标。和 轴的交点要令 去求。
  • 读图解不等式时看错了轴。 “”看的是图象在 轴上方的部分,答案是这部分对应的 的范围,不是 的范围。
  • 增减性去看 。 “ 随 的增大而增大”只由 决定(),和 无关。 只决定直线上下的位置。
  • 实际问题忘了自变量的范围。 通话时间、物品件数不能是负数,件数还必须是整数;开头那根 20 cm 长、每分钟烧掉 0.5 cm 的蜡烛,燃烧的时间不能超过烧完所需的 40 分钟。

联系#

真题: 2026 年第 11 题、2026 年第 20 题、2025 年第 20 题、2024 年第 10 题、2022 年第 11 题。