正比例

代数

zhèng bǐ lì

正比例描述的是两个变量成比例的关系:y = kx,其中 k 是比例常数,其图像总是经过原点。

Formula

y = kx
Visualization

Definition

正比例描述两个以固定比例一同变化的量:一个翻倍,另一个也翻倍,遵循方程 $y = kx$,其中 $k$ 为某个非零常数,称为比例常数;图像总是一条过原点的直线,因为 $x = 0$ 时必然 $y = k \cdot 0 = 0$,而比值 $y/x = k$ 在这条直线上处处相同。它是 $b = 0$ 时线性函数的一个特例,既要求是线性关系,又要求经过原点。严格地说,$y = kx$ 是从 $\mathbb{R}$ 到 $\mathbb{R}$ 且常数项为零的线性映射,是 $\mathbb{R}$-模之间的一个态射;这一概念可以推广到幂式变化($y = kx^n$)和联合变化($y = kxz$),它们都具有相同的比例结构,这是物理与工程中广泛使用的标度律的最简单例子。

Example

每小时挣 $\$12$ 意味着工资 $y$ 与工时 $x$ 满足 $y = 12x$:$3$ 小时挣 $\$36$,$5$ 小时挣 $\$60$,工资与工时的比值始终为 $12$。若 $x = 3$ 时 $y = 15$,则 $k = 15/3 = 5$,所以 $y = 5x$,当 $x = 7$ 时,$y = 35$。万有引力 $F = Gm_1m_2/r^2$ 结合了联合变化(与 $m_1$、$m_2$ 成正比)和反比例变化(与 $r^2$ 成反比),每一部分都有自己的比例常数。

Key Insight

正比例关系总是经过原点;如果一条直线不经过原点,它就不是正比例关系,所以 $y = 3x + 2$ 是线性的,但由于其截距非零,它不是正比例关系。在物理与工程中,同样的想法是标度律和量纲分析的基础,让你无需求解完整方程,就能预测各个量如何随基本参数变化。