一次函数(线性函数)
yī cì hán shù (xiàn xìng hán shù)
一次函数是图像为一条直线的函数,可用形如 f(x) = mx + b 的方程描述。
Formula
f(x) = mx + b
Definition
一次函数画出图像后是一条直线,形式为 $f(x) = mx + b$,其中 $m$ 是斜率(变化率,即陡峭程度),$b$ 是 $y$ 截距,即直线与 $y$ 轴相交的位置;$x$ 的次数是 $1$,任意两点之间的斜率为 $m = (y_2 - y_1) / (x_2 - x_1)$。严格来说,在线性代数中,一个线性映射必须满足 $f(ax + by) = af(x) + bf(y)$,这要求 $b = 0$;$b \neq 0$ 的函数严格来说是仿射的,这个区别在高等数学中很重要。
Example
$f(x) = 2x + 3$ 每向右移动 $1$ 个单位就上升 $2$ 个单位,并与 $y$ 轴相交于 $(0, 3)$,经过 $(0, 3)$、$(1, 5)$、$(2, 7)$ 等点。一项每月收费 $\$25$ 加每条短信 $\$0.10$ 的手机套餐,$\text{Cost} = 0.10x + 25$,是线性的,因为每多发一条短信都增加相同的 $\$0.10$:发送 $100$ 条短信后,费用是 $\$25 + \$10 = \$35$。在线性代数中,对矩阵 $A$,$T(x) = Ax$ 才是真正的线性变换;斜截式是仿射的,而过原点的形式 $y = mx$ 才是严格代数意义下的线性映射。
Key Insight
"线性"意味着"画出一条直线":变化率是常数,每当 $x$ 增加 $1$,$y$ 都增加相同的量,也就是斜率,不允许出现弯曲,任意两点确定唯一一条直线。一次函数是微积分的基础:导数在局部用线性函数(切线)近似原函数,这种线性近似是牛顿法和数值分析的基础。