Jak obliczyć współczynnik kierunkowy prostej funkcji liniowej

Obliczanie współczynnika kierunkowego prostej funkcji liniowej to fundamentalny element analizy matematycznej, pozwalający zrozumieć nachylenie prostej względem osi X.

Obliczanie współczynnika kierunkowego prostej

Obliczenie współczynnika kierunkowego prostej, często oznaczonego jako \(a\) w kontekście równania linii prostej \(y = ax + b\), jest kluczowym krokiem w analizie własności linii prostej na płaszczyźnie. Współczynnik ten wyraża nachylenie prostej względem osi X i określa, jak szybko zmienia się wartość \(y\) (wysokość) w miarę zmiany wartości \(x\) (szerokość).

Jak obliczyć współczynnik kierunkowy \(a\):

Dla prostej przechodzącej przez dwa punkty:

Jeśli mamy dane dwa punkty przez które przechodzi prosta, \(P_1(x_1, y_1)\) i \(P_2(x_2, y_2)\), współczynnik kierunkowy \(a\) można obliczyć korzystając z następującej formuły:

\(a = \frac{y_2 – y_1}{x_2 – x_1}\)

Ta formuła jest bezpośrednim wynikiem definicji współczynnika kierunkowego jako miary zmiany wartości \(y\) w stosunku do zmiany wartości \(x\).

Interpretacja współczynnika kierunkowego:

  • \(a > 0\): Prosta jest nachylona “w górę” w kierunku prawej strony układu współrzędnych, co oznacza, że wartości \(y\) rosną wraz ze wzrostem wartości \(x\).
  • \(a < 0\): Prosta jest nachylona "w dół" w kierunku prawej strony układu współrzędnych, co oznacza, że wartości \(y\) maleją wraz ze wzrostem wartości \(x\).
  • \(a = 0\): Prosta jest równoległa do osi X i nie ma nachylenia (jest to prosta pozioma).

Przykład:

Jeśli mamy punkty \(P_1(1, 2)\) i \(P_2(3, 4)\), to współczynnik kierunkowy \(a\) można obliczyć jako:
\(a = \frac{4 – 2}{3 – 1} = \frac{2}{2} = 1\)

To oznacza, że prosta przechodząca przez te punkty jest nachylona pod kątem, który odpowiada współczynnikowi kierunkowemu równemu 1, sugerując, że dla każdego kroku w prawo (wzrost \(x\) o 1), wartość \(y\) również wzrasta o 1.


Przykład 1: Wyznaczenie współczynnika kierunkowego

Jak znaleźć współczynnik kierunkowy prostej przechodzącej przez punkty \(A = (2, 3)\) i \(B = (-1, -2)\)?

Krok po kroku rozwiązanie:

  1. Wzór na współczynnik kierunkowy: \( a = \frac{y_B – y_A}{x_B – x_A} \). Jest to podstawowa zasada obliczania nachylenia prostej, uwzględniająca różnice współrzędnych punktów.
  2. Podstawienie wartości punktów: \( a = \frac{-2 – 3}{-1 – 2} \). Tutaj wstawiamy współrzędne danych punktów do wzoru.
  3. Wykonanie obliczeń: Po prostym przekształceniu arytmetycznym otrzymujemy \( a = \frac{-5}{-3} \).
  4. Uproszczenie wyniku: Skracając ułamek, dochodzimy do \( a = \frac{5}{3} \), co jest ostatecznym wynikiem.

Wynik: Współczynnik kierunkowy prostej wynosi \( a = \frac{5}{3} \), co oznacza, że prosta jest nachylona pod kątem, którego tangens wynosi \( \frac{5}{3} \).

Przykład 2: Wyznaczenie współrzędnych punktów na prostej

Wyznaczamy współrzędne punktów na prostej o współczynniku kierunkowym równym \(\frac{3}{2}\), przechodzącej przez punkt \(A = (2, -3)\).

Krok po kroku rozwiązanie:

  1. Wzór na współczynnik kierunkowy: \( a = \frac{y_B – y_A}{x_B – x_A} \). Jest to podstawowa zasada obliczania nachylenia prostej, uwzględniająca różnice współrzędnych punktów \(A = (x_A, y_A)\) i \(B = (x_B, y_B)\).
  2. Podstawiając do wzoru współczynnika kierunkowego wartości punktów \(A = (2, -3)\) oraz przyjmując współczynnik kierunkowy \(a = \frac{3}{2}\), otrzymujemy równanie prostej w postaci punktowo-kierunkowej: \(y – y_A = a(x – x_A)\).
  3. Podstawiając dane: \(y + 3 = \frac{3}{2}(x – 2)\), co po przekształceniu daje (mnożymy przez 2, obie strony w celu redukcji ułamka): \(2(y + 3) = 3(x – 2)\).
  4. Rozwijając równanie: \(2y + 6 = 3x – 6\), a następnie przekształcając do postaci ogólnej: \(2y – 3x = – 12\) | \(2y = 3x – 12\) .
  5. Dzieląc obie strony przez 2, otrzymujemy równanie w postaci \(y = \frac{3}{2}x – 6\), które pozwala na łatwe wyznaczenie współrzędnych \(y\) dla dowolnych wartości \(x\).
  6. Przykładowe obliczenia współrzędnych punktów na prostej pokazują, że punkty \((2, -3)\), \((4, 0)\), i \((6, 3)\) leżą na prostej o współczynniku kierunkowym \(\frac{3}{2}\).

Wynik: Punkty \((2, -3)\), \((4, 0)\), i \((6, 3)\) leżą na prostej o współczynniku kierunkowym \(\frac{3}{2}\), co potwierdza zgodność z początkowymi założeniami.