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Algebra · real student question

关系式 y = a·x^b 不是线性的。把它化成线性形式 Y = mX + c,并写出 Y、X、m 和 c 分别是什么。

Question

幂律关系

y=a xby=a\,x^{b}

不是线性的。把它化成线性形式 Y=mX+cY=mX+c,并指出 YY、XX、斜率 mm 和截距 cc 各是什么。

Step-by-step solution

  1. 先看清那个待定常数长在哪儿。 这里 bb 是变量 xx 头上的指数,而不是常数的指数。这个区别决定了变换方式:幂律需要对两边取对数,而且两个变量都要取;相比之下,指数律 y=abxy=ab^{x} 只需对 yy 取对数。

  2. 两边取对数。

    log⁡y=log⁡ ⁣(a xb)\log y=\log\!\left(a\,x^{b}\right)

  3. 把乘积拆开。 由 log⁡(MN)=log⁡M+log⁡N\log(MN)=\log M+\log N:

    log⁡y=log⁡a+log⁡ ⁣(xb)\log y=\log a+\log\!\left(x^{b}\right)

  4. 把指数拿下来。 由 log⁡(xb)=blog⁡x\log(x^{b})=b\log x:

    log⁡y=blog⁡x+log⁡a\log y=b\log x+\log a

  5. 与 Y=mX+cY=mX+c 逐项对应。

    log⁡y⏟Y=b⏟mlog⁡x⏟X+log⁡a⏟c\underbrace{\log y}_{Y}=\underbrace{b}_{m}\underbrace{\log x}_{X}+\underbrace{\log a}_{c}

    以 log⁡y\log y 对 log⁡x\log x 作图——也就是双对数图——会得到一条直线,它的斜率就是指数 bb,截距则是 log⁡a\log a。

  6. 代数字验证。 取 a=3,b=2,x=4a=3,b=2,x=4,则 y=3⋅16=48y=3\cdot 16=48。于是 log⁡1048=1.6812\log_{10}48=1.6812,而 blog⁡104+log⁡103=2(0.6021)+0.4771=1.6812b\log_{10}4+\log_{10}3=2(0.6021)+0.4771=1.6812 ✓。反过来求常数:b=mb=m,a=10ca=10^{c}。

Answer

log⁡y=blog⁡x+log⁡a,Y=log⁡y, X=log⁡x, m=b, c=log⁡a\log y=b\log x+\log a,\qquad Y=\log y,\ X=\log x,\ m=b,\ c=\log a

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