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Algebra · real student question

方程 y 等于 p 乘以根号 x 加上 q 除以根号 x,它不是线性的。把它改写成线性形式。

Question

方程

y=px+qxy=p\sqrt{x}+\frac{q}{\sqrt{x}}

不是线性的。把它改写成线性形式。

Step-by-step solution

  1. 先弄清「线性形式」到底要什么。 目标是得到一个 Y=mX+cY=mX+c 形式的方程,其中 YY 与 XX 是由 xx、yy 组合出来的表达式,而未知常数 pp、qq 只作为斜率和截距出现。这样一来,把实验数据的 YY 对 XX 作图,就能从这条直线上读出 pp 和 qq。

  2. 看清是什么挡住了这个形式。 按现在的写法,右边同时含有 x\sqrt{x} 和 x−1/2x^{-1/2}。两个不同次幂之和,无论 XX 怎么取都不可能是线性的,所以必须先改写方程,然后才谈得上换变量名。

  3. 两边同乘 x\sqrt{x}。 为使 x\sqrt{x} 有定义且不为零,本来就要求 x>0x>0,所以这一步是合法的:

    yx=px⋅x+qx⋅x=px+qy\sqrt{x}=p\sqrt{x}\cdot\sqrt{x}+\frac{q}{\sqrt{x}}\cdot\sqrt{x}=px+q

    两个碍事的半次幂同时消失了:一个变成 xx,另一个变成常数。

  4. 给新变量命名,并读出两个常数。 令

    Y=yx,X=xY=y\sqrt{x},\qquad X=x

    关系式就是 Y=pX+qY=pX+q:一条直线,斜率是 pp,纵截距是 qq。

  5. 代具体数字检验。 取 p=2p=2、q=3q=3、x=4x=4。原方程给出 y=2(2)+32=5.5y=2(2)+\tfrac{3}{2}=5.5,于是 Y=yx=5.5×2=11Y=y\sqrt{x}=5.5\times 2=11。而线性形式预测 pX+q=2(4)+3=11pX+q=2(4)+3=11——完全一致,说明这个变形真的保持了原有关系,而不只是看上去更整齐。

Answer

yx=px+q,即 Y=pX+q ,其中 Y=yx, X=xy\sqrt{x}=px+q,\qquad\text{即 }Y=pX+q\ \text{,其中 }Y=y\sqrt{x},\ X=x

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