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Algebra · real student question

关系式 y·pˣ = q 不是线性的。把它化成线性形式 Y = mX + c,并指出 Y、X、m 和 c 分别是什么。

Question

关系式

y px=qy\,p^{x}=q

关于 xx 和 yy 是非线性的。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。

Step-by-step solution

  1. 先判断该用哪种变换。 未知量 xx 位于指数上,所以无论怎样在 xx 与 yy 之间移项都拉不直这条曲线。能把变量从指数上拽下来的工具是对数——整个策略就在这里。

  2. 先把 yy 单独解出来。 两边同除以 pxp^{x}:

    y=qpx=q p−xy=\frac{q}{p^{x}}=q\,p^{-x}

  3. 两边取对数。 底数取哪个都行,只要前后一致:

    log⁡y=log⁡ ⁣(q p−x)\log y=\log\!\left(q\,p^{-x}\right)

  4. 把乘积拆开,并把指数拿下来。 利用 log⁡(AB)=log⁡A+log⁡B\log(AB)=\log A+\log B 和 log⁡(p−x)=−xlog⁡p\log(p^{-x})=-x\log p:

    log⁡y=log⁡q−xlog⁡p\log y=\log q-x\log p

  5. 与 Y=mX+cY=mX+c 对号入座。 把含 xx 的项写在前面:

    log⁡y⏟Y=(−log⁡p)⏟mx⏟X+log⁡q⏟c\underbrace{\log y}_{Y}=\underbrace{(-\log p)}_{m}\underbrace{x}_{X}+\underbrace{\log q}_{c}

    所以要作的图是 log⁡y\log y 对 xx 本身,而不是对 log⁡x\log x——后者是最常犯的错误。

  6. 检验一下怎么从图上读数。 斜率是 −log⁡p-\log p,所以用常用对数时 p=10−mp=10^{-m};截距是 log⁡q\log q,所以 q=10cq=10^{c}。取 p=2,q=5,x=3p=2,q=5,x=3 做数值检验:y=5/8=0.625y=5/8=0.625,而 log⁡100.625=−0.2041\log_{10}0.625=-0.2041,另一边 −3log⁡102+log⁡105=−0.9031+0.6990=−0.2041-3\log_{10}2+\log_{10}5=-0.9031+0.6990=-0.2041 ✓。

Answer

log⁡y=(−log⁡p) x+log⁡q,Y=log⁡y, X=x, m=−log⁡p, c=log⁡q\log y=(-\log p)\,x+\log q,\qquad Y=\log y,\ X=x,\ m=-\log p,\ c=\log q

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