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Algebra · real student question

关系式 y(b − x) = ax 是非线性的。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(b−x)=axy(b-x)=ax

对 xx 与 yy 而言是非线性的。把它化成线性形式 Y=mX+cY=mX+c,并指出 YY、XX、斜率 mm 与截距 cc。

Step-by-step solution

  1. 先诊断非线性到底出在哪。 这里没有任何指数——真正麻烦的是 y(b−x)=by−xyy(b-x)=by-xy 里藏着的乘积 xyxy。取对数只会让情况更糟。当两个变量互相相乘时,惯用的破解办法是取倒数。

  2. 两边同除以乘积 xyxy。 从 y(b−x)=axy(b-x)=ax 出发,两边同除以 xyxy(在 x≠0x\neq 0、y≠0y\neq 0 时有效):

    b−xx=ay\frac{b-x}{x}=\frac{a}{y}

  3. 把左边的分式拆开。

    bx−1=ay\frac{b}{x}-1=\frac{a}{y}

    现在两个变量都只以 1/x1/x 与 1/y1/y 的形式出现——这就是变换奏效了的信号。

  4. 解出 1/y1/y。 两边同除以 aa:

    1y=ba⋅1x−1a\frac{1}{y}=\frac{b}{a}\cdot\frac{1}{x}-\frac{1}{a}

  5. 与 Y=mX+cY=mX+c 对号入座。

    1y⏟Y=ba⏟m1x⏟X+(−1a)⏟c\underbrace{\frac{1}{y}}_{Y}=\underbrace{\frac{b}{a}}_{m}\underbrace{\frac{1}{x}}_{X}+\underbrace{\left(-\frac{1}{a}\right)}_{c}

    所以要以 1/y1/y 对 1/x1/x 作图。由截距可得 a=−1/ca=-1/c,再由斜率得 b=mab=ma。

  6. 用数字验证一下。 取 a=2,b=5,x=1a=2,b=5,x=1:原式给出 y(5−1)=2y(5-1)=2,所以 y=0.5y=0.5,1/y=21/y=2。线性形式给出 52(1)−12=2\tfrac{5}{2}(1)-\tfrac12=2 ✓。注意截距是负的,这恰好告诉你 a>0a>0。

Answer

1y=ba⋅1x−1a,Y=1y, X=1x, m=ba, c=−1a\frac{1}{y}=\frac{b}{a}\cdot\frac{1}{x}-\frac{1}{a},\qquad Y=\frac{1}{y},\ X=\frac{1}{x},\ m=\frac{b}{a},\ c=-\frac{1}{a}

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