上一章我们一直在找截距:图像碰到 轴时,输入是 ;碰到 轴时,输出是 。现在把镜头拉远一点。截距只是直线沿途经过的两个特殊位置,我们真正要画的是整条线。
先想一张按固定规则计费的清单。起步价是 10 元,路程每增加 2 千米,费用就增加 10 元。把“路程—费用”配成点,会得到 、、、……这些点没有忽高忽低,而是整齐地排在同一条直线上。

这一章要做的,就是把公式里的固定变化翻译成坐标纸上的直线。我们会从最稳的描点法开始,再学习更快的斜率截距法;画得出来以后,还要反过来从图像找回解析式。
开始之前,先把“画图”这件事放回数学里。它不是照着答案临摹一条看起来差不多的斜线,而是在坐标系中准确表达一整组输入输出关系。线穿过哪里、朝哪个方向走、走得多陡、在哪些输入范围内存在,都要能从公式中找到依据。也正因为如此,作图和解方程不是两门分开的手艺:代入给我们点,斜率给我们方向,截距给我们位置,定义域决定保留哪一段。
学习时不必急着只记最快的口诀。描点法看起来多算了几步,却能让你亲眼看到输入和输出怎样配对;斜率截距法看起来只走两步,背后依靠的是变化率始终不变;两截距法很短,却有拿不到两个不同交点的时候。把这些方法之间的关系想通,遇到公式变形、分数斜率或受限定义域时,才不会因为题目换了外表就无从下手。
这一章的目标也很具体:每画下一条线,你都能说清第一个点从哪里来,第二个点为什么在那里,直线为什么要延伸到那些位置,并且能用另一条计算路线把它检查回来。
一次函数通常写成:
有些中文教材把斜率写成 ,于是公式变成 。字母换了,意思没有变: 或 管“每走一步升降多少”, 管“横坐标为 0 时站在哪里”。下面统一使用 。
假设横坐标从 变成 ,也就是向右移动了 个单位。原来的输出是 ,新输出是 。两次输出相减:
结果里没有 。这说明无论从直线上的哪个位置出发,只要横向都走 ,纵向就总是改变 。例如 时,向右走 1 就向上走 2;向右走 3 就向上走 6。步子可以放大或缩小,方向和比例始终没变。
一条路线如果每一小段都保持同一个方向,就不会在半路突然拐弯。坐标点因此排成直线。反过来说,只要变化率中途变了,图像就会换坡度,可能出现折点或曲线,那便不是由同一个 在整个范围内描述的图像。
在纸上钉下两个不同的点,再拿直尺贴住它们,直尺的位置只有一个。只要两个点的横坐标不同,它们就给出了唯一的斜率,也就确定了唯一一条非竖直直线。
因此,画一次函数图像时,两个正确的点已经够用。那为什么我们还经常算第三个点?不是因为直线需要三个点才能确定,而是因为人会算错。若三个点没有排成一线,至少有一个代入、描点或刻度出了问题。
把几条公式放在一起看,会更容易明白两个参数的分工。
先看 和 。它们的斜率都是 2,所以每向右走 1,都向上走 2。两条线的坡度一模一样,不会越走越近,也不会在远处相交。不同的是第一条线经过 ,第二条线经过 ,于是整条线像被平平地向下搬了 4 个单位。
再看 和 。这次两条线都经过 ,但从这个共同点出发,一条“右 1、上 2”,另一条“右 2、上 1”。前者更陡,后者更平。它们会在共同的 截距处分开。
所以, 改变的是直线穿过 轴的位置, 改变的是直线从左到右的方向与陡缓。画图前先在脑中做这个预判,等于提前有了一张模糊的答案:截距应该在哪一侧,线应该上升还是下降,大致有多陡。真正描点时,如果结果与预判完全相反,就该停下来找错。
表格里常选整数,是为了算得轻松,并不表示函数只在整数处有值。以 为例, 时,; 时,。这些点同样在图像上。
当我们把两个整数格点连成一条连续的线,线段之间的每一个位置都对应某个实数输入。作图时只算几个代表点,却是在借助“一次函数变化率恒定”这个事实,恢复无穷多个点组成的完整图像。
“两点确定一条直线”里的两个点必须不同。把同一个点描粗两次,仍然只有一个位置;用斜率走步时横向和纵向都乘同一个数,得到的才是同一直线上的新点。
描点表法最不依赖眼力。给几个 ,按照公式算出对应的 ,写成坐标对,描到坐标系里,最后用直尺连线。第一次画某种函数时,这也是最适合用来验证直觉的方法。
理论上任何允许的 都可以选,实际作图却没必要给自己添麻烦。可以优先考虑三件事:
例如斜率是 ,选 ,乘法会很干净;若硬选 ,当然也能算,只是要在网格上估分数位置,更容易画偏。
取 ,逐个代入:
于是得到 、、、。每当 增加 1, 都减少 1,所以这些点应该从左向右整齐下降。

先把每一列读成一个有顺序的坐标对。第一行是横坐标,第二行是纵坐标,所以 与 要配成 ,不能写反。
画出:
选 :
三个点是 、、。从第一个点到第二个点,向右 3、向下 2;从第二个点到第三个点,还是向右 3、向下 2。两段的步伐完全相同,这正是在检查斜率 。
有时题目给的是:
描点前可以直接挑 解 ,也可以先把式子整理成更好读的形式。把 留在右边,得到:
现在选 ,对应的 是 。表格如下:
从表里能同时看见三件事: 是 截距, 是 截距,每向右 1、向上 2 的步伐说明斜率是 2。用表格作图并不只是机械地产生坐标,它也在把截距和斜率悄悄验一遍。
假设给 算出 、、。后两个点的纵坐标一样,看起来像要画水平线,但公式明明有斜率 。
不要凭感觉删一个点。把三个点逐个代回公式: 成立, 成立,而 时应该有 ,所以 是算错的点,正确点是 。第三点检查真正有用的地方就在这里:它不只告诉你“有错”,还配合代回原式帮助定位错误。
表格里的点只有在公式是一次函数时才可以直接连成直线。以后遇到 、 一类公式,几个点之间的图像可能是弯的,不能因为手里有两个点就擅自拿直尺连接。
如果公式已经写成 ,逐点代入当然可以,但有一条更快的路。先在 轴上标出 ,然后把斜率写成“竖直变化除以水平变化”,从这个点走出第二个点。

这里有一个小习惯很管用:分母管横着走,分子管竖着走。我们通常让分母对应向右的正方向,于是分子的正负就直接决定向上还是向下。
画 。先看 ,第一个点是 。再把斜率 写成:
这句话翻译到坐标纸上,就是向右 1、向上 2,从 到 。再走一次会到 ,它可以当检查点。

把 放进公式,得到 ,在纵轴上标出 。这个动作先把整条线的高度放对。
画 。第一个点是 。斜率 表示向右 4、向上 3,所以第二个点是 。
如果图纸左边空间更大,也可以把两步同时反向:向左 4、向下 3,得到 。因为“下 3、左 4”对应 ,斜率仍然是正的。
不能只把其中一步反向。向左 4 却向上 3,会得到 ,整条线会画成相反的方向。
再看:
从 出发,可以向右 3、向下 2,得到 ;也可以向左 3、向上 2,得到 。两种走法都让横纵变化一正一负,所以斜率为负。
一个简单的方向检查是:负斜率的线从左往右必须下降。若算式前面明明有负号,图像却向右上方抬起,先检查走步方向,不要急着重算整题。
当 时,公式变成 。此时 会给出 ,图像经过原点 。例如 从原点出发,向右 1、向下 3,就到 。
这不是说所有直线都从原点出发。恰恰相反,只有常数项为 0 的这类直线经过原点。看到 却从 开始数斜率,是最常见的错法之一。
斜率截距法把 当第一点,是因为这个点最好找,不是因为斜率只能从 轴开始数。直线上的任何一个准确点都可以当出发点。
例如 已经找到了 。从 再向右 3、向下 2,会到 ;从 向左 3、向上 2,又回到 。步伐在哪一段都一样,这正是斜率恒定。
这个事实在图纸空间不够时很有用。假如 截距在网格边缘,从那里继续往上就要出框,可以先按相反方向走到图内,再从新点继续。只要每次横纵变化保持同一比例,路线不会变。
第一种是把斜率取倒数。 表示“右 3、上 2”,若画成“右 2、上 3”,得到的是斜率 。两条线都向上,却有明显不同的陡度。检查时不要只看正负,还要用两点斜率重新算比例。
第二种是把 当成横轴截距。公式 里的 4 告诉我们点 ,不是 。真正的 截距要令 :
解得 ,所以交点是 。把两个截距的位置弄反,直线的高度和方向都会跟着错。
画 时,最自然的步伐是右 2、上 5,从 到 。如果网格不够高,也可以把分子、分母同时缩放,例如右 、上 1;但手工作图时分数格不易描准,通常更愿意反向走:左 2、下 5,得到 。
“斜率 2.5”描述的是纵向变化与横向变化的比值,不是命令你必须先向右走固定的一格。只要比例是 ,放大几倍或缩小几倍都在同一条线上。
上一章已经会算截距,现在可以直接拿它们作图。对于一条同时穿过两条坐标轴、而且两个交点不同的直线, 截距和 截距正好提供两个点。
这个式子还没有整理成 ,用两截距反而很顺手。
找 截距时令 ,得到 ,所以 。第一个点是 。
两截距法的名字很整齐,但并非每条线都能给出两个不同的截距。
找截距时不要把名字和设零对象弄反:找 截距要令 ,找 截距要令 。算完还要写成点;“ 截距为 3”对应的完整坐标是 。
直线不一定倾斜。横着躺平和竖着站直,是画图时必须单独看清的两种边界情况。
把 放进 :
无论 取多少, 都是同一个数。比如 包含 、、,把这些点连起来就是一条穿过纵轴 的水平线。它的斜率是 0,因为纵向变化量一直为 0。
在一些中文课程里,“一次函数”会严格要求 ,于是 被单列为常值函数;在讨论直线图像时,我们仍把它当作 的零斜率特例。这个名称差别不会改变画法。
表示所有横坐标为 2 的点,例如 、、。这些点连成竖直线。
它不能写成 。原因并不神秘:同一个输入 对应了许多个不同的 ,违反了函数“一个输入只能有一个输出”的要求。用竖线检验来看,检验线与它不是交一次,而是整段重合。
竖直线的斜率也没有定义。任取上面两个不同点,它们的横坐标变化量都是 0,斜率公式会出现除以 0:
所以不要把竖直线的斜率说成“无穷大”,也不要说成 0。斜率 0 对应的是水平线;竖直线的斜率是不存在或未定义。
水平线 可以列出:
输入一直换,输出始终是 2。每个 只配一个 ,所以它是函数。
竖直线 则会出现:
同一个输入 2 被配给了多个输出。把这两张表与图像对照,就不会靠“横还是竖”的口诀硬记:横线是输出固定,仍满足函数规则;竖线是输入固定,却让同一个输入对应多个输出。
是水平线,也是 轴本身。它的斜率是 0,对每一个实数输入,输出都等于 0。 是竖直线,也是 轴本身。它不是 关于 的函数,因为输入 0 对应了整条轴上的许多输出。
两者都经过原点,却不能因此混为一类。判断时始终回到“输入能不能唯一确定输出”,比只看交点更可靠。
画图是把公式翻译成线;读图是沿原路把线翻译回公式。要找的仍然只有两样东西:斜率 和纵轴截距 。
假设一条直线经过格点 和 。先算斜率:
图像在 轴上经过 ,所以 。解析式是:
代回另一个点检查:当 时,,与图上的 一致。
如果截距跑到画面外,别凭线条延长后估一个数。假设能准确读出的两个格点是 和 ,先算:
把 放进 :
所以 ,解析式为:
也可以先写点斜式:
点斜式的好处是,斜率和一个已知点拿到手就能写,不必先找到 轴。若题目最后要求斜率截距式,再把括号展开整理。
粗线有宽度,箭头也只是表示延伸方向。算斜率时应优先选标明坐标的点、直线与网格的准确交点或截距,不要把箭头尖端、线条边缘当成精确坐标。
还要先读坐标轴刻度。若横轴每一大格代表 2,纵轴每一大格代表 5,那么“向右 3 格、向上 2 格”对应的不是 ,而是:
斜率比较的是坐标变化量,不是纸面上数了几格。两条轴的单位和比例可以不同。
用 和 算斜率时,也可以把第二点放在前面:
结果没有变化,因为分子、分母同时换了减法顺序,两个符号一起改变。真正危险的是分子用“第二点减第一点”,分母却用“第一点减第二点”。例如写成 ,就会把下降直线误判成上升直线。
可以在草稿上把两个点竖着写齐:
然后始终用“2 减 1”。这样不是为了把步骤写得繁琐,而是让横坐标和纵坐标不会串队。
一条直线斜率为 3,经过 。没有 截距,也没有第二个点,但点斜式已经够用:
整理括号:
于是 。这个截距可能远离题目给出的点,但代入检查没有问题:。作图时若纵轴 10 超出窗口,可以从已知点 直接按斜率右 1、上 3 得到 ,不必为了使用截距法强行把画面拉得很大。
有的图只是一张示意图,没有网格或明确坐标。这时可以判断斜率正负、比较陡缓、估计截距所在区间,却不能凭一张粗略线条声称斜率“恰好等于 ”。
要写精确解析式,至少需要两个可准确读取的点,或一个准确点加斜率。信息不足时应写“无法唯一确定”,而不是从像素位置硬猜出漂亮分数。数学图像的精度来自标注和刻度,不来自我们盯得够久。
代数算对了,图仍可能表达错。坐标系不是空白画框,它还要告诉读者每格多大、哪些输入允许、图像会不会继续。
画图前先看准备使用的点。若点是 、、,纵轴每格标 1 会把图挤到纸外。可以让横轴每格表示 10 或 20,纵轴每格表示 20 或 50。
横轴和纵轴不必采用同一个比例,但同一条轴上的刻度必须均匀。不能为了让某个点“刚好落格”,在 0 到 10 之间画一格、10 到 100 之间也只画一格,却不做断轴说明。
单看 ,任何实数 都能代入,所以自然定义域通常是全体实数。图像应画成两端带箭头的完整直线,表示往左、往右都能继续。
实际问题会把它截成一段。若 表示行驶路程,就通常有 ,图像从 开始向右延伸,是一条射线;若题目只研究 0 到 8 小时,就只画相应线段。端点包含在范围里用实心点,不包含则用空心点。
同一个公式因为定义域不同,可以画成直线、射线或线段。线的坡度没有变,变的是我们允许观察的那部分。
坐标轴末端的箭头表示数轴方向还在延伸;函数图像末端的箭头表示图像还会按当前方向继续。两者不要混为一谈。
如果题目有有限定义域,函数线段的端点应使用实心点或空心点,不要再加延伸箭头。实际量还应给坐标轴写上名称和单位,例如“时间(分)”“费用(元)”,否则读者只看到数字,不知道它们在量什么。
水箱原有 18 升水,每分钟流出 3 升。若 表示分钟,水量是:
单看代数式,它在所有实数 上都算得出数。但情境要求时间不能为负,水量也不能低于 0。令 ,得到 ,所以合理定义域是 。
作图时横轴标“时间(分)”,纵轴标“水量(升)”,从 画到 ,两个端点都用实心点。若继续把线延到 ,会得到 升。纸上的负数可以算,真实水箱却不会装着负 6 升水;那一段不属于这个模型能解释的范围。
这也解释了为什么下一章做实际建模时,定义域不是最后随手补的一句话。它直接决定图像该画到哪里,也决定哪些截距有现实意义。
现在画:
这道题故意没有直接写成 。我们分别走描点法、两截距法和斜率截距法,看看三条路怎样汇合。
先解出 :
分母是 2,所以选偶数 比较省事:
得到 、、、。任意相邻两点之间都是右 2、上 3,和斜率 一致。可用 与 定线,再拿 检查。
回到原式 。令 ,得到 ,所以 截距是 。令 ,得到 ,所以 截距是 。
这两个点已经出现在刚才的表里。把它们连接,画出的必然是同一条直线。两截距法在这里最短,因为原式让 或 后都只剩一个简单乘法。
由整理后的式子 ,先标 。斜率 表示向右 2、向上 3,于是走到 ;再走一次到 。
你会发现,三种方法没有制造三条不同的线。它们只是从同一组信息里挑了不同入口:描点法一次算多个输入输出;两截距法专挑坐标为 0 的点;斜率截距法专挑起点和固定步伐。
先看方向:,直线应从左下走向右上。再看截距:它应经过 和 。最后代入第三点 :
三个检查都通过。若图像向右下降,说明斜率符号画反;若经过 ,说明整理 时漏掉了除以负数;若第三点不在线上,则要检查刻度或数格。把可能的错误和对应症状联系起来,比一句“再检查一下”更能解决问题。
没有一种方法永远最快。公式已经是 ,斜率截距法通常省时;含分数且可以巧选输入,描点表法很稳;一般式令一个变量为 0 后很整齐,两截距法最直接;只知道两个图上点,则从两点求斜率,再用点斜式。
选择方法时先看题目已经把什么信息送到你手上。这样作图会像顺着门进去,而不是每次都翻同一堵墙。
不要把检查理解成重做一遍。好的检查是从不同角度追问同一张图,让一个环节的错误在另一个环节露出来。
检查轴名、单位、刻度是否清楚且均匀;定义域是全体实数时,直线两端是否有箭头;定义域受限时,端点是否画成正确的实心或空心;直线有没有只停在两个点之间,让人误以为函数只在那一小段存在。
有些错误从图的样子就能猜到来源。
若直线方向对、陡度也对,却整体高了或低了,常见原因是 找错,或在纵轴上数错刻度。若直线经过正确的 ,但越走越偏,通常是斜率的分子分母颠倒,或坐标轴每格并不代表 1。若三个计算正确的点中只有中间点看起来不在线上,可能是直尺没有贴稳;若某个点代回公式都不成立,那是计算或抄写错误,不能靠把线画粗来掩盖。
还有一种图“看起来差不多”,但没有轴名、单位和箭头。纯代数练习里它可能勉强表达了直线位置,到了实际问题中却无法回答“横轴是什么”“一格代表多少”“负输入是否允许”。完整作图既要算对,也要把读图所需的信息交代清楚。
如果时间很紧,可以按下面顺序扫一遍:
这个顺序先抓大错,再抓细节。即使没有时间重画,也能迅速判断错在公式翻译、坐标描点还是图像范围。
最稳的闭环是:用一种方法画,用另一种方法查。比如按斜率截距法定线,再代入第三个点;或用表格描点,再从图上读斜率和截距。两条路线给出同一个结果,图才真正站得住。
用描点表法画出 。至少选三个点,并说明为什么这些 值好算。
只用斜率和 截距,画出:
写出从 截距出发得到的两个新点。
分别判断 、、 是否适合只用两个截距作图。
一条非竖直直线经过 与 。求斜率,并写出斜率截距式和点斜式。
同一个公式 ,分别在 、、 时作图,图像形状有什么不同?
小林为 列出三个点:、、。这些点能否连成函数图像?如果有错,改正它。
一张图的横轴每格表示 5 秒,纵轴每格表示 20 米。直线从一个格点向右 3 格、向上 2 格到达另一个格点。求斜率,并写出单位。
分别画出经过 且斜率为 0 的直线,以及经过 且没有定义斜率的直线,并写出方程。
画出 ,分别用两截距法和斜率截距法说明关键点,再用一个第三点检查。
到这里,公式、表格和图像已经能互相翻译了: 把线放到正确高度, 决定每一步怎么走,定义域决定我们究竟画整条线还是只画其中一段。下一章进入实际问题时,路程、费用、时间、库存都会落到同一张坐标图里。那时画图不只是为了“看见一条直线”,而是为了读出起始量、变化速度、交点和可用范围。
从原点出发,先横着找 ,再竖着找 。把四个点都描好后,不要急着连,先看看它们是否大致排成一条下降直线。
选其中两个相距较远的点贴直尺画线,并让直线越过最外侧的点。公式若没有限制定义域,线的两端要画箭头,表示还能继续延伸。
用没有参与定线的点检查。比如只用 和 画线,那么 、 都应落在线上。
把 看成 。从 向右 1 格、向上 2 格,得到 。
继续按同样步伐得到 ,检查三个点共线后再连接。直线应从左下方走向右上方,与正斜率的方向一致。
找 截距时令 ,得到 ,所以 。第二个点是 。
描出 和 ,连接并向两端延长。为了检查,可以把原式整理为 ,图像应从左向右下降,并在纵轴高度 2 处穿过。
把 代入 ,得到 ,所以 。斜率截距式是 。使用点 写出的点斜式可以是 。展开后仍会得到 。
斜率单位是米/秒。不能只用纸面格数写成 ,因为两条轴每格代表的实际数量不同。
斜率截距法:整理为 ,从 出发,向右 1、向下 2,到 ,再到 。第三点可取 ,代回原式有 ,检查通过。