Przykładem funkcji, mającej istotne znaczenie  zarówno w rozważaniach teoretycznych, jak i zastosowaniach praktycznych,  jest funkcja liniowa.

Funkcja liniowa
Definicja: Funkcja liniowa

Funkcję określoną wzorem

fx=a·x+b, dla x∈ℝ,

gdzie a ∈ R i  b ∈ R , nazywamy funkcją liniową.

Liczbę a nazywamy współczynnikiem kierunkowym, a liczbę b wyrazem wolnym.

Dziedziną funkcji liniowej  jest zbiór liczb rzeczywistych ℝ.

Mając dany wzór funkcji liniowejfunkcja liniowafunkcji liniowej możemy wyznaczać wartości tej funkcji dla podanych argumentów oraz argumenty, dla których funkcja przyjmuje określoną wartość.

Przykład 1

Funkcja f każdej liczbie rzeczywistej przyporządkowuje jej dwukrotność pomniejszoną o 4.

Wyznaczymy:

a) wzór tej funkcji,

b) wartość funkcji dla argumentu 13,

c) argument, dla którego funkcja przyjmuje wartość -2.

Rozwiązanie:

a) Funkcja jest określona za pomocą wzoru fx=2x-4,

b) f13=2·13-4, zatem f13=-103,

c) fx=-2, zatem -2=2x-4.

Wobec tego x=1.

Przykład 2

Funkcja liniowa  f jest określona wzorem fx=-12x+4.

Wyznaczymy:

a) odpowiedni podzbiór zbioru wartości tej funkcji, jeżeli podzbiorem jej dziedziny jest zbiór −3,2,

b) odpowiedni podzbiór dziedziny tej funkcji, jeżeli podzbiorem zbioru wartości jest zbiór 3,5.

Rozwiązanie:

a) Zauważmy, że wystarczy obliczyć wartości funkcji na końcach podanego przedziału (funkcja liniowa jest monotoniczna i różnowartościowa), zatem:

f-3=-12·-3+4=112,

f2=-12·2+4=3.

Wobec tego podzbiorem zbioru wartości jest zbiór  3,112.

b) Zauważmy, że wystarczy obliczyć argumenty, dla których funkcja przyjmuje wartości z końców podanego przedziału, zatem:

3=-12x+4, czyli x=2,

5=-12x+4, czyli x=-2.

Dlatego też szukanym podzbiorem dziedziny tej funkcji jest zbiór −2,2.

Przykład 3

Zapiszemy wzór funkcji liniowej fx=ax+b, jeżeli:

a) a=-2 oraz wartość funkcji dla argumentu -3 wynosi 4,

b) b=2 oraz wartość funkcji dla argumentu -5 wynosi 1.

Rozwiązanie:

a) Wzór funkcji zapisujemy w postaci fx=-2x+b.

Ponieważ wartość funkcji dla argumentu -3 wynosi 4, to do wyznaczenia wartości b rozwiązujemy równanie:

4=-2·-3+b, wobec tego b=-2.

Funkcja wyraża się więc wzorem fx=-2x-2.

b) Wzór funkcji zapisujemy w postaci fx=ax+2.

Ponieważ wartość funkcji dla argumentu -5 wynosi 1, to do wyznaczenia wartości a rozwiązujemy równanie:

1=a·-5+2, wobec tego a=15.

Zatem funkcja wyraża się wzorem fx=15x+2.

Przykład 4

Funkcja f przyporządkowuje każdej liczbie rzeczywistej liczbę do niej przeciwną, powiększoną o 2.

Wyznaczymy:

a) wzór tej funkcji,

b) argumenty, dla których funkcja przyjmuje wartości ze zbioru -3, -1, 3, 5.

Rozwiązanie:

a) Funkcja wyraża się wzorem fx=-x+2,

b) wyznaczamy wartości argumentów:

-3=-x+2, zatem x=5,

-1=-x+2, zatem x=3,

3=-x+2, zatem x=-1,

5=-x+2, zatem x=-3.

Ciekawostka

Funkcja liniowa znajduje zastosowanie m.in. w zamianie jednostek temperatury.

Przykład 5

Zależność pomiędzy temperaturą tC mierzoną w stopniach Celsjusza (°C) i temperaturą tF mierzoną w stopniach Fahrenheita (°F) wyraża wzór tC=59·tF-32.

Wyznaczymy:

a) wartość temperatury wyrażonej w °C, gdy temperatura wynosi 59°F,

b) wartość temperatury wyrażonej w °F, gdy temperatura wynosi 5°C.

Rozwiązanie

a) tC=59·59-32=59·27=15,

b) 5=59·tF-32.

Równanie przekształcamy do postaci 45=5tF-160, zatem tF=41.

Słownik

funkcja liniowa
funkcja liniowa

funkcja określona wzorem

fx=a·x+b

gdzie: a, b, x∈ℝ