Восстановление основания по двум точкам кривой — упражнения разной сложности, 10 класс
Сомнительное утверждение: «По двум точкам любой показательной кривой всегда можно найти основание». Оно неверно без ограничений на модель и на точки. В этой работе задана конкретная модель y=K·ax, где K>0, a>0 и a≠1. Неизвестны сразу K и a. Две точки с различными абсциссами позволяют избавиться от множителя K делением. Условие о вертикальном сдвиге здесь не используется: это отдельная задача.
Содержание статьи5 разделов
Почему отношение двух ординат определяет основание
Пусть известны (x₁; y₁) и (x₂; y₂), x₁≠x₂. По модели y₁=K·ax₁ и y₂=K·ax₂. Так как K>0 и a>0, обе ординаты положительны. Делим равенства: y₂/y₁=ax₂−x₁. Из положительного отношения находим единственное положительное a, после чего K=y₁/ax₁. При разности абсцисс 1 деление сразу даёт a, а при разности 2 извлекается положительный квадратный корень.
Например, точки (1; 6) и (3; 24) принадлежат y=K·ax. Получаем a²=24/6=4, откуда a=2. Тогда K=6/2=3. Проверка: 3·2=6 и 3·2³=24. Это не способ для произвольной функции с добавленным c: при y=K·ax+c сначала пришлось бы учитывать c, иначе деление ординат ошибочно.
Доказательные упражнения: восстановите оба параметра
- Даны P(0; 3) и Q(1; 6), лежащие на y=K·ax. Восстановите a и K; обоснуйте единственность и проверьте обе точки.
- Даны P(1; 6) и Q(2; 18), лежащие на y=K·ax. Восстановите a и K; обоснуйте единственность и проверьте обе точки.
- Даны P(0; 8) и Q(2; 2), лежащие на y=K·ax. Восстановите a и K; обоснуйте единственность и проверьте обе точки.
- Даны P(-1; 1/4) и Q(1; 4), лежащие на y=K·ax. Восстановите a и K; обоснуйте единственность и проверьте обе точки.
- Даны P(0; 4) и Q(2; 9), лежащие на y=K·ax. Восстановите a и K; обоснуйте единственность и проверьте обе точки.
- Даны P(-1; 27/2) и Q(2; 4), лежащие на y=K·ax. Восстановите a и K; обоснуйте единственность и проверьте обе точки.
- Даны P(1; 10) и Q(3; 250), лежащие на y=K·ax. Восстановите a и K; обоснуйте единственность и проверьте обе точки.
- Даны P(-1; 81) и Q(1; 9), лежащие на y=K·ax. Восстановите a и K; обоснуйте единственность и проверьте обе точки.
- Даны P(2; 20) и Q(3; 40), лежащие на y=K·ax. Восстановите a и K; обоснуйте единственность и проверьте обе точки.
- Даны P(-2; 256) и Q(-1; 64), лежащие на y=K·ax. Восстановите a и K; обоснуйте единственность и проверьте обе точки.
- Даны P(0; 1/2) и Q(2; 9/2), лежащие на y=K·ax. Восстановите a и K; обоснуйте единственность и проверьте обе точки.
- Даны P(-1; 81/16) и Q(1; 9), лежащие на y=K·ax. Восстановите a и K; обоснуйте единственность и проверьте обе точки.
Полные решения для проверки
- 1. y₂/y₁=6/3=2=a1, поэтому a=2; K=3/1=3. Проверка: K·a0=3, K·a1=6.
- 2. y₂/y₁=18/6=3=a1, поэтому a=3; K=6/3=2. Проверка: K·a1=6, K·a2=18.
- 3. y₂/y₁=2/8=1/4=a2, поэтому a=1/2; K=8/1=8. Проверка: K·a0=8, K·a2=2.
- 4. y₂/y₁=4/1/4=16=a2, поэтому a=4; K=1/4/1/4=1. Проверка: K·a-1=1/4, K·a1=4.
- 5. y₂/y₁=9/4=9/4=a2, поэтому a=3/2; K=4/1=4. Проверка: K·a0=4, K·a2=9.
- 6. y₂/y₁=4/27/2=8/27=a3, поэтому a=2/3; K=27/2/3/2=9. Проверка: K·a-1=27/2, K·a2=4.
- 7. y₂/y₁=250/10=25=a2, поэтому a=5; K=10/5=2. Проверка: K·a1=10, K·a3=250.
- 8. y₂/y₁=9/81=1/9=a2, поэтому a=1/3; K=81/3=27. Проверка: K·a-1=81, K·a1=9.
- 9. y₂/y₁=40/20=2=a1, поэтому a=2; K=20/4=5. Проверка: K·a2=20, K·a3=40.
- 10. y₂/y₁=64/256=1/4=a1, поэтому a=1/4; K=256/16=16. Проверка: K·a-2=256, K·a-1=64.
- 11. y₂/y₁=9/2/1/2=9=a2, поэтому a=3; K=1/2/1=1/2. Проверка: K·a0=1/2, K·a2=9/2.
- 12. y₂/y₁=9/81/16=16/9=a2, поэтому a=4/3; K=81/16/3/4=27/4. Проверка: K·a-1=81/16, K·a1=9.
Особые случаи: почему нельзя механически применять формулу
Если у двух заданных точек одинаковые абсциссы, но разные ординаты, они не могут лежать на графике функции. Если совпадают и абсциссы, и ординаты, это фактически одна точка: двух независимых уравнений нет, поэтому K и a определить однозначно невозможно. Эти случаи надо проверить до деления y₂/y₁.
Если хотя бы одна ордината неположительна, модель с K>0, a>0 невозможна. Если при x₁≠x₂ выполняется y₁=y₂>0, отношение равно единице; из ax₂−x₁=1 следует a=1, а оно исключено. Поэтому никакая не постоянная показательная функция данного вида не проходит через такие две точки.
Контрпример неправильному делению
Пусть две точки (0; 5) и (1; 8) принадлежат сдвинутой кривой y=3x+4. Отношение ординат 8/5 не равно основанию 3. Если кто-то применил формулу для K·ax к этой функции, получит ошибочную модель. Именно поэтому в условии каждого задания выше явно записан множитель K и отсутствует сдвиг c. Короткая математическая запись модели важнее внешнего вида кривой.
Не забывайте, что K и a решают разные задачи: K отвечает за значение y при x=0, поскольку y(0)=K; основание a отвечает за постоянное отношение соседних значений по x. Например, для функции y=3·2x два соседних значения 6 и 12 дают a=2, но K=3. Если ответить a=6, перепутаются начальный масштаб и темп изменения.
Для проверки восстановленного основания полезно использовать обе исходные точки, а не только отношение. Сначала найдите a из y₂/y₁, затем K из первой точки и убедитесь, что K·ax₂ действительно даёт y₂. Это также выявляет ошибку, когда перепутаны местами x₁ и x₂ в показателе степени: вместо a может появиться 1/a, а проверка второй точкой сразу обнаружит расхождение.
Сохраните материал или отправьте тому, кому он пригодится.
