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ステージ 21 · 一次関数

21.2  一次関数の登場:直線をまるごとスライドさせる

比例に「出発点」を加えると y = kx + b が生まれ、原点を離れて y 軸を (0, b) で横切ります。

12〜15 歳向け · 一歩ずつ丁寧に考える
比例のグラフ y = 2xb = 3 だけ上にスライドさせると y = 2x + 3 になり、y 軸を (0, 3) で横切ります。

タクシーに乗った瞬間、メーターはすでに基本料金を表示しています。そこから距離に応じて加算されるので、料金は純粋な比例ではありません——ゼロでない値から始まるのです。比例 y = kx に「出発値」b を加えると、一般的な一次関数 y = kx + b が生まれます。幾何学的には、b はグラフ全体を上下に平行移動するだけです。傾き k は変わらず、y 軸との交点が原点から (0, b) に移動します。前の授業では直線が原点に固定されていましたが、ここで自由にスライドできるようになります。この授業では一次関数を定義し、by 切片として読み取り、2 つの点からグラフを描く方法を学びます。

21.2.1 比例に出発点を加える

タクシーを想像してください。座った瞬間、メーターにはすでに基本料金 300 円が表示されています。そこから 1 キロごとに 200 円が加算されます。x をキロ数とすると、料金は

y = 2x + 3.

純粋な比例 y = 2x では料金は $0 から始まります。でもこの例では、x = 0 キロの時点ですでに $3 かかっています——比例 y = 2x3 だけ上にずれたのです。一定の変化率(1 マイルあたり $2)は変わらず、新しいのは出発値だけです。「固定の出発値+一定の変化率」こそ、一次関数の形です。

ポイント

固定の出発値一定の変化率を合わせると一次関数 y = kx + b になります。kx が 1 増えるごとに y がどれだけ変わるかを表し、bx = 0 のときの y の値です。

タクシー料金 y = 2x + 3基本料金 (0, 3) から始まり、1 マイルごとに $2 上がります。
試してみよう 基本料金+距離料金
スライダーでマイル数を動かしてみましょう。料金が 0 マイルの時点で $3(基本料金)から始まり、1 マイルごとに $2 増えていくのを確認してください。
マイル x

21.2.2 一次関数とは

式が次の形をしているとき、

y = kx + b  (k ≠ 0kb は定数)、

yx一次関数と呼びます。この名前はグラフの形にぴったりです。グラフは常に直線になります。2 つの定数にはそれぞれ役割があります:

k傾き——直線の急さと向き(右上がりか右下がりか)を決めます。比例と同じです。
by 切片——直線が y 軸を横切る高さです。

b = 0 のとき、式は y = kx に戻ります——つまり比例は、原点を通る特別な一次関数です。(また k = 0 のとき、y = b という水平な定数関数になります。これは傾きがない直線で、一次関数の仲間には入りません。念のため触れますが、本授業の主役は k ≠ 0 の場合です。)

ポイント——一次関数

一次関数y = kx + bk ≠ 0)です。グラフは直線で、k傾きby 切片です。b = 0 の場合は原点を通る比例 y = kx です。

y = kx + b において、傾き k は 1 単位進んだときの上昇量(rise = k·run)を表し、b は直線が y 軸と交わる高さです。

21.2.3 b は直線が y 軸を横切る場所

なぜ b が y 切片なのでしょうか?直線が y 軸と交わる瞬間、x = 0 を代入するだけです:

x = 0  ⇒  y = k·0 + b = b.

つまり直線は必ず(0, b) を通ります。b を変えると、直線は傾かずにまっすぐb > 0 のとき)またはb < 0 のとき)にスライドします——傾き k はまったく変わりません。同じ傾きで異なる「持ち上げ」を持つ 3 本の直線は平行です:

y = 2x  → (0, 0) を通る;   y = 2x + 3  → (0, 3) を通る;   y = 2x − 2  → (0, −2) を通る。

傾き k = 2 が同じで「持ち上げ」が異なる 3 本の直線:y = 2xy = 2x + 3y = 2x − 2——y 軸を 0, 3, −2 で横切る 3 本の平行な直線。
注意

by の値——y 軸上の高さ——であり、x の値ではありません。直線は y 軸を (0, b) で横切ります。第一座標は常に 0 で、b が高さです。

試してみよう 傾きと持ち上げを別々に
k を変えて直線を傾け、b を変えてスライドさせましょう。薄いゴースト線は原点 O を通る y = kx;矢印は (0, b) への「持ち上げ」を示します。両方の切片が緑でマークされます。
傾き k 2
持ち上げ b 3

21.2.4 2 点で一次関数のグラフを描く

2 点が決まれば直線が定まります。つまり y = kx + b のグラフを描くには、2 点を求めてプロットし、定規を当てるだけです。最も簡単な 2 点はほぼ常に切片——直線が軸と交わる点——です:

y 切片 (0, b)——式からそのまま読める;
x 切片——直線が x 軸と交わる点。y = 0 とおいて求める。

y = 2x − 4 を例にします。y 切片は (0, −4)。x 切片は y = 0 とおいて:

0 = 2x − 4  ⇒  2x = 4  ⇒  x = 2,  よって x 切片は (2, 0)

(0, −4)(2, 0) をプロットして直線を引けば、グラフの完成です。

y = 2x − 4 のグラフを 2 つの切片から描く:y 切片 (0, −4)x 切片 (2, 0)
注意

b = 0 のとき、2 つの切片が重なって両方とも原点 (0, 0) になります——これでは直線が定まりません。その場合(比例のとき)は原点ともう 1 点、例えば (1, k) を使いましょう。

21.2.5 直線が軸と交わる点を求める

2 つの交点はどちらも同じ操作から得られます。セットで覚えておきましょう:

求めるもの代入結果交点
y 切片x = 0y = b(0, b)
x 切片y = 0kx + b = 0 ⇒ x = −b∕k(−b∕k, 0)

x 切片は小さな方程式 kx + b = 0 を解くと得られ、x = −bk です。例題:y = −3x + 6

• y 切片:x = 0 を代入 → y = 6、よって (0, 6)
• x 切片:y = 0 とおく → 0 = −3x + 6 → 3x = 6 → x = 2、よって (2, 0)

上の kbslide ウィジェットでは、kb を変えると両方の切片がリアルタイムで動きます。b をスライドすると y 切片が y 軸上をまっすぐ動き、x 切片 −b∕k は x 軸に沿ってずれていくのを確認してください。

y = −3x + 6 の両方の交点:y 切片 (0, 6)(x = 0 を代入)と x 切片 (2, 0)(y = 0 とおき −3x + 6 = 0 を解く)。

まとめ

たった一つの変更が、比例を直線の大家族へと変えます:

一次関数y = kx + bk ≠ 0)。グラフは直線で、k傾きby 切片です。
b平行移動量:直線は y 軸を (0, b) で横切ります。b を変えても傾きは変わらず、直線が上下にスライドするだけです。
b = 0 のときは原点を通る比例 y = kx同じ k を持つ直線は平行です。
グラフを描くには 2 点を使います——最も簡単なのは 2 つの切片:x = 0(0, b)y = 0kx + b = 0 を解く → (−b∕k, 0)

次の授業(21.3 直線を読む)では、kb符号が右上がり・右下がり、象限、平行・交差をすべて語ってくれます。(前の授業は 21.1 比例、つまり b = 0 の場合でした。)

練習問題

  1. 一次関数 y = 3x − 5 の傾き k と y 切片 b を答えなさい。

    答え

    y = kx + b と対応させると:k = 3b = −5

  2. y = 3x − 5y 軸のどこを通りますか?

    答え

    x = 0 を代入:y = 3·0 − 5 = −5。y 切片は (0, −5)——これがそのまま b です。

  3. y = 3x − 5x 軸のどこを通りますか?

    答え

    y = 0 とおき 3x − 5 = 0 を解く → 3x = 5 → x = 53。x 切片は (5∕3, 0)——−b∕k = −(−5)∕3 です。

  4. y = 2x + 3 は比例ですか?

    答え

    いいえ。比例 y = kx は原点を通らなければなりません(b = 0)。ここでは b = 3 ≠ 0 なので、直線は原点を外れ、y 軸を (0, 3) で横切ります。

  5. y = 4xy = 4x − 7 のグラフはどんな関係ですか?

    答え

    どちらも同じ傾き k = 4 を持つので、平行です。2 番目のグラフは 1 番目を7 だけ下にずらしたもので、y 軸を原点ではなく (0, −7) で横切ります。

  6. 傾き −2y 切片 6 の一次関数を書き、x 切片を求めなさい。

    答え

    k = −2b = 6y = −2x + 6。x 切片は y = 0 とおく:−2x + 6 = 0 → 2x = 6 → x = 3、よって (3, 0)

🎯 クイック確認

6 問で理解を確かめましょう。正しいと思う答えをタップしてください。

§ 教師・保護者の方へ

この授業は、比例 y = kx から一般的な一次関数 y = kx + b へのたった一つのステップを扱います。核心は、b縦方向の平行移動であるということ:傾きを変えずに直線を原点から離し、y 軸を (0, b) で横切らせます。k を急さ、b を出発の高さとして読み取ることが、このステージの後続すべての基礎になります——グラフを描くこと、式を逆算すること、直線を方程式・不等式と結びつけること。

気をつけたいよくある誤解が 3 つあります。(1) 生徒はしばしば y = kx + b を「比例」と呼びますが、原点を通る b = 0 の場合のみが比例です。(2) b を x 座標と読んでしまうことがあります。b は y 軸上の高さであり、交点は第一座標が 0 の (0, b) だと強調してください。(3) b を変えると傾きが変わると思い込むことがあります。kbslide ウィジェットでゴースト線と移動後の直線が完全に平行を保つのを見せると、位置だけが動くことが一目瞭然です。グラフを描く際は「2 切片法」を勧めてください。x = 0 と y = 0 の 2 つの小さな計算でグラフが完成します。

Common Core との対応。 8.F.A.3y = mx + b が直線のグラフを持つ一次関数を定義する)、8.EE.B.6y = mx + b を導出し、傾きと切片を解釈する)、HSF-IF.B.4 / HSF-IF.C.7a(一次関数の切片を解釈しグラフを描く)。このステージでは m の代わりに k、y 切片として b を使います。

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