Math Atlas

일차함수의 그래프Graphing Linear Functions

Algebra 1Algebra 1 · 2. 일차함수와 그래프2. Linear Functions & Graphs

학습 목표
  • y=mx+by = mx + b에서 mmbb가 각각 무엇을 뜻하는지 이유와 함께 안다.
  • 일차함수의 그래프를 두 가지 방법(절편+기울기, 두 절편)으로 그린다.
  • 수평선 y=by = b와 수직선 x=ax = a를 구분하고, 수직선이 함수가 아닌 이유를 안다.
  • 실생활 그래프에서 기울기와 절편을 변화율과 초기값으로 해석한다.

식 하나에 담긴 두 정보

기울기가 mm이고 yy축과 (0,b)(0, b)에서 만나는 직선 — 일차함수의 그래프다. 식으로는

y=mx+by = mx + b

라 쓰고, 함수 기호로는 f(x)=mx+bf(x) = mx + b라고도 쓴다. mmbb가 정말 그런 뜻인지는 외울 것이 아니라 확인할 수 있는 것이다.

bbyy절편이다. x=0x = 0을 대입하면 y=m0+b=by = m \cdot 0 + b = b. 그래프가 yy축과 만나는 점, 즉 xx가 0인 점의 yy값이 정확히 bb다.

mm은 기울기다. xx가 1 커질 때 yy가 얼마나 변하는지 재 보면

f(x+1)f(x)={m(x+1)+b}(mx+b)=m.f(x+1) - f(x) = \{m(x+1) + b\} - (mx + b) = m.

어느 xx에서 재든 정확히 mm씩 늘어난다. "xx 1당 yy의 증가량"은 지난 차시에서 정의한 기울기 그 자체다.

그래프 그리기

식에서 두 정보를 뽑았으니 그리는 것은 몇 초면 된다. 방법은 두 가지다.

  1. 절편 찍고 기울기로 걷기. (0,b)(0, b)를 찍고, 기울기가 pq\frac{p}{q}이면 오른쪽으로 qq, 위로 pp(음수면 아래로) 이동해 두 번째 점을 찍는다.
  2. 두 절편 잇기. x=0x = 0을 넣어 yy절편, y=0y = 0을 넣어 xx절편을 구해 두 점을 잇는다.

어느 쪽이든 점 두 개면 직선 하나가 정해진다는 사실을 쓰는 것이다. 안전하게 세 번째 점을 하나 더 찍어 일직선에 놓이는지 확인하면 계산 실수까지 걸러진다.

예제 1 · 두 방법으로 같은 직선

y=32x3y = \dfrac{3}{2}x - 3의 그래프를 그려라.

풀이. 방법 1: yy절편 (0,3)(0, -3)을 찍고, 기울기 32\frac{3}{2}를 따라 오른쪽으로 2, 위로 3 걸으면 (2,0)(2, 0)이다.

방법 2: xx절편은 0=32x30 = \frac{3}{2}x - 3에서 x=2x = 2, 즉 (2,0)(2, 0) — 방법 1의 두 번째 점과 같은 점이 나왔다. 두 점을 직선으로 이으면 끝이다.

검산 삼아 세 번째 점: x=4x = 4이면 y=63=3y = 6 - 3 = 3. (4,3)(4, 3)이 그린 직선 위에 있는지 눈으로 확인하자.

x y O -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 +2 +3 (0, -3) (2, 0)
y = (3/2)x − 3의 그래프. y절편 (0, −3)에서 오른쪽 2, 위 3 이동하면 x절편 (2, 0)에 닿는다.

수평선과 수직선

y=mx+by = mx + b에서 m=0m = 0이면 y=by = bxx가 무엇이든 yy는 늘 bb수평선이다.

수직선은 사정이 다르다. x=ax = a라는 식은 " xx좌표가 aa인 모든 점"을 뜻하는 수직선인데, 이것은 y=mx+by = mx + b 꼴로 쓸 수 없다(기울기가 정의되지 않으므로).

x y O -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 y = 3 x = -2
수평선 y = 3과 수직선 x = −2.
참고

수직선은 직선이지만 함수의 그래프가 아니다. 함수는 xx 하나에 yy 하나를 대응시켜야 하는데, x=2x = -2 위에는 xx좌표가 2-2인 점이 무한히 많다 — 하나의 입력에 무한히 많은 출력이 달린 셈이다. "모든 직선 = 일차함수"가 아니라는 것, 시험에 즐겨 나온다.

그래프가 이야기를 담을 때

기울기와 절편이 진짜 힘을 내는 곳은 실생활 그래프다.

예제 2 · 물탱크

300L짜리 물탱크의 물이 분당 20L씩 일정하게 빠져나간다. tt분 뒤 남은 물의 양을 VVL라 하면

V=30020t.V = 300 - 20t.

이 식을 그래프와 함께 읽어 보자.

  • VV절편 300: t=0t = 0일 때의 값, 즉 처음 물의 양이다.
  • 기울기 20-20: 1분마다 VV가 20씩 줄어드는 변화율이다. 부호가 방향(감소)을, 크기가 속도(분당 20L)를 말해 준다.
  • tt절편 15: V=0V = 0이 되는 순간. 30020t=0300 - 20t = 0에서 t=15t = 15 — 물이 다 빠지는 데 15분 걸린다.

식의 모든 부품이 상황의 한 조각씩을 담당한다. 그래프 문제를 만나면 절편과 기울기에 "단위를 붙여" 읽는 습관을 들이자: 300L, 분당 20-20L, 15.

t V O 5 10 15 100 200 300 (0, 300) (15, 0)
물탱크 그래프: 세로축 V, 가로축 t. 점 (0, 300)에서 시작해 (15, 0)까지 내려가는 직선.
주의

모델 그래프에서는 정의역이 상황에 묶인다. 물탱크 식 V=30020tV = 300 - 20t0t150 \leq t \leq 15에서만 의미가 있다 — t=20t = 20을 넣으면 V=100V = -100L라는 헛소리가 나온다. 직선 자체는 무한히 뻗지만, 이야기는 구간 안에서만 참이다.

문제 탭에는 그래프에서 식을 읽어 내는 문제, 함수값 표기 연습, 그리고 직선과 두 축이 만드는 삼각형의 넓이를 묻는 경시 스타일 문제까지 열네 문제가 있다.

Goals
  • Know what mm and bb each mean in y=mx+by = mx + b — with reasons, not just names.
  • Graph a linear function two ways: intercept-plus-slope, and intercept-to-intercept.
  • Tell horizontal lines y=by = b from vertical lines x=ax = a, and know why a vertical line is not a function.
  • Read slope and intercepts in real-world graphs as rates of change and starting values.

Two facts packed into one formula

A line with slope mm that crosses the yy-axis at (0,b)(0, b) — that's the graph of a linear function. We write it

y=mx+b,y = mx + b,

or in function notation, f(x)=mx+bf(x) = mx + b. That mm and bb really mean those things isn't something to memorize; it's something to verify.

bb is the yy-intercept. Substitute x=0x = 0: y=m0+b=by = m \cdot 0 + b = b. The point where the graph meets the yy-axis — the point with x=0x = 0 — has height exactly bb.

mm is the slope. Measure how much yy changes when xx grows by 1:

f(x+1)f(x)={m(x+1)+b}(mx+b)=m.f(x+1) - f(x) = \{m(x+1) + b\} - (mx + b) = m.

No matter which xx you measure at, the rise per unit step is exactly mm — and "change in yy per unit change in xx" is precisely how we defined slope last lesson.

Drawing the graph

With those two facts extracted, graphing takes seconds. Two methods:

  1. Plot the intercept, then walk the slope. Mark (0,b)(0, b); if the slope is pq\frac{p}{q}, step right qq and up pp (down if negative) to get a second point.
  2. Join the two intercepts. Set x=0x = 0 for the yy-intercept and y=0y = 0 for the xx-intercept, and connect them.

Either way you're using the same fact: two points determine a line. Plotting a third point as insurance catches arithmetic slips — if the three don't line up, something's off.

Example 1 · One line, both methods

Graph y=32x3y = \dfrac{3}{2}x - 3.

Solution. Method 1: plot the yy-intercept (0,3)(0, -3), then follow the slope 32\frac{3}{2} — right 2, up 3 — to reach (2,0)(2, 0).

Method 2: the xx-intercept solves 0=32x30 = \frac{3}{2}x - 3, giving x=2x = 2 — the point (2,0)(2, 0), the same second point method 1 found. Join the two points and you're done.

For a check, take a third point: x=4x = 4 gives y=63=3y = 6 - 3 = 3, so (4,3)(4, 3) should sit on your line. Look and confirm.

x y O -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 +2 +3 (0, -3) (2, 0)
The graph of y = (3/2)x − 3: from the y-intercept (0, −3), stepping right 2 and up 3 reaches the x-intercept (2, 0).

Horizontal and vertical lines

Set m=0m = 0 in y=mx+by = mx + b and you get y=by = b: a horizontal line where yy stays bb no matter what xx is.

Vertical lines are a different story. The equation x=ax = a describes all points with xx-coordinate aa — a vertical line — and it cannot be written as y=mx+by = mx + b, because its slope is undefined.

x y O -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 y = 3 x = -2
The horizontal line y = 3 and the vertical line x = −2.
Note

A vertical line is a line, but it is not the graph of a function. A function must assign one yy to each xx — yet the line x=2x = -2 stacks infinitely many points over the single input 2-2. "Every line is a linear function" is false, and test writers know it.

When a graph tells a story

Slope and intercepts earn their keep in real-world graphs.

Example 2 · The water tank

A 300 L tank drains at a steady 20 L per minute. If VV is the volume in liters after tt minutes,

V=30020t.V = 300 - 20t.

Read the formula alongside its graph:

  • The VV-intercept, 300: the value at t=0t = 0 — the starting amount.
  • The slope, 20-20: the rate of change — VV drops by 20 each minute. The sign gives the direction (decreasing); the size gives the speed (20 L/min).
  • The tt-intercept, 15: where V=0V = 0. Solving 30020t=0300 - 20t = 0 gives t=15t = 15 — the tank takes 15 minutes to empty.

Every part of the formula carries one piece of the story. When you meet a modeling graph, read the slope and intercepts with their units attached: 300 L, 20-20 L per minute, 15 minutes.

t V O 5 10 15 100 200 300 (0, 300) (15, 0)
The tank graph: V on the vertical axis, t on the horizontal, a straight line from (0, 300) down to (15, 0).
Watch out

In a model, the domain is chained to the situation. The tank formula V=30020tV = 300 - 20t only means something for 0t150 \leq t \leq 15 — plug in t=20t = 20 and you get V=100V = -100 L, which is nonsense. The line runs forever; the story is only true on its interval.

The Problems tab holds fourteen problems: reading equations off graphs, function-notation practice, and a contest-style finale about the triangle a line cuts off with the axes.