関数のグラフとは?式・表・グラフは同じ関係の別表現

関数のグラフは、式を絵にしただけのものではありません。二つの量の対応関係を、式・表・グラフという別の表現で見せたものです。式から表、表から点、点からグラフへ変換できると、関数を「公式」ではなく「変化の関係」として理解できます。

関数は一方の値を決めると他方が決まる関係

中学校数学では、xの値を決めるとそれに対応してyの値が一つに決まる関係を関数として扱います。

たとえば

y=2x+1

なら、x=0でy=1、x=1でy=3、x=2でy=5です。

式は、xとyの対応を短く書いた表現です。

表へすると「変化」が見える

y=2x+1 を表にすると、

x -1 0 1 2
y -1 1 3 5

xが1増えるとyが2増えることが分かります。

式の係数2が、表ではyの増え方として現れています。

表の組を座標として点にする

表の
x=0、y=1
は座標(0,1)です。

x=1、y=3なら(1,3)。

こうして表の一組ずつを座標平面へ点として置きます。

関数のグラフは、式を満たす(x,y)の組を図で表したものです。

一次関数では変化の割合が傾きになる

y=ax+b

では、aが傾き、bがy切片です。

a=2なら、xが1増えるとyが2増える関係です。

b=1なら、x=0のときy=1なので、グラフはy軸の1を通ります。

式の文字とグラフ上の特徴を対応させます。

傾きは「右へ1進んだときの上下」

傾き3なら、右へ1進むと上へ3。

傾き-2なら、右へ1進むと下へ2です。

「数字が大きいほど急」とだけ覚えると、負の傾きで混乱します。

符号が上がる・下がる方向、絶対値が変化の急さと考えます。

例:y=-x+4

x=0でy=4なので(0,4)を通ります。

傾きは-1なので、右へ1進むと下へ1。

(1,3)、(2,2)、(3,1)、(4,0)を通ります。

表を全部作らなくても、切片と傾きから複数の点を作れます。

グラフから式を求める

直線が(0,2)を通り、右へ1進むと上へ3進むなら、y切片は2、傾きは3です。

したがって

y=3x+2

と表せます。

図から数字を読むだけでなく、切片と変化の割合を式へ戻すことが重要です。

比例は一次関数の特別な形として見られる

比例

y=ax

は、一次関数 y=ax+b でb=0の場合です。

そのためグラフは原点を通ります。

「比例のグラフ」と「一次関数のグラフ」を完全に別物として覚えず、包含関係で見るとつながります。

反比例は直線ではない

反比例

y=ax

のグラフは直線になりません。

xが0では定義できないこと、xの符号によってグラフが複数の部分に分かれることを確認します。

「関数のグラフ=全部直線」という誤解を避けます。

よくある誤り:点を結べばいつでも直線になる

データの点がいくつかあるからといって、必ず直線で結ぶわけではありません。

関数の種類や問題の条件を確認します。

一次関数なら直線ですが、二次関数や反比例では形が違います。

グラフの形は「点の描き方」ではなく、関数の関係によって決まります。

定義域があるとグラフの一部だけになる

たとえば「0秒から5秒までの移動」を表す関数なら、xに当たる時間は0から5の範囲だけです。

式が一次関数でも、現実の問題では直線全体を描かず、意味のある範囲だけを扱います。

数式上の関数と、問題場面で使う範囲を分けます。

グラフは増減を一目で比較できる

二つの一次関数を同じ座標平面に描けば、どちらがどの範囲で大きいか、交点はどこかを視覚的に確認できます。

連立方程式の解も、二直線の交点として見ることができます。

式・方程式・グラフが別単元ではなく、同じ関係を違う方法で表しています。この対応の確認も重要です。

練習:三方向へ変換する

次の式を使います。

y=2x-3
  1. x=-1,0,1,2の表を作る。
  2. 座標をグラフへ打つ。
  3. グラフから傾き2、切片-3を読み戻す。

一方向だけでなく、式→表→グラフ→式まで戻します。

次は「何が同じまま残っているか」を探す

y=2x+1 を式、表、グラフで表しても、「xが1増えるとyが2増える」という関係は同じです。

表現を変えると見えやすいものが変わります。

式では規則、表では具体的な対応、グラフでは全体の形が見えます。

同じ関係を複数の表現へ変換し、必要な表現を選ぶことが、関数問題を解く中心です。

二点が分かれば一次関数の式を作れる

直線が二点(1,3)、(3,7)を通るとします。

傾きは

7-33-1=2

です。

y=2x+b に(1,3)を代入すると、

3=2+b

なのでb=1。

したがって

y=2x+1

です。

二点→傾き→切片→式という変換は、グラフから式を具体的に正確に復元する基本です。

交点は二つの関係を同時に満たす

y=2x+1 と y=-x+4 の交点では、同じx,yが両方の式を満たします。

2x+1=-x+4

よりx=1、y=3です。

グラフの交点と連立方程式の解は、同じ条件を図と式で見たものです。

参考資料

  • 文部科学省「中学校学習指導要領・解説」
  • 文部科学省「高等学校学習指導要領・解説」
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