下表给出了两个变量 x 和 y 的实验值,它们由形式为 ynxk=10y^{n} x^{k} = 10 的方程联系起来。

  1. ((i))

    在坐标纸上绘制 lg⁡y\lg y 对 lg⁡x\lg x 的图象,每个轴上使用 4 cm 表示 0.1 个单位的比例。

  2. ((ii))

    利用你的图象估算 kk 和 nn 的值。

  3. ((iii))

    在不绘制另一个图象的情况下,求绘制 lg⁡x\lg x 对 lg⁡y\lg y 得到的直线的斜率。

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完整解法

10((i))

1. Calculate the logarithms of the given $x$-values.

Using common logarithms,

x1.21.62.02.4lg⁡x0.0790.2040.3010.380\begin{array}{c|cccc} x&1.2&1.6&2.0&2.4\\ \hline \lg x&0.079&0.204&0.301&0.380 \end{array}

2. Calculate the logarithms of the corresponding $y$-values.

Using common logarithms,

y2.2031.81.5321.35lg⁡y0.3430.2550.1850.130\begin{array}{c|cccc} y&2.203&1.8&1.532&1.35\\ \hline \lg y&0.343&0.255&0.185&0.130 \end{array}

So the points to plot are
(0.079,0.343), (0.204,0.255), (0.301,0.185), (0.380,0.130).(0.079,0.343),\ (0.204,0.255),\ (0.301,0.185),\ (0.380,0.130).

3. Draw the graph with the required scale and line of best fit.

On graph paper:

  • horizontal axis: lg x,
  • vertical axis: lg y,
  • scale on each axis: 4 cm represents 0.1 unit,
  • plot the four points accurately,
  • draw a straight line of best fit through the points.
答案

Plot the points approximately
(0.079,0.343), (0.204,0.255), (0.301,0.185), (0.380,0.130)(0.079,0.343),\ (0.204,0.255),\ (0.301,0.185),\ (0.380,0.130)
on axes labelled lg x horizontally and lg y vertically, using a scale of 4 cm to 0.1 unit on each axis. Draw a decreasing straight line of best fit through the points.

10((ii))

1. Convert the given equation into a linear form involving $\lg y$ and $\lg x$.

Given
ynxk=10,y^n x^k=10,
take lg⁡\lg on both sides:
lg⁡(ynxk)=lg⁡10\lg(y^n x^k)=\lg 10
nlg⁡y+klg⁡x=1.n\lg y+k\lg x=1.

2. Write the equation in the form of the plotted straight line, $\lg y=m\lg x+c$.

Rearrange
nlg⁡y+klg⁡x=1n\lg y+k\lg x=1
so that lg⁡y\lg y is the subject:
nlg⁡y=1−klg⁡xn\lg y=1-k\lg x
lg⁡y=−knlg⁡x+1n.\lg y=-\frac{k}{n}\lg x+\frac{1}{n}.
Comparing with
Y=mX+c,Y=mX+c,
where Y=lg⁡yY=\lg y and X=lg⁡xX=\lg x,
m=−kn,c=1n.m=-\frac{k}{n}, \qquad c=\frac{1}{n}.

3. Estimate the gradient and vertical intercept from the graph.

From the straight line of best fit on the graph, the gradient is approximately
m≈−0.71m\approx -0.71
and the vertical intercept is approximately
c≈0.40.c\approx 0.40.

4. Use the gradient and intercept to calculate $n$ and $k$.

Since
c=1n,c=\frac{1}{n},
0.40≈1n0.40\approx \frac{1}{n}
n≈10.40=2.5.n\approx \frac{1}{0.40}=2.5.
Also,
m=−kn,m=-\frac{k}{n},
so
−0.71≈−k2.5-0.71\approx -\frac{k}{2.5}
k≈0.71(2.5)=1.775≈1.8.k\approx 0.71(2.5)=1.775\approx 1.8.

答案

n≈2.5,k≈1.8n \approx 2.5, \qquad k \approx 1.8

10((iii))

1. Recall the gradient of the original graph from part (ii).

From part (ii), the graph of lg⁡y\lg y against lg⁡x\lg x has gradient
m=−kn.m=-\frac{k}{n}.
Using k≈1.8k\approx1.8 and n≈2.5n\approx2.5,
m≈−1.82.5=−0.72.m\approx -\frac{1.8}{2.5}=-0.72.

2. Find the reciprocal gradient when the axes are interchanged.

When lg⁡x\lg x is plotted against lg⁡y\lg y, the gradient is the reciprocal of the original gradient:
new gradient=1−0.72≈−1.39.\text{new gradient}=\frac{1}{-0.72}\approx -1.39.

答案

Gradient≈−1.4\text{Gradient} \approx -1.4

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