📐 第 1 课 · 函数的概念与性质

从跑鞋到函数

炸弹人穿上跑鞋后越跑越快——这个「秘密」里,藏着函数最核心的思想 👟

🎮 互动教学 ⏱ 约 15 分钟 📐 人教版必修第一册 · 第三章

🎯 本课学习目标

1
🎮 穿跑鞋的炸弹人
① 游戏引入 · 👆 点击体验 →

🎮 跑起来,观察规律

给炸弹人穿上不同等级的跑鞋,2️⃣点「开始跑」。观察:时间每过 1 秒,炸弹人跑了多远?数据会实时记录并画出图像。

速度: 0 米/秒 未穿鞋
当前速度 v
2.0
米/秒
时间 t
0.0
距离 s
0.0

📊 实时数据表

t (秒)s (米)s÷t

📈 实时函数图像

💡 观察要点:每过 1 秒,距离 s 增加了多少?换不同的跑鞋,这个「每秒增加的值」会变吗?数据点连起来是什么形状?
2
📖 从游戏到数学:什么是函数?
② 概念讲解 · 核心概念

🔍 从游戏中「抽象」出函数

刚才的游戏中,我们记录了 时间 t距离 s 的对应关系。仔细想想:

游戏中的事实
炸弹人每过 1 秒,就前进一段距离
↓ 抽象
时间 t → 距离 s
关键特征
给定一个时刻,炸弹人有且只有一个位置
↓ 抽象
一个输入 → 唯一输出
数学表达
距离 = 速度 × 时间
↓ 抽象
s = v · t

📖 函数的定义

人教版必修第一册(P63):

📘 定义

一般地,设 AB数字的集合,如果按照某种确定的对应关系 f,使对于集合 A 中的任意一个数 x,在集合 B 中都有唯一确定的数 f(x) 和它对应,那么就称 f : A → B 为从集合 A 到集合 B 的一个函数

记作:y = f(x),x ∈ A

💡 一句话理解:函数就是一种「机器」——扔进去一个数(输入),出来唯一确定的一个数(输出)。炸弹人游戏就是这台机器:扔进去时间 t,出来唯一的位置 s。

🧩 函数的三要素

① 输入的范围(x的取值范围)(自变量的取值范围)
游戏:时间 t 从 0 开始,到停下为止
x 的取值范围 A
② 对应关系(f 的规则)
游戏:s = v × t(速度乘以时间)
f: x ↦ f(x) 的变换规则
③ 输出的范围(y的所有结果)(函数值的集合)
游戏:所有可能到达的位置
{f(x) | x ∈ A}
三要素 = 输入的范围(x的取值范围) + 对应关系 + 输出的范围(y的所有结果)
(输入的范围(x的取值范围)和对应关系确定后,输出的范围(y的所有结果)也就唯一确定了)

📐 函数的表示方法

同一个函数,可以用三种方式表示。刚才的游戏中,你已经全部见过了:

① 解析式法
用数学式子表示
s = 4t
② 列表法
实时数据表
t: 0,1,2,3...
s: 0,4,8,12...
③ 图象法
实时函数图像
一条过原点的直线
解析式: s = vt ← 最精确,便于计算
列 表: (t, s) 的对应值 ← 直观,能看到具体数值
图 象: 坐标平面上的直线 ← 形象,能看出变化趋势

特殊类型:正比例函数

当炸弹人从原点出发(初始位置为 0),距离与时间的关系 s = vt 是一种非常重要的函数:

正比例函数: y = kx (k ≠ 0)
其中 k 叫做「比例系数」

s = vt 中,v 就是比例系数 k。它决定了直线的「陡峭程度」——速度越快,直线越陡。 这正是我们下一步要亲手验证的!

3
🔬 调节斜率 k
③ 互动实验 · 拖动滑块 →

在正比例函数 y = kx 中,k 叫做斜率。它决定了直线的陡峭程度。 在炸弹人游戏中,k 就是跑鞋的速度等级

3.0
y = 3.0 x
💡 当 k = 3.0 时,x 每增加 1,y 增加 3。直线比 45° 角更陡一些。
🎮 游戏对照:k = 2 对应「脱鞋」、k = 4 对应「普通跑鞋」、k = 7 对应「超级跑鞋」。 把滑块拖到这三个值,看看直线的陡峭程度是不是正好对应了游戏中炸弹人的快慢!
4
🎯 挑战关卡
④ 挑战关卡 · 共 4 题
1 下列对应关系中,哪些是函数?(多选)
① 每个时间 t 对应炸弹人唯一的位置 s
② 每个人的身高对应他的体重
③ 一个 x 值对应两个不同的 y 值
2 炸弹人穿普通跑鞋,速度 v = 4 米/秒。如果 s(t) = 4t,求 5 秒后跑了多远?
用函数记号表示,就是求 s(5) = ?
3 函数 s = vt 的图象(v ≠ 0)是(  )
回忆刚才游戏中实时画出的图像
4 炸弹人穿超级跑鞋(v=7),要在 6 秒内追上前方 30 米处的道具。能追上吗?
追上意味着 6 秒内跑的距离 ≥ 30 米
⌨️ 小提示:👆 点击选项即可作答,答完 4 题后自动显示总分。
💻
💻 Python 核心代码:用代码表达正比例函数
⑤ 本课小结 · 讲干货
🐍 正比例函数 y = kx 👆 点击展开代码 →
lesson1_proportional.py📋 复制
def position(t, k):
 """正比例函数:距离 = 速度 × 时间"""
 return k * t
# 三种跑鞋的速度
shoes = {'脱鞋': 2, '普通': 4, '超级': 7}
# 计算 5 秒后各跑多远
for name, k in shoes.items():
 s = position(5, k)
 print(f'{name}跑鞋: 5秒跑了{s}米')
▶ 运行输出
脱鞋跑鞋: 5秒跑了10米
普通跑鞋: 5秒跑了20米
超级跑鞋: 5秒跑了35米
📈 用 matplotlib 画函数图像 4 行画出直线 →
lesson1_plot.py📋 复制
import matplotlib.pyplot as pt
t = [0, 1, 2, 3, 4, 5]
k = 4 # 普通跑鞋
s = [k * x for x in t] # 核心:一行算出所有距离
pt.plot(t, s, 'o-')
pt.savefig('line.png')
📝
📝 本课小结
回顾今日所学

今天你学到了什么?

🎮 从游戏中来
炸弹人穿跑鞋 → 速度 v 不同 → 时间 t 与距离 s 的对应关系不同
📖 函数定义
两个非空数集 A、B 之间的唯一确定的对应关系 f: A→B
🧩 三要素
输入的范围(x的取值范围) + 对应关系 + 输出的范围(y的所有结果)。确定一个函数,关键看前两个
📐 三种表示
解析式(精确)、列表(直观)、图象(形象)
⭐ 正比例函数
y = kx (k≠0),图象是过原点的直线,k 决定陡峭程度
🔗 游戏↔数学
跑鞋速度 = 斜率 k;时间 = x;距离 = y;s = vt 就是 y = kx
下节预告:第 2 课 —— 三种语言说同一件事(函数的表示法)
💡 同一个函数,公式、表格、图像三种「说法」
👉 前往第 2 课