参数:别的字母移动时保持不动的字母
在方程
$$y=ax^2+bx+c$$中有五个字母,它们不在同一个层次上。$x$ 和 $y$ 在变:它们走遍一条抛物线上的点。在这期间,$a$、$b$ 和 $c$ 保持不动,但可以事先随意选择。每一种选择给出一条不同的抛物线。这样的字母叫作参数,来自希腊语 pará(旁边)和 métron(度量):站在度量旁边、调节它的东西。
改变参数和改变变量不是一回事。改变 $x$,是沿着曲线走。改变 $a$,是换一条曲线:整条抛物线张开或收拢。
一个方程,一个家族
这是韦达的伟大发明,第 3 篇讲过:问题中给定的数也用字母表示。方程
$$ax^2+bx+c=0$$不是一个方程,而是一个方程家族,每个满足 $a\ne0$ 的三元组 $(a,b,c)$ 对应一个。在这里角色很清楚:$x$ 是未知数,$a$、$b$、$c$ 是参数。公式
$$x=\frac{-b\pm\sqrt{b^2-4ac}}{2a}$$用参数表示未知数,一次就解出了整个家族。这使得我们能提出任何单独一个方程都无法提出的问题:参数取哪些值时有两个解?答案 $b^2-4ac>0$ 是关于家族的论断,而不是关于某一个方程的。
物理学的字母
物理学是参数的王国。在匀速运动中,
$$s=s_0+vt,$$时间 $t$ 和位置 $s$ 在运动中变化,而初始位置 $s_0$ 和速度 $v$ 保持固定。但换一个运动,它们就变了。在理想气体定律 $pV=nRT$ 中,$R$ 是普适常数,对所有气体都一样;$n$ 对给定的样品是固定的;$p$、$V$、$T$ 在变。一行之中有三个层次的“不动”,却没有任何记号来区分它们。
另一种参数
更复杂的是,参数这个词还有第二种意思。在方程
$$x=\cos t,\qquad y=\sin t$$中,字母 $t$ 叫作参数,这些方程叫作参数方程。但在这里,$t$ 并不静止:它从 $0$ 跑到 $2\pi$,跑的时候点 $(x,y)$ 画出一个圆。好像 $t$ 是时间,点是一个运动的物体。在这个意义上,参数是指挥另外两个变量的隐藏变量。
练习:k 取何值时只有一个解?
在 $x^2+kx+9=0$ 中,$x$ 是未知数,$k$ 是参数。判别式为零时只有一个解:$k^2-4\cdot9=0$,即 $k=6$ 或 $k=-6$。$k=6$ 时解是 $x=-3$;$k=-6$ 时解是 $x=3$。问题问的是参数,未知数到最后才出现。
练习:直线族 y = mx
对每个 $m$ 值,$y=mx$ 是一条过原点的直线。族中所有直线都经过 $(0,0)$,因为在那里对任何 $m$ 都有 $y=m\cdot0=0$。要让直线还经过 $(2,6)$,需要 $6=2m$,即 $m=3$。注意角色的互换:为了求参数,我们把 $x=2$、$y=6$ 当作已知,把 $m$ 当作未知数。