正變可以很好地形容和記錄物理世界中的很多規律。我們在這裡看看一個力學中的例子。
如互動素材所示,把一個彈弓水平放在光滑的地上,左面一頭接在牆上,右面一頭連接重物。
記錄變量\(\color{green}{\;x\;}\)為重物的位置:以毫米為量度單位;當重物沒有拉扯彈弓時,\(\;x\;\)取值為\(\;0\;\);當重物向右拉開彈弓時,\(\;x\;\)取值為正數;當重物向左擠壓彈弓時,\(\;x\;\)取值為負數。
記錄變量\(\color{green}{\;F\;}\)為彈弓向重物施加的力:以牛頓為量度單位,當這力是向右時,\(\;F\;\)取值為正數;當這力是向左時,\(\;F\;\)取值為負數。
變量\(\;x\;\)與變量\(\;F\;\)的關係可以用物理中的虎克定律來描述:
當\(\;x\;\)的絕對值不太大時,\(\;F\;\)隨著\(\;x\;\)正變,即是\(\;\color{green}{F\propto x}\;\)。
由於彈弓傾向回復到沒有伸縮的自然位置,\(\;F\;\)與\(\;x\;\)的方向恰恰相反:\(\;x\;\)為正數時,\(\;F\;\)為負數;\(\;x\;\)為負數時,\(\;F\;\)為正數。
我們可以更準確地描述變分關係
\[\color{green}{F=-kx}。\]
當中\(\;-k\;\)就是變分常數,取決於使用的彈弓的彈性。互動素材中,\(\;k\;\)取值\(\;0.8\;\)為牛頓每毫米。
有關力學的原理,同學可以參看物理科的課件。
有關正變的更多應用,同學可以在多項選擇題中找到。