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輸入計算

數學公式

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結果

插值結果
50
指定 x 對應的 y 值
斜率(變化率) 10

什麼是線性插值?

線性插值(Linear Interpolation)是一種用來估算「落在兩個已知數據點之間」的未知數值的方法。它假設這兩點之間的關係呈一條直線,因此未知值會按比例落在這條直線上。每當你手邊有一張數值對照表,卻需要查出「表格中間」某個讀數時,線性插值就派上用場——它廣泛應用於工程、統計、財務、電腦繪圖與各類科學領域。

xy 圖中由直線連接的兩個已知點,中間標出一個內插點
線性內插在連接兩個已知點的直線上估算未知的 y 值。

如何使用本計算器

先輸入兩個已知點的座標:(x₁, y₁) 與 (x₂, y₂),接著輸入你想估算 y 值的那個 x。計算器會回傳插值後的 y 值,同時顯示連接這兩點的直線斜率。輸入的 x 可以落在兩點之間(內插),也可以落在兩點之外(外推)——無論哪一種,所用的直線公式都相同。

公式說明

計算式為 $$y = y_1 + \left(x - x_1\right) \cdot \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1}$$。其中分式 \(\frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1}\) 就是斜率,代表 x 每變動一單位時 y 的變化量。把斜率乘上水平距離 \(\left(x - x_1\right)\),得到從 y₁ 上升(或下降)到目標點的幅度;再加回 y₁,便得出插值結果。請注意 x₁ 與 x₂ 必須不相等,否則斜率將無從定義(分母為零)。

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由兩點間的垂直變化與水平變化構成的直角三角形,展示內插所用的斜率
斜率 \(\frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1}\) 依水平距離縮放,求出內插的 y。

實例演算

假設已知在 x₁ = 10 時,數值為 y₁ = 20;在 x₂ = 20 時,數值為 y₂ = 40。那麼當 x = 15 時,y 是多少?斜率為 \((40 - 20)/(20 - 10) = 2\),於是 $$y = 20 + (15 - 10) \times 2 = 20 + 10 = 30$$。插值結果即為 30。

常見問題

可以超出兩點範圍做外推嗎? 可以。當 x 小於 x₁ 或大於 x₂ 時,公式會把這條直線向外延伸。但要謹慎——外推的前提是這段線性趨勢會持續下去,未必符合真實情況。

兩點的先後順序會影響結果嗎? 不會。只要每個 x 都和它對應正確的 y 配成一組,你大可把 (x₁,y₁) 與 (x₂,y₂) 對調,結果完全相同。

如果 x₁ 等於 x₂ 怎麼辦? 此時斜率無從定義(不能除以零),垂直線無法進行插值。遇到這種情況,計算器會回傳 0——請調整輸入值,使 x₁ ≠ x₂。

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