ملخص
يشتق هذا الدرس الدوال التي يقع فيها المتغير في الأس. وكلها تُرد إلى الدالة الأسية الطبيعية: و و، بحيث تكفي مشتقة ومشتقة اللوغاريتم وقاعدة السلسلة. وهكذا نحصل على مشتقات الدالة الأسية واللوغاريتم لأي أساس، ومشتقات القوى ذات الأس الحقيقي، ومشتقات القوى التي يتغير أساسها وأسها، مثل أو . ومشتقة ، وهي ، تحوّل الجداءات وخوارج القسمة والقوى إلى مجاميع: هذا هو الاشتقاق اللوغاريتمي، الذي يسوّغه الدرس دون أن يفترض ما يريد برهانه. وفي الختام، يحسم المماس للوغاريتم المار بالأصل أيهما أكبر، أم ، ويفسر لماذا تتعلق النتيجة بالعدد .
أهداف التعلم
- اشتقاق الدالة الأسية واللوغاريتم لأي أساس، وتركيباتهما، انطلاقًا من المساواة .
- اشتقاق القوى ذات الأس الحقيقي والقوى ذات الأساس والأس المتغيرين، بكتابتها دوالَّ أسية للأساس ، على مجال التعريف الذي يكون فيه الأساس موجبًا.
- تطبيق الاشتقاق اللوغاريتمي على الجداءات وخوارج القسمة والقوى، مع التحقق أولًا من أن الدالة قابلة للاشتقاق وأنها لا تنعدم عند النقطة.
- مقارنة قوى مثل و بواسطة المماس للوغاريتم والمتباينة الأساسية للدالة الأسية.
الدالة الأسية واللوغاريتم لأي أساس
برهن الدرس الخاص بـمشتقات الدوال الأولية أن هي مشتقة نفسها وأن مشتقة هي ، وأعلن أن مشتقة هي . ولا حاجة إلى إعادة الحساب بنسبة التزايد: كل أساس موجب هو قوة للعدد . فبتعريف اللوغاريتم الطبيعي، من الدرس الخاص بـالدالة اللوغاريتمية، لدينا لكل ؛ وبخاصية لوغاريتم القوة، من الدرس نفسه، . ومع قاعدة السلسلة يصبح الباقي مباشرًا.
ليكن ، مع . الدالة الأسية قابلة للاشتقاق على ، واللوغاريتم قابل للاشتقاق على ، والدالة قابلة للاشتقاق على :
تُكتب الدالة الأسية للأساس بالدالة الأسية الطبيعية وتُطبق قاعدة السلسلة؛ واللوغاريتم للأساس مضاعف ثابت للوغاريتم الطبيعي. يبيّن الرسم و و مع مماساتها عند النقطة ، التي ميولها و و على الترتيب، وفي الختام المماس لـ عند ، وهو انعكاس مماس .
البرهان
ليكن عددًا حقيقيًا. العدد موجب؛ وبتعريف اللوغاريتم الطبيعي وخاصية لوغاريتم القوة، من الدرس الخاص بالدالة اللوغاريتمية:
الدالة الداخلية خطية، مشتقتها ، والخارجية قابلة للاشتقاق على كامل ، بمبرهنة مشتقة الدالة الأسية الطبيعية. وبقاعدة السلسلة، من الدرس الخاص بـقاعدة السلسلة:
بمبرهنة تغيير الأساس، من الدرس الخاص بالدالة اللوغاريتمية، لكل ، مع لأن . وبمبرهنة مشتقة اللوغاريتم الطبيعي، التي تصح لـ ولـ، ومبرهنة مشتقة التركيب الخطي، من الدرس الخاص بـقواعد الاشتقاق:
مشتقة متناسبة مع الدالة، بالثابت ، الذي يكون موجبًا إذا كان وسالبًا إذا كان ؛ وبتباين اللوغاريتم، يساوي فقط إذا كان . ومع ، تكون الدالة ثابتة وتبقى الصيغة صحيحة، لأن . وعند ، يعطي تعريف المشتقة النهاية ، وهي نتيجة النهايات الشهيرة للوغاريتم وللقوى، من الدرس الخاص بـاتصال الدوال الأولية: فمشتقة عند كانت معروفة من قبل، والقانون ينقلها إلى جميع النقاط.
لتكن دالة معرّفة على ، قابلة للاشتقاق عند نقطة من هي نقطة تراكم لـ، وليكن ، مع . عندئذ تكون و قابلتين للاشتقاق عند . وإذا كان ، فإن الدالتين و قابلتان للاشتقاق عند ، على مجال تعريفهما؛ وإذا كان ، فإن قابلة للاشتقاق أيضًا، بالمشتقة نفسها التي لـ. والمشتقات عند هي:
الأوليان هما قاعدة السلسلة؛ والأخيرتان صيغتها على مجال تعريف التركيب، لأن اللوغاريتم غير معرّف عند .
البرهان
الدالتان الخارجيتان و قابلتان للاشتقاق على كامل ، الذي يحوي قيم ؛ وتعطي قاعدة السلسلة المشتقتين الأوليين، عند .
الدالة معرّفة على ، الذي يحوي الفترة ذات المركز ونصف القطر ، وهي قابلة للاشتقاق عند ، ومشتقتها . وبنتيجة قاعدة السلسلة على مجال تعريف التركيب، تكون نقطة تراكم لمجال تعريف ، والمشتقة عند هي:
إذا كان ، فإن النتيجة نفسها، مع و، تعطي مشتقة ، وهي نفسها. وللأساس ، نقسم على الثابت ، بتغيير الأساس.
وهكذا فإن مشتقة هي ، ومشتقة هي على كامل . وقد اشتق الدرس الخاص بقاعدة السلسلة على مجال تعريفها، حيث ، وحصل على ؛ والقيمة المطلقة توسّع النتيجة: معرّفة حيث ، ومشتقتها على كامل هذه المجموعة، التي هي مجال تعريف دالة الظل.
جارٍ تحميل المحتوى…