Περίληψη
Αυτό το μάθημα ανοίγει την ενότητα για τις παραγώγους. Παρουσιάζει τη διαδρομή της ενότητας, η οποία ορίζει την παράγωγο ως το όριο του λόγου μεταβολής, τη γράφει ως παραγοντοποίηση με έναν συνεχή παράγοντα, εκείνη του Καραθεοδωρή, και συνάγει από αυτήν, χωρίς να διαιρεί ποτέ με ποσότητες που μπορεί να μηδενίζονται, τους κανόνες παραγώγισης, τον κανόνα της αλυσίδας και την παράγωγο της αντίστροφης συνάρτησης, ώσπου να φτάσει στις παραγώγους ανώτερης τάξης, στο διαφορικό και στους ρυθμούς μεταβολής. Ανασυνθέτει την ιστορία της παραγώγου, από τη μέθοδο του Φερμά για τις εφαπτομένες έως τον ορισμό του Κωσί, περνώντας από τις ροές του Νεύτωνα, τον συμβολισμό του Λάιμπνιτς, την κριτική του Μπέρκλεϊ και το πρόγραμμα του Λαγκράνζ, που έδωσε όνομα και συμβολισμό στην παράγωγο· διατυπώνει το πρόβλημα από το οποίο γεννήθηκε, την εφαπτομένη μιας οποιασδήποτε καμπύλης και την ταχύτητα σε μια στιγμή, και δείχνει με ένα παράδειγμα πώς η παραγοντοποίηση αντικαθιστά τη διαίρεση με μηδενική προσαύξηση. Κλείνει επισημαίνοντας πού χρησιμοποιούνται οι παράγωγοι στην ενότητα που ακολουθεί, σε άλλους κύκλους μαθημάτων του ιστότοπου και στην επιστήμη και την τεχνική.
Μαθησιακοί στόχοι
- Να περιγράφει τη διαδρομή της ενότητας και να εξηγεί τι αποδεικνύει κάθε μάθημα και ποια προηγούμενα αποτελέσματα χρησιμοποιεί.
- Να εξηγεί γιατί η εφαπτομένη μιας οποιασδήποτε καμπύλης και η στιγμιαία ταχύτητα απαιτούν να οριστεί η παράγωγος ως όριο, και γιατί η παραγοντοποίηση του Καραθεοδωρή επιτρέπει να αποδειχθούν οι κανόνες χωρίς διαίρεση με ποσότητες που μπορεί να μηδενίζονται.
- Να τοποθετεί στο ιστορικό τους πλαίσιο τα στάδια της έννοιας της παραγώγου, από τη μέθοδο του Φερμά έως τον ορισμό του Κωσί, και να αναγνωρίζει το πρόβλημα ή την κριτική που ώθησε το καθένα.
- Να επισημαίνει πού παρεμβαίνουν οι παράγωγοι στην ενότητα που ακολουθεί, σε άλλους κύκλους μαθημάτων και σε επιστημονικές και τεχνικές εφαρμογές.
Αρχική αξιολόγηση
Πριν διατρέξουμε την ενότητα, αξίζει να μετρήσουμε το σημείο εκκίνησης. Αυτή η αυτοαξιολόγηση δεν βαθμολογείται: χρησιμεύει για να ξέρουμε πού να σταθούμε. Οι εννέα πρώτες ερωτήσεις αφορούν, με τη σειρά, τα εννέα μαθήματα περιεχομένου της ενότητας, μία για το καθένα, και μετρούν μια δεξιότητα υπολογισμού ή συλλογισμού, όχι μια διατύπωση που απομνημονεύεται· οι ίδιες δεξιότητες μετρώνται ξανά στο τέλος, στο μάθημα της σύνθεσης, με άλλα δεδομένα. Οι πέντε τελευταίες ελέγχουν όσα η ενότητα θεωρεί γνωστά από την ενότητα που προηγήθηκε και από την Άλγεβρα και γεωμετρία I και II: ένα τριγωνομετρικό όριο, ένα αξιοσημείωτο όριο της εκθετικής, το μικρό , την αντίστροφη συνάρτηση και το συνημίτονο του τοξημιτόνου.
Πριν ξεκινήσεις την ενότητα, μέτρησε το σημείο εκκίνησής σου. Είναι μια σύντομη αυτοαξιολόγηση: δεν βαθμολογείται και το αποτέλεσμα αποθηκεύεται μόνο στον περιηγητή σου.
Ερώτηση 1Η συνάρτηση ορίζεται στο . Με βάση τον ορισμό της παραγώγου, ποια είναι η εφαπτομένη ευθεία της γραφικής της παράστασης στο σημείο ;
Είναι η κάθετη ευθεία, όχι η εφαπτομένη: η κλίση της, , την καθιστά κάθετη προς την εφαπτομένη.Η κλίση είναι σωστή, αλλά η ευθεία δεν διέρχεται από το σημείο: η εφαπτομένη είναι η , και παραλείφθηκε το .Χάθηκε το πρόσημο στην αφαίρεση: , που είναι αρνητικό για μικρό . Η συνάρτηση φθίνει κοντά στο , και η κλίση είναι αρνητική.Για κοντά στο , ο λόγος μεταβολής είναι , που τείνει στο · επομένως , και η εφαπτομένη είναι η ευθεία που διέρχεται από το με αυτή την κλίση.Επανάληψη: Η παράγωγος ως το όριο μιας συνάρτησης
Ερώτηση 2Να υπολογιστεί η παράγωγος της στο .
Παραγωγίστηκαν χωριστά ο αριθμητής και ο παρονομαστής, , σαν να ήταν η παράγωγος ενός πηλίκου το πηλίκο των παραγώγων. Δεν είναι: ο κανόνας του πηλίκου έχει δύο όρους και το τετράγωνο του παρονομαστή.Αντιστράφηκε η σειρά της αφαίρεσης στον αριθμητή. Ο κανόνας είναι : πρώτα η παράγωγος του αριθμητή επί τον παρονομαστή.Λείπει ο τετραγωνισμός του παρονομαστή: στο ισούται με , και το τετράγωνό του είναι .Από τον κανόνα του πηλίκου, .Επανάληψη: Κανόνες παραγώγισης
Ερώτηση 3Να υπολογιστεί η παράγωγος της στο .
Λήφθηκε το ως παράγωγος του συνημιτόνου. Η παράγωγος του συνημιτόνου είναι , και οι δύο όροι αλληλοαναιρούνται στο .Πολλαπλασιάστηκαν οι παράγωγοι των δύο παραγόντων, . Η παράγωγος ενός γινομένου δεν είναι το γινόμενο των παραγώγων: λείπει ο όρος .Παραγωγίστηκε μόνο η εκθετική, σαν να ήταν σταθερό το συνημίτονο. Είναι ο πρώτος όρος του κανόνα του γινομένου· λείπει ο δεύτερος, .Από τον κανόνα του γινομένου και τις παραγώγους της εκθετικής και του συνημιτόνου, , και στο το ημίτονο και το συνημίτονο είναι ίσα. Η εφαπτομένη της γραφικής παράστασης σε εκείνο το σημείο είναι οριζόντια.Επανάληψη: Παράγωγοι των στοιχειωδών συναρτήσεων
Ερώτηση 4Να υπολογιστεί η παράγωγος της στο .
Λείπει η παράγωγος της πιο εσωτερικής συνάρτησης, , που συνεισφέρει τον παράγοντα : κάθε συνάρτηση της σύνθεσης συμβάλλει με την παράγωγό της, υπολογισμένη στο σημείο που της αντιστοιχεί.Λήφθηκε το ως παράγωγος του συνημιτόνου: χάθηκε το πρόσημο μείον του .Παραγωγίστηκε μόνο το τετράγωνο, , σαν να ήταν το συνημίτονο η μεταβλητή. Λείπουν οι παράγωγοι του συνημιτόνου και του .Με τον κανόνα της αλυσίδας εφαρμοσμένο δύο φορές, , και στο το όρισμα είναι .Επανάληψη: Κανόνας της αλυσίδας για την παράγωγο της σύνθεσης συναρτήσεων
Ερώτηση 5Σε ποιο από αυτά τα διαστήματα εξασφαλίζει το θεώρημα του Μπολτσάνο ότι η εξίσωση έχει ρίζα;
Σε αυτό το διάστημα η δεν αλλάζει πρόσημο: και . Το θεώρημα δεν εξασφαλίζει τίποτε, και πράγματι δεν υπάρχει ρίζα εκεί, επειδή η είναι αύξουσα και ισούται με στο .Οι τιμές και έχουν το ίδιο πρόσημο, οπότε το θεώρημα δεν εφαρμόζεται· επιπλέον, η παίρνει τιμές τουλάχιστον ίσες με σε αυτό το διάστημα.Κάθε εξίσωση γράφεται σε αυτή τη μορφή αν μεταφερθούν όλοι οι όροι σε ένα μέλος: η είναι ισοδύναμη με την .Η συνάρτηση είναι πολυώνυμο, συνεχής, με και · από το θεώρημα του Μπολτσάνο μηδενίζεται σε κάποιο σημείο του , που είναι ρίζα της εξίσωσης.Επανάληψη: Θεώρημα ενδιάμεσων τιμών
Ερώτηση 6Η συνάρτηση είναι συνεχής και γνησίως αύξουσα στο . Πόσο ισούται η ;
Υπολογίστηκε η παράγωγος της στο , που είναι τιμή της , όχι το σημείο του πεδίου ορισμού της που του αντιστοιχεί. Ο τύπος είναι , και .Είναι η παράγωγος της στο σημείο που αντιστοιχεί στο · η παράγωγος της αντίστροφης είναι ο αντίστροφός της: όταν ανακλάται η γραφική παράσταση, μια κλίση γίνεται .Υπολογίστηκε η , που δεν είναι η παράγωγος της αντίστροφης ούτε υπολογίζεται στο σωστό σημείο.Αφού , ισχύει , και , που δεν είναι μηδέν. Από το θεώρημα της παραγώγου της αντίστροφης συνάρτησης, .Επανάληψη: Παράγωγος της αντίστροφης συνάρτησης και πεπλεγμένη παραγώγιση
Ερώτηση 7Να υπολογιστεί η παράγωγος της στο .
Χρησιμοποιήθηκε ο κανόνας της δύναμης, , σαν να ήταν σταθερός ο εκθέτης. Όταν μεταβάλλονται η βάση και ο εκθέτης, η δύναμη πρέπει να γραφτεί με τη φυσική εκθετική.Χρησιμοποιήθηκε ο κανόνας της εκθετικής, , σαν να ήταν σταθερή η βάση. Είναι μόνο ο ένας από τους δύο όρους.Είναι η παράγωγος της , δηλαδή η λογαριθμική παράγωγος · λείπει ο πολλαπλασιασμός με .Για κάθε , , και . Στο , και η παρένθεση ισούται με .Επανάληψη: Η μεταβλητή στον εκθέτη και η λογαριθμική παραγώγιση
Ερώτηση 8Να υπολογιστεί η παράγωγος τάξης της στο .
Λείπει ο διωνυμικός συντελεστής : ο κανόνας του Λάιμπνιτς έχει τους ίδιους συντελεστές με το διώνυμο του Νεύτωνα.Πολλαπλασιάστηκαν οι παράγωγοι τάξης των δύο παραγόντων, και εκείνη του είναι μηδενική. Η παράγωγος τάξης ενός γινομένου είναι ένα άθροισμα με όλους τους τρόπους κατανομής των πέντε παραγωγίσεων στους παράγοντες.Στον όρο που παραγωγίζει μία φορά τον παράγοντα , η εκθετική παραγωγίζεται τέσσερις φορές, όχι πέντε: η παράγωγός της τάξης είναι .Από τον κανόνα του Λάιμπνιτς, επειδή οι παράγωγοι του τάξης μεγαλύτερης από είναι μηδενικές, μένουν μόνο δύο όροι: . Στο , ο πρώτος μηδενίζεται και ο δεύτερος ισούται με .Επανάληψη: Παράγωγοι ανώτερης τάξης και διαφορικό
Ερώτηση 9Ένα ορθογώνιο διατηρεί το εμβαδόν του ίσο με τετραγωνικά εκατοστά, ενώ η βάση του αυξάνεται με ρυθμό εκατοστά ανά δευτερόλεπτο. Με ποιον ρυθμό μεταβάλλεται το ύψος του τη στιγμή που η βάση έχει μήκος εκατοστά;
Έγινε η αντικατάσταση πριν από την παραγώγιση. Το ύψος ισούται με μόνο εκείνη τη στιγμή· η σχέση που παραγωγίζεται είναι αυτή που ισχύει σε κάθε στιγμή.Χάθηκε το πρόσημο: αν το εμβαδόν είναι σταθερό και η βάση αυξάνεται, το ύψος πρέπει να μειώνεται.Είναι η παράγωγος του ύψους ως προς τη βάση, . Ο ρυθμός ως προς τον χρόνο προκύπτει αν πολλαπλασιαστεί αυτή με .Αν είναι η βάση και το ύψος, ισχύει σε κάθε στιγμή· παραγωγίζοντας ως προς τον χρόνο, . Όταν η βάση έχει μήκος , το ύψος έχει μήκος , και η δίνει .Επανάληψη: Ρυθμοί μεταβολής και συσχετισμένοι ρυθμοί
Ερώτηση 10Από προηγούμενες ενότητεςΝα υπολογιστεί το .
Είναι το όριο του , όχι αυτού του πηλίκου: το συνημίτονο απομακρύνεται από το πολύ πιο αργά απ' ό,τι το ημίτονο από το .Είναι το όριο του , με στον παρονομαστή. Με , το πηλίκο έχει έναν παράγοντα επιπλέον, που τείνει στο .Η μορφή δείχνει μόνο ότι ο κανόνας του πηλίκου δεν εφαρμόζεται· το όριο μπορεί να υπάρχει, και εδώ υπάρχει.Για , το πηλίκο είναι , γινόμενο μιας συνάρτησης που τείνει στο επί μια άλλη που τείνει στο .Επανάληψη: Το θεώρημα της παρεμβολής και τα τριγωνομετρικά όρια
Ερώτηση 11Από προηγούμενες ενότητεςΝα υπολογιστεί το .
Εφαρμόστηκε το αξιοσημείωτο όριο χωρίς αλλαγή μεταβλητής: ο εκθέτης είναι , όχι .Χάθηκε το πρόσημο του εκθέτη: το είναι μικρότερο από για , οπότε το πηλίκο είναι αρνητικό.Δεν αρκεί να τείνει ο αριθμητής στο : και ο παρονομαστής τείνει στο .Με την αλλαγή μεταβλητής , που δεν μηδενίζεται αν , το πηλίκο είναι , και το αξιοσημείωτο όριο δίνει .Επανάληψη: Συνέχεια των στοιχειωδών συναρτήσεων και αξιοσημείωτα όρια
Ερώτηση 12Από προηγούμενες ενότητεςΠοια από αυτές τις συναρτήσεις είναι όταν ;
Είναι ισοδύναμη με το , όχι αμελητέα: το πηλίκο της διά τείνει στο .Τείνει στο , αλλά πιο αργά από το : το πηλίκο της διά δεν είναι φραγμένο.Ο προσθετέος είναι αμελητέος ως προς το , αλλά ο δεν είναι: το πηλίκο διά τείνει στο , και η συνάρτηση είναι της ίδιας τάξης με το .Το πηλίκο της διά είναι , που τείνει στο : είναι αμελητέα ως προς το .Επανάληψη: Ισοδύναμες απειροστές και απειρίζουσες συναρτήσεις
Ερώτηση 13Από προηγούμενες ενότητεςΑν , πόσο ισούται το ;
Λύθηκε η εξίσωση ως προς , αλλά λείπει η εξαγωγή της κυβικής ρίζας.Το διαβάστηκε ως ο αντίστροφος αριθμός : ο εκθέτης δηλώνει εδώ την αντίστροφη συνάρτηση, όχι τον πολλαπλασιαστικό αντίστροφο.Είναι το , η εικόνα του · η αντίστροφη διανύει τον αντίθετο δρόμο και αναζητεί την αντίστροφη εικόνα.Το είναι ο αριθμός του οποίου η εικόνα είναι : η δίνει , και .Επανάληψη: Πράξεις συναρτήσεων, αντίστροφη και μετασχηματισμοί γραφημάτων
Ερώτηση 14Από προηγούμενες ενότητεςΠόσο ισούται το ;
Το πρόσημο του ημιτόνου δεν περνά στο συνημίτονο: η γωνία βρίσκεται στο , όπου το συνημίτονο είναι θετικό ή μηδέν.Είναι το τετράγωνο του συνημιτόνου, · λείπει η εξαγωγή της ρίζας.Το συνημίτονο αντιμετωπίστηκε σαν να αναιρούσε το τοξημίτονο· το ημίτονο είναι εκείνο που το αναιρεί: .Το τοξημίτονο παίρνει τιμές στο , όπου το συνημίτονο δεν είναι αρνητικό· από την πυθαγόρεια ταυτότητα, το συνημίτονο είναι .Επανάληψη: Οι αντίστροφες τριγωνομετρικές συναρτήσεις
Φόρτωση του περιεχομένου…
Ολοκληρώθηκε
Συνδεθείτε για να αποθηκεύσετε την πρόοδό σας