ביחידה הקודמת המדרגות הצרות התקרבו למספר אחד, והזום הראה ישר שכמעט נצמד לעקומה. עכשיו נהפוך את שני הרעיונות להגדרה אחת: הנגזרת.
מהמיתר אל המשיק
ישר שעובר דרך שתי נקודות על הגרף נקרא מיתר (או חותך). השיפוע שלו הוא קצב השינוי הממוצע בין שתי הנקודות. נקבע נקודה אחת, ונקרב אליה את השנייה.
נסמן את הנקודה הקבועה ב- ואת המרחק לנקודה השנייה ב-. השיפוע של המיתר הוא:
בווידג׳ט, כש-: מהן הקואורדינטות של , ומהו שיפוע המיתר?
Show the answer and the solution
, כי . השיפוע: — ואכן .
ההגדרה
כש- שואף לאפס, המיתר מסתובב ומתקרב למשיק. המספר שאליו מתקרב שיפוע המיתר נקרא הנגזרת של בנקודה , ומסמנים אותו .
אפשר לכתוב גם בחצים: כש-, המנה . אף פעם אינו שווה לאפס — מפשטים את המנה כל עוד , ורק אז בודקים לאן היא מתקרבת.
נגזרת לפי ההגדרה
חשבו לפי ההגדרה את עבור .
מציבים ופותחים סוגריים
מחסרים
מחלקים ב- — מותר, כי
משאיפים את לאפס
שיפוע המשיק לפרבולה בנקודה
למה אי אפשר להציב כבר בשורה הראשונה של המנה?
Show the answer and the solution
כי מתקבל , ביטוי שאין לו ערך. קודם מפשטים (מחלקים ב- כש-), ורק בביטוי אפשר לראות לאן הוא שואף.
הנגזרת כפונקציה
אפשר לחזור על אותו חישוב בכל נקודה . עבור מתקבל , ולכן . לכל יש שיפוע משלו — כלומר הנגזרת היא פונקציה חדשה: פונקציית השיפועים.
משמאל לקדקוד הפרבולה יורדת
בקדקוד המשיק אופקי
מימין היא עולה, ויותר ויותר תלול
גם בלי נוסחה אפשר לשרטט בקירוב את הגרף של מתוך הגרף של : בכל נקודה שואלים אם הגרף עולה, יורד או אופקי, וכמה הוא תלול. בווידג׳ט הגרף העליון הוא והתחתון הוא , על אותו ציר .
הגרף עולה — השיפוע חיובי
הגרף יורד — השיפוע שלילי
המשיק אופקי — למשל בקדקוד
בווידג׳ט . בנקודה ערך הפונקציה הוא . האם גם ?
Show the answer and the solution
לא. ב- הגרף יורד, ולכן — לפי ההגדרה המנה היא , ו-. גובה הגרף ושיפוע הגרף הם שני דברים שונים.
כש- ו- מצוירות על אותה מערכת צירים, ליחידות שלהן אין קשר: אם היא מרחק בק״מ לפי שעות, היא מהירות בקמ״ש. נקודת חיתוך של שני הגרפים אינה אומרת דבר מיוחד.
שלוש טעויות בהגדרה.
בלי הגבול זה שיפוע המיתר, ביטוי שתלוי ב-. הנגזרת היא מספר אחד.
האיבר האמצעי הוא בדיוק מה שנותן את הנגזרת. מי ששוכח אותו מקבל .
ערך הפונקציה אומר איפה הגרף; הנגזרת אומרת לאן הוא הולך.
Exercises
Exercise 1
נתונה . חשבו את שיפוע המיתר בין הנקודות שבהן ו-. כתבו תשובה עשרונית.
Show the answer and the solution
Answer: 5.1
Worked solution:
הנקודה השנייה
הנקודה הקבועה
שינוי חלקי
זה עדיין שיפוע מיתר, לא הנגזרת: בכללי הוא , ורק כש- מתקבל .
Exercise 2
נתונה . השלימו את החישוב של לפי ההגדרה.
לאחר פישוט, המנה שווה ל- ועוד ____. כש- שואף לאפס, מתקבל ____.
Show the answer and the solution
Answer: לאחר פישוט, המנה שווה ל- ועוד 6. כש- שואף לאפס, מתקבל 6.
Worked solution:
מציבים ופותחים
מחלקים ב-, ואז
המספר מופיע פעמיים, אבל בשני תפקידים: פעם כחלק מהמנה , ופעם כגבול שלה. המנה תלויה ב-, הנגזרת לא.
Exercise 3
נתונה . חשבו לפי ההגדרה את .
Show the answer and the solution
Answer: 3
Worked solution:
מציבים
הערך בנקודה
מחסרים ומחלקים ב-
משאיפים
המלכודת היא : שני האיברים מקבלים מינוס. מי שכותב מקבל .
Exercise 4
סדרו את שלבי החישוב של לפי ההגדרה.
Show the answer and the solution
Answer: מציבים בפונקציה · מחסרים את · מחלקים ב- ומפשטים · משאיפים את לאפס
Worked solution:
הצבה
השינוי ב-
שיפוע המיתר
הגבול — שיפוע המשיק
משאיפים רק בסוף. מי שמציב לפני החלוקה מקבל ונתקע.
Exercise 5
נתונה . לאיזה מספר שואפת המנה כש-?
Show the answer and the solution
Answer: B
Worked solution:
פותחים
מחסרים ומחלקים ב-
הגבול
התשובה הנכונה: . הוא , גובה ולא שיפוע; בא מ- בלי החזקה; ו- מופיע רק למי שמציב לפני הפישוט.
Exercise 6
לפניכם הגרף של . מיינו את הנקודות המסומנות לפי הסימן של בהן.
Show the answer and the solution
Answer: — · — · — · —
Worked solution:
משמאל לקדקוד הגרף עולה
מימין לקדקוד הגרף יורד
בנקודות ו- הגובה זהה (), אבל הסימן של הנגזרת הפוך. הנגזרת נקבעת לפי הכיוון, לא לפי הגובה.
Exercise 7
התאימו לכל תיאור של את התיאור של .
Show the answer and the solution
Answer: קבועה — בכל נקודה · ישר עולה — קבועה וחיובית · ישר יורד — קבועה ושלילית · פרבולה עם נקודת מינימום ב- — שלילית משמאל ל- וחיובית מימין
Worked solution:
לישר שיפוע אחד בכל נקודה
בקדקוד המשיק אופקי
בפרבולה עם מינימום הגרף יורד ואז עולה, ולכן עוברת משלילית לחיובית — ולא «חיובית כי הפרבולה פתוחה למעלה».
Exercise 8
הוכיחו או הפריכו: אם , אז .
Show the answer and the solution
Answer: False
Worked solution:
דוגמה נגדית
הגרף חותך את ציר ה- ב-
אבל השיפוע שם
הטענה לא נכונה. אומר שהגרף עובר בציר ה-; אומר שהמשיק אופקי. אלה שני תנאים שונים.
Exercise 9
חשבו לפי ההגדרה את שיפוע המשיק לגרף בנקודה שבה .
Show the answer and the solution
Answer: -6
Worked solution:
מציבים
מחסרים ומחלקים
הגבול
הגובה חיובי, אבל השיפוע שלילי: משמאל לקדקוד הפרבולה יורדת. מי שכותב מאבד את הסימן.
Exercise 10
נתונה . מצאו לפי ההגדרה את , ובאיזה המשיק לגרף אופקי?
Show the answer and the solution
Answer: 2
Worked solution:
מציבים ומחסרים
מחלקים ומשאיפים
משיק אופקי: שיפוע אפס
משיק אופקי פירושו , לא . מי שפותר מוצא ו- — נקודות החיתוך עם הציר.