בבגרות הפונקציה מגיעה לעתים קרובות עם אות: . האות היא פרמטר — מספר קבוע שעוד לא ידוע. כל ערך של נותן פונקציה אחרת, וכולן יחד הן משפחה. יש שני סוגי שאלות: «מצאו את לפי נתון», ו«עבור אילו קורה משהו».
הנגזרת של פולינום ממעלה שלישית היא פרבולה
אם ממעלה שלישית, אז — פרבולה. מספר נקודות הקיצון של תלוי רק בשאלה כמה פעמים הפרבולה הזאת חוצה את ציר ה-. בווידג'ט למטה, חשבו על הפרבולה כעל הגרף של .
בווידג'ט, כשהפרבולה נוגעת בציר בנקודה אחת בדיוק — כמה נקודות קיצון יש ל-?
להציג את התשובה והפתרון
אפס. בנקודת הנגיעה , אבל משני הצדדים הפרבולה באותו צד של הציר, והסימן לא מתחלף. לכן לפולינום ממעלה שלישית יש שתי נקודות קיצון או אף אחת — לעולם לא אחת בדיוק.
לפרבולה שני שורשים — שתי נקודות קיצון ל-.
נגיעה בציר — אין קיצון, מונוטונית.
אין שורשים — אין קיצון, מונוטונית.
כאן הוא הדיסקרימיננטה של הנגזרת , לא של . « עולה לכל » פירושו לכל : פרבולה פתוחה כלפי מעלה עם — כולל השוויון.
מצאו את הפרמטר: שני נתונים, שתי משוואות
המשפט «ל- יש נקודת קיצון בנקודה » מכיל שני נתונים: הנגזרת מתאפסת ב-, והגרף עובר בנקודה. כל נתון נותן משוואה.
למה צריך את שני הנתונים? מה היה קורה אם היה נתון רק «ל- יש קיצון ב-»?
להציג את התשובה והפתרון
היינו מקבלים משוואה אחת בשני נעלמים, , ואינסוף זוגות . כל נעלם דורש משוואה משלו — ולכן הגובה הכרחי.
עבור אילו הפונקציה עולה לכל ?
נתונה . מצאו את כל ערכי שעבורם עולה לכל .
גוזרים — פרבולה פתוחה כלפי מעלה
הפרבולה לא יורדת מתחת לציר
הדיסקרימיננטה של
פותרים
הקצוות נכללים: שם נוגעת בציר בלבד
שלוש הטעויות של שאלות הפרמטר.
«קיצון ב-» הוא נתון על הנגזרת. פירושו שהגרף חותך את ציר — משהו אחר לגמרי.
הדיסקרימיננטה שקובעת את מספר הקיצונים היא של הנגזרת. ובשאלת «עולה לכל », גם מתקבל.
מ- ממשיכים לבדיקת סימנים: אחרי שמצאתם את הפרמטר, בודקים שבאמת יש החלפת סימן. לפעמים הערך שמתקבל נותן נגיעה בלבד.
תרגילים
תרגיל 1
נתונה . ל- יש נקודת קיצון ב-. מצאו את .
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: 3
הפתרון:
גוזרים; הוא מספר קבוע
בקיצון הנגזרת מתאפסת
פותרים
מי שהציב קיבל — אבל הנתון הוא על הנגזרת. «קיצון» אומר משיק אופקי, לא חיתוך עם הציר.
תרגיל 2
נתונה (הערך מהשאלה הקודמת). מה סוג נקודת הקיצון ב-, והיכן נקודת הקיצון השנייה?
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: ד מינימום; השנייה ב-
הפתרון:
מפרקים
סביב : מ- ל-
השורש השני של הנגזרת — שם מקסימום
התשובה: מינימום; השנייה ב-. «השנייה ב-» נובעת מקריאת הגורם עם סימן הפוך.
תרגיל 3
נתונה המשפחה . עבור אילו ערכי יש ל- שתי נקודות קיצון?
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: א
הפתרון:
גוזרים
משווים לאפס
שני שורשים פשוטים — שתי החלפות סימן
התשובה: . ב- מתקבל : הנגזרת נוגעת בציר ואינה מחליפה סימן — אין קיצון. לכן שגוי.
תרגיל 4
קיים פולינום ממעלה שלישית שיש לו בדיוק נקודת קיצון אחת.
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: לא נכון
הפתרון:
הנגזרת היא פרבולה
שני שורשים פשוטים — שתי החלפות סימן; אחרת אין החלפה
לא נכון. לפולינום ממעלה שלישית יש שתי נקודות קיצון או אף אחת. שורש כפול של הנגזרת נותן משיק אופקי בלי קיצון.
תרגיל 5
נתונה . עולה לכל בדיוק כאשר נמצא בקטע סגור. השלימו את קצות הקטע.
הערך הקטן ביותר של הוא ____, והערך הגדול ביותר של הוא ____
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: הערך הקטן ביותר של הוא -3, והערך הגדול ביותר של הוא 3
הפתרון:
פרבולה פתוחה כלפי מעלה
הפרבולה לא יורדת מתחת לציר
פותרים
בשני הקצוות : הנגזרת נוגעת בציר בנקודה אחת, ו- עדיין עולה. מי שכתב אי-שוויון חזק איבד את .
תרגיל 6
נתונה . ל- יש נקודת קיצון ב-. מצאו את .
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: -3
הפתרון:
הקיצון: הנגזרת מתאפסת
הנקודה על הגרף
מחסרים את המשוואות
השאלה מבקשת את , לא את . ובדיקה: , ו- ✓.
תרגיל 7
תלמיד חיפש כך שלפונקציה תהיה נקודת קיצון ב-. שורה אחת שגויה — מצאו אותה.
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: →
הפתרון:
מעבירים אגף — הסימן מתהפך
בדיקה: סביב מ- ל-, מינימום
הטעות בהעברת אגף: , ולכן . עם הנגזרת מתאפסת ב-, לא ב-.
תרגיל 8
נתונה המשפחה . מצאו את הערך החיובי של שעבורו גרף משיק לציר ה-.
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: 2
הפתרון:
הקיצונים לא תלויים ב-
הגבהים של המינימום ושל המקסימום
המינימום על הציר — הגרף נוגע בו
הערך השני, השלילי
מזיז את הגרף למעלה ולמטה בלי לשנות את מקום הקיצונים. גרף משיק לציר = נקודת קיצון בגובה .
תרגיל 9
נתונה . עבור אילו יש ל- שלושה שורשים?
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: ג
הפתרון:
הגבהים של הקיצונים
המקסימום מעל הציר והמינימום מתחתיו
שלוש נקודות חיתוך
התשובה: . בקצוות אחד הקיצונים נוגע בציר, ונשארים שני שורשים — לכן אי-שוויון חזק.
תרגיל 10
נתונה . הוכיחו כי לכל ערך של יש ל- שתי נקודות קיצון.
ל- שתי נקודות קיצון לכל
להציג את התשובה והפתרון
- — גזירה איבר-איבר
- — הדיסקרימיננטה של הנגזרת
- לכל — , ולכן
- ל- שני שורשים שונים, ובכל אחד מהם היא מחליפה סימן — לפרבולה עם שני שורשים פשוטים
- ל- שתי נקודות קיצון לכל — החלפת סימן של הנגזרת — נקודת קיצון