חשבון דיפרנציאלי ואנליזה
MATH-G12-5U-12

חשבון דיפרנציאלי של פונקציות מעריכיות ולוגריתמיות

יחידה זו מציגה שתי משפחות מרכזיות בחומר הבגרות ל-5 יחידות: הפונקציה המעריכית והפונקציה הלוגריתמית. נפתח בתכונות ובתיאור הגרפי של y=axy=a^{x}, נקשר בין פונקציה מעריכית לסדרה הנדסית (בדומה לקשר בין פונקציה לינארית לסדרה חשבונית), ונגדיר את הפונקציה הלוגריתמית כפונקציה ההפוכה למעריכית — כולל השתקפות הגרפים סביב הישר y=xy=x. נכיר את המספר e ואת המשפחה y=e(kx)y=e^(kx), נגדיר את הלוגריתם הטבעי ln\ln, ונפתח את כללי הגזירה של ax,e(f(x))a^{x}, e^(f(x)) ו-ln(f(x))\ln (f(x)). מכאן נבצע חקירה מלאה של פונקציות מעריכיות ולוגריתמיות בשילוב עם כל משפחות הפונקציות שנלמדו (פולינומים, רציונליות, שורש, טריגונומטריות). לסיום ניישם את החומר במודלים של גדילה ודעיכה מעריכית, זמן מחצית חיים, התפרקות תרופות ורדיואקטיבית, תיארוך פחמן-14 והסקאלה הלוגריתמית של סולם ריכטר. נפח גוף סיבוב אינו נכלל ביחידה זו.

5 מיומנויות260 דקות

מיומנויות ביחידה

1

פונקציות מעריכיות ולוגריתמיות: תכונות ותיאור גרפי

התלמיד יתאר את התכונות והגרף של פונקציות מעריכיות y=aˣ (תחום, טווח, אסימפטוטה, עלייה/ירידה), יקשר בין פונקציה מעריכית לסדרה הנדסית, ויגדיר את הפונקציה הלוגריתמית כפונקציה ההפוכה למעריכית הנוצרת בהשתקפות סביב הישר y=x

היכרות
2

המספר e, המשפחה y=e^(kx) והלוגריתם הטבעי

התלמיד יכיר את המספר e≈2.718 כבסיס הטבעי, יתאר את המשפחה y=e^(kx) (גדילה עבור k>0 ודעיכה עבור k<0), ויגדיר את הלוגריתם הטבעי ln כפונקציה ההפוכה ל-eˣ, כולל הזהויות e^(ln x)=x ו-ln(eˣ)=x

היכרות
3

נגזרות של פונקציות מעריכיות ולוגריתמיות

התלמיד יגזור פונקציות מהצורה eˣ, e^(f(x)), aˣ, ln(x) ו-ln(f(x)) באמצעות הנוסחאות (eˣ)'=eˣ, (e^(f(x)))'=f'(x)·e^(f(x)), (aˣ)'=aˣ·ln a ו-(ln f(x))'=f'(x)/f(x), בשילוב כללי המכפלה, המנה והשרשרת

תרגול
4

חקירה מלאה של פונקציות מעריכיות ולוגריתמיות

התלמיד יבצע חקירה מלאה של פונקציות הכוללות eˣ, e^(f(x)) ו-ln(f(x)) בשילוב עם פולינומים ופונקציות רציונליות: תחום הגדרה, חיתוך עם הצירים, אסימפטוטות, נקודות קיצון לפי הנגזרת הראשונה ותחומי עלייה/ירידה

אתגר
5

גדילה ודעיכה מעריכית וזמן מחצית חיים

התלמיד יישם מודלים מעריכיים N(t)=N₀·e^(kt) לתיאור גדילה (k>0) ודעיכה (k<0), יחשב זמן מחצית חיים וזמן הכפלה, ויפתור בעיות יישומיות מהעולם המדעי: התפרקות תרופות, התפרקות רדיואקטיבית, תיארוך פחמן-14 וסקאלה לוגריתמית כסולם ריכטר

אתגר