Mathematics🎓 baccalaureate goal

الدوال العددية الدوال كثيرات الحدود من الدرجة الثالثة

الدوال كثيرة الحدود من الدرجة الثالثة على الأكثر و نقطة الانعطاف

🔊 The teacher reads for you
ثلاث دوال: واحدة من الدرجة الأولى، و واحدة من الثانية، و واحدة من الثالثة. منحنياتها لا تشبه بعضها في شيء: مستقيم، ثمّ قطع مكافئ، ثمّ منحنى ينعطف. فهل ندرسها بثلاث طرائق مختلفة، أم بطريقة واحدة؟

بطريقة واحدة، و هي ستّ خطوات لا تتغيّر أبدا: النهايات، ثمّ المشتقّة، ثمّ إشارتها، ثمّ جدول التغيّرات، ثمّ التمثيل البياني، ثمّ التقاطع مع المحورين. ما يتغيّر هو الحساب داخل كلّ خطوة، لا الترتيب.

🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:
  • دراسة دالة كثيرة حدود من الدرجة الثالثة على الأكثر في ستّ خطوات
  • حساب نهايات كثيرة حدود عند اللانهايتين بالحدّ الأعلى درجة
  • تعيين نقطة انعطاف منحنى بالمشتقّة الثانية
🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:
  • حساب مشتقة كثيرة حدود
  • دراسة إشارة عبارة من الدرجة الأولى أو الثانية

1. النهايات: الحدّ الأعلى درجة يحكم وحده

عند اللانهايتين، كثيرة الحدود تتصرّف تماما مثل حدّها ذي الدرجة الأعلى. الحدود الأخرى توجد، لكنّها تصبح مهملة أمامه.

الدرجة الأولى
lim (a x + b) = lim (a x)
الدرجة الثانية
lim (a x² + b x + c) = lim (a x²)
الدرجة الثالثة
lim (a x³ + b x² + c x + d)=lim (a x³)
  • من الدرجة الأولى: إذا كان a موجبا فالنهاية −∞ ثمّ +∞، و إذا كان سالبا فالعكس.
  • من الدرجة الثانية: إذا كان a موجبا فالنهايتان +∞ معا، و إذا كان سالبا فـ −∞ معا. الأس زوجي، فالطرفان يتّجهان إلى نفس الجهة.
  • من الدرجة الثالثة: إذا كان a موجبا فالنهاية −∞ ثمّ +∞، و إذا كان سالبا فالعكس. الأس فردي، فالطرفان يتعاكسان.
لا تحفظ ستّ حالات: احفظ أنّ الأس الزوجي يجعل الطرفين متشابهين، و الأس الفردي يجعلهما متعاكسين، ثمّ اقرأ إشارة a. جملتان تغنيان عن جدول.

2. نقطة الانعطاف

منحنى دالة من الدرجة الثالثة يقبل نقطة تنقلب فيها من التقعّر إلى التحدّب: يمرّ مماسه من جهة إلى الجهة الأخرى. هذه النقطة تُعيَّن بالمشتقّة الثانية.

شرط نقطة الانعطاف
f''(x0) = 0
x0فاصلة نقطة الانعطاف
انعدام المشتقّة الثانية لا يكفي: يجب أن تنعدم مغيّرة إشارتها. مشتقّة ثانية تنعدم و تبقى على إشارتها لا تعطي انعطافا، بل مجرّد تسطّح لحظي.
مثال 1: الدرجة الأولى

🎯المطلوب: أدرس الدالة f من الدرجة الأولى في ستّ خطوات، حتّى تقاطعها مع المحورين.

📌المعطى
f(x) = 3x - 2
🔹الخطوة 1: النهايات

الحدّ الأعلى درجة هو 3x، و معامله موجب.

lim (3x - 2) = lim (3x) → -∞ ; +∞
🔹الخطوة 2: المشتقّة

مشتق 3x هو 3، و مشتق الثابت 0.

f'(x) = 3
🔹الخطوة 3: التغيّر

المشتقّة عدد موجب ثابت، فالإشارة موجبة على ℝ كلّها.

f'(x) > 0 ⟹ f ↗
🔹الخطوة 4

نحلّ ⁦f(x) = 0⁩ لنجد التقاطع مع محور الفواصل.

3x - 2 = 0 ⟺ 3x = 2 ⟺ x = 23
🔹الخطوة 5

نحسب ⁦f(0)⁩ لنجد التقاطع مع محور التراتيب.

f(0)=3 × 0 - 2=-2
✅النّتيجة
y = 3x - 2
لرسم مستقيم تكفي نقطتان، و أفضلهما هما التقاطعان مع المحورين: هما محسوبان أصلا في الخطوتين 4 و 5، فلا تبحث عن غيرهما.
مثال 2: الدرجة الثانية

المنحنى هنا يسمّى قطعا مكافئا. الشكل أسفله يبيّنه مع جدول تغيّراته.

🎯المطلوب: أدرس الدالة f من الدرجة الثانية ثمّ عيّن قيمتها الحدّية الدنيا.

📌المعطى
f(x) = 2x² - 4x - 6
🔹الخطوة 1: النهايات

الحدّ الأعلى درجة هو 2x²، أسّه زوجي و معامله موجب: الطرفان معا نحو +∞.

lim (2x² - 4x - 6) = lim (2x²) → +∞ ; +∞
🔹الخطوة 2: المشتقّة

مشتق 2x² هو 4x، و مشتق ⁦−4x⁩ هو ⁦−4⁩.

f'(x)=4x - 4=4(x - 1)
🔹الخطوة 3: الجذر

العامل 4 موجب، فإشارة المشتقّة هي إشارة ⁦(x - 1)⁩.

4(x - 1) = 0 ⟺ x = 1
🔹الخطوة 4: التغيّر
x ∈ ]-∞ ; 1] ⟹ f ↘ ; x ∈ [1 ; +∞[ ⟹ f ↗
🔹الخطوة 5: القيمة الدنيا

القيمة الحدّية الدنيا هي صورة الجذر.

f(1)=2 - 4 - 6=-8
🔹الخطوة 6: الجذران

نحلّ المعادلة للتقاطع مع محور الفواصل: المميّز ثمّ الجذران.

2x² - 4x - 6 = 0 ⟺ x = -1 ; x = 3
✅النّتيجة
f(1) = -8
القيمة الدنيا ⁦−8⁩ ليست تفصيلا: هي أخفض نقطة يبلغها المنحنى، و منها تُقرأ مباشرة كلّ مناقشة لاحقة للمعادلة ⁦f(x) = m⁩.
الرأس ليس تفصيلا: منه تُقرأ القيمة الحدّية الدنيا، و عليه تُبنى كلّ مناقشة لاحقة للمعادلة.
مثال 3: الدرجة الثالثة و نقطة الانعطاف

🎯المطلوب: أدرس الدالة f من الدرجة الثالثة ثمّ عيّن إحداثيي نقطة انعطاف منحناها.

📌المعطى
f(x) = x³ + x - 2
🔹الخطوة 1: النهايات

الحدّ الأعلى درجة هو x³، أسّه فردي و معامله موجب: الطرفان متعاكسان.

lim (x³ + x - 2) = lim (x³) → -∞ ; +∞
🔹الخطوة 2: المشتقّة

مشتق x³ هو 3x²، و مشتق x هو 1.

f'(x) = 3x² + 1
🔹الخطوة 3: التغيّر

مربّع موجب دائما، مضاف إليه 1: المشتقّة لا تنعدم أبدا و تبقى موجبة.

3x² + 1 > 0 ⟹ f ↗
🔹الخطوة 4: المشتقّة الثانية

للانعطاف نشتقّ مرّة ثانية: مشتق 3x² هو 6x، و مشتق 1 هو 0.

f''(x) = 6x
🔹الخطوة 5: فاصلة الانعطاف

تنعدم في قيمة واحدة، و تتغيّر إشارتها حولها: سالبة قبل الصفر، موجبة بعده.

6x = 0 ⟺ x = 0
🔹الخطوة 6: ترتيبة الانعطاف
f(0)=0 + 0 - 2=-2
✅النّتيجة
(0 ; -2)
المشتقّة الثانية تنعدم عند الصفر مغيّرة إشارتها: هذا بالضبط شرط نقطة الانعطاف.
لاحظ أنّ الدالة متزايدة تماما على ℝ و مع ذلك تنعطف: الانعطاف ليس تغيّرا في الاتجاه، بل في طريقة الصعود. المنحنى يواصل الصعود، لكنّه يكفّ عن التقوّس في جهة و يبدأ في الأخرى.
الدالة متزايدة تماما و مع ذلك تنعطف: عند نقطة الانعطاف يعبر المماسُ المنحنى من جهة إلى الجهة الأخرى.

في المثال 3 لا تنعدم المشتقّة أبدا. لكنّ مشتقّة دالة من الدرجة الثالثة هي من الدرجة الثانية، و قد يكون لها جذران: عندئذ تتغيّر إشارتها مرّتين، فيتغيّر اتّجاه الدالة مرّتين، و تقبل الدالة قيمتين حدّيتين محلّيتين.

مثال 4: الدرجة الثالثة بقيمتين حدّيتين

🎯المطلوب: أدرس الدالة f من الدرجة الثالثة ثمّ عيّن قيمتيها الحدّيتين المحلّيتين.

📌المعطى
f(x) = x³ - 3x + 1
🔹الخطوة 1: النهايات

الحدّ الأعلى درجة هو x³، أسّه فردي و معامله موجب: الطرفان متعاكسان.

lim (x³ - 3x + 1) = lim (x³) → -∞ ; +∞
🔹الخطوة 2: المشتقّة

مشتق x³ هو 3x²، و مشتق ⁦−3x⁩ هو ⁦−3⁩، و مشتق الثابت 0.

f'(x)=3x² - 3=3(x² - 1)
🔹الخطوة 3: الجذران

المشتقّة من الدرجة الثانية و معاملها 3 موجب: موجبة خارج الجذرين، سالبة بينهما.

3(x² - 1) = 0 ⟺ x = -1 ; x = 1
🔹الخطوة 4: التغيّر
x ∈ ]-∞ ; -1] ⟹ f ↗ ; x ∈ [-1 ; 1] ⟹ f ↘ ; x ∈ [1 ; +∞[ ⟹ f ↗
🔹الخطوة 5: القيمة العظمى المحلّية

f تتزايد قبل ⁦−1⁩ و تتناقص بعده: صورته قيمة حدّية عظمى محلّية.

f(-1)=-1 + 3 + 1=3
🔹الخطوة 6: القيمة الدنيا المحلّية

f تتناقص قبل 1 و تتزايد بعده: صورته قيمة حدّية دنيا محلّية.

f(1)=1 - 3 + 1=-1
✅النّتيجة
f(-1) = 3 ; f(1) = -1
قارن بالمثال 3: هناك مشتقّة لا تنعدم، فلا قيمة حدّية. هنا مشتقّة تنعدم مرّتين مغيّرة إشارتها، فالمنحنى يصعد ثمّ ينزل ثمّ يصعد.
المشتقّة من الدرجة الثانية و معاملها موجب: موجبة خارج الجذرين، سالبة بينهما.
إشارة المشتقّة تتغيّر مرّتين، فاتّجاه الدالة يتغيّر مرّتين: قيمة حدّية عظمى محلّية، ثمّ قيمة حدّية دنيا محلّية.
الأسئلة تأتي دائما بنفس الترتيب: النهايات، المشتقّة، التغيّرات، ثمّ الرسم. حتّى لو طُلبت منك خطوة واحدة، اكتبها بهذا الشكل. و لا تنس النهايتين: كثير من المترشّحين يبدؤون بالمشتقّة و يخسرون نقطة كاملة في أوّل سطر.
الخلاصة: كثيرة حدود من الدرجة الثالثة على الأكثر تُدرس في ستّ خطوات لا تتغيّر. نهاياتها يحكمها حدّها الأعلى درجة وحده، و منحنى الدرجة الثالثة يقبل نقطة انعطاف حيث تنعدم مشتقّته الثانية مغيّرة إشارتها.

Page 1/7

© Madrassati — a lesson written by Madrassati · madrassati.net