Mathématiques🎓 objectif bac

الدالتان الأسية واللوغاريتمية

دراسة الدالة ⁦ln ∘ u⁩ و تعريف اللوغاريتم العشري

🔊 La maîtresse lit pour toi
نادرا ما تُطلب دراسة الدالة ln وحدها: في التمارين نجد ⁦ln(x - 2)⁩، أو ⁦ln(x² + x + 1)⁩، أو لوغاريتم كسر. و في الفيزياء و الكيمياء نجد لوغاريتما آخر، أساسه 10، يقيس درجة الحموضة و شدّة الصوت. فكيف ندرس لوغاريتما مركّبا، و ما علاقة اللوغاريتم العشري بالنيبيري؟

القواعد الثلاث هي نفسها التي رأيناها مع الأسّية، مع شرط إضافي واحد: الدالة الداخليّة يجب أن تكون موجبة تماما، و إلاّ لم يكن للوغاريتم معنى.

🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:
  • تعيين مجموعة تعريف دالة على صيغة ln ∘ u
  • حساب نهايات دالة على صيغة ln ∘ u باستعمال نهاية دالة مركّبة
  • حساب مشتقّة دالة على صيغة ln ∘ u و استنتاج اتجاه تغيّرها
  • تعريف اللوغاريتم العشري و استعماله في تأطير عدد
🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:
  • دراسة الدالة ln و خواصها
  • نهاية و اشتقاق دالة مركّبة

1. مجموعة التعريف و النهايات

⛔ الخطوة صفر، و هي التي تُنسى: الدالة ln ∘ u معرّفة حيث تكون ⁦u(x) > 0⁩، لا حيث تكون u معرّفة. ابدأ دائما بحلّ المتراجحة ⁦u(x) > 0⁩.

ثمّ تُحسب النهاية على مرحلتين، كما في كلّ دالة مركّبة: نهاية الداخليّة أوّلا، ثمّ نهاية اللوغاريتم عند تلك القيمة.

2. اتجاه التغيّر

الخاصية

إذا كانت u معرّفة و موجبة تماما على مجال I، فللدالتين u و ln ∘ u نفس اتجاه التغيّر على I، لأنّ ln متزايدة تماما.

u > 0 ⟹ (u ↗ ⟹ ln ∘ u ↗ ; u ↘ ⟹ ln ∘ u ↘)

3. المشتقّة

قاعدة الاشتقاق

إذا كانت u قابلة للاشتقاق و موجبة تماما على مجال I، فـ ln ∘ u قابلة للاشتقاق على I و مشتقّتها هي حاصل قسمة مشتقّة الداخليّة على الداخليّة نفسها.

(ln ∘ u)' = u'u
قاعدة عمليّة تختصر الوقت: إشارة هذه المشتقّة هي إشارة u' وحدها، لأنّ المقام u موجب تماما على مجال التعريف. لا تدرس إشارة الكسر كلّه.

4. دالة اللوغاريتم العشري

في الفيزياء و الكيمياء نحتاج لوغاريتما يعطي 1 عند 10، لا عند e. نبنيه من ln مباشرة:

التعريف

معرّفة على ⁦]0 ; +∞[⁩. ليست دالة جديدة: هي الدالة ln مضروبة في الثابت الموجب ⁦1 ÷ ln 10⁩، و لهذا ترث كلّ خواصها.

log x = ln xln 10
القيمتان المرجعيتان

الأولى لأنّ ⁦ln 1 = 0⁩، و الثانية لأنّ البسط و المقام متساويان.

log 1 = 0 ; log 10 = 1
الخواص الموروثة

كلّ خواص ln تبقى محقّقة، لأنّ القسمة على الثابت ln 10 لا تغيّر شيئا في البنية.

log(a b) = log a + log b ; log(ab) = log a - log b ; log(an) = n log a
حالة خاصّة

من أجل كلّ عدد صحيح نسبي n، لأنّ ⁦log 10 = 1⁩. هذه هي فائدة اللوغاريتم العشري: يقرأ رتبة العدد مباشرة.

log(10n) = n
نفس الشكل، بسلّم مختلف: log هي ln مقسومة على ثابت، و لهذا تبلغ 1 عند 10 لا عند e.
مثال 1: مجموعة تعريف و نهايتان

نعتبر الدالة f المعرّفة بـ ⁦f(x) = ln(x - 2)⁩.

🎯المطلوب: عيّن مجموعة تعريف الدالة f ثمّ احسب نهايتيها عند حافّتي هذه المجموعة.

🔹الخطوة 1: مجموعة التعريف

نحلّ المتراجحة التي تعرّف الدالة.

x - 2 > 0 ⟹ x ∈ ]2 ; +∞[
🔹الخطوة 2: الداخليّة عند 2

نهاية الداخليّة عند الحافّة اليسرى للمجال.

lim(x → 2) (x - 2) = 0
🔹الخطوة 3: النهاية الأولى

و نهاية اللوغاريتم عند الصفر هي -∞.

lim(x → 2) f(x) = -∞
✅النّتيجة

نعيد العمل عند +∞.

lim(x → +∞) f(x) = +∞
النتيجة الأولى تعني أنّ المستقيم ذا المعادلة ⁦x = 2⁩ مستقيم مقارب موازٍ لمحور التراتيب. لاحظ أنّ المقارب انتقل من 0 إلى 2: هو منحنى ln منقولا وحدتين.
مثال 2: مشتقّتان و إشارتهما

نعتبر الدالتين f و g المعرّفتين على ℝ بـ ⁦f(x) = ln(x² + x + 1)⁩ و ⁦g(x) = ln(ex + 1)⁩.

🎯المطلوب: احسب مشتقّة كلّ من الدالتين f و g، ثمّ حدّد إشارة كلّ مشتقّة.

🔹الخطوة 1: التعرّف على الأولى

الداخليّة كثير حدود موجب تماما، فالدالة معرّفة على ℝ.

u(x) = x² + x + 1 ; u'(x) = 2x + 1
🔹الخطوة 2: المشتقّة الأولى

نطبّق القاعدة: مشتقّة الداخليّة على الداخليّة.

f'(x)=2x + 1x² + x + 1
🔹الخطوة 3: التعرّف على الثانية

الداخليّة الثانية موجبة تماما لأنّ الأسّية كذلك.

v(x) = ex + 1 ; v'(x) = ex
✅النّتيجة

نطبّق القاعدة نفسها.

g'(x) = exex + 1
المقام موجب تماما في الحالتين، فالإشارة هي إشارة البسط وحده: f' تنعدم و تتغيّر إشارتها عند ⁦-1/2⁩، بينما g' موجبة تماما دائما فالدالة g متزايدة تماما على ℝ.
مثال 3: تأطير باللوغاريتم العشري

نعتبر العدد الحقيقي x حيث ⁦x = 3,87 × 10⁷⁩.

🎯المطلوب: أطّر العدد log x بين عددين صحيحين متتاليين.

🔹الخطوة 1: التأطير

نؤطّر العدد بين قوّتين متتاليتين للعشرة.

10⁷ < x < 10⁸
🔹الخطوة 2: تطبيق log

الدالة log متزايدة تماما، فالتأطير محفوظ.

log(10⁷) < log x < log(10⁸)
✅النّتيجة

و log لقوّة العشرة هو الأسّ نفسه.

7 < log x < 8
هذه هي فائدة log في الفيزياء: الجزء الصحيح من log x يعطي رتبة قدر العدد، أي عدد أرقامه ناقص واحد. عدد من ثمانية أرقام لوغاريتمه العشري بين 7 و 8.
دراسة دالة لوغاريتمية مركّبة هي تمرين الباكالوريا النموذجي. الترتيب الذي يُنقّط: ① مجموعة التعريف ② النهايات و المستقيمات المقاربة ③ المشتقّة و إشارتها ④ جدول التغيّرات ⑤ المماس ⑥ الرسم. لا تقفز خطوة، حتّى لو بدت لك بديهيّة.
الخلاصة: ln ∘ u تُدرس في أربع خطوات — الشرط ⁦u > 0⁩ أوّلا، ثمّ النهايات على مرحلتين، ثمّ اتجاه تغيّر u نفسه، ثمّ المشتقّة ⁦u'/u⁩ التي إشارتها إشارة u'. و log ليست دالة جديدة: هي ln مقسومة على ln 10، ترث كلّ خواصها و تقيس رتبة العدد.

Page 1/7

© Madrassati — leçon rédigée par Madrassati · madrassati.net