הבדלים בין גרסאות בדף "חקירת פונקציות"

מתוך Math-Wiki
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
(←‏התנהגות הפונצקיה באינסוף)
מ
שורה 16: שורה 16:
  
 
== תרגילים ==
 
== תרגילים ==
−
===דוגמא מספר 1 - <math>f(x)=x^{2}-6x+5</math> ===
+
===דוגמא מספר 1 - <math>f(x)=x^{2}-6x+5</math>===
−
 
+
−
 
+
 
תחום הגדרה
 
תחום הגדרה
  
−
הגדרה: <math>תהא f(x)</math>
+
הגדרה: תהא <math>f(x)</math> פונקציה. תחום ההגדרה של <math>f(x)</math> היא A - אוסף כל הנקודות בהם <math>f(x)</math> מוגדרת.
−
פונקציה. תחום ההגדרה של <math>f(x)</math>
+
−
היא A- אוסף כל הנקודות בהם <math>f(x)</math> מוגדרת
+
  
−
דוגמא: תחום ההגדרה של <math>f(x)</math> הוא כל הישר <math>\mathbb{R}</math>
+
דוגמא: תחום ההגדרה של <math>f(x)</math> הוא כל הישר <math>\R</math> .
−
+
−
====זוגיות/אי זוגיות====
+
  
−
הגדרה: <math>f(x)</math> תקרא '''זוגית''' אם <math>f(x)=f(-x)</math>
+
====זוגיות/אי-זוגיות====
−
הגדרה: <math>f(x)</math> תקרא אי זוגית אם <math>f(x)=-f(-x)</math>
+
הגדרה: <math>f(x)</math> תקרא '''זוגית''' אם <math>f(-x)=f(x)</math> .
−
+
  
−
דוגמא: <math>f(-x)=x^{2}+6x+5\not=\,\pm\, f(x)</math> ולכן <math>f(x)</math>
+
הגדרה: <math>f(x)</math> תקרא אי-זוגית אם <math>f(-x)=-f(x)</math> .
−
אינה זוגית ואינה אי זוגית
+
 
 +
דוגמא: <math>f(-x)=x^2+6x+5\not=\ \pm\ f(x)</math> ולכן <math>f(x)</math> אינה זוגית ואינה אי-זוגית.
  
 
====חיתוך עם הצירים====
 
====חיתוך עם הצירים====
−
 
+
החיתוך עם ציר <math>x</math> הן הנקודות <math>(1,0)\ ,\ (5,0)</math>
−
החיתוך עם ציר x הן הנקודות <math>(1,0).(5.0)</math>
+
 
   
 
   
−
החיתוך עם ציר y היא הנקודה <math>(0,5)</math>
+
החיתוך עם ציר <math>y</math> היא הנקודה <math>(0,5)</math> .
 
   
 
   
 
====נקודות קיצון ותחומי עליה/ירידה====
 
====נקודות קיצון ותחומי עליה/ירידה====
 +
הגדרה: תהא <math>f(x)</math> פונקציה. נאמר ש- <math>f(x)</math> עולה (יורדת) בתחום <math>U</math> אם
 +
 +
<math>\forall x<y\in U:\ f(x)\le f(y)</math> או <math>\forall x<y\in U:\ f(x)\ge f(y)</math> .
  
−
הגדרה: תהא <math>f(x)</math>פונקציה. נאמר ש <math>f(x)</math> עולה (יורדת) בתחום <math>U</math>
+
הגדרה: תהא <math>f(x)</math> פונקציה. <math>x_0</math> תקרא נקודת קיצון- מקס' (או מינ') אם קיימת לה סביבה <math>U</math> כך ש-
−
אם <math>\forall x<y\in U:\, f(x)\leq f(y)</math>
+
−
(<math>\forall x<y\in U:\, f(x)\geq f(y)</math>)
+
  
−
הגדרה: תהא <math>f(x)</math>
+
<math>\forall x\in U:f(x)\le f(x_0)</math> או <math>\forall x\in U:f(x)\ge f(x_0)</math> .
−
פונקציה. <math>x_{0}</math>
+
−
תקרא נקודת קיצון- מקס' (או מינ') אם קיימת לה סביבה <math>U</math>
+
−
כך ש <math>\forall x\in U:f(x)\leq f(x_{0})</math>
+
−
(או <math>\forall x\in U:f(x)\geq f(x_{0})</math> )
+
  
−
משפט: אם <math>f(x)</math>
+
משפט: אם <math>f(x)</math> גזירה בנקודת קיצון <math>x_0</math> אזי <math>f'(x_0)=0</math> .
−
גזירה בנקודת קיצון <math>x_{0}</math>
+
−
אזי <math>f'(x_{0})=0</math>
+
 
    
 
    
 +
מסקנה: כדי למצוא נקודות קיצון של <math>f(x)</math> מספיק לבדוק מתי <math>f'(x)=0</math> או מתי הנגזרת אינה קיימת כלל.
  
−
מסקנה: בשביל למצוא נקודות קיצון של <math>f(x)</math>
+
דוגמא - נמצא את הנקודות האפשריות לנקודות קיצון ל- <math>f(x)</math>:
−
מספיק לבדוק מתי <math>f'(x)=0</math>
+
−
או מתי הנגזרת אינה קיימת כלל.
+
  
−
דוגמא - נמצא את הנקודות האפשריות לנקודות קיצון ל <math>f(x)</math>:
+
<math>f'(x)=2x-6</math> ולכן הנקודה החשודה היחידה היא <math>x_0=3</math> .
−
 
+
−
<math>f'(x)=2x-6</math> ולכן הנקודה החשודה היחידה היא <math>x_{0}=3</math>
+
 
    
 
    
 
====מקס' או מיני'====
 
====מקס' או מיני'====
−
 
 
איך יודעים אם מדובר בנקודות קיצון ואם מדובר בקיצון מקס' או בקיצון מיני'?
 
איך יודעים אם מדובר בנקודות קיצון ואם מדובר בקיצון מקס' או בקיצון מיני'?
  
−
*בדיקת הפונצקיה עצמה- הנקודות החשודות מחלקות את הישר לקטעים. נציב בכל קטע נקודה ונבדוק מה מתקבל:למשל נציב <math>f(0)=5\,,f(3)=-4,f(6)=5</math>
+
*בדיקת הפונקציה עצמה - הנקודות החשודות מחלקות את הישר לקטעים. נציב בכל קטע נקודה ונבדוק מה מתקבל: למשל נציב <math>f(0)=5\ ,\ f(3)=-4\ ,\ f(6)=5</math> ולכן 3 נקודות מיני'.
−
ולכן 3 נקודת מיני הערה: אכן מספיק לבדוק נקו' אלו - כי אם הפונצקיה היתה מחליפה מיקום )ביחס לנקודות החשודות( איפה שהוא אזי היתה נוצרת נקו' קיצון ואז היינו מגלים אותה בשלב הקודם.
+
  
−
*בדיקת ערכי הנגזרת- נבדוק את סימן הנגזרת מימין ומשמאל לנקודות (
+
הערה: אכן מספיק לבדוק נקודות אלו - כי אם הפונקציה היתה מחליפה מיקום (ביחס לנקודות החשודות) היכן שהוא אזי היתה נוצרת נקודת קיצון והיינו מגלים אותה בשלב הקודם.
−
מסתמך על העובדה כי : אם <math>f'(x)\leq0</math> בקטע I
+
−
אזי הפונקציה יורדת שם. אם <math>f'(x)\geq0</math> אז הפונקציה עולה שם):
+
−
<math>f'(0)<0\,,f'(4)>0</math>
+
−
ולכן משמאל ל 3
+
−
הפונקציה יורדת ומימין ל 3
+
−
היא עולה ולכן 3
+
−
נקודות מיני'הערה: בשלב זה מצב כי תחום העליה של <math>f</math>
+
−
הוא <math>[3.\infty)</math>
+
−
ותחום הירידה <math>(-\infty,3]</math>
+
−
+
  
−
הערה: אכן מספיק לבדוק נקו' אלו - כי אם הנגזרת היתה מחליפה איפה שהוא את סימנה אזי היתה נוצרת נקו' קיצון ואז היינו מגלים אותה בשלב הקודם.
+
*בדיקת ערכי הנגזרת - נבדוק את סימן הנגזרת מימין ומשמאל לנקודות (מסתמך על העובדה כי: אם <math>f'(x)\le 0</math> בקטע I אזי הפונקציה יורדת שם. אם <math>f'(x)\ge 0</math> אז הפונקציה עולה שם): <math>f'(0)<0\ ,\ f'(4)>0</math> ולכן משמאל ל- <math>3</math> הפונקציה יורדת ומימין ל- <math>3</math> היא עולה, כלומר <math>3</math> נקודת מיני'.
  
−
*מבחן הנגזרת השניה- אם <math>f'(x_{0})=0</math>
+
הערה: בשלב זה מצב כי תחום העליה של <math>f</math> הוא <math>[3,\infty)</math> ותחום הירידה <math>(-\infty,3]</math> .
−
ומתקיים <math>f"(x_{0})>0</math>
+
−
(או <math>f"(x)<0</math> )
+
−
אז <math>x_{0}</math> נקודות מיני' (או מקס'):
+
−
 
+
−
אצלנו <math>f"(x)=2</math> ולכן <math>f"(2)>0</math>
+
 
   
 
   
 +
הערה: אכן מספיק לבדוק נקו' אלו - כי אם הנגזרת היתה מחליפה היכן שהוא את סימנה אזי היתה נוצרת נקודת קיצון והיינו מגלים אותה בשלב הקודם.
  
−
====תחומי קעירות/קמירות ונקודות פיתול====
+
*מבחן הנגזרת השניה - אם <math>f'(x_0)=0</math> ומתקיים <math>f''(x_0)>0</math> (או <math>f''(x)<0</math>) אז <math>x_0</math> נקודות מיני' (או מקס'):
  
−
תהא <math>f(x)</math> גזירה בנקודה <math>x_{0}</math>
+
אצלנו <math>f''(x)=2</math> ולכן <math>f''(2)>0</math> .
−
אזי נאמר שהפונצקיה קעורה כלפי מעלה (כלפי מטה) ב <math>x_{0}</math>
+
−
אם קיימת סביבה <math>U</math>של <math>x_{0}</math>
+
−
כך שלכל <math>x\in U</math> מתקיים:
+
  
−
<math>f(x)\geq f'(x_{0})(x-x_{0})+f(x_{0})</math>
+
====תחומי קעירות/קמירות ונקודות פיתול====
 +
תהא <math>f(x)</math> גזירה בנקודה <math>x_0</math> אזי נאמר שהפונקציה קעורה כלפי מעלה/מטה ב- <math>x_0</math> אם קיימת סביבה <math>U</math> של <math>x_0</math> כך שלכל <math>x\in U</math> מתקיים:
  
−
(<math>f(x)\leq f'(x_{0})(x-x_{0})+f(x_{0})</math>)
+
<math>f(x)\ge f'(x_0)(x-x_0)+f(x_0)</math> או <math>f(x)\le f'(x_0)(x-x_0)+f(x_0)</math> .
  
 +
נאמר ש- <math>x_0</math> נקודת פיתול אם קיימת סביבה <math>U</math> ימנית בה <math>f(x)\ge f'(x_0)(x-x_0)+f(x_0)</math> וסביבה שמאלית <math>V</math> בה <math>f(x)\le f'(x_0)(x-x_0)+f(x_0)</math> או להפך.
  
−
נאמר ש <math>x_{0}</math> נקודת פיתול אם קיימת סביבה <math>U</math>
+
משפט: <math>f''(x_0)>0</math> או <math>f''(x_0)<0</math> אז <math>f(x)</math> קעורה כלפי מעלה/מטה ב- <math>x_0</math> .
−
ימנית בה <math>f(x)\geq f'(x_{0})(x-x_{0})+f(x_{0})</math>
+
−
וסביבה שמאלית <math>V</math>
+
−
בה <math>f(x)\leq f'(x_{0})(x-x_{0})+f(x_{0})</math>
+
−
או להיפך.
+
  
−
משפט: <math>f"(x_{0})>0</math>
+
משפט: הנקודות החשודות לפיתול הם הנקודות בהם <math>f''(x)</math> אינה קיימת או ש- <math>f''(x)=0</math> .
−
<math>(f"(x_{0})<0)</math>
+
−
אז <math>f(x)</math>
+
−
קעורה כלפי מעלה (כלפי מטה) ב-<math>x_{0}</math>
+
  
−
משפט: הנקודות החשודות לפיתול הם הנקודות בהם <math>f"(x)</math>
+
דוגמא: <math>f''(x)=2</math> ולכן אין נקודות פיתול והפונקציה קעורה כלפי מעלה בכל הישר.
−
אינה קיימת או ש <math>f"(x)=0</math>
+
−
+
−
דוגמא: <math>f"(x)=2</math>
+
−
ולכן אין נקודות פיתול והפונקציה קעורה כלפי מעלה בכל הישר.
+
  
−
====אסימטוטות ====
+
====אסימפטוטות====
 +
הגדרה: אסימפטוטה אנכית ל- <math>f(x)</math> היא קו מהצורה <math>x=a</math> כך שמתקיים <math>\lim\limits_{x\to a}|f(x)|=\infty</math> . אצלנו אין אסימפטוטה אנכית.
  
−
הגדרה: אסימטוטה אנכית ל <math>f(x)</math>
+
הגדרה: אסימפטוטה אופקית היא ישר <math>l(x)=ax+b</math> המקיים <math>\lim\limits_{x\to\infty}\Big|f(x)-l(x)\Big|=0</math> או <math>\lim\limits_{x\to-\infty}\Big|f(x)-l(x)\Big|=0</math> .
−
היא קו מהצורה <math>x=a</math>
+
−
כך שמתקיים <math>lim_{x\to a}|f(x)|=\infty</math>
+
−
אצלנו אין אסימטוטה אנכית.
+
  
−
הגדרה: אסימטוטה אופקית היא ישר <math>l(x)=ax+b</math>
+
איך מוצאים? מתקיים <math>a=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{f(x)}{x}</math> ואז <math>b=\lim\limits_{x\to\infty}[f(x)-ax]</math> .
−
המקיים <math>lim_{x\to\infty}|f(x)-l(x)|=0</math>
+
−
או <math>lim_{x\to-\infty}|f(x)-l(x)|=0</math>
+
−
+
  
−
איך מוצאים ? מתקיים
+
דוגמא - אצלנו:
  
−
<math>a=lim_{x\to\infty}\frac{f(x)}{x}</math>
+
<math>a=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{f(x)}{x}=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{x^2-6x+5}{x}=\infty</math>
  
−
ואז
+
ולכן אין אסימפטוטה אופקית.
−
<math>b=lim_{x\to\infty}(f(x)-ax)</math>
+
−
+
−
 
+
−
דוגמא- אצלנו:
+
−
 
+
−
<math>a=lim_{x\to\infty}\frac{f(x)}{x}=lim_{x\to\infty}\frac{x^{2}-6x+5}{x}=\infty</math>y
+
−
ולכן אין אסימטוטה אופקית
+
−
 
+
−
====התנהגות הפונצקיה באינסוף====
+
−
 
+
−
עבור הדוגמא שלנו <math>lim_{x\to\pm\infty}f(x)=\infty</math>
+
−
+
−
 
+
−
ציור הפונקציה
+
−
[[קובץ:Example1CStirgul2.gif]]
+
  
 +
====התנהגות הפונקציה באינסוף====
 +
עבור הדוגמא שלנו <math>\lim\limits_{x\to\pm\infty}f(x)=\infty</math>
  
 +
ציור הפונקציה [[קובץ:Example1CStirgul2.gif]]
  
 
===דוגמא 2: <math>f(x)=\frac{\ln(x)}{x}</math>===
 
===דוגמא 2: <math>f(x)=\frac{\ln(x)}{x}</math>===
−
 
−
 
 
====תחום הגדרה====
 
====תחום הגדרה====
 +
<math>x>0</math> כי <math>\ln(x)</math> לא-מוגדרת עבור <math>x</math>-ים שליליים.
  
−
<math>x>0</math>כי <math>\ln(x)</math>
+
====זוגיות/אי-זוגיות====
−
לא מוגדרת עבור <math>x</math>-ים שליליים.
+
−
 
+
−
====זוגיות/אי זוגיות====
+
−
 
+
 
לא שייך בגלל תחום ההגדרה.
 
לא שייך בגלל תחום ההגדרה.
  
 
====חיתוך עם הצירים====
 
====חיתוך עם הצירים====
 +
החיתוך עם ציר <math>x</math> הוא <math>(1,0)</math> .
  
−
החיתוך עם ציר <math>x</math>
+
החיתוך עם ציר <math>y</math> לא קיים בגלל תחום ההגדרה.
−
הוא <math>(1,0)</math>
+
−
+
−
 
+
−
החיתוך עם ציר y לא קיים בגלל תחום ההגדרה
+
  
 
====נקודות קיצון ותחומי עליה/ירידה====
 
====נקודות קיצון ותחומי עליה/ירידה====
 +
<math>f'(x)=\frac{1-\ln(x)}{x^2}</math> לכן יש לה נקודה חשודה ב- <math>x=e</math>
  
−
<math>f'(x)=\frac{1-\ln(x)}{x^{2}}</math>
+
הסימן של <math>f''</math> נקבע ע"י <math>-x-2x\Big(1-\ln(x)\Big)=-x\Big(3-2\ln(x)\Big)</math> .
−
לכן יש לה נקודה חשודה ב <math>x=e</math>
+
  
−
הסימן של <math>f"</math> נקבע ע"י <math>-x-2x(1-\ln(x))=-x(3-2\ln(x))</math>
+
<math>f(e)<0</math> ולכן זוהי נקודת מקס'.
−
 
+
−
<math>f(e)<0</math>
+
−
ולכן זוהי נקודת מקס'
+
  
−
תחומי העלייה של הפונקציה <math>\left(0,e\right)</math>
+
תחומי העליה של הפונקציה <math>(0,e)</math> .
−
+
  
−
תחומי ירידה <math>\left(e,\infty\right)</math>
+
תחומי הירידה <math>(e,\infty)</math> .
−
+
  
 
====תחומי קעירות/קמירות ונקודות פיתול====
 
====תחומי קעירות/קמירות ונקודות פיתול====
 +
הסימן של <math>f''</math> נקבע ע"י <math>-x\Big(3-2\ln(x)\Big)</math> ולכן נקודות חשודות לפיתול הם <math>e\sqrt{e}</math> .
  
−
הסימן של <math>f"</math>
+
<math>f''(e)<0\ ,\ f''(e^4)>0</math> ולכן <math>e\sqrt{e}\approx 10</math> נקודת פיתול.
−
נקבע ע"י <math>-x(3-2\ln(x))</math>
+
−
ולכן נקודות חשודות לפיתול הם <math>e^{3/2}</math>
+
−
+
  
−
<math>f"(e)<0,f"(e^{4})>0</math>
+
הפונקציה קעורה כלפי מטה ב- <math>(0,e\sqrt{e})</math> .
−
ולכן <math>e^{3/2}\approx10</math>
+
−
נקודת פיתול
+
  
−
הפונקציה קעורה כלפי מטה ב <math>\left(0,e^{3/2}\right)</math>
+
הפונקציה קעורה כלפי מעלה ב- <math>(e\sqrt{e},\infty)</math> .
−
+
  
−
הפונצקיה קעורה כלפי מעלה ב <math>\left(e^{3/2},\infty\right)</math>
+
====אסימפטוטות====
−
+
אסימפטוטה אנכית ב- <math>x=0</math> כיון ש- <math>\lim\limits_{x\to 0^+}f(x)=-\infty</math> .
  
−
====אסימטוטות ====
+
אסימפטוטה אופקית: <math>a=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{f(x)}{x}=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{\ln(x)}{x^2}=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{\frac1{x}}{2x}=0</math> .
  
−
אסימטוטה אנכית ב <math>x=0</math>
+
<math>b=\lim\limits_{x\to\infty}(f(x)-ax)=\lim\limits_{x\to}\frac{\ln(x)}{x}=0</math>
−
כיוון ש <math>\lim_{x\to0^{+}}f(x)=-\infty</math>
+
−
+
  
−
אסימטוטה אופקית:
+
ולכן <math>l(x)=0</math> אסימטוטה אופקית.
−
<math>
+
−
a=lim_{x\to\infty}\frac{f(x)}{x}=lim_{x\to\infty}\frac{\ln(x)}{x^{2}}=lim_{x\to\infty}\frac{\frac{1}{x}}{2x}=0
+
−
</math>  
+
  
−
<math>b=lim_{x\to\infty}(f(x)-ax)=lim_{x\to}\frac{\ln(x)}{x}=0</math>
+
====התנהגות הפונקציה באינסוף====
−
+
עבור הדוגמא שלנו <math>\lim\limits_{x\to\infty}f(x)=0</math>
  
−
ולכן <math>l(x)=0</math>
+
ציור הפונקציה [[קובץ:Example2CStirgul2.gif]]
−
אסימטוטה אופקית
+
  
−
====התנהגות הפונצקיה באינסוף====
+
===דוגמא 3: <math>f(x)=\frac{x^3}{12-x^2}</math>===
 +
====תחום הגדרה====
 +
תחום ההגדרה שלה הוא <math>x\not=\pm2\sqrt3</math> .
  
−
עבור הדוגמא שלנו <math>lim_{x\to\infty}f(x)=0</math>
+
====זוגיות/אי-זוגיות====
−
+
<math>f(-x)=\frac{-x^3}{12-x^2}=-f(x)</math> ולכן <math>f(x)</math> אי-זוגית.
  
−
ציור הפונקציה
+
===נקודות קיצון===
 +
<math>f'(x)=\frac{3x^2(12-x^2)+2x^4}{(12-x^2)^2}=\frac{x^2(36-x^2)}{(12-x^2)^{2}}</math> ולכן הנקודות החשודות הן <math>x_0=0,\pm6,\pm2\sqrt3</math>
  
−
[[קובץ:Example2CStirgul2.gif]]
+
(נשים לב שהנקודות <math>\pm2\sqrt3</math> אינן נקודות קיצון כי אינן בתחום ההגדרה).
  
 +
=====מקס' או מיני'=====
 +
נשים לב שסימן הנגזרת נקבע לפי החלק של <math>36-x^2</math> :
  
−
===דוגמא 3: <math>f(x)=\frac{x^{3}}{12-x^{2}}</math>===
+
<math>f'(-7)<0</math>
−
+
  
−
====תחום הגדרה====
+
<math>f'(-6)=0</math>
  
−
תחום ההגדרה של הוא <math>x\not=\pm\sqrt{12}</math>
+
<math>f'(-4)>0</math>
−
+
  
−
====זוגיות/אי זוגיות====
+
<math>f'(-1)>0</math>
  
−
<math>f(-x)=\frac{-x^{3}}{12-x^{2}}=-f(x)</math>
+
<math>f'(0)=0</math>
−
ולכן <math>f(x)</math> אי זוגית
+
  
−
===נקודות קיצון===
+
<math>f'(4)>0</math>
  
−
<math>f'(x)=\frac{3x^{2}(12-x^{2})+2x^{4}}{(12-x^{2})^{2}}=\frac{x^{2}(36-x^{2})}{(12-x^{2})^{2}}</math>
+
<math>f'(6)=0</math>
−
ולכן הנקודות החשודות הן <math>x_{0}=0,\pm6,\pm\sqrt{12}</math>
+
−
(נשים לב שהנקודות <math>\pm\sqrt{12}=\pm3.464</math>)
+
−
אינן נקודות קיצון כי אינן בתחום ההגדרה.
+
  
−
=====מקס' או מיני'=====
+
<math>f'(7)<0</math>
  
−
נשים לב שסימן הנגזרת נקבע לפי החלק של <math>36-x^{2}</math>
+
ולכן מימין ל- <math>-6</math> הפונקציה יורדת ומימין ל- <math>-6</math> היא עולה, כלומר <math>-6</math> נקודות מיני'.
−
<math>f'(-7)<0,f'(-6)=0,f'(-4)>0,f'(-1)>0,f'(0)=0,f'(1)>0,f'(4)>-,f'(6)=0,f'(7)<0</math>
+
−
ולכן מימין ל <math>-6</math> הפונקציה יורדת ומימין ל <math>-6</math>
+
−
היא עולה ולכן <math>-6</math> נקודות מיני'  
+
  
−
6 נקודת מקס
+
<math>6</math> נקודת מקס'.
  
−
0 אינה נקודת קיצון כי הפונקציה עולה גם מימין ל-0 וגם משמאל
+
<math>0</math> אינה נקודת קיצון כי הפונקציה עולה גם מימין לה וגם משמאל.
  
 
====תחומי קעירות/קמירות ונקודות פיתול====
 
====תחומי קעירות/קמירות ונקודות פיתול====
 +
דוגמא: <math>f(x)=\frac{x^3}{12-x^2}</math> אזי <math>f'(x)=\frac{3x^2(12-x^2)+2x^4}{(12-x^2)^2}=\frac{x^2(36-x^2)}{(12-x^2)^2}</math> ו- <math>f''(x)=\frac{24x(12-x^2)(36+x^2)}{(12-x^2)^4}</math> .
  
−
דוגמא: <math>f(x)=\frac{x^{3}}{12-x^{2}}</math>
+
הנקודות החשודות לפיתול הן <math>0,\pm2\sqrt3</math> . הסימן של <math>f''(x)</math> נקבע לפי החלק <math>x(12-x^2)</math> .
−
אזי
+
−
<math>f'(x)=\frac{3x^{2}(12-x^{2})+2x^{4}}{(12-x^{2})^{2}}=\frac{x^{2}(36-x^{2})}{(12-x^{2})^{2}}</math>
+
  
−
ו <math>f"(x)=\frac{24x(12-x^{2})[36+x^{2}]}{(12-x^{2})^{4}}</math>
+
נבדוק:<br>
−
+
<math>f''(-4)>0</math>
  
−
הנקודות החשודות לפיתלול הם <math>0,\pm\sqrt{12}</math>
+
<math>f''(-1)<0</math>
−
הסימן של <math>f"(x)</math>
+
−
נקבע לפי החלק <math>x(12-x^{2})</math>
+
−
+
  
−
נבדוק <math>f"(-4)>0,f"(-1)<0,f(0)=0,f(1)>0,f(4)<0</math>
+
<math>f(0)=0</math>
−
ומכאן מסיקים כי
+
  
−
בקטע <math>(-\infty,-\sqrt{12})</math>
+
<math>f(1)>0</math>
−
הפונצקיה קעורה כלפי מעלה
+
  
−
בקטע <math>(-\sqrt{12},0)</math>
+
<math>f(4)<0</math>
−
הפונצקיה קעורה כלפי מטה
+
  
−
בקטע <math>(0,\sqrt{12})</math>
+
ומכאן מסיקים כי -
−
הפונצקיה קעורה כלפי מעלה
+
  
−
בקטע <math>(\sqrt{12},\infty)</math>
+
בקטע <math>(-\infty,-2\sqrt3)</math> הפונקציה קעורה כלפי מעלה,
−
הפונצקיה קעורה כלפי מטה
+
  
−
ובנקודה 0
+
בקטע <math>(-2\sqrt3,0)</math> הפונקציה קעורה כלפי מטה,
−
יש נקודות פיתול(כי הנגזרת השניה שלילית עד אליה וחיובית ממנה)
+
  
−
====אסימטוטות ====
+
בקטע <math>(0,2\sqrt3)</math> הפונקציה קעורה כלפי מעלה,
  
−
ל- <math>f(x)=\frac{x^{3}}{12-x^{2}}</math>
+
בקטע <math>(2\sqrt3,\infty)</math> הפונקציה קעורה כלפי מטה,
−
יש 2 אסימטוטות אנכיות ב <math>x=\pm\sqrt{12}</math>
+
−
+
−
כי <math>lim_{x\to-\sqrt{12}^{+}}f(x)=lim_{x\to\sqrt{12}^{+}}f(x)=-\infty
+
−
</math>  
+
  
−
<math>lim_{x\to-\sqrt{12}^{-}}f(x)=lim_{x\to\sqrt{12}^{-}}f(x)=\infty</math>
+
ובנקודה <math>0</math> יש נקודות פיתול (כי הנגזרת השניה שלילית עד אליה וחיובית ממנה).
−
+
  
−
אסימטוטה אופקית:
+
====אסימפטוטות====
 +
ל- <math>f(x)=\frac{x^3}{12-x^2}</math> יש 2 אסימפטוטות אנכיות ב- <math>x=\pm2\sqrt3</math>
  
−
<math>a=lim_{x\to\infty}\frac{f(x)}{x}=lim_{x\to\infty}\frac{x^{3}}{x(12-x^{2})}=-1</math>
+
כי <math>\lim\limits_{x\to{-2\sqrt3}^+}f(x)=\lim\limits_{x\to{2\sqrt3}^+}f(x)=-\infty</math>
−
+
  
−
<math>b=lim_{x\to\infty}(\frac{x^{3}}{12-x^{2}}+x)=lim_{x\to\infty}(\frac{12x}{12-x^{2}})=0</math>
+
<math>\lim\limits_{x\to{-2\sqrt3}^-}f(x)=\lim\limits_{x\to{2\sqrt3}^-}f(x)=\infty</math>
−
 
+
−
באותו אופן גם אסימטוטה לכיוון <math>x\to-\infty</math>
+
−
תצא אותו דבר.
+
  
−
ולכן <math>l(x)=-x</math> אסימטוטה אופקית לשני הצדדים
+
אסימפטוטה אופקית:
  
−
====התנהגות הפונצקיה באינסוף====
+
<math>a=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{f(x)}{x}=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{x^3}{x(12-x^2)}=-1</math>
  
−
עבור הדוגמא שלנו
+
<math>b=\lim\limits_{x\to\infty}\Big[\frac{x^3}{12-x^2}+x\Big]=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{12x}{12-x^2}=0</math>
−
<math>lim_{x\to\infty}\frac{x^{3}}{12-x^{2}}=\infty,lim_{x\to-\infty}\frac{x^{3}}{12-x^{2}}=-\infty</math>
+
 
 +
באותו אופן גם אסימפטוטה לכיוון <math>x\to-\infty</math> תצא אותו דבר
  
−
====ציור הפונקציה====
+
ולכן <math>l(x)=-x</math> אסימפטוטה אופקית לשני הצדדים.
  
 +
====התנהגות הפונקציה באינסוף====
 +
עבור הדוגמא שלנו <math>\lim\limits_{x\to\infty}\frac{x^3}{12-x^2}=\infty\,,\,\lim\limits_{x\to-\infty}\frac{x^3}{12-x^2}=-\infty</math>
 +
 +
====ציור הפונקציה====
 
[[קובץ:Examp3e2CStirgul2.gif]]
 
[[קובץ:Examp3e2CStirgul2.gif]]
  
−
משפטים לסיכום
+
משפטים לסיכום:
  
−
<math>.1</math> אם <math>f(x)</math> גזירה בנקודת קיצון x_{0} אזי <math>f'(x_{0})=0</math>
+
<math>.1</math> אם <math>f(x)</math> גזירה בנקודת קיצון <math>x_0</math> אזי <math>f'(x_0)=0</math> .
−
 
+
 
 +
<math>.2</math> מבחן הנגזרת השניה - אם <math>f'(x_0)=0</math> ומתקיים <math>f''(x_0)>0</math> אזי <math>x_0</math> נקודת מיני'.
  
−
<math>.2</math> מבחן הנגזרת השניה- אם <math>f'(x_{0})=0</math> ומתקיים <math>f"(x_{0})>0</math>
+
<math>.3</math> אם <math>f'(x)\le 0</math> בקטע <math>I</math> אזי הפונקציה יורדת שם. אם <math>f'(x)\ge 0</math> אזי הפונקציה עולה שם.
−
אז <math>x_{0}</math>
+
−
נקודות מיני'
+
  
−
<math>.3</math> אם <math>f'(x)\leq0</math>
+
<math>.4</math> אם <math>f''(x_0)>0</math> אזי <math>f(x)</math> קעורה כלפי מעלה  ב- <math>x_0</math> .
−
בקטע <math>I</math>
+
−
אזי הפונקציה יורדת שם. אם <math>f'(x)\geq0</math>
+
−
אז הפונקציה עולה שם
+
  
−
<math>.4</math> אם <math>f"(x_{0})>0</math>
+
מסקנה: הנקודות החשודות לפיתול הם הנקודות בהם <math>f''(x)</math> אינה קיימת או ש- <math>f''(x)=0</math> .
−
אז <math>f(x)</math> קעורה כלפי מעלה  ב-<math>x_{0}</math>
+
−
מסקנה: הנקודות החשודות לפיתול הם הנקודות בהם <math>f"(x)</math> אינה קיימת או ש <math>f"(x)=0</math>
+

גרסה מ־19:54, 26 בינואר 2016


נושא חקירת פונקציות בקורס חשבון אינפיניטיסימלי כוללת מחקר סט תכונות מוסכם (פחות או יותר):

  1. תחום הגדרה (קביעה באילו נקודות הפונקציה מוגדרת)
  2. זוגיות (קביעה האם הפונקציה זוגית, אי-זוגית או לא)
  3. תחומי מונוטוניות ומציאת נקודות קיצון
  4. תחומי קמירות ומציאת נקודות פיתול
  5. אסימפטוטות מאונכות
  6. נקודות חיתוך עם הצירים
  7. אסימפטוטות משופעות ומציאת התנהגות באינסוף
  8. תרפיה בתרשים- ציור גרף הפונקציה


הסברים ותרגילים על חקירת פונקציות

תרגילים

דוגמא מספר 1 - f(x)=x^{2}-6x+5

תחום הגדרה

הגדרה: תהא f(x) פונקציה. תחום ההגדרה של f(x) היא A - אוסף כל הנקודות בהם f(x) מוגדרת.

דוגמא: תחום ההגדרה של f(x) הוא כל הישר \R .

זוגיות/אי-זוגיות

הגדרה: f(x) תקרא זוגית אם f(-x)=f(x) .

הגדרה: f(x) תקרא אי-זוגית אם f(-x)=-f(x) .

דוגמא: f(-x)=x^2+6x+5\not=\ \pm\ f(x) ולכן f(x) אינה זוגית ואינה אי-זוגית.

חיתוך עם הצירים

החיתוך עם ציר x הן הנקודות (1,0)\ ,\ (5,0)

החיתוך עם ציר y היא הנקודה (0,5) .

נקודות קיצון ותחומי עליה/ירידה

הגדרה: תהא f(x) פונקציה. נאמר ש- f(x) עולה (יורדת) בתחום U אם

\forall x<y\in U:\ f(x)\le f(y) או \forall x<y\in U:\ f(x)\ge f(y) .

הגדרה: תהא f(x) פונקציה. x_0 תקרא נקודת קיצון- מקס' (או מינ') אם קיימת לה סביבה U כך ש-

\forall x\in U:f(x)\le f(x_0) או \forall x\in U:f(x)\ge f(x_0) .

משפט: אם f(x) גזירה בנקודת קיצון x_0 אזי f'(x_0)=0 .

מסקנה: כדי למצוא נקודות קיצון של f(x) מספיק לבדוק מתי f'(x)=0 או מתי הנגזרת אינה קיימת כלל.

דוגמא - נמצא את הנקודות האפשריות לנקודות קיצון ל- f(x):

f'(x)=2x-6 ולכן הנקודה החשודה היחידה היא x_0=3 .

מקס' או מיני'

איך יודעים אם מדובר בנקודות קיצון ואם מדובר בקיצון מקס' או בקיצון מיני'?

  • בדיקת הפונקציה עצמה - הנקודות החשודות מחלקות את הישר לקטעים. נציב בכל קטע נקודה ונבדוק מה מתקבל: למשל נציב f(0)=5\ ,\ f(3)=-4\ ,\ f(6)=5 ולכן 3 נקודות מיני'.

הערה: אכן מספיק לבדוק נקודות אלו - כי אם הפונקציה היתה מחליפה מיקום (ביחס לנקודות החשודות) היכן שהוא אזי היתה נוצרת נקודת קיצון והיינו מגלים אותה בשלב הקודם.

  • בדיקת ערכי הנגזרת - נבדוק את סימן הנגזרת מימין ומשמאל לנקודות (מסתמך על העובדה כי: אם f'(x)\le 0 בקטע I אזי הפונקציה יורדת שם. אם f'(x)\ge 0 אז הפונקציה עולה שם): f'(0)<0\ ,\ f'(4)>0 ולכן משמאל ל- 3 הפונקציה יורדת ומימין ל- 3 היא עולה, כלומר 3 נקודת מיני'.

הערה: בשלב זה מצב כי תחום העליה של f הוא [3,\infty) ותחום הירידה (-\infty,3] .

הערה: אכן מספיק לבדוק נקו' אלו - כי אם הנגזרת היתה מחליפה היכן שהוא את סימנה אזי היתה נוצרת נקודת קיצון והיינו מגלים אותה בשלב הקודם.

  • מבחן הנגזרת השניה - אם f'(x_0)=0 ומתקיים f''(x_0)>0 (או f''(x)<0) אז x_0 נקודות מיני' (או מקס'):

אצלנו f''(x)=2 ולכן f''(2)>0 .

תחומי קעירות/קמירות ונקודות פיתול

תהא f(x) גזירה בנקודה x_0 אזי נאמר שהפונקציה קעורה כלפי מעלה/מטה ב- x_0 אם קיימת סביבה U של x_0 כך שלכל x\in U מתקיים:

f(x)\ge f'(x_0)(x-x_0)+f(x_0) או f(x)\le f'(x_0)(x-x_0)+f(x_0) .

נאמר ש- x_0 נקודת פיתול אם קיימת סביבה U ימנית בה f(x)\ge f'(x_0)(x-x_0)+f(x_0) וסביבה שמאלית V בה f(x)\le f'(x_0)(x-x_0)+f(x_0) או להפך.

משפט: f''(x_0)>0 או f''(x_0)<0 אז f(x) קעורה כלפי מעלה/מטה ב- x_0 .

משפט: הנקודות החשודות לפיתול הם הנקודות בהם f''(x) אינה קיימת או ש- f''(x)=0 .

דוגמא: f''(x)=2 ולכן אין נקודות פיתול והפונקציה קעורה כלפי מעלה בכל הישר.

אסימפטוטות

הגדרה: אסימפטוטה אנכית ל- f(x) היא קו מהצורה x=a כך שמתקיים \lim\limits_{x\to a}|f(x)|=\infty . אצלנו אין אסימפטוטה אנכית.

הגדרה: אסימפטוטה אופקית היא ישר l(x)=ax+b המקיים \lim\limits_{x\to\infty}\Big|f(x)-l(x)\Big|=0 או \lim\limits_{x\to-\infty}\Big|f(x)-l(x)\Big|=0 .

איך מוצאים? מתקיים a=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{f(x)}{x} ואז b=\lim\limits_{x\to\infty}[f(x)-ax] .

דוגמא - אצלנו:

a=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{f(x)}{x}=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{x^2-6x+5}{x}=\infty

ולכן אין אסימפטוטה אופקית.

התנהגות הפונקציה באינסוף

עבור הדוגמא שלנו \lim\limits_{x\to\pm\infty}f(x)=\infty

ציור הפונקציה Example1CStirgul2.gif

דוגמא 2: f(x)=\frac{\ln(x)}{x}

תחום הגדרה

x>0 כי \ln(x) לא-מוגדרת עבור x-ים שליליים.

זוגיות/אי-זוגיות

לא שייך בגלל תחום ההגדרה.

חיתוך עם הצירים

החיתוך עם ציר x הוא (1,0) .

החיתוך עם ציר y לא קיים בגלל תחום ההגדרה.

נקודות קיצון ותחומי עליה/ירידה

f'(x)=\frac{1-\ln(x)}{x^2} לכן יש לה נקודה חשודה ב- x=e

הסימן של f'' נקבע ע"י -x-2x\Big(1-\ln(x)\Big)=-x\Big(3-2\ln(x)\Big) .

f(e)<0 ולכן זוהי נקודת מקס'.

תחומי העליה של הפונקציה (0,e) .

תחומי הירידה (e,\infty) .

תחומי קעירות/קמירות ונקודות פיתול

הסימן של f'' נקבע ע"י -x\Big(3-2\ln(x)\Big) ולכן נקודות חשודות לפיתול הם e\sqrt{e} .

f''(e)<0\ ,\ f''(e^4)>0 ולכן e\sqrt{e}\approx 10 נקודת פיתול.

הפונקציה קעורה כלפי מטה ב- (0,e\sqrt{e}) .

הפונקציה קעורה כלפי מעלה ב- (e\sqrt{e},\infty) .

אסימפטוטות

אסימפטוטה אנכית ב- x=0 כיון ש- \lim\limits_{x\to 0^+}f(x)=-\infty .

אסימפטוטה אופקית: a=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{f(x)}{x}=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{\ln(x)}{x^2}=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{\frac1{x}}{2x}=0 .

b=\lim\limits_{x\to\infty}(f(x)-ax)=\lim\limits_{x\to}\frac{\ln(x)}{x}=0

ולכן l(x)=0 אסימטוטה אופקית.

התנהגות הפונקציה באינסוף

עבור הדוגמא שלנו \lim\limits_{x\to\infty}f(x)=0

ציור הפונקציה Example2CStirgul2.gif

דוגמא 3: f(x)=\frac{x^3}{12-x^2}

תחום הגדרה

תחום ההגדרה שלה הוא x\not=\pm2\sqrt3 .

זוגיות/אי-זוגיות

f(-x)=\frac{-x^3}{12-x^2}=-f(x) ולכן f(x) אי-זוגית.

נקודות קיצון

f'(x)=\frac{3x^2(12-x^2)+2x^4}{(12-x^2)^2}=\frac{x^2(36-x^2)}{(12-x^2)^{2}} ולכן הנקודות החשודות הן x_0=0,\pm6,\pm2\sqrt3

(נשים לב שהנקודות \pm2\sqrt3 אינן נקודות קיצון כי אינן בתחום ההגדרה).

מקס' או מיני'

נשים לב שסימן הנגזרת נקבע לפי החלק של 36-x^2 :

f'(-7)<0

f'(-6)=0

f'(-4)>0

f'(-1)>0

f'(0)=0

f'(4)>0

f'(6)=0

f'(7)<0

ולכן מימין ל- -6 הפונקציה יורדת ומימין ל- -6 היא עולה, כלומר -6 נקודות מיני'.

6 נקודת מקס'.

0 אינה נקודת קיצון כי הפונקציה עולה גם מימין לה וגם משמאל.

תחומי קעירות/קמירות ונקודות פיתול

דוגמא: f(x)=\frac{x^3}{12-x^2} אזי f'(x)=\frac{3x^2(12-x^2)+2x^4}{(12-x^2)^2}=\frac{x^2(36-x^2)}{(12-x^2)^2} ו- f''(x)=\frac{24x(12-x^2)(36+x^2)}{(12-x^2)^4} .

הנקודות החשודות לפיתול הן 0,\pm2\sqrt3 . הסימן של f''(x) נקבע לפי החלק x(12-x^2) .

נבדוק:
f''(-4)>0

f''(-1)<0

f(0)=0

f(1)>0

f(4)<0

ומכאן מסיקים כי -

בקטע (-\infty,-2\sqrt3) הפונקציה קעורה כלפי מעלה,

בקטע (-2\sqrt3,0) הפונקציה קעורה כלפי מטה,

בקטע (0,2\sqrt3) הפונקציה קעורה כלפי מעלה,

בקטע (2\sqrt3,\infty) הפונקציה קעורה כלפי מטה,

ובנקודה 0 יש נקודות פיתול (כי הנגזרת השניה שלילית עד אליה וחיובית ממנה).

אסימפטוטות

ל- f(x)=\frac{x^3}{12-x^2} יש 2 אסימפטוטות אנכיות ב- x=\pm2\sqrt3

כי \lim\limits_{x\to{-2\sqrt3}^+}f(x)=\lim\limits_{x\to{2\sqrt3}^+}f(x)=-\infty

\lim\limits_{x\to{-2\sqrt3}^-}f(x)=\lim\limits_{x\to{2\sqrt3}^-}f(x)=\infty

אסימפטוטה אופקית:

a=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{f(x)}{x}=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{x^3}{x(12-x^2)}=-1

b=\lim\limits_{x\to\infty}\Big[\frac{x^3}{12-x^2}+x\Big]=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{12x}{12-x^2}=0

באותו אופן גם אסימפטוטה לכיוון x\to-\infty תצא אותו דבר

ולכן l(x)=-x אסימפטוטה אופקית לשני הצדדים.

התנהגות הפונקציה באינסוף

עבור הדוגמא שלנו \lim\limits_{x\to\infty}\frac{x^3}{12-x^2}=\infty\,,\,\lim\limits_{x\to-\infty}\frac{x^3}{12-x^2}=-\infty

ציור הפונקציה

Examp3e2CStirgul2.gif

משפטים לסיכום:

.1 אם f(x) גזירה בנקודת קיצון x_0 אזי f'(x_0)=0 .

.2 מבחן הנגזרת השניה - אם f'(x_0)=0 ומתקיים f''(x_0)>0 אזי x_0 נקודת מיני'.

.3 אם f'(x)\le 0 בקטע I אזי הפונקציה יורדת שם. אם f'(x)\ge 0 אזי הפונקציה עולה שם.

.4 אם f''(x_0)>0 אזי f(x) קעורה כלפי מעלה ב- x_0 .

מסקנה: הנקודות החשודות לפיתול הם הנקודות בהם f''(x) אינה קיימת או ש- f''(x)=0 .

מקור: https://math-wiki.com/index.php?title=חקירת_פונקציות&oldid=65110