ראשי › חשבון ומתמטיקה › הנגזרת וחקירת פולינום

כיתה י׳ · 4–5 יח״לחשבון ומתמטיקהשיעור 1 מתוך 245 דק'תיכוןמתאים לממלכתי ולממלכתי-דתי

📈 הנגזרת: שיפוע, קצב שינוי ומשוואת משיק

📚 בהתאם לתוכנית הלימודים

בתוכנית החדשה לתיכון, כיתה י': 4 יח"ל: "מושג הנגזרת. פולינום: נגזרת, יישומים: משוואת משיק וחקירת פונקציה" (לקראת שאלון 35471). 5 יח"ל: "הנגזרת כקצב שינוי... נגזרת פולינום ויישומיה: משוואת משיק, חקירה" (לקראת שאלון 35571).

🎯 מטרות השיעור

  • להבין את הנגזרת כשיפוע המשיק וכקצב שינוי רגעי.
  • לגזור פולינום לפי כללי הגזירה.
  • למצוא ערך נגזרת בנקודה, משוואת משיק, ונקודה שבה השיפוע נתון.

🚪 פתק כניסה (3 דקות)

בתחילת השיעור כל תלמיד עונה על פתק, בלי ציון:

  1. מהו השיפוע של הישר ‪y = 3x − 2‬?
  2. רכב עבר 150 ק"מ ב-2 שעות. מה המהירות הממוצעת?
  3. חשבו ‪(f(3) − f(1))/(3 − 1)‬ עבור ‪f(x) = x²‬.

למורה: שאלה 2 היא קצב שינוי ממוצע. שאלה 3 היא אותו רעיון על גרף: שיפוע של מיתר. חפשו תלמידים שמזהים ששתי השאלות זהות במבנה.

🔑 מושגי מפתח

קצב שינוי ממוצע
‪(f(b) − f(a))/(b − a)‬: שיפוע הישר שעובר בשתי נקודות על הגרף.
משיק
ישר שנוגע בגרף בנקודה ונראה כמו הגרף "מקרוב" סביבה.
נגזרת ‪f′(x)‬
פונקציה שנותנת בכל ‪x‬ את שיפוע המשיק, כלומר את קצב השינוי הרגעי.
ערך נגזרת בנקודה
‪f′(x₀)‬: מספר, השיפוע של המשיק בנקודה ‪x₀‬.
כלל החזקה
‪(xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹‬. לדוגמה ‪(x⁵)′ = 5x⁴‬.
משוואת משיק
‪y − f(x₀) = f′(x₀)·(x − x₀)‬.

📖 הסבר למורה

מתחילים מקצב שינוי ממוצע: שיפוע המיתר בין שתי נקודות. כשמקרבים את הנקודה השנייה לראשונה, המיתר הופך למשיק, והשיפוע מתקרב למספר אחד. המספר הזה הוא הנגזרת בנקודה.

כללי הגזירה של פולינום: ‪(xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹‬, הנגזרת של מספר קבוע היא ‪0‬, ‪(c·f)′ = c·f′‬, ונגזרת של סכום היא סכום הנגזרות. כך גוזרים איבר אחרי איבר.

משוואת משיק בשלושה צעדים: מוצאים ‪f(x₀)‬ (הנקודה), מוצאים ‪f′(x₀)‬ (השיפוע), ומציבים ב-‪y − f(x₀) = f′(x₀)·(x − x₀)‬.

שיפוע נתון: אם המשיק מקביל לישר עם שיפוע ‪m‬, פותרים ‪f′(x) = m‬. אחר כך מציבים את ‪x‬ ב-‪f‬ כדי לקבל את ‪y‬ של הנקודה.

טעויות נפוצות: לכתוב ‪(x³)′ = 3x³‬ במקום ‪3x²‬; לשכוח שנגזרת של קבוע היא ‪0‬; להציב במשוואת המשיק את ‪f′(x₀)‬ במקום ‪f(x₀)‬ בתור ‪y‬ של הנקודה.

✏️ דוגמאות פתורות ללוח

דוגמה 1. עבור ‪f(x) = x²‬, חשבו את קצב השינוי הממוצע מ-‪x = 3‬ עד ‪x = 4‬, עד ‪x = 3.1‬ ועד ‪x = 3.01‬. לאיזה מספר זה מתקרב?

  1. ‪(16 − 9)/1 = 7‬
  2. ‪(9.61 − 9)/0.1 = 6.1‬
  3. ‪(9.0601 − 9)/0.01 = 6.01‬
  4. הקצב מתקרב ל-‪6‬.
  5. לפי הכלל: ‪f′(x) = 2x‬, ולכן ‪f′(3) = 6‬. התאמה.

תשובה: מתקרב ל-‪6‬, שהוא ‪f′(3)‬

דוגמה 2. מצאו את משוואת המשיק לגרף ‪f(x) = x² − 6x + 5‬ בנקודה שבה ‪x = 4‬.

  1. הנקודה: ‪f(4) = 16 − 24 + 5 = −3‬, כלומר ‪(4, −3)‬.
  2. הנגזרת: ‪f′(x) = 2x − 6‬.
  3. השיפוע: ‪f′(4) = 8 − 6 = 2‬.
  4. מציבים: ‪y + 3 = 2·(x − 4)‬.
  5. ‪y = 2x − 11‬

תשובה: ‪y = 2x − 11‬

דוגמה 3. באילו נקודות על הגרף ‪f(x) = x³ − 3x² + 1‬ שיפוע המשיק הוא ‪9‬?

  1. ‪f′(x) = 3x² − 6x‬
  2. ‪3x² − 6x = 9‬
  3. ‪x² − 2x − 3 = 0‬
  4. ‪(x − 3)(x + 1) = 0‬, ולכן ‪x = 3‬ או ‪x = −1‬.
  5. ‪f(3) = 27 − 27 + 1 = 1‬, ‪f(−1) = −1 − 3 + 1 = −3‬.

תשובה: ‪(3, 1)‬ ו-‪(−1, −3)‬

👩‍🏫 פעילות בכיתה

  1. פתיחה (5 דק'): שאלות הכניסה בזוגות, דיון קצר על מהירות ממוצעת.
  2. הדגמה (7 דק'): דוגמה 1 על הלוח, טבלה של מיתרים שמתקצרים.
  3. הכללים (8 דק'): כותבים את ארבעת כללי הגזירה, כל זוג גוזר 3 פולינומים.
  4. משיק (8 דק'): דוגמה 2, שלושת הצעדים במסגרת על הלוח.
  5. שיפוע נתון (7 דק'): דוגמה 3, התלמידים פותרים לפני שהמורה מראה.
  6. תרגול (7 דק'): סעיפים 1 עד 3 בדף העבודה.
  7. סיום (3 דק'): שאלות יציאה.

💡 הערות למורה

תלמידי 4 יח"ל: להתמקד בכללים ובשלושת הצעדים של המשיק. תלמידי 5 יח"ל: לשאול למה קצב ממוצע מתקרב לנגזרת, ולהוסיף את הסעיפים המאתגרים עם פרמטר. תלמיד שמתבלבל בין ‪f‬ ל-‪f′‬: לבקש ממנו לכתוב ליד כל מספר אם הוא "נקודה" או "שיפוע".

❓ שאלות תרגול (בודקים בלחיצה)

1. מהי הנגזרת של ‪5x⁴‬?

2. מהי הנגזרת של המספר הקבוע ‪7‬?

3. עבור ‪f(x) = x² + 3x‬, מהו ‪f′(1)‬?

4. מהו שיפוע המשיק לגרף ‪f(x) = x³‬ בנקודה ‪x = −2‬?

עוד תרגול: בוחן תרגול של 10 שאלות ליחידה.

🎟️ כרטיס יציאה (3 דקות)

  1. גזרו: ‪f(x) = 2x³ − x² + 4‬.
  2. מצאו את משוואת המשיק לגרף ‪f(x) = x²‬ בנקודה ‪x = 3‬.

תשובות: 1. ‪f′(x) = 6x² − 2x‬. 2. ‪f(3) = 9‬, ‪f′(3) = 6‬, ולכן ‪y = 6x − 9‬.

📝 בדף העבודה

5 תרגילים, ★ חלק אקסטרה למתקדמים, ומחוון עם פתרון מלא לכל תרגיל. למתקשים יש דף עם תמיכה: מחסן מילים, תזכורת של הכלל ושאלות בשלבים.

לדף העבודה ←
→ סדרה הנדסית, סכום אינסופי ושילוב סדרותחקירת פולינום ←