ראשי › חשבון ומתמטיקה › פונקציה מעריכית ולוגריתמית: גדילה ודעיכה

כיתה י״ב · 4–5 יח״לחשבון ומתמטיקהשיעור 2 מתוך 245 דק'תיכוןמתאים לממלכתי ולממלכתי-דתי

🧪 לוגריתמים ובעיות גדילה ודעיכה

📚 בהתאם לתוכנית הלימודים

בתוכנית החדשה לתיכון, כיתה י"ב: 4 יח"ל (שאלון 35472): "חוקי חזקות (כולל חזקות עם מעריך רציונלי). משוואות מעריכיות... לוגריתם, חוקי לוגריתמים, משוואות לוגריתמיות... בעיות גדילה ודעיכה... זמן מחצית חיים". 5 יח"ל (שאלון 35572): "אלגברה הקשורה לחזקות ולוגריתמים. בעיות גדילה ודעיכה". בבחינה 35472, בפרק הראשון: "בעיות גדילה ודעיכה".

🎯 מטרות השיעור

  • להבין מהו לוגריתם ולהשתמש בחוקי הלוגריתמים.
  • לפתור משוואה ‪aˣ = b‬ בעזרת לוגריתם, ומשוואה לוגריתמית פשוטה.
  • לבנות מודל ‪f(t) = f(0)·qᵗ‬ ולמצוא כמות, זמן, מחצית חיים ונקודת השוואה בין שני תהליכים.

🚪 פתק כניסה (3 דקות)

בתחילת השיעור כל תלמיד עונה על פתק, בלי ציון:

  1. באיזו חזקה צריך להעלות את 2 כדי לקבל 32?
  2. מחיר מוצר עלה ב־10%. בכמה כופלים את המחיר הישן?
  3. בין אילו שני מספרים שלמים נמצא הפתרון של ‪2ˣ = 12‬?

למורה: שאלה 1 היא בדיוק ‪log₂ 32 = 5‬, תנו לתלמידים לגלות את השם. בשאלה 3 חפשו את הנימוק ‪2³ = 8 < 12 < 16 = 2⁴‬, לכן ‪3 < x < 4‬.

🔑 מושגי מפתח

לוגריתם
‪logₐ b = c ⇔ aᶜ = b‬. הלוגריתם הוא המעריך. למשל ‪log₂ 8 = 3‬.
‪log‬ ו־‪ln‬
‪log‬ בלי בסיס הוא בבסיס 10. ‪ln‬ הוא בבסיס ‪e ≈ 2.718‬.
מנת גדילה ‪q‬
המספר שבו כופלים את הכמות בכל יחידת זמן. ‪q = 1 + p/100‬.
גדילה ודעיכה
גדילה: ‪q > 1‬. דעיכה: ‪0 < q < 1‬.
זמן מחצית חיים
הזמן שבו כמות דועכת לחצי מערכה.
החלפת בסיס
‪logₐ b = log b / log a‬, כך מחשבים במחשבון.

📖 הסבר למורה

לוגריתם עונה על השאלה: באיזו חזקה צריך להעלות את הבסיס כדי לקבל מספר נתון? ‪log₃ 81 = 4‬ כי ‪3⁴ = 81‬. הלוגריתם מוגדר רק למספר חיובי, והבסיס חיובי ושונה מ־1.

חוקי הלוגריתמים נובעים מחוקי החזקות: ‪logₐ(xy) = logₐ x + logₐ y‬, ‪logₐ(x/y) = logₐ x − logₐ y‬, ‪logₐ(xⁿ) = n·logₐ x‬. טעות נפוצה: ‪log(x + y) = log x + log y‬. זה לא נכון. החוק הוא על מכפלה, לא על סכום.

כשאי אפשר לכתוב את שני האגפים באותו בסיס, משתמשים בלוגריתם: ‪5ˣ = 20‬ נותן ‪x = log₅ 20 = log 20 / log 5 ≈ 1.86‬. במשוואה לוגריתמית בודקים בסוף שהפתרון בתחום ההגדרה, ופוסלים פתרון שנותן לוגריתם של מספר שלילי.

תהליך מעריכי משתנה באותו אחוז בכל יחידת זמן. המודל: ‪f(t) = f(0)·qᵗ‬. עלייה של ‪p%‬ נותנת ‪q = 1 + p/100‬, וירידה של ‪p%‬ נותנת ‪q = 1 − p/100‬. טעות נפוצה: לכתוב ‪q = 0.2‬ לירידה של 20%. הנכון הוא ‪q = 0.8‬.

שלושה סוגי שאלות חוזרים בבגרות: מציאת ‪q‬ משני נתונים (מחלקים ומוציאים שורש), מציאת זמן (משוואה מעריכית שפותרים בלוגריתם), והשוואה בין שני תהליכים (משווים את שתי הנוסחאות ופותרים את ‪t‬).

✏️ דוגמאות פתורות ללוח

דוגמה 1. חשבו ‪log₂ 64‬, ‪log₃(1/9)‬ ו־‪log 0.001‬.

  1. ‪2⁶ = 64‬, לכן ‪log₂ 64 = 6‬
  2. ‪3⁻² = 1/9‬, לכן ‪log₃(1/9) = −2‬
  3. ‪10⁻³ = 0.001‬, לכן ‪log 0.001 = −3‬

תשובה: ‪6‬, ‪−2‬, ‪−3‬

דוגמה 2. פתרו ‪5ˣ = 20‬. תנו תשובה מדויקת ותשובה בקירוב של שתי ספרות אחרי הנקודה.

  1. אי אפשר לכתוב 20 כחזקה שלמה של 5.
  2. מפעילים לוגריתם: ‪x = log₅ 20‬
  3. החלפת בסיס: ‪x = log 20 / log 5‬
  4. במחשבון: ‪x ≈ 1.86‬

תשובה: ‪x = log 20 / log 5 ≈ 1.86‬

דוגמה 3. ערך מכונית חדשה הוא 120,000 ₪. אחרי 3 שנים ערכה 87,480 ₪. הערך יורד באותו אחוז בכל שנה. א. מצאו את ‪q‬ ואת אחוז הירידה השנתי. ב. אחרי כמה שנים יירד הערך אל מתחת ל־50,000 ₪?

  1. א. ‪120000·q³ = 87480‬
  2. ‪q³ = 0.729‬, לכן ‪q = 0.9‬: ירידה של 10% בשנה.
  3. ב. ‪120000·0.9ᵗ = 50000‬
  4. ‪0.9ᵗ = 5/12‬
  5. ‪t = log(5/12) / log 0.9 ≈ 8.31‬
  6. לכן במהלך השנה התשיעית, כלומר אחרי 9 שנים שלמות הערך כבר נמוך מ־50,000 ₪.

תשובה: ‪q = 0.9‬ (ירידה של 10%), ‪t ≈ 8.31‬, כלומר אחרי 9 שנים

👩‍🏫 פעילות בכיתה

  1. פתיחה (5 דק'): שאלות הכניסה, מתן שם ללוגריתם.
  2. הדגמה (7 דק'): ההגדרה ודוגמה 1, ואז חוקי הלוגריתמים עם דוגמה לכל חוק.
  3. זוגות (6 דק'): כרטיסיות התאמה בין ‪logₐ b = c‬ לבין ‪aᶜ = b‬.
  4. הדגמה (7 דק'): דוגמה 2 במחשבון, והסבר על החלפת בסיס.
  5. קבוצות (12 דק'): כל קבוצה מקבלת הקשר (חיידקים, תרופה בדם, חיסכון, מכונית), בונה מודל ‪f(t) = f(0)·qᵗ‬ ושואלת שאלת זמן.
  6. הצגה (5 דק'): דוגמה 3 ושאלת השוואה בין שני תהליכים.
  7. סיום (3 דק'): שאלות יציאה.

💡 הערות למורה

תלמידים מתבלבלים בין ‪q‬ לבין אחוז השינוי. בקשו מהם לכתוב תמיד ‪q = 1 ± p/100‬ לפני הנוסחה. בשאלת זמן, דונו בפירוש: ‪t ≈ 8.31‬ אומר במהלך השנה התשיעית. מתקדמים: שאלות האתגר, כולל השוואה בין שני תהליכים.

❓ שאלות תרגול (בודקים בלחיצה)

1. כמה זה ‪log₃ 81‬?

2. כמה זה ‪log₂ 40 − log₂ 5‬?

3. ריכוז תרופה בדם יורד ב־20% בכל שעה. מהו ‪q‬?

4. זמן מחצית החיים של חומר הוא 10 שנים. היו 80 גרם. כמה יישארו אחרי 30 שנה?

עוד תרגול: בוחן תרגול של 10 שאלות ליחידה.

🎟️ כרטיס יציאה (3 דקות)

  1. פתרו ‪2ˣ = 12‬, בקירוב של שתי ספרות אחרי הנקודה.
  2. חשבו ‪log₆ 4 + log₆ 9‬.

תשובות: 1. ‪x = log 12 / log 2 ≈ 3.58‬. 2. ‪log₆ 36 = 2‬.

📝 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 ←
→ חזקות עם מעריך רציונלי ומשוואות מעריכיותפונקציה קדומה של ‪eˣ‬ ושל ‪1/x‬ ←