ראשי › חשבון ומתמטיקה › אינטגרל של פונקציות מעריכיות ולוגריתמיות: קדומה ושטחים

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

🔄 פונקציה קדומה של ‪eˣ‬ ושל ‪1/x‬

📚 בהתאם לתוכנית הלימודים

בתוכנית החדשה לתיכון, כיתה י"ב: 4 יח"ל (שאלון 35472): "חשבון אינטגרלי של פונקציה מעריכית ופונקציה שהקדומה שלה היא לוגריתמית... חישובי שטחים בעזרת אינטגרל מסוים". 5 יח"ל (שאלון 35572): "חשבון אינטגרלי של פונקציות מעריכיות ולוגריתמיות. האינטגרל כהצטברות שטח". שימו לב: לפי המיקוד לבגרות תשפ"ז, "מציאת פונקציה קדומה על פי הנגזרת ונקודה על גרף הפונקציה" לא תיבחן בשאלון 35472.

🎯 מטרות השיעור

  • למצוא פונקציה קדומה של ‪eˣ‬, ‪e^(ax+b)‬, ‪1/x‬ ו־‪1/(ax+b)‬.
  • לשלב אותן עם פולינומים, ולבדוק כל קדומה בגזירה.
  • למצוא פונקציה לפי הנגזרת שלה ונקודה על הגרף.

🚪 פתק כניסה (3 דקות)

בתחילת השיעור כל תלמיד עונה על פתק, בלי ציון:

  1. תזכורת מי״א: מצאו פונקציה קדומה של ‪3x² + 4x‬.
  2. גזרו: ‪(e^(2x))′‬ ו־‪(ln x)′‬.
  3. איזו פונקציה נגזרתה ‪1/x‬? למה הנוסחה ‪xⁿ⁺¹/(n+1)‬ לא עובדת כאן?

למורה: בשאלה 1 ודאו שכולם זוכרים את ‪+ C‬. בשאלה 3 חפשו תלמידים שמנסים ‪x⁰/0‬ ומגלים שאי אפשר לחלק ב־0. זה הפתח ל־‪ln|x|‬.

🔑 מושגי מפתח

פונקציה קדומה
‪F‬ היא קדומה של ‪f‬ אם ‪F′(x) = f(x)‬.
אינטגרל לא מסוים
כל הקדומות יחד: ‪∫f(x) dx = F(x) + C‬.
קבוע ‪C‬
קבוע כלשהו. לנגזרת של קבוע אין השפעה, לכן מוסיפים אותו.
‪ln x‬
הלוגריתם בבסיס ‪e‬. ‪(ln x)′ = 1/x‬.
‪ln|x|‬
קדומה של ‪1/x‬ בכל תחום שבו ‪x ≠ 0‬, גם כש־‪x < 0‬.

📖 הסבר למורה

תזכורת מי״א: ‪∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n+1) + C‬ לכל ‪n ≠ −1‬. קדומה של סכום היא סכום הקדומות, ומקדם נשאר בחוץ. השיעור היום ממלא את ה״חור״ ‪n = −1‬ ומוסיף את ‪eˣ‬.

‪(eˣ)′ = eˣ‬, ולכן ‪∫eˣ dx = eˣ + C‬. כי ‪(ln|x|)′ = 1/x‬, מקבלים ‪∫(1/x) dx = ln|x| + C‬. כש־‪x > 0‬ כותבים פשוט ‪ln x‬.

כשבתוך הפונקציה יש ביטוי לינארי ‪ax + b‬, מחלקים ב־‪a‬: ‪∫e^(ax+b) dx = (1/a)·e^(ax+b) + C‬ ו־‪∫1/(ax+b) dx = (1/a)·ln|ax+b| + C‬. הסיבה: בגזירה כלל השרשרת מכפיל ב־‪a‬, ובקדומה צריך לבטל אותו.

טעויות נפוצות: לשכוח את ‪1/a‬ (לכתוב ‪∫e^(2x) dx = e^(2x)‬), להכפיל ב־‪a‬ במקום לחלק, לכתוב ‪∫(1/x) dx = x⁰/0‬, ולשכוח את ‪C‬. הבדיקה הכי טובה: לגזור את התשובה ולקבל את הפונקציה המקורית.

מציאת פונקציה לפי נגזרת ונקודה: מוצאים קדומה עם ‪C‬, מציבים את הנקודה ומחשבים את ‪C‬. חשוב לזכור ש־‪e⁰ = 1‬ ו־‪ln 1 = 0‬. הנושא בתוכנית הלימודים, אך לפי המיקוד לא ייבחן בשאלון 35472 במועדי תשפ״ז.

✏️ דוגמאות פתורות ללוח

דוגמה 1. מצאו את כל הפונקציות הקדומות של ‪f(x) = 3eˣ + 4x³‬.

  1. קדומה של ‪3eˣ‬ היא ‪3eˣ‬.
  2. קדומה של ‪4x³‬ היא ‪4·x⁴/4 = x⁴‬.
  3. מחברים ומוסיפים קבוע.
  4. בדיקה: ‪(3eˣ + x⁴)′ = 3eˣ + 4x³‬.

תשובה: ‪F(x) = 3eˣ + x⁴ + C‬

דוגמה 2. מצאו פונקציה קדומה של ‪f(x) = e^(3x−1) + 2/(2x+5)‬, בתחום ‪x > −2.5‬.

  1. ‪∫e^(3x−1) dx = (1/3)·e^(3x−1)‬: מחלקים ב־3.
  2. ‪∫2/(2x+5) dx = 2·(1/2)·ln(2x+5) = ln(2x+5)‬.
  3. בתחום הנתון ‪2x + 5 > 0‬, לכן אין צורך בערך מוחלט.
  4. בדיקה בגזירה: ‪(1/3)·3·e^(3x−1) + 2/(2x+5)‬, נכון.

תשובה: ‪F(x) = (1/3)·e^(3x−1) + ln(2x+5) + C‬

דוגמה 3. נתון ‪f′(x) = 4e^(2x) − 6‬, והגרף של ‪f‬ עובר בנקודה ‪(0, 5)‬. מצאו את ‪f(x)‬.

  1. ‪f(x) = 4·(1/2)·e^(2x) − 6x + C = 2e^(2x) − 6x + C‬
  2. מציבים ‪x = 0‬: ‪2e⁰ − 0 + C = 5‬.
  3. ‪2 + C = 5‬, ולכן ‪C = 3‬.

תשובה: ‪f(x) = 2e^(2x) − 6x + 3‬

👩‍🏫 פעילות בכיתה

  1. פתיחה: שאלות הכניסה, תזכורת קצרה לקדומה של פולינום (5 דקות).
  2. גילוי בזוגות: גוזרים ‪eˣ‬, ‪e^(2x)‬, ‪ln x‬, ‪ln(3x+1)‬ ומנסחים כלל הפוך לקדומה.
  3. המורה מסכם את ארבע הנוסחאות בטבלה על הלוח.
  4. דוגמאות 1 ו־2: אחרי כל קדומה, תלמיד אחד גוזר בקול לבדיקה.
  5. דוגמה 3: מציאת ‪C‬ לפי נקודה, בקצרה (בתוכנית, לא במיקוד הבגרות).
  6. דף עבודה: שאלות 1 עד 5, מתקדמים ממשיכים לחלק הכוכב.
  7. סיכום ושאלות יציאה.

💡 הערות למורה

הטעות השכיחה ביותר היא שכחת ‪1/a‬ בקדומה של ‪e^(ax+b)‬. בקשו מהתלמידים לגזור כל תשובה. מציאת פונקציה לפי נגזרת ונקודה: בתוכנית הלימודים, אך לפי המיקוד לא ייבחן בשאלון 35472 במועדי תשפ״ז. לכן מופיעים כאן רק דוגמה אחת ושאלה אחת בדף. לתלמידים מתקשים תנו את הדף המותאם עם טבלת הנוסחאות. למתקדמים: הסבירו למה ‪∫e^(x²) dx‬ לא נפתר בכלל הזה (הביטוי הפנימי אינו לינארי).

❓ שאלות תרגול (בודקים בלחיצה)

1. מהי פונקציה קדומה של ‪e^(5x)‬?

2. מהי פונקציה קדומה של ‪1/x‬ בתחום ‪x > 0‬?

3. מהי פונקציה קדומה של ‪1/(4x+1)‬ בתחום ‪x > −1/4‬?

4. מהי הנגזרת של ‪ln(5x+2)‬? (כך בודקים קדומה של ‪5/(5x+2)‬.)

עוד תרגול: בוחן תרגול של 10 שאלות ליחידה.

🎟️ כרטיס יציאה (3 דקות)

  1. מצאו פונקציה קדומה של ‪6e^(2x) + 3/x‬ בתחום ‪x > 0‬.
  2. בדקו בגזירה: האם ‪F(x) = (1/2)·ln(2x+1)‬ היא קדומה של ‪1/(2x+1)‬ בתחום ‪x > −1/2‬?

תשובות: 1. ‪3e^(2x) + 3·ln x + C‬. 2. כן: ‪F′(x) = (1/2)·2/(2x+1) = 1/(2x+1)‬.

📝 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 ←
→ לוגריתמים ובעיות גדילה ודעיכהאינטגרל מסוים ושטחים עם ‪eˣ‬ ו־‪1/x‬ ←