מצגות הסבר › פונקציות מעריכיות
מצגת הסבר – פונקציות מעריכיות
13 שקפים · חקירת פונקציות עם e בחזקת x: פרמטר, קיצון, אסימפטוטה, ערך מוחלט ושטח
פונקציות מעריכיות
מצגת הסבר – חקירת פונקציות עם ex, נגזרת ואינטגרל
מה נלמד?
בשאלה נותנים פונקציה כמו f(x)=(3x2−a)ex ומבקשים לחקור אותה:
- למצוא פרמטר מנתון (קיצון, שיפוע משיק)
- תחום הגדרה ונקודות חיתוך עם הצירים
- נקודות קיצון ותחומי עלייה וירידה
- אסימפטוטה וסקיצה
- גרף של ∣f(x)∣ או f′(x), ושטח בעזרת אינטגרל
הרעיונות החשובים
ex תמיד חיובי
לכל x: ex>0, וגם e2x−1>0.
לכן במכפלה (10−4x)⋅e2x−1=0 רק הגורם 10−4x יכול להתאפס, וסימן הנגזרת נקבע לפי הגורם השני.
אסימפטוטה y=0
כאשר x→−∞: ex→0.
גם (3x2−9)ex→0 – החזקה „מנצחת” את הפולינום. לכן הישר y=0 אסימפטוטה אופקית משמאל.
חיתוך עם ציר y
מציבים x=0 וזוכרים: e0=1.
e הוא מספר
e≈2.718. בתשובה כותבים ערך מדויק (e318) ואז מקורב (≈0.9).
הנוסחאות מהנוסחאון
נגזרת של מכפלת פונקציות:
נגזרת של מנת פונקציות:
לזכור (לא בנוסחאון):
e−x=ex1 (חזקה שלילית – מהנוסחאון: a−x=ax1)
שיטת הפתרון – חקירה שלב אחרי שלב
- תחום הגדרה: ex מוגדר לכל x. בשבר – פוסלים את מה שמאפס את המכנה.
- חיתוך: x=0 ← ציר y. f(x)=0 ← ציר x (רק הגורם שאינו e).
- נגזרת (כלל המכפלה) ← מוציאים ex כגורם משותף.
- f′(x)=0 ← טבלת סימנים ← סוג הקיצון, עלייה וירידה.
- מציבים ב־f (לא ב־f′!) כדי למצוא את ה־y של הקיצון.
- אסימפטוטה וסקיצה; בסוף – שטח באינטגרל.
דוגמה: מוציאים גורם משותף
ex>0 ← f′=0 כאשר x=−3 או x=1.
שאלת בגרות פתורה – מציאת הפרמטר (א)
נתונה הפונקציה f(x)=(3x2−a)ex. ל־f(x) יש נקודת קיצון שבה x=1. א. מצאו את a.
נגזרים לפי כלל המכפלה:
בנקודת קיצון הנגזרת מתאפסת: f′(1)=0
e1=0, לכן:
a=9
שאלת בגרות פתורה – נקודות קיצון (ב)
ב. מצאו את שיעורי נקודות הקיצון של f(x) וקבעו את סוגן.
x=−3 או x=1
| x | x<−3 | −3 | −3<x<1 | 1 | x>1 |
|---|---|---|---|---|---|
| f′ | + | 0 | − | 0 | + |
| f | ↗ | max | ↘ | min | ↗ |
מציבים ב־f(x)=(3x2−9)ex:
max(−3, e318)
min(1, −6e)
שאלת בגרות פתורה – חיתוך וסקיצה (ג, ד)
חיתוך עם ציר y: f(0)=(0−9)⋅e0=−9
חיתוך עם ציר x: ex>0, לכן
(0,−9), (±3, 0)
כאשר x→−∞: f(x)→0 מלמעלה ← אסימפטוטה y=0 משמאל.
כאשר x→∞: f(x)→∞.
שאלת בגרות פתורה – הגרף של ∣f(x)∣ (ה)
ה. נתונה g(x)=∣f(x)∣. (1) זהו את הגרף שלה. (2) מצאו את נקודות הקיצון שלה.
- מה שמעל ציר x נשאר.
- מה שמתחת לציר x משתקף כלפי מעלה.
- המינימום (1,−6e) הופך למקסימום (1, 6e) – שיא גבוה מימין לציר y.
- בנקודות החיתוך g=0 – הערך הקטן ביותר של ערך מוחלט ← מינימום.
(1) גרף IV
(2) מקסימום:
מינימום:
שאלת בגרות פתורה – שיפוע משיק (א, ב)
f(x)=(a−4x)⋅e2x−1. שיפוע המשיק בנקודה שבה x=0 הוא e16. מצאו את a.
הנגזרת של e2x−1 היא 2e2x−1:
חיתוך עם הצירים, וקיצון.
משמאל ל־2: f′>0, מימין: f′<0 ← מקסימום.
max(2, 2e3)
שאלת בגרות פתורה – נקודת חיתוך ושטח (ד–ו)
g(x)=4e2x−1. ד. הסבירו למה g(x)>0. ה. מצאו את A – נקודת החיתוך של f ו־g. ו. חשבו את השטח מתחת ל־g, בין ציר y לאנך מ־A.
ד. 4>0 ו־e2x−1>0 ← המכפלה חיובית.
ה. מחלקים ב־e2x−1=0:
ו.
שימו לב – הטעויות הנפוצות
- (e2x−1)′=2e2x−1 – לא שוכחים את הנגזרת הפנימית.
- למשוואה ex=0 אין פתרון (התשובה איננה x=0).
- e0=1, לא 0.
- את ה־y של הקיצון מציבים ב־f, לא ב־f′.
- ∫e2x−1dx=21e2x−1 – מחלקים ב־m.
- אסימפטוטה y=0 רק בצד אחד – בודקים איפה ex→0.
בדיקה עצמית
- גזרו: f(x)=x⋅ex.
- מצאו את נקודת הקיצון של f(x)=x⋅ex וקבעו את סוגה.
- פתרו: (x−5)⋅ex=0.
- חשבו: ∫01e2xdx.
התשובות (לפתוח אחרי שפתרתם)
- f′(x)=ex+x⋅ex=(x+1)ex
- x=−1: משמאל f′<0, מימין f′>0 ←
min(−1, −e1) - ex>0 ← x−5=0 ← x=5
- [21e2x]01=2e2−1≈3.19
מעבר בין השקפים: החלקה בטלפון, או החיצים במקלדת.