הגרף של f(x): עבור 0<x<e1.5 המכנה שלילי והמונה חיובי, לכן f(x)<0 – הגרף מתחת לציר ה־x ויורד לכיוון האסימפטוטה. מימין לאסימפטוטה f(x)>0, עם מינימום ב־(e2,2e4). זה גרף III.
הגרף של f′(x): עבור 0<x<e2 (פרט לאסימפטוטה) f′(x)<0 – שני הענפים שמשמאל ל־e2 נמצאים מתחת לציר ה־x (שניהם שואפים ל־−∞ ליד האסימפטוטה). ב־x=e2 הנגזרת מתאפסת, ומימין לה היא חיובית. זה גרף II.
תשובה:f(x) – גרף III ; f′(x) – גרף II.
סעיף ד (2)
תשובה סופית:S=6e6−2e4≈39.94 יח״ר
הנגזרת מתאפסת ב־x=e2 וחיובית עבור x>e2. השטח המוגבל על ידי גרף f′(x), ציר ה־x והישר x=e3 נמצא בין x=e2 ל־x=e3, מעל ציר ה־x:
תשובה סופית: I – לא נכון (יש 2 נקודות קיצון). II – לא נכון (המינימום משמאל למקסימום).
נקודות הקיצון של f(x) הן הנקודות שבהן f′(x)=0 ו־f′(x) מחליפה סימן – כלומר נקודות החיתוך של גרף הנגזרת עם ציר ה־x (ולא נקודות הקיצון של גרף הנגזרת).
בסרטוט גרף f′(x) חותך את ציר ה־x בשתי נקודות. נסמן אותן x1<x2:
ב־x1 הנגזרת עוברת משלילית לחיובית – f(x) עוברת מירידה לעלייה: נקודת מינימום.
ב־x2 הנגזרת עוברת מחיובית לשלילית – f(x) עוברת מעלייה לירידה: נקודת מקסימום.
I. לא נכון – לפונקציה f(x) יש בדיוק שתי נקודות קיצון (שלוש נקודות הקיצון בסרטוט הן של גרף הנגזרת).
II. לא נכון – נקודת המינימום היא ב־x1 ונקודת המקסימום ב־x2, ו־x1<x2. כלומר שיעור ה־x של המינימום קטן משיעור ה־x של המקסימום.
תשובה: I – לא נכון (יש 2 נקודות קיצון). II – לא נכון (המינימום משמאל למקסימום).
סעיף ב (1)
תשובה סופית:(1,0) בלבד (אין חיתוך עם ציר ה־y).
תחום ההגדרה הוא x>0, לכן אין חיתוך עם ציר ה־y.
חיתוך עם ציר ה־x:
x214(ℓnx)2=0⇒ℓnx=0⇒x=1
תשובה:(1,0) בלבד (אין חיתוך עם ציר ה־y).
סעיף ב (2)
תשובה סופית: מינימום (1,0), מקסימום (e,e214)
נגזור לפי כלל המנה. הנגזרת של (ℓnx)2 היא 2ℓnx⋅x1:
f′(x)=14⋅x42xℓnx−2x(ℓnx)2
f′(x)=x328ℓnx(1−ℓnx)
נשווה לאפס (x3>0 בתחום):
ℓnx=0⇒x=1
1−ℓnx=0⇒x=e
x
f′(x)
f(x)
0<x<1
−
↘
1
0
מינימום
1<x<e
+
↗
e
0
מקסימום
x>e
−
↘
(למשל f′(0.5)<0, f′(2)>0, f′(4)<0.)
f(1)=0
f(e)=e214⋅12=e214≈1.89
תשובה: מינימום (1,0), מקסימום (e,e214)
סעיף ב (3)
תשובה סופית: עולה: 1<x<e יורדת: 0<x<1, x>e.
לפי טבלת הסימנים בסעיף ב (2):
עלייה: 1<x<e.
ירידה: 0<x<1 וגם x>e.
(זה מתאים לסרטוט של f′(x): הנגזרת חיובית רק בין שתי נקודות החיתוך שלה עם ציר ה־x.)
תשובה: עולה: 1<x<e יורדת: 0<x<1, x>e.
סעיף ג
תשובה סופית:
נשתמש בסעיפים הקודמים: הפונקציה מוגדרת עבור x>0, אינה שלילית (ריבוע חלקי ריבוע), יורדת עד המינימום (1,0) שעל ציר ה־x, עולה עד המקסימום (e,e214) ואחר כך יורדת.
כאשר x מתקרב ל־0 מימין, f(x) שואפת לאינסוף, וכאשר x גדל מאוד f(x) מתקרבת ל־0.
תשובה:
סעיף ד (1)
תשובה סופית:x>4
g(x)=f(x−4) מוגדרת כאשר הביטוי x−4 נמצא בתחום ההגדרה של f:
x−4>0⇒x>4
(גרף g הוא גרף f מוזז 4 יחידות ימינה.)
תשובה:x>4
סעיף ד (2)
תשובה סופית: מינימום (5,0), מקסימום (e+4,e214)
גרף g(x) מתקבל מגרף f(x) על ידי הזזה של 4 יחידות ימינה. הזזה אופקית לא משנה את סוג נקודות הקיצון ולא את שיעורי ה־y שלהן – רק מוסיפה 4 לשיעורי ה־x:
הביטוי ℓnx מוגדר רק עבור x>0 (ושאר הביטויים מוגדרים לכל x).
תשובה:x>0
סעיף א (2)
תשובה סופית:(e2,0)
חיתוך עם ציר ה־x: f(x)=0.
ax(2−ℓnx)=0
a=0, ו־x=0 לא בתחום ההגדרה, לכן:
2−ℓnx=0⇒ℓnx=2⇒x=e2
תשובה:(e2,0)
סעיף ב
תשובה סופית:a=4
נגזור לפי כלל המכפלה:
f′(x)=a(2−ℓnx)+ax⋅(−x1)
f′(x)=2a−aℓnx−a=a(1−ℓnx)
שיפוע המשיק בנקודה x=e3 הוא −8:
f′(e3)=a(1−3)
=−2a=−8⇒a=4
תשובה:a=4
סעיף ג (1)
תשובה סופית:max(e,4e)
עם a=4: f(x)=4x(2−ℓnx), f′(x)=4(1−ℓnx).
f′(x)=0⇒ℓnx=1⇒x=e
x
0<x<e
e
x>e
f′(x)
+
0
−
f(x)
↗
מקסימום
↘
(למשל f′(1)=4>0, f′(e2)=−4<0.)
f(e)=4e(2−1)=4e≈10.87
תשובה:max(e,4e)
סעיף ג (2)
תשובה סופית: גרף II.
נבדוק את התכונות שמצאנו:
• לפונקציה יש מקסימום אחד (ואין מינימום) – גרפים III ו־IV נפסלים (יש בהם מינימום).
• הגרף חותך את ציר ה־x ב־x=e2, ואחרי נקודת המקסימום הוא יורד ועובר לערכים שליליים (למשל f(e3)=4e3(2−3)<0) – גרף I נפסל, כי בו הגרף נשאר מעל ציר ה־x ואינו חותך אותו.
• x=0 לא בתחום ההגדרה – בגרף II יש עיגול ריק בראשית.
תשובה: גרף II.
סעיף ד (1)
תשובה סופית:min(e,37−8e)
g(x)=−2f(x)+37, לכן:
g′(x)=−2f′(x)
g′(x)=0 בדיוק כאשר f′(x)=0, כלומר ב־x=e. הכפלה ב־−2 הופכת את הסימן: לפני x=eg′(x)<0 ואחריו g′(x)>0, ולכן זו נקודת מינימום.
g(e)=−2⋅4e+37
=37−8e≈15.25
תשובה:min(e,37−8e)
סעיף ד (2)
תשובה סופית: לא – f(x)≤4e<337, לכן אין פתרון ל־f(x)=g(x).
נקודת חיתוך מקיימת f(x)=g(x):
f(x)=−2f(x)+37⇒3f(x)=37
⇒f(x)=337≈12.33
אבל הערך הגדול ביותר של f(x) הוא ערך המקסימום 4e≈10.87, שקטן מ־12.33. לכן אין x שבו f(x)=337.
(אפשר גם כך: ערך המינימום של g הוא 37−8e≈15.25, והוא גדול מהערך המקסימלי של f, לכן הגרף של g תמיד מעל הגרף של f.)
תשובה: לא – f(x)≤4e<337, לכן אין פתרון ל־f(x)=g(x).
חיתוך עם ציר ה־y: x=0 אינו בתחום ההגדרה, לכן אין חיתוך עם ציר ה־y.
חיתוך עם ציר ה־x:
x2(−2+ℓnx)=0
x2=0 בתחום, לכן:
−2+ℓnx=0⇒ℓnx=2
⇒x=e2
תשובה:(e2,0) בלבד
סעיף ג
תשובה סופית:(e1.5,−21e3) – מינימום
נגזור לפי כלל המכפלה:
f′(x)=2x(−2+ℓnx)+x2⋅x1
f′(x)=−4x+2xℓnx+x
=x(2ℓnx−3)
נשווה לאפס (x>0):
2ℓnx−3=0
⇒ℓnx=1.5⇒x=e1.5
≈4.48
x
0<x<e1.5
e1.5
x>e1.5
f′(x)
−
0
+
f(x)
↘
מינימום
↗
(למשל f′(1)=−3<0, f′(e2)=e2>0.)
f(e1.5)=e3(−2+1.5)
=−21e3≈−10.04
תשובה:(e1.5,−21e3) – מינימום
סעיף ד
תשובה סופית: גרף I
נבדוק את התכונות שמצאנו:
תחום x>0 ונקודת חיתוך אחת עם ציר ה־x (x=e2).
הפונקציה יורדת עד נקודת מינימום ואחר כך עולה.
כאשר x מתקרב ל־0 מימין, f(x) מתקרבת ל־0 (כי x2→0), ולכן הגרף מתחיל ליד ראשית הצירים (נקודה ריקה, כי x=0 לא בתחום).
גרף I מתאים לכל התכונות. גרף III לא חותך את ציר ה־x, ובגרפים II ו־IV יש מקסימום ולא מינימום.
תשובה: גרף I
סעיף ה (1)
תשובה סופית:a=−1.2
g(x)=a⋅f(x), לכן g′(x)=a⋅f′(x), ונקודת הקיצון של g היא באותו x: x=e1.5.
g(e1.5)=a⋅f(e1.5)
=a⋅(−21e3)
−21e3⋅a=0.6e3⇒a=−1.2
תשובה:a=−1.2
סעיף ה (2)
תשובה סופית: נקודת מקסימום
g(x)=−1.2⋅f(x): הכפלה במספר שלילי הופכת את הגרף (שיקוף ביחס לציר ה־x ומתיחה).
לכן g′(x)=−1.2f′(x) – הסימנים של הנגזרת מתהפכים: g עולה כאשר f יורדת ויורדת כאשר f עולה. נקודת המינימום של f הופכת לנקודת מקסימום של g.
(וגם: 0.6e3>0, נקודה מעל ציר ה־x.)
תשובה: נקודת מקסימום
סעיף ה (3)
תשובה סופית: גרף IV
לגרף של g(x) יש אותו תחום (x>0), אותה נקודת חיתוך עם ציר ה־x (x=e2, כי g=0 בדיוק כאשר f=0), נקודת מקסימום, וכאשר x→0+ גם g(x)→0 (מתחיל בנקודה ריקה בראשית).
גרף IV מתאים. בגרף II הפונקציה שואפת למינוס אינסוף ליד x=0, ולכן הוא לא מתאים.
לפונקציה מקסימום אחד ומינימום אחד, והמינימום מימין למקסימום. לכן הנגזרת מתאפסת בשתי נקודות ומשנה בהן סימן, ומשמאל לימין סדר הסימנים של f′(x) הוא:
+−+
(עלייה עד המקסימום, ירידה עד המינימום, ואז עלייה.)
• גרף II: חיובי, אחר כך שלילי, ואחר כך חיובי – מתאים.
• גרף I: הסדר −,+,− – מתאים למינימום משמאל למקסימום.
• גרף III: הגרף חותך את ציר ה־x שלוש פעמים – היו שלוש נקודות קיצון.
• גרף IV: הגרף רק משיק לציר ה־x ולא משנה סימן – לא הייתה אף נקודת קיצון.
תשובה: גרף II.
סעיף ב (1)
תשובה סופית:(1,0); אין חיתוך עם ציר ה־y.
חיתוך עם ציר ה־y: x=0 אינו בתחום (x>0), לכן אין.
חיתוך עם ציר ה־x:
3x(ℓnx)2=0
x=0, לכן (ℓnx)2=0, כלומר ℓnx=0 ו־x=1.
תשובה:(1,0); אין חיתוך עם ציר ה־y.
סעיף ב (2)
תשובה סופית:max(e−2,e212), min(1,0)
נגזור לפי כלל המכפלה:
f′(x)=3(ℓnx)2+3x⋅2ℓnx⋅x1
f′(x)=3(ℓnx)2+6ℓnx
=3ℓnx(ℓnx+2)
f′(x)=0: ℓnx=0⇒x=1, או ℓnx=−2⇒x=e−2.
x
f′(x)
f(x)
0<x<e−2
+
↗
e−2
0
מקסימום
e−2<x<1
−
↘
1
0
מינימום
x>1
+
↗
f(e−2)=3e−2⋅(−2)2=e212
≈1.62,f(1)=0
תשובה:max(e−2,e212), min(1,0)
סעיף ג
תשובה סופית: גרף IV.
הגרף של f(x) צריך להיות: מוגדר רק עבור x>0 (עיגול ריק בראשית), עולה עד מקסימום ב־x=e−2 (קרוב לציר ה־y), יורד עד מינימום ב־(1,0) – כלומר נוגע בציר ה־x – ואחר כך עולה. בנוסף f(x)≥0 לכל x בתחום.
גרף IV מתאים לכל התכונות. (גרף III יורד מתחת לציר ה־x, וגרפים I ו־II אינם מתאימים לסדר עלייה–ירידה–עלייה.)
תשובה: גרף IV.
סעיף ד
תשובה סופית:e212≈1.624 יחידות שטח
גרף הנגזרת חותך את ציר ה־x ב־x=e−2 וב־x=1, וביניהן f′(x)<0 (הגרף מתחת לציר).
בנקודת קיצון של f(x) הנגזרת מתאפסת, כלומר גרף הנגזרת חותך שם את ציר ה־x.
גרף I חותך את ציר ה־x בנקודה A, ובדיוק מעל A נמצאת נקודת המינימום של גרף II. בנוסף: משמאל ל־A גרף I שלילי וגרף II יורד, ומימין ל־A גרף I חיובי וגרף II עולה.
לעומת זאת, אם II היה גרף הנגזרת, היה צריך להיות לגרף I קיצון מעל C – אבל שם גרף I רק עולה.
תשובה: גרף I מתאר את f′(x).
סעיף ב (1)
תשובה סופית:x>0
ℓn(x) מוגדר רק עבור x>0:
תשובה:x>0
סעיף ב (2)
תשובה סופית:min(1,−1)
נגזור לפי כלל המכפלה:
f′(x)=2x(2ℓnx−1)+x2⋅x2
f′(x)=4xℓnx−2x+2x=4xℓnx
f′(x)=0: x>0, לכן ℓnx=0, כלומר x=1.
f(1)=12⋅(2⋅0−1)=−1
לפי גרף II (גרף הפונקציה) זו נקודת מינימום. (גם לפי הנגזרת: f′(x)<0 עבור 0<x<1 ו־f′(x)>0 עבור x>1.)
תשובה:min(1,−1)
סעיף ג
תשובה סופית:AC=e−1≈0.649
A – נקודת החיתוך של גרף I (הנגזרת) עם ציר ה־x: f′(x)=0, כלומר x=1. לכן A(1,0).
C – נקודת החיתוך של גרף II (הפונקציה) עם ציר ה־x:
x2(2ℓnx−1)=0
x>0, לכן 2ℓnx−1=0:
ℓnx=21⇒x=e21=e
AC=e−1≈0.649
תשובה:AC=e−1≈0.649
סעיף ד
תשובה סופית: 1 יחידת שטח
השטח ברביע הראשון חסום בין גרף I (f′(x), שחיובי עבור x>1), ציר ה־x והישר x=e, כלומר בין x=1 ל־x=e.
שני תנאים: ℓn(x) מוגדר רק עבור x>0, והמכנה לא יכול להיות 0:
2ℓnx+1=0⇒ℓnx=−21
⇒x=e−21
תשובה:x>0, x=e−21
סעיף א (2)
תשובה סופית: לא – המונה מתאפס רק ב־x=0, שאינו בתחום.
f(x)=0 רק כאשר המונה מתאפס: 3x2=0, כלומר x=0. אבל x=0 אינו בתחום ההגדרה (x>0). לכן הגרף אינו חותך את ציר ה־x.
תשובה: לא – המונה מתאפס רק ב־x=0, שאינו בתחום.
סעיף א (3)
תשובה סופית:x=e−21≈0.61
המכנה מתאפס ב־x=e−21, והמונה שם שונה מאפס (3e−1=0), לכן זו אסימפטוטה אנכית.
תשובה:x=e−21≈0.61
סעיף ב
תשובה סופית:min(1,3)
נגזור לפי נגזרת של מנה:
f′(x)=(2ℓnx+1)26x(2ℓnx+1)−3x2⋅x2
f′(x)=(2ℓnx+1)212xℓnx+6x−6x
f′(x)=(2ℓnx+1)212xℓnx
f′(x)=0: x>0, לכן ℓnx=0, כלומר x=1.
f(1)=2⋅0+13⋅1=3
המכנה של f′(x) חיובי, ו־12x>0, לכן הסימן של f′(x) הוא הסימן של ℓnx: שלילי עבור x<1 וחיובי עבור x>1 – נקודת מינימום.
תשובה:min(1,3)
סעיף ג
תשובה סופית: עלייה: x>1 ירידה: 0<x<e−21 וגם e−21<x<1.
x
f′(x)
f(x)
0<x<e−21
−
↘
e−21<x<1
−
↘
1
0
מינימום
x>1
+
↗
תשובה: עלייה: x>1 ירידה: 0<x<e−21 וגם e−21<x<1.
סעיף ד
תשובה סופית: גרף III.
נבדוק את הסימן של f(x) משמאל לאסימפטוטה: עבור 0<x<e−21 מתקיים ℓnx<−21, לכן המכנה 2ℓnx+1 שלילי והמונה חיובי – f(x)<0. בנוסף הפונקציה יורדת שם (סעיף ג).
מימין לאסימפטוטה f(x)>0, הפונקציה יורדת עד המינימום (1,3) ואחר כך עולה.
גרף III מתאים: הענף השמאלי יורד מתחת לציר ה־x (עיגול ריק בראשית), והענף הימני מעל ציר ה־x עם מינימום. (בגרף I הענף הימני מתחת לציר, בגרף II הענף השמאלי עולה, ובגרף IV הענף הימני שלילי.)
תשובה: גרף III.
סעיף ה
תשובה סופית: כן, בנקודה אחת.
ישר מהצורה y=t הוא ישר אופקי. ישר אופקי משיק לגרף בנקודת הקיצון, כלומר בנקודת המינימום (1,3). לכן t=3, והישר y=t−5 הוא:
y=3−5=−2
לפי הגרף (סעיף ד): מימין לאסימפטוטה f(x)≥3, ולכן הישר y=−2 לא פוגש שם את הגרף. משמאל לאסימפטוטה הפונקציה יורדת מערכים הקרובים ל־0 (ליד הראשית) עד −∞, ולכן מקבלת את הערך −2 פעם אחת בדיוק.
(אין צורך למצוא את נקודת החיתוך עצמה – המשוואה אינה נפתרת אלגברית, ופתרון מקורב במחשבון אינו דרך מותרת.)
ℓnx מוגדר רק עבור x>0, והמכנה 4x שונה מאפס בתחום זה:
x>0
תשובה:x>0
סעיף ב
תשובה סופית:(1,0)
x=0 לא בתחום, לכן אין חיתוך עם ציר ה־y. חיתוך עם ציר ה־x:
4x(ℓnx)2=0⇒ℓnx=0⇒x=1
תשובה:(1,0)
סעיף ג
תשובה סופית: מינימום (1,0), מקסימום (e2,e21)
נגזור לפי כלל המנה:
f′(x)=16x22ℓnx⋅x1⋅4x−(ℓnx)2⋅4
f′(x)=16x24ℓnx(2−ℓnx)
f′(x)=4x2ℓnx(2−ℓnx)
נשווה לאפס:
ℓnx=0⇒x=1
ℓnx=2⇒x=e2
x
f′(x)
f(x)
0<x<1
−
↘
1
0
מינימום
1<x<e2
+
↗
e2
0
מקסימום
x>e2
−
↘
(למשל f′(0.5)<0, f′(2)>0, f′(8)<0.)
f(1)=0f(e2)=4e222=e21
תשובה: מינימום (1,0), מקסימום (e2,e21)
סעיף ד
תשובה סופית:
g(x)=−f(x), לכן הגרף של g הוא שיקוף של גרף f ביחס לציר ה־x: המינימום (1,0) של f הוא מקסימום של g, והמקסימום (e2,e21) של f הופך למינימום (e2,−e21) של g.
כאשר x→0+, f(x)→∞ (ו־g(x)→−∞), וכאשר x→∞ שני הגרפים מתקרבים לציר ה־x.
תשובה:
סעיף ה (1)
תשובה סופית:y=e21
בנקודת המקסימום (e2,e21) שיפוע המשיק הוא f′(e2)=0, ולכן המשיק מקביל לציר ה־x:
y=e21
תשובה:y=e21
סעיף ה (2)
תשובה סופית:c=−e21
הגרף של g הוא שיקוף של גרף f ביחס לציר ה־x. בשיקוף הזה הישר y=e21 עובר לישר y=−e21, והשטח S שבין גרף f למשיק עובר לשטח שבין גרף g לישר y=−e21 – שטח שווה (שיקוף לא משנה שטחים).
(הישר y=−e21 הוא המשיק לגרף g בנקודת המינימום שלו.)
תשובה סופית: עם ציר x: (e−2,0), (e4,0) עם ציר y: אין
חיתוך עם ציר ה־y: x=0 אינו בתחום ההגדרה, לכן אין נקודת חיתוך עם ציר ה־y.
חיתוך עם ציר ה־x: נשווה את f(x) ל־0. מכפלה שווה ל־0 כאשר אחד הגורמים שווה ל־0:
ℓnx+2=0
⇒ℓnx=−2
⇒x=e−2
ℓnx−4=0⇒ℓnx=4⇒x=e4
(e−2≈0.135, e4≈54.6.)
תשובה: עם ציר x: (e−2,0), (e4,0) עם ציר y: אין
סעיף ג
תשובה סופית: מינימום: (e,−9)
נגזור לפי כלל המכפלה (הנגזרת של ℓnx היא x1):
f′(x)=x1(ℓnx−4)+(ℓnx+2)⋅x1
f′(x)=x2ℓnx−2
נשווה ל־0 (המכנה x>0):
2ℓnx−2=0⇒ℓnx=1⇒x=e
f(e)=(1+2)(1−4)=−9
סימן הנגזרת לפי המונה 2ℓnx−2:
x
f′(x)
f(x)
0<x<e
−
יורדת ↘
x=e
0
מינימום
x>e
+
עולה ↗
לכן (e,−9) היא נקודת מינימום.
תשובה: מינימום: (e,−9)
סעיף ד
תשובה סופית: ראו סקיצה. מינימום (e,−9), חיתוך עם ציר x ב־e−2 וב־e4.
נשתמש בתחום ההגדרה x>0, בנקודות החיתוך (e−2,0) ו־(e4,0) ובמינימום (e,−9). כאשר x→0+, ℓnx→−∞ ושני הגורמים שליליים, לכן f(x)→∞ (הגרף מתקרב לציר ה־y מלמעלה).
תשובה: ראו סקיצה. מינימום (e,−9), חיתוך עם ציר x ב־e−2 וב־e4.
סעיף ה (1)
תשובה סופית: גרף III
f′(x)=x2ℓnx−2. נבדוק את התכונות:
• תחום ההגדרה של f′ הוא x>0 – הגרף נמצא רק מימין לציר ה־y. גרף I ממשיך גם ל־x<0, ולכן נפסל.
• לפי טבלת הסימנים בסעיף ג: f′(x)<0 עבור 0<x<e ו־f′(x)>0 עבור x>e, כלומר הגרף מתחת לציר ה־x ואחרי x=e מעליו. בגרף II הנגזרת חיובית ליד ציר ה־y ואחר כך שלילית – הפוך, ולכן נפסל.
• גרף III מתאים: מתחת לציר ה־x ליד ציר ה־y (ושואף ל־−∞ כאשר x→0+), חותך את ציר ה־x בנקודה אחת (x=e) ואחר כך חיובי.
תשובה: גרף III
סעיף ה (2)
תשובה סופית:S=0.25 יחידות שטח
הגרף של f′(x) חותך את ציר ה־x ב־x=e, ובתחום e<x<e הוא מתחת לציר ה־x. לכן השטח המבוקש הוא בין x=e ל־x=e:
הנקודה (e3,0) על הגרף, לכן f(e3)=0. נשתמש ב־ℓne3=3:
32−a⋅3+3=0
12−3a=0⇒a=4
תשובה:a=4
סעיף ב
תשובה סופית:x>0
ℓnx מוגדר רק עבור x>0:
תשובה:x>0
סעיף ג
תשובה סופית:(e,0)
f(x)=(ℓnx)2−4ℓnx+3=0. נציב t=ℓnx:
t2−4t+3=0⇒(t−1)(t−3)=0
t=3 נותן את הנקודה הידועה x=e3. t=1 נותן ℓnx=1, כלומר x=e.
תשובה:(e,0)
סעיף ד
תשובה סופית:min(e2,−1)
f′(x)=2ℓnx⋅x1−x4=x2ℓnx−4
f′(x)=0: 2ℓnx−4=0⇒ℓnx=2⇒x=e2.
x
0<x<e2
e2
x>e2
f′(x)
−
0
+
f(x)
↘
min
↗
(למשל f′(1)=−4<0, f′(e3)=e32>0.)
f(e2)=22−4⋅2+3=−1
תשובה:min(e2,−1)
סעיף ה
תשובה סופית: ראו סקיצה.
לפי מה שמצאנו: כאשר x→0+, ℓnx→−∞ ולכן f(x)→+∞ (הגרף מתקרב לציר ה־y). הגרף יורד, חותך את ציר ה־x ב־(e,0), מגיע למינימום (e2,−1), עולה וחותך שוב ב־(e3,0).
תשובה: ראו סקיצה.
סעיף ו
תשובה סופית: ראו סקיצה: החלק השלילי של f(x) משתקף מעל ציר ה־x.
g(x)=∣f(x)∣: היכן ש־f(x)≥0 הגרף לא משתנה, והיכן ש־f(x)<0 (בין x=e ל־x=e3) החלק שמתחת לציר ה־x משתקף כלפי מעלה. נקודת המינימום (e2,−1) הופכת לנקודת מקסימום (e2,1), והנקודות (e,0), (e3,0) הופכות לנקודות מינימום (״חודים״).
תשובה: ראו סקיצה: החלק השלילי של f(x) משתקף מעל ציר ה־x.
תשובה סופית: נקודת מקסימום (f′ עוברת מחיובית לשלילית ב־x=c).
בנקודה x=c גרף הנגזרת חותך את ציר ה־x: משמאל ל־c הנגזרת חיובית (הגרף מעל ציר ה־x) ומימין ל־c שלילית.
כלומר f(x) עולה לפני c ויורדת אחריו – ב־x=c יש לפונקציה נקודת מקסימום.
תשובה: נקודת מקסימום (f′ עוברת מחיובית לשלילית ב־x=c).
סעיף ב
תשובה סופית:0<x<4
הביטוי שבתוך ה־ℓn חייב להיות חיובי:
4x−x2>0⇒x(4−x)>0
פרבולה „עצובה” עם שורשים 0 ו־4 – חיובית ביניהם:
0<x<4
תשובה:0<x<4
סעיף ג
תשובה סופית:(0.27,0), (3.73,0) אין חיתוך עם ציר ה־y.
חיתוך עם ציר ה־y: x=0 אינו בתחום – אין.
חיתוך עם ציר ה־x: ℓn(4x−x2)=0, כלומר:
4x−x2=1⇒x2−4x+1=0
x1,2=24±16−4=2±3
x1≈0.27x2≈3.73
(שתי הנקודות בתחום 0<x<4.)
תשובה:(0.27,0), (3.73,0) אין חיתוך עם ציר ה־y.
סעיף ד
תשובה סופית:(2,ℓn4) – מקסימום; c=2
נגזור (כלל השרשרת):
f′(x)=4x−x24−2x
f′(x)=0⇒4−2x=0⇒x=2
לפי סעיף א זו נקודת מקסימום (בדיקה: f′(1)=32>0, f′(3)=−32<0).
f(2)=ℓn(8−4)=ℓn4≈1.39
הנגזרת מתאפסת רק ב־x=2, ולכן c=2.
תשובה:(2,ℓn4) – מקסימום; c=2
סעיף ה
תשובה סופית:
הפונקציה מוגדרת ב־0<x<4. כאשר x מתקרב ל־0 או ל־4, הביטוי 4x−x2 מתקרב ל־0 ולכן f(x)→−∞ (הישרים x=0 ו־x=4 הם אסימפטוטות אנכיות). הגרף עולה עד המקסימום (2,ℓn4) ויורד, וחותך את ציר ה־x ב־x≈0.27 וב־x≈3.73.
תשובה:
סעיף ו
תשובה סופית:2−3<x<2 וגם 2+3<x<4
g(x)=f(x)⋅f′(x) חיובית כאשר לשני הגורמים אותו סימן.
סימן f(x) (לפי הסקיצה): חיובית ב־2−3<x<2+3, ושלילית ב־0<x<2−3 וב־2+3<x<4.
כאשר x→−1+: המונה ℓn(x+1)→−∞ והמכנה x+1→0+, לכן f(x)→−∞. האסימפטוטה המאונכת לציר ה־x:
x=−1
תשובה:x=−1
סעיף ב
תשובה סופית:(0,0)
נשווה ל־0. שבר שווה ל־0 כאשר המונה שווה ל־0:
ℓn(x+1)=0
⇒x+1=1⇒x=0
תשובה:(0,0)
סעיף ג
תשובה סופית: מקסימום: (e−1,e1)≈(1.72,0.37)
נגזור לפי כלל המנה (הנגזרת של ℓn(x+1) היא x+11):
f′(x)=(x+1)2x+1x+1−ℓn(x+1)
f′(x)=(x+1)21−ℓn(x+1)
נשווה ל־0:
1−ℓn(x+1)=0⇒x+1=e
x=e−1≈1.72
f(e−1)=eℓne=e1≈0.37
סימן הנגזרת לפי המונה (המכנה חיובי). למשל f′(0)=1>0, ו־f′(e2−1)=e41−2<0:
x
f′(x)
f(x)
−1<x<e−1
+
עולה ↗
x=e−1
0
מקסימום
x>e−1
−
יורדת ↘
לכן (e−1,e1) היא נקודת מקסימום.
שימו לב: בתשובות של מלומד כתוב (1.71,0.37) – זו קטיעה של e−1=1.718…; בעיגול זה 1.72.
תשובה: מקסימום: (e−1,e1)≈(1.72,0.37)
סעיף ד
תשובה סופית: עלייה: −1<x<e−1 ירידה: x>e−1
לפי הטבלה בסעיף ג:
עלייה: −1<x<e−1
ירידה: x>e−1
תשובה: עלייה: −1<x<e−1 ירידה: x>e−1
סעיף ה
תשובה סופית: ראו סקיצה. אסימפטוטות: x=−1, y=0 מקסימום (e−1,e1)
נשתמש באסימפטוטה x=−1, בחיתוך (0,0) ובמקסימום (e−1,e1). כאשר x→∞ המכנה גדל הרבה יותר מהר מהמונה, לכן f(x)→0 מלמעלה – הישר y=0 הוא אסימפטוטה אופקית מימין.
תשובה: ראו סקיצה. אסימפטוטות: x=−1, y=0 מקסימום (e−1,e1)
סעיף ו
תשובה סופית:0<x<e−1 (כלומר 0<x<1.72 בערך)
מכפלה של שני גורמים חיובית כאשר שניהם חיוביים או שניהם שליליים.
סימן f(x): לפי הסקיצה (חיתוך יחיד ב־x=0), f(x)<0 עבור −1<x<0 ו־f(x)>0 עבור x>0.
סימן f′(x): לפי סעיף ד, f′(x)>0 עבור −1<x<e−1 ו־f′(x)<0 עבור x>e−1.