نصب اپلیکیشن

صفحه رسمی مای درس

اطلاع از آخرین تغییرات، جوایز و مسابقات مای درس
دنبال کردن

آهنگ تغییرات

پاسخ تایید شده
1 ماه قبل
0
[شاه کلید مای درس] | آهنگ تغییرات
bookmark_border یازدهم ریاضی
book حسابان (1)
bookmarks فصل 5 : حد و پیوستگی
1 ماه قبل
0

آهنگ تغییرات

واضح است که کمیت های زیادی وجود دارند که تغییر یکی وابسته به تغییر دیگری است. مانند:

الف:مساحت مربع تابعی از طول ضلع ان است.

ب:مساحت دایره تابعی از شعاع ان است.

ج:محیط دایره تابعی از شعاع مثال ان است.

د:حجم کره تابعی از شعاع ان است.

ه:شتاب حرکت یک متحرک تابعی از سرعت ان است.

حال اگر بین دو کمیت یا دو پدیده که تغییر یکی سبب تغییر در دیگری میشود یکی را به عنوان متغیر(متغیر مستقل یا) و دیگری را به عنوان تابعی از ان متغیر (متغیر وابسته یا )در  نظر بگیریم خواهیم داشت:

\(y = f(x)\)

در این صورت تغییرات yنسبت به تغییرات را اهنگ تغییرy نسبت به تغییرx می گوییم.

اهنگ تغییر را میتوان به یکی از دو صورت زیر بررسی کرد.

 

آهنگ متوسط تغییرات

آهنگ تغییرات متوسط تابعf نسبت به تغییرات xوقتیx از\(x = a\) تا \(x = b\)تغییر کند برابر است با :

\(\frac{{y}}{{x}} = \frac{{f(b) - f(a)}}{{b - a}}\)

تذکر:اگر قرار دهیم \(x = h = b - a\)در این صورت \(b = a + h\)یعنی اگر مقدار کمیتa رابه اندازه یh واحد تغییر دهیم خواهیم داشت:

\(\frac{{y}}{{x}} = \frac{{f(a + h) - f(a)}}{h}\)

 

 آهنگ تغییرات آنی(لحظه ای)

حد آهنگ تغییرات متوسط تابعf نسبت به تغییرات xوقتی تغییرx خیلی ناچیز\((h \to 0)\) باشد را آهنگ لحظه ای رابه اختصار آهنگ تغییر کمیت \(y = f(x)\)به کمیت xدر aمیگویند.

\(\mathop {\lim }\limits_{x \to 0} \frac{{y}}{{x}} = \mathop {\lim }\limits_{h \to 0} \frac{{f(a + b) - f(a)}}{h}\)

تذکر: با توجه به تعریف مشتق تابع در یک نقطه واضح است که

\(\mathop {\lim }\limits_{x \to 0} \frac{{y}}{{x}} = {f^`}(a)\)

مثال

آهنگ تغییرات متوسط حجم مکعبی به ضلع سانتی متر را نسبت به تغییرات وقتی از به تغییر می کند بیابید.

\(\begin{array}{l}v(x) = {x^3}\\\\\frac{{v}}{{x}} = \frac{{v(5) - v(2)}}{{5 - 2}} = \frac{{125 - 8}}{3} = 39\end{array}\)

مثال

اهنگ تغییر مساحت یک دایره را نسبت به تغییرات شعاع آن که \(r = 5\)سانتی متر باشد حساب کنید.

\(\begin{array}{l}s(r) = \pi {r^2} \to {s^`}(r) = 2\pi r\\\\{s^`}(5) = 2\pi r\left( 5 \right) = 10\pi \end{array}\)

مثال

اگر\(f(t) = 30 + 10{t^2}\) نمایش جمعیت یک نوع باکتری باشد (tبر حسب ساعت) آهنگ تغییرات متوسط افزایش جمعیت را در 5ساعت اول پس از زمان\({t_1} = 2\) را حساب کنید.

\(\begin{array}{l}f(t) = 30 + 10{t^2}\\\\f(2) = 30 + 10{(2)^2} = 70\\\\f(7) = 30 + 10{(7)^2} = 520\\\\\frac{{f}}{{x}} = \frac{{f(7) - f(2)}}{{7 - 2}} = \frac{{520 - 70}}{5} = 90\end{array}\)

مثال

 طول دو ضلع مثلثی 1و2 و طول ضلع سوم برابر متغیرL است فرض کنید که زاویه ی مقابل به این ضلعa   باشد

الف) Lرا برحسب aبنویسید

ب)مشتقL رابر حسب aبه دست اورید.

ج)آهنگ تغییرات L وقتی که \(\alpha = \frac{\pi }{4}\)رابه دست اورید.

\(\begin{array}{l}l = (1) + (2) - 2(1)(2)\cos \alpha \to l(\alpha ) = \sqrt {5 - 4\cos \alpha } \\\\{l^`}(\alpha ) = \frac{{4\cos \alpha }}{{2\sqrt {5 - 4\cos \alpha } }} = \frac{{2\sin \alpha }}{{\sqrt {5 - 4\cos \alpha } }}\\\\{l^`}(\frac{\pi }{4}) = \frac{{2\sin (\frac{\pi }{4})}}{{\sqrt {5 - 4\cos (\frac{\pi }{4})} }} = \frac{{2\sqrt {\frac{2}{2}} }}{{\sqrt {5 - 4(\frac{{\sqrt 2 }}{2})} }} = \frac{{\sqrt 2 }}{{\sqrt {5 - 2\sqrt 2 } }}\end{array}\)

مثال

مساحت هر دایره  تابعی از محیط آن است .آهنگ تغییرات مساحت دایره را نسبت به محیط \(5\pi \)ان را برای دایره ای به محیط حساب کنید.      

\(\begin{array}{l}s(r) = \pi {r^2}s(p) = \pi {(\frac{p}{{2\pi }})^2} = {\frac{p}{{4\pi }}^2}\\\\s(p) = {\frac{p}{{4\pi }}^2} \to {s^`}(p) = \frac{{2p}}{{4\pi }} = \frac{p}{{2\pi }}\\\\s(5\pi ) = \frac{{5\pi }}{2} = 2/5\end{array}\)

مثال

مخزنی که گنجایش 60لیتر آب را دارد می تواند در مدت200 ثانیه کاملا تخلیه شود لبریز از آب بود. در لحظه ی \(t = 0\)شیر این مخزن باز می شود. اگر حجم اب باقی مانده در مخزن پس ازt ثانیه از رابطه ی\(v = 60{(1 - \frac{t}{{200}})^2}\) به دست آید.

الف) آهنگ تغییرات متوسط تخلیه آب پس از یک دقیقه چقدر است؟

ب) آهنگ تغییرات تخلیه ی آب در\(t = 100\) ثانیه چقدر است ؟

تابع تخلیه آب

\(\begin{array}{l}v(t) = 60 - 60{(1 - \frac{t}{{200}})^2} = 60(1 - (1 - \frac{t}{{100}} + \frac{{{t^2}}}{{4000}}))\\\\ = 60(\frac{t}{{100}} - \frac{{{t^2}}}{{4000}})60 \times \frac{{400t - {t^2}}}{{4000}} = \frac{3}{{2000}}(400t - {t^2})\end{array}\)

الف

\(\begin{array}{l}v(t) = \frac{3}{{2000}}(400t - {t^2})\\\\v(0) = \frac{3}{{2000}}(400(0) - {(0)^2}) = 0\\\\v(60) = \frac{3}{{2000}}(400(60) - {(60)^2}) = 30/6\\\\\frac{{v}}{{t}} = \frac{{v(60) - v(0)}}{{60 - 0}} = \frac{{30/6 - 0}}{{60}} = 0/51\end{array}\)

ب

\(\begin{array}{l}v(t) = \frac{3}{{2000}}(400t - {t^2}) \to v(t) = \frac{3}{{2000}}(400 - 2t) = \frac{3}{{1000}} = (200 - t)\\\\{v^`}(100) = \frac{3}{{1000}}(200 - 100) = \frac{3}{{10}} = 0/3\end{array}\)

نتیجه : می دانیم که نسبت به تغییر مسافت یک متحرک نسبت به زمان را سرعت و همچنین نسبت تغییر سرعت را متحرک نسبت به زمان را شتاب می نامند.بنابراین اگر \(x = f(t)\)معادله ی حرکت  یک متحرک باشد .داریم :سرعت اولی و شتاب دومی

مثال

معادله ی حرکت متحرکی به صورت\(x(t) = {t^2} - 5t + 6\) است. مطلوب است

الف)سرعت متوسط متحرک ببین لحظات \({t_1} = 3\)تا \({t_2} = 5\)ثانیه

ب) سرعت لحظه ای متحرک در لحظه ی\({t_0} = 2\)

\(x(t) = {t^2} - t + 6\)

الف

\(\begin{array}{l}x(3) = {(3)^2} - 5(3) + 6 = 9 - 15 + 6 = 0\\\\x(5) = {(5)^2}\_5(5) + 6 = 25 - 25 + 6 = 6\\\\v = \frac{{x}}{{t}} = \frac{{{x_2} - {x_1}}}{{{t_2} - {t_1}}} = \frac{{6 - 0}}{{5 - 3}} = 3\frac{m}{s}\end{array}\)

ب

\({x^`}(t) = 2t - 5 \to {x^`}(2) = 2(2) - 5 = - 1\frac{m}{s}\)

مثال

توپی را در راستای قائم از زمین به بالا پرتاب می کنیم .اگر جهت مثبت به طرف بالا و معادله ی حرکت توپ به صورت \(y(t) = - 5{t^2} + 20t\)باشد (tبرحسب ثانیه و yبر حسب متر)

1: نمودار\(y(t)\)را رسم کنید

2: دامنه ی\(y(t)\) را تعیین کنید

3:سرعت متوسط توپ را از لحظه ی پرتاپ\((t = 0)\) تا پایان ثانیه ی دوم \((t = 2)\)حساب کنید

4: سرعت لحظه ای توپ را در یک ثانیه پس از پرتاپ \((t = 1)\)را حساب کنید

5:سرعت لحظه ای توپ هنگام برخورد با زمین چقدر است ؟

6: در چه زمانی توپ به بالاترین ارتفاع خود می رسد.در این لحظه سرعت توپ چقدر است . معنای آن چیست .

معادله ی داده شده یک سهمی و چون در آن \(a = - 5\)پس نمودار سهمی رو به پایین بوده و دارای نقطه یmax است.

2 چون بعد از 4 ثانیه توپ مجددا به زمین بر میگردد .لذا دامنه ی تابع \(D = \left[ {0,4} \right]\)می شود.

\(\begin{array}{l}y(t) = - 5{t^2} + 20t\\\\y(0) = - 5{(0)^2} + 20(0) = 0\\\\y(2) = - 5{(2)^2} + 20(2) = - 20 + 4\\\\y(t) = - 5{t^2} + 20t\\\\\frac{{y}}{{t}} = \frac{{y(2) - y(0)}}{{2 - 0}} = \frac{{20 + 0}}{2} = 10\end{array}\)

\(\begin{array}{l}y(t) = - 5{t^2} + 20t \to {y^`}(t) = - 10t + 20t\\\\{y^`}(1) = - 10(1) + 20 = 10\frac{m}{s}\end{array}\)

\({y^`}(4) = - 10(4) + 20 = - 20\frac{m}{s}\)

بالاترین ارتفاع توپ زمانی است که\(t = 2\) باشد.لذا

\({y^`}(2) = - 10(2) + 20 = 0\frac{m}{s}\)

یعنی سرعت لحظه ای توپ در این لحظه برابر صفر است.(ایست لحظه ای )

تهیه کننده: حامد دلیجه 


سایر مباحث این فصل