ریاضی را حرف بزن · سال‌های آخر مدرسه

چه‌قدر تند: مشتق

مشتق آهنگ تغییر در یک لحظه است، مثل عقربهٔ سرعت‌سنج ماشین. شش علامت آن را می‌گویند.

پیش‌نویس: نوشتهٔ یک دستیار هوش مصنوعی؛ هنوز معلمی آن را بررسی نکرده است.

الفبا

هر نماد را همان‌طور که زیرش نوشته شده بلند بخوان.

  • بخوان: دلتا xیعنی: تغییر x: مقدار پایان منهای مقدار آغاز
  • بخوان: دلتا y بر دلتا xیعنی: آهنگ تغییر متوسط روی یک بازه: تغییر y به ازای تغییر x
  • بخوان: dy بر dxیعنی: آهنگ تغییر y در یک لحظهٔ معین
  • بخوان: f پرایم xیعنی: مشتق f در x؛ شکل دیگرِ نوشتن df بر dx
  • بخوان: d دو y بر dx دویعنی: آهنگی که خودِ آهنگ تغییر با آن تغییر می‌کند
  • بخوان: x نقطهیعنی: مشتق x نسبت به زمان

داستان: سرعت‌سنج

زیرنویس:

روی هر سطر بزن تا کلمه‌هایش را ببینی.

  1. ماشینی راه می‌افتد. پس از t ثانیه x متر رفته است، که x برابر f از t و برابر ۲ در t به توان ۲ است.
  2. بازهٔ ثانیهٔ ۱ تا ثانیهٔ ۳ را ببین. این بازه ۲ ثانیه طول دارد.
  3. در این مدت ماشین از ۲ متر به ۱۸ متر می‌رسد: ۱۶ متر جلوتر.
  4. سرعت متوسط: ۱۶ متر در ۲ ثانیه، یعنی ۸ متر بر ثانیه.
  5. بازه را کوچک کن، از ثانیهٔ ۱ تا ۱٫۱: ماشین در ۰٫۱ ثانیه ۰٫۴۲ متر می‌رود، یعنی ۴٫۲ متر بر ثانیه.
  6. اگر بازه را تا صفر کوچک کنی، مشتق را می‌گیری: dx بر dt، یعنی f پرایم t، برابر ۴ در t.
  7. در ثانیهٔ ۱ عقربهٔ سرعت‌سنج ۴ متر بر ثانیه را نشان می‌دهد.
  8. در ثانیهٔ ۵ عقربه ۲۰ متر بر ثانیه را نشان می‌دهد.
  9. سرعت هر ثانیه ۴ متر بر ثانیه زیاد می‌شود: مشتق دوم برابر ۴ است.

این داستان با کلمه‌ها ۶۲۵ حرف است؛ با نمادها ۹۸.

بخوانش

چه می‌گوید؟

بنویسش

کدام نمادنویسی همین را می‌گوید؟

مشتق f در x.

آهنگ تغییر متوسط y روی یک بازه از x.

مشتق دوم y نسبت به x.

تغییر دما: مقدار پایان منهای مقدار آغاز.

تندی یک دونده: مشتق مکان نسبت به زمان.

شیب f در ۳ برابر −۲ است.

شتاب: مشتق دوم مکان نسبت به زمان.

همین حالا مکان با آهنگ ۳ واحد بر ثانیه زیاد می‌شود؛ با نقطه نوشته شود.

آهنگ تغییر متوسط f بین ۱ و ۴.

y برابر x به توان ۳ است، پس dy بر dx برابر ۳ در x به توان ۲ است.

توپ هنوز بالا می‌رود اما کند می‌شود: تندی‌اش مثبت و مشتق دومش منفی است.

وان با آهنگ نیم لیتر بر دقیقه خالی می‌شود: مشتق حجم نسبت به زمان −۰٫۵ است.

بسازش

کاشی‌ها را به ترتیب بزن. یکی از کاشی‌ها اضافه است.

f پرایم ۲ برابر ۶ است.

دلتا y بر دلتا x برابر ۵ است.

dx بر dt برابر ۴ در t است.

دلتا y برابر f از ۵ منهای f از ۲ است.

مشتق دوم x نسبت به t برابر −۱۰ است.

x نقطه در ۳ برابر صفر است: گاری یک لحظه می‌ایستد.

چالش‌ها

معماهای خلاقانه‌ای که همهٔ نمادهای این فصل را به کار می‌برند. عجله نکن؛ ساعتی در کار نیست.

1 رفت و برگشت

موقعیت یک رهگذر x = t² − ۴t است. هر جمله دربارهٔ این پیاده‌روی را داوری کن: درست یا نادرست؟

✓
✓✓
✓✓
✓✓
✓

تیک یعنی ادعای ستون در آن لحظه، برای x = t² − ۴t، درست است. تندی ẋ = ۲t − ۴ است.

2 تغییر در هر لباس

هر نماد را به معنایش وصل کن.

روی یک سطر بزن، بعد روی معنایش.

3 تندی میانگین

موقعیت x = t² است، از t = ۱ تا t = ۳. این باید تندی میانگین را بدهد. یکی از کاشی‌ها غلط است. پیدایش کن و درستش کن.

روی کاشیِ غلط بزن.

4 بار دوم

y = x³ را دو بار مشتق بگیر. یکی از کاشی‌ها غلط است. پیدایش کن و درستش کن.

روی کاشیِ غلط بزن.

5 شیب در ۳

مشتق x² در x = ۳ چیست؟

6 تندی در همین لحظه

موقعیت یک گاری x = t² + ۳t است. ẋ(۲) چیست؟

7 توپِ پرتاب‌شده

ارتفاع یک توپ h = ۲۰t − ۵t² است. d²h/dt² چیست؟

8 تندی به دو شکل

تندی میانگین روی یک بازه و تندی در یک لحظه را، به شکل مشتق، بنویس. بعد مقایسه کن.

9 دوچرخه‌سوارِ مردد

موقعیت یک دوچرخه‌سوار در امتداد مسیر x = t³ − ۶t² + ۹t است. هر جمله را داوری کن: درست یا نادرست؟

✓
✓
✓
✓✓
✓✓

تیک یعنی ادعای ستون در آن لحظه، برای x = t³ − ۶t² + ۹t، درست است. تندی ẋ = ۳t² − ۱۲t + ۹ و شتاب ۶t − ۱۲ است.

10 شیب چه می‌گوید

پنج سطر دربارهٔ نمودار f نزدیک x = ۲. هر کدام را به معنایش وصل کن.

روی یک سطر بزن، بعد روی معنایش.

11 زمان را جایگذاری کن

سورتمه‌ای با x = ۵t² سر می‌خورد. این باید تندی آن را در t = ۳ بدهد. یکی از کاشی‌ها غلط است. پیدایش کن و درستش کن.

روی کاشیِ غلط بزن.

12 چای که سرد می‌شود

یک فنجان چای در ۴ دقیقه از ۲۰ درجه به ۱۲ درجه بالاتر از دمای اتاق می‌رسد. این باید آهنگ متوسط را بدهد. یکی از کاشی‌ها غلط است. پیدایش کن و درستش کن.

روی کاشیِ غلط بزن.

13 جاده کجا صاف است

ارتفاع یک جاده y = x³ − ۳x است. در کدام x صاف است؟

14 ده دقیقه سرد شدن

یک کتری در آغاز ۹۰ درجه و پس از ۱۰ دقیقه ۶۰ درجه است. آهنگ تغییر متوسط دمای آن چیست؟

15 سنگی که می‌افتد

سنگی از ارتفاع ۴۵ متر رها می‌شود و ارتفاعش h = ۴۵ − ۵t² است. ḣ(۳) چیست؟

16 آهنگِ یک آهنگ

با نماد بنویس: شتاب آهنگ تغییر تندی است، و تندی خودش آهنگ تغییر مکان است. بعد مقایسه کن.

داستان خودت را بگو

یک داستان سه‌خطی دربارهٔ چیزی بنویس که تندتر یا کندتر می‌شود؛ با دلتا x بر دلتا t و x نقطه. بعد آن را بلند بخوان.

فقط روی همین دستگاه نگه داشته می‌شود.