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
روی هر سطر بزن تا کلمههایش را ببینی.
- 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.
- بازهٔ ثانیهٔ ۱ تا ثانیهٔ ۳ را ببین. این بازه ۲ ثانیه طول دارد.
- در این مدت ماشین از ۲ متر به ۱۸ متر میرسد: ۱۶ متر جلوتر.
- سرعت متوسط: ۱۶ متر در ۲ ثانیه، یعنی ۸ متر بر ثانیه.
- 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.
- اگر بازه را تا صفر کوچک کنی، مشتق را میگیری: dx بر dt، یعنی f پرایم t، برابر ۴ در t.
- در ثانیهٔ ۱ عقربهٔ سرعتسنج ۴ متر بر ثانیه را نشان میدهد.
- در ثانیهٔ ۵ عقربه ۲۰ متر بر ثانیه را نشان میدهد.
- 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.
رهگذر وقتی برمیگردد که تندی ẋ = ۲t − ۴ صفر شود، یعنی در t = ۲؛ شتاب همیشه ۲ است و هرگز منفی نمیشود.
2 تغییر در هر لباس
هر نماد را به معنایش وصل کن.
روی یک سطر بزن، بعد روی معنایش.
Δ یک بازه است، d یک لحظه، ۲ کوچک یعنی «آهنگ آهنگ» و نقطه مشتق نسبت به زمان است.
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.
Δx برابر پایان منهای آغاز است: ۹ − ۱ = ۸؛ تقسیم بر Δt = ۲ میشود ۴.
4 بار دوم
y = x³ را دو بار مشتق بگیر. یکی از کاشیها غلط است. پیدایش کن و درستش کن.
روی کاشیِ غلط بزن.
dy/dx = ۳x²؛ دوباره مشتق بگیری ۶x میشود.
5 شیب در ۳
مشتق x² در x = ۳ چیست؟
f′(x) = ۲x، پس f′(۳) = ۶.
6 تندی در همین لحظه
موقعیت یک گاری x = t² + ۳t است. ẋ(۲) چیست؟
ẋ = ۲t + ۳، پس ẋ(۲) = ۷. عدد ۱۰ موقعیت است، نه تندی.
7 توپِ پرتابشده
ارتفاع یک توپ h = ۲۰t − ۵t² است. d²h/dt² چیست؟
dh/dt = ۲۰ − ۱۰t؛ آهنگ تغییر آن −۱۰ است.
8 تندی به دو شکل
تندی میانگین روی یک بازه و تندی در یک لحظه را، به شکل مشتق، بنویس. بعد مقایسه کن.
یک راه:
تندی میانگین Δx بر Δt است؛ بازه را تا یک لحظه کوچک کنی dx/dt میشود که ẋ هم نوشته میشود.
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.
تندی ۳(t − ۱)(t − ۳) در t = ۱ و t = ۳ صفر است و بین آن دو منفی؛ x(۳) = x(۰) = ۰ است، پس در کل بازه Δx = ۰ است هرچند دوچرخهسوار حرکت کرده.
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.
f ارتفاع را میگوید، f′ شیب را، و مشتق دوم میگوید نمودار به کدام طرف خم میشود.
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.
ẋ = ۱۰t است و در t = ۳ برابر ۳۰ میشود؛ عدد ۹۰ از گذاشتن t² در ۱۰t آمده است.
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.
Δ یعنی پایان منهای آغاز: ۱۲ − ۲۰ = −۸، و −۸ تقسیم بر ۴ دقیقه میشود −۲ درجه بر دقیقه.
13 جاده کجا صاف است
ارتفاع یک جاده y = x³ − ۳x است. در کدام x صاف است؟
dy/dx = ۳x² − ۳ است که وقتی x² = ۱ باشد صفر میشود، پس x = ±۱؛ ±√۳ جایی است که ارتفاع صفر است، نه شیب.
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؟
ΔT = ۶۰ − ۹۰ = −۳۰ تقسیم بر Δt = ۱۰ میشود −۳ درجه بر دقیقه؛ −۳۰ تغییر است، نه آهنگ.
15 سنگی که میافتد
سنگی از ارتفاع ۴۵ متر رها میشود و ارتفاعش h = ۴۵ − ۵t² است. ḣ(۳) چیست؟
ḣ = −۱۰t است، پس در t = ۳ سنگ با تندی ۳۰ متر بر ثانیه میافتد؛ ارتفاعش در آن لحظه ۰ است، نه تندیاش.
16 آهنگِ یک آهنگ
با نماد بنویس: شتاب آهنگ تغییر تندی است، و تندی خودش آهنگ تغییر مکان است. بعد مقایسه کن.
یک راه:
مشتق مکان تندی را میدهد؛ دوباره مشتق بگیری شتاب میشود: یک مشتق دوم، که با d² یا با دو نقطه نوشته میشود.
فصل تمام شد. این نمادها حالا مال تو هستند.
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.