ראשי › חשבון ומתמטיקה › הנגזרת וחקירת פולינום

כיתה י׳ · 4–5 יח״לחשבון ומתמטיקהשיעור 2 מתוך 245 דק'תיכוןמתאים לממלכתי ולממלכתי-דתי

🔍 חקירת פולינום

📚 בהתאם לתוכנית הלימודים

בתוכנית החדשה לתיכון, כיתה י': 4 יח"ל: "מושג הנגזרת. פולינום: נגזרת, יישומים: משוואת משיק וחקירת פונקציה" (לקראת שאלון 35471). 5 יח"ל: "הנגזרת כקצב שינוי... נגזרת פולינום ויישומיה: משוואת משיק, חקירה" (לקראת שאלון 35571).

🎯 מטרות השיעור

  • למצוא נקודות קיצון בעזרת ‪f′(x) = 0‬ וטבלת סימנים.
  • לקבוע תחומי עלייה וירידה.
  • לחקור פולינום עד הסוף ולתאר סקיצה במילים.

🚪 פתק כניסה (3 דקות)

בתחילת השיעור כל תלמיד עונה על פתק, בלי ציון:

  1. גזרו: ‪f(x) = x³ − 3x²‬.
  2. פתרו: ‪3x² − 6x = 0‬.
  3. אם השיפוע של משיק חיובי, האם הגרף עולה או יורד שם?

למורה: שאלה 3 היא המפתח לכל השיעור: סימן הנגזרת אומר עלייה או ירידה. בדקו שהתלמידים מוציאים גורם משותף בשאלה 2 ולא מחלקים ב-‪x‬.

🔑 מושגי מפתח

תחום הגדרה
כל ה-‪x‬ שמותר להציב. לפולינום: כל ‪x‬.
נקודת קיצון
נקודה שבה הגרף מחליף כיוון: מקסימום (מעלייה לירידה) או מינימום (מירידה לעלייה).
נקודה חשודה לקיצון
‪x‬ שבו ‪f′(x) = 0‬.
טבלת סימנים
טבלה שמראה את סימן ‪f′(x)‬ בין הנקודות החשודות.
תחום עלייה
תחום שבו ‪f′(x) > 0‬.
תחום ירידה
תחום שבו ‪f′(x) < 0‬.

📖 הסבר למורה

הרעיון: ‪f′(x)‬ הוא שיפוע. כאשר ‪f′(x) > 0‬ הגרף עולה, וכאשר ‪f′(x) < 0‬ הגרף יורד. בנקודת קיצון המשיק אופקי, ולכן ‪f′(x) = 0‬.

סדר החקירה: 1. תחום הגדרה (לפולינום: כל ‪x‬). 2. נגזרת ופתרון ‪f′(x) = 0‬. 3. טבלת סימנים: מציבים בנגזרת מספר אחד מכל תחום. 4. סוג הקיצון וערך ‪y‬. 5. תחומי עלייה וירידה. 6. חיתוך עם הצירים. 7. סקיצה.

בטבלה: מעבר מ-‪+‬ ל-‪−‬ הוא מקסימום, מעבר מ-‪−‬ ל-‪+‬ הוא מינימום. אם הסימן לא מתחלף, אין קיצון באותה נקודה, למשל ב-‪f(x) = x³‬ בנקודה ‪x = 0‬.

חיתוך עם ציר ‪y‬: מציבים ‪x = 0‬. חיתוך עם ציר ‪x‬: פותרים ‪f(x) = 0‬, בדרך כלל בהוצאת גורם משותף.

טעויות נפוצות: לחלק את המשוואה ב-‪x‬ ולאבד את הפתרון ‪x = 0‬; לכתוב את ערך ‪x‬ בלבד בלי ערך ‪y‬ של הנקודה; להציב בטבלה ב-‪f‬ במקום ב-‪f′‬; לחשוב שכל ‪f′(x) = 0‬ הוא קיצון.

✏️ דוגמאות פתורות ללוח

דוגמה 1. חקרו את ‪f(x) = x³ − 3x²‬: קיצון, עלייה וירידה, חיתוך עם הצירים.

  1. תחום הגדרה: כל ‪x‬.
  2. ‪f′(x) = 3x² − 6x = 3x(x − 2)‬
  3. ‪f′(x) = 0‬: ‪x = 0‬ או ‪x = 2‬.
  4. טבלה: ב-‪x = −1‬: ‪f′ = 9 > 0‬; ב-‪x = 1‬: ‪f′ = −3 < 0‬; ב-‪x = 3‬: ‪f′ = 9 > 0‬.
  5. מקסימום ‪(0, 0)‬, מינימום ‪(2, −4)‬.
  6. עולה ב-‪x < 0‬ וב-‪x > 2‬. יורדת ב-‪0 < x < 2‬.
  7. חיתוך: ‪x²(x − 3) = 0‬, הנקודות ‪(0, 0)‬ ו-‪(3, 0)‬.

תשובה: מקסימום ‪(0, 0)‬, מינימום ‪(2, −4)‬; חיתוך ‪(0, 0)‬, ‪(3, 0)‬

דוגמה 2. מצאו את נקודות הקיצון של ‪f(x) = x⁴ − 2x²‬ וקבעו את סוגן.

  1. ‪f′(x) = 4x³ − 4x = 4x(x − 1)(x + 1)‬
  2. נקודות חשודות: ‪x = −1‬, ‪x = 0‬, ‪x = 1‬.
  3. סימני ‪f′‬: ‪−‬ לפני ‪−1‬, ‪+‬ בין ‪−1‬ ל-‪0‬, ‪−‬ בין ‪0‬ ל-‪1‬, ‪+‬ אחרי ‪1‬.
  4. מינימום ‪(−1, −1)‬, מקסימום ‪(0, 0)‬, מינימום ‪(1, −1)‬.

תשובה: מינימום ‪(−1, −1)‬ ו-‪(1, −1)‬, מקסימום ‪(0, 0)‬

דוגמה 3. הסבירו מדוע ל-‪f(x) = x³ + 3x‬ אין נקודות קיצון.

  1. ‪f′(x) = 3x² + 3‬
  2. ‪3x² + 3 = 0‬ נותן ‪x² = −1‬: אין פתרון.
  3. הנגזרת תמיד חיובית, ולכן הפונקציה עולה בכל תחום ההגדרה.

תשובה: אין פתרון ל-‪f′(x) = 0‬; הפונקציה עולה תמיד

👩‍🏫 פעילות בכיתה

  1. פתיחה (5 דק'): שאלות הכניסה, דיון על סימן השיפוע.
  2. הדגמה (10 דק'): דוגמה 1 צעד אחרי צעד, כולל טבלת סימנים על הלוח.
  3. זוגות (8 דק'): דוגמה 2, כל זוג ממלא טבלה עם 4 תחומים.
  4. דיון (4 דק'): דוגמה 3, "נגזרת שאינה מתאפסת".
  5. סקיצה (6 דק'): כל תלמיד מתאר במילים את גרף דוגמה 1 ומשרטט במחברת.
  6. תרגול (9 דק'): סעיפים 1 עד 4 בדף העבודה.
  7. סיום (3 דק'): שאלות יציאה.

💡 הערות למורה

כדאי לתלות על הקיר את שבעת שלבי החקירה. תלמידי 4 יח"ל: מספיקה חקירה של פולינום ממעלה ‪3‬ עם גורם משותף. תלמידי 5 יח"ל: מעלה ‪4‬, פרמטר, וחקירה מלאה עם סקיצה. תלמיד מתקשה: לתת לו טבלה מוכנה שבה רק ממלאים סימנים.

❓ שאלות תרגול (בודקים בלחיצה)

1. עבור ‪f(x) = x² − 6x‬, היכן יש קיצון?

2. בטבלת סימנים ‪f′‬ עובר מ-‪+‬ ל-‪−‬. איזו נקודה זו?

3. מהו ערך ‪y‬ בנקודת המינימום של ‪f(x) = x² + 4x + 1‬?

4. היכן הפונקציה ‪f(x) = x³ − 12x‬ יורדת?

עוד תרגול: בוחן תרגול של 10 שאלות ליחידה.

🎟️ כרטיס יציאה (3 דקות)

  1. מצאו את נקודות הקיצון של ‪f(x) = x³ − 3x‬ וקבעו את סוגן.
  2. היכן הגרף של ‪f(x) = x³ − 3x‬ חותך את ציר ‪y‬?

תשובות: 1. מקסימום ‪(−1, 2)‬, מינימום ‪(1, −2)‬. 2. בנקודה ‪(0, 0)‬.

📝 בדף העבודה

5 תרגילים, ★ חלק אקסטרה למתקדמים, ומחוון עם פתרון מלא לכל תרגיל. למתקשים יש דף עם תמיכה: מחסן מילים, תזכורת של הכלל ושאלות בשלבים.

לדף העבודה ←
→ הנגזרת: שיפוע, קצב שינוי ומשוואת משיקחזקות עם מעריך רציונלי ומשוואות מעריכיות ←