ראשי › חשבון ומתמטיקה › פונקציה מעריכית ולוגריתמית: גדילה ודעיכה

כיתה י״ב · 4–5 יח״לחשבון ומתמטיקהשיעור 1 מתוך 245 דק'תיכוןמתאים לממלכתי ולממלכתי-דתי

📈 חזקות עם מעריך רציונלי ומשוואות מעריכיות

📚 בהתאם לתוכנית הלימודים

בתוכנית החדשה לתיכון, כיתה י"ב: 4 יח"ל (שאלון 35472): "חוקי חזקות (כולל חזקות עם מעריך רציונלי). משוואות מעריכיות... לוגריתם, חוקי לוגריתמים, משוואות לוגריתמיות... בעיות גדילה ודעיכה... זמן מחצית חיים". 5 יח"ל (שאלון 35572): "אלגברה הקשורה לחזקות ולוגריתמים. בעיות גדילה ודעיכה". בבחינה 35472, בפרק הראשון: "בעיות גדילה ודעיכה".

משרד החינוך: המלצות הוראה תשפ"ז, 4 יח"ל (PDF)

🎯 מטרות השיעור

  • לחשב חזקות עם מעריך שלילי ועם מעריך שהוא שבר.
  • להכיר את הפונקציה ‪y = aˣ‬ ואת תכונות הגרף שלה.
  • לפתור משוואות מעריכיות בהשוואת בסיסים ובהצבה, ואי־שוויון מעריכי פשוט.

🚪 פתק כניסה (3 דקות)

בתחילת השיעור כל תלמיד עונה על פתק, בלי ציון:

  1. חשבו ‪2⁵‬ ו־‪2⁰‬.
  2. מה ‪√49‬? ומה ‪∛125‬?
  3. מושבת חיידקים מוכפלת פי 2 בכל שעה. בהתחלה יש 100 חיידקים. כמה יהיו אחרי 3 שעות?

למורה: בשאלה 3 חפשו מי כותב ‪100·2³ = 800‬ ומי מחבר 100 בכל שעה. זה הפתח להבדל בין גדילה מעריכית לגדילה קווית.

🔑 מושגי מפתח

מעריך שלילי
‪a⁻ⁿ = 1/aⁿ‬, למשל ‪2⁻³ = 1/8‬.
מעריך רציונלי
‪a^(m/n) = ⁿ√(aᵐ) = (ⁿ√a)ᵐ‬, למשל ‪8^(2/3) = 4‬.
פונקציה מעריכית
‪y = aˣ‬ כאשר ‪a > 0‬ ו־‪a ≠ 1‬. המשתנה נמצא במעריך.
אסימפטוטה
קו שהגרף מתקרב אליו ולא נוגע בו. כאן ‪y = 0‬.
משוואה מעריכית
משוואה שבה הנעלם נמצא במעריך, כמו ‪2^(x+1) = 32‬.
הצבה
מחליפים ביטוי חוזר באות חדשה, למשל ‪t = 2ˣ‬, ופותרים משוואה פשוטה יותר.

📖 הסבר למורה

חוקי החזקות שהתלמידים מכירים נשארים נכונים גם למעריך שלילי ולמעריך שבר. מעריך שלילי הופך את הבסיס: ‪a⁻ⁿ = 1/aⁿ‬. מעריך שבר הוא שורש: המכנה הוא סדר השורש, והמונה הוא החזקה.

כדאי לחשב קודם את השורש ואחר כך את החזקה, כך המספרים קטנים: ‪27^(2/3) = (∛27)² = 3² = 9‬. טעות נפוצה: לחשוב ש־‪16^(−1/2)‬ שלילי. החזקה של מספר חיובי תמיד חיובית.

הפונקציה ‪y = aˣ‬ עוברת תמיד בנקודה ‪(0,1)‬, כי ‪a⁰ = 1‬. כאשר ‪a > 1‬ היא עולה, וכאשר ‪0 < a < 1‬ היא יורדת. הגרף כולו מעל ציר ‪x‬, והישר ‪y = 0‬ הוא אסימפטוטה אופקית. לכן למשוואה כמו ‪3ˣ = 0‬ או ‪3ˣ = −9‬ אין פתרון.

פותרים משוואה מעריכית בשני צעדים: כותבים את שני האגפים כחזקות של אותו בסיס, ואז משווים מעריכים. כשהביטוי ‪aˣ‬ מופיע גם בריבוע (כמו ‪9ˣ = (3ˣ)²‬), מציבים ‪t = 3ˣ‬ ומקבלים משוואה ריבועית. פתרון ‪t‬ שלילי נפסל.

באי־שוויון מעריכי משווים מעריכים כמו במשוואה. אם הבסיס גדול מ־1, כיוון אי־השוויון נשמר. אם הבסיס בין 0 ל־1, הכיוון מתהפך, כי הפונקציה יורדת.

✏️ דוגמאות פתורות ללוח

דוגמה 1. חשבו ‪27^(2/3)‬ ו־‪16^(−3/4)‬.

  1. ‪27^(2/3) = (∛27)² = 3² = 9‬
  2. ‪16^(−3/4) = 1/16^(3/4)‬
  3. ‪16^(3/4) = (⁴√16)³ = 2³ = 8‬
  4. לכן ‪16^(−3/4) = 1/8‬

תשובה: ‪9‬ ו־‪1/8‬

דוגמה 2. פתרו ‪3^(2x−1) = 81‬.

  1. כותבים את 81 כחזקה של 3: ‪81 = 3⁴‬
  2. ‪3^(2x−1) = 3⁴‬
  3. משווים מעריכים: ‪2x − 1 = 4‬
  4. ‪2x = 5‬, ‪x = 2.5‬

תשובה: ‪x = 2.5‬

דוגמה 3. פתרו ‪9ˣ − 12·3ˣ + 27 = 0‬.

  1. ‪9ˣ = (3ˣ)²‬. מציבים ‪t = 3ˣ‬, ‪t > 0‬.
  2. ‪t² − 12t + 27 = 0‬
  3. ‪(t − 3)(t − 9) = 0‬, ‪t = 3‬ או ‪t = 9‬
  4. ‪3ˣ = 3‬ נותן ‪x = 1‬. ‪3ˣ = 9‬ נותן ‪x = 2‬.

תשובה: ‪x = 1‬ או ‪x = 2‬

👩‍🏫 פעילות בכיתה

  1. פתיחה (5 דק'): שאלות הכניסה, דיון על גדילה פי 2 מול גדילה ב־100.
  2. הדגמה (8 דק'): מעריך שלילי ומעריך שבר, דוגמה 1 על הלוח.
  3. זוגות (7 דק'): טבלת ערכים ל־‪y = 2ˣ‬ ול־‪y = (1/2)ˣ‬ עבור ‪x = −2‬ עד ‪x = 2‬, וסקיצה.
  4. דיון (5 דק'): מה משותף לשני הגרפים? נקודה ‪(0,1)‬, אסימפטוטה ‪y = 0‬.
  5. הדגמה (8 דק'): דוגמאות 2 ו־3, השוואת בסיסים והצבה.
  6. עבודה עצמית (10 דק'): דף העבודה, שאלות 1 עד 5.
  7. סיום (2 דק'): שאלות יציאה.

💡 הערות למורה

טעות נפוצה: ‪2^(x+1) = 2ˣ + 2‬. הזכירו ש־‪2^(x+1) = 2·2ˣ‬. תלמידים מתקשים: התחילו מטבלת חזקות של 2 ו־3 על הלוח. מתקדמים: שאלות האתגר, כולל אי־שוויון עם בסיס קטן מ־1.

❓ שאלות תרגול (בודקים בלחיצה)

1. כמה זה ‪8^(2/3)‬?

2. איזו פונקציה יורדת?

3. פתרו ‪2^(x+1) = 32‬.

4. כמה זה ‪5⁻²‬?

עוד תרגול: בוחן תרגול של 10 שאלות ליחידה.

🎟️ כרטיס יציאה (3 דקות)

  1. פתרו ‪4^(x−1) = 64‬.
  2. חשבו ‪32^(3/5)‬.

תשובות: 1. ‪64 = 4³‬, ‪x − 1 = 3‬, ‪x = 4‬. 2. ‪(⁵√32)³ = 2³ = 8‬.

📝 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 ←

מקורות רשמיים לבדיקה

→ חקירת פולינוםלוגריתמים ובעיות גדילה ודעיכה ←