المناهج الدراسية
تسجيل الدخول

المناهج الدراسية

الرياضيات البحتة — الصف الثالث الثانوي

نص الدرس

الاشتقاق الضمني والبارامتري والمعدلات المرتبطة

الرياضيات البحتة — الصف الثالث الثانوي

الاشتقاق الضمني والبارامتري والمعدلات المرتبطة

الاشتقاق الضمني

الاشتقاق الضمني

  • في كثير من العلاقات لا نستطيع كتابة y بدلالة x بصورة صريحة، مثل المعادلة x2 + y2 = 25.
  • في هذه الحالة نسمي العلاقة صورة ضمنية، ونشتق طرفيها بالنسبة إلى x مع اعتبار y دالة في x، فنستخدم قاعدة السلسلة كلما ظهر y.
مضمار دائري ومماس عند (3 , 4) يمثلان الاشتقاق الضمني والبارامتري: الميل -3/4.
مضمار دائري ومماس عند (3 , 4) يمثلان الاشتقاق الضمني والبارامتري: الميل -3/4.

خطوات الاشتقاق الضمني

  • نشتق طرفي المعادلة بالنسبة إلى x.
  • كل حد يحتوي على y نشتقه كما نشتق دالة، ثم نضيف إليه المشتقة dy/dx لأن y دالة في x.
  • نجمع الحدود التي تحتوي dy/dx في طرف، والباقي في الطرف الآخر.
  • نحل المعادلة لإيجاد dy/dx.
  • مثلاً بالاشتقاق الضمني للمعادلة x2 + y2 = 25 نجد 2x + 2y (dy/dx) = 0، ومنها dy/dx = −x ÷ y.
  • ويحدث الخطأ الشائع عند نسيان ضرب الحد الذي يحتوي y في dy/dx، كما سيأتي في قسم الأخطاء الشائعة.
الاشتقاق الضمني والبارامتري والمعدلات المرتبطة · 1 / 8
الاشتقاق البارامتري

الاشتقاق البارامتري

  • إذا كانت x و y معرفتين بدلالة متغير ثالث t، أي x = f(t) و y = g(t)، فإن المنحنى يُسمى منحنى بارامترياً، ويكون:
  • dy/dx = (dy/dt) ÷ (dx/dt) بشرط أن يكون dx/dt ≠ 0
  • ويتم ذلك بتطبيق قاعدة السلسلة، فالمعدل المتغير لـ y بالنسبة لـ x يساوي المعدل بالنسبة لـ t مقسوماً على المعدل بالنسبة لـ t للمتغير x.

ملاحظة عن المماس

  • ميل المماس للمنحنى البارامتري عند قيمة معينة للوسيط t = t0 هو قيمة dy/dx عند t0، ومنه نكتب معادلة المماس بالصورة y − y0 = m (x − x0).
الاشتقاق الضمني والبارامتري والمعدلات المرتبطة · 2 / 8
المشتقة الثانية

المشتقة الثانية

  • المشتقة الثانية d2y/dx2 هي مشتقة المشتقة الأولى dy/dx بالنسبة إلى x.

في الصورة الضمنية

  1. نشتق dy/dx بالنسبة إلى x مرة أخرى
  2. ونتذكر أن y دالة في x
  3. فيظهر dy/dx داخل المشتقة
  4. ونستبدل dy/dx بقيمتها الأولى عند الحاجة.

في الصورة البارامترية

d2y/dx2 = [d(dy/dx) ÷ dt] ÷ (dx/dt)

  • أي نشتق dy/dx بالنسبة إلى t، ثم نقسم الناتج على dx/dt.
  • وهذه القاعدة هي الخطأ الأكثر شيوعاً، لأن الطالب يكتفي أحياناً بقسمة المشتقة الثانية بالنسبة لـ t على dx/dt دون الاشتقاق الأول.
الاشتقاق الضمني والبارامتري والمعدلات المرتبطة · 3 / 8
المعدلات المرتبطة بالزمن

المعدلات المرتبطة بالزمن

  • المعدلات المرتبطة مسائل يكون فيها متغيران أو أكثر يتغيران بالنسبة للزمن t، وبينهما علاقة تربطهما معاً.
  • والمطلوب عادة إيجاد معدل تغير أحدهما بالنسبة للزمن عندما يكون معدل تغير الآخر أو قيمته معلومة.
  • نرسم شكلاً يوضح المتغيرات، ونكتب المعطيات والمطلوب بالرموز.
  • نكتب العلاقة بين المتغيرات.
  • نشتق طرفي العلاقة بالنسبة للزمن t، مستخدمين قاعدة السلسلة.
  • نعوض بالقيم المعلومة لحظة معينة، ثم نحل لإيجاد المعدل المطلوب.
  • ويُفضل في معظم المسائل أن نعبر عن العلاقة قبل الاشتقاق، ولا نعوض بالقيم العددية إلا بعد الاشتقاق، لأن التعويض المبكر يُسقط المتغيرات التي تحتاج إلى التفاضل.
الاشتقاق الضمني والبارامتري والمعدلات المرتبطة · 4 / 8
تطبيقات على الاشتقاق الضمني والبارامتري

تطبيقات على الاشتقاق الضمني والبارامتري

  • يجتمع الاشتقاق الضمني والبارامتري في مسائل المماسات والعمودي على المنحنى.
  • فالعمودي على المنحنى عند نقطة يكون ميله هو −1 ÷ m، حيث m ميل المماس عند تلك النقطة، بشرط ألا يساوي m صفراً.
  • وفي المنحنيات البارامترية يُحسب ميل العمودي بالطريقة نفسها بعد إيجاد ميل المماس عند قيمة الوسيط المطلوبة.
الاشتقاق الضمني والبارامتري والمعدلات المرتبطة · 5 / 8
أمثلة محلولة

أمثلة محلولة

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
المثال الأول: اشتقاق ضمني بسيط.
  • أوجد dy/dx للمعادلة x2 + y2 = 25
  • ثم أوجد ميل المماس عند النقطة (3
أوجدللمعادلةالمماسالنقطة
الحل
  • بالاشتقاق الضمني: 2x + 2y (dy/dx) = 0
  • إذن dy/dx = −x ÷ y. وعند (3
  • 4) يكون الميل = −3 ÷ 4
بالاشتقاقالضمنيوعنديكون
المثال الثاني: منحنى ضمني غير منتظم.
  • أوجد dy/dx للمنحنى x3 + y3 − 3xy = 0
  • ثم أوجد ميل المماس عند النقطة (3 ÷ 2
  • 3 ÷ 2) وهي نقطة تحقق المعادلة
أوجدللمنحنىالمماسالنقطة
الحل
  • نشتق الطرفين بالنسبة إلى x: 3x2 + 3y2 (dy/dx) − 3y − 3x (dy/dx) = 0. نجمع حدود dy/dx: (dy/dx)(3y2 − 3x) = 3y − 3x2
  • إذن dy/dx = (y − x2) ÷ (y2 − x)
نشتقالطرفينبالنسبةنجمع
•
  • وعند (3 ÷ 2
  • 3 ÷ 2) يكون البسط 3 ÷ 2 − 9 ÷ 4 = −3 ÷ 4
  • والمقام 9 ÷ 4 − 3 ÷ 2 = 3 ÷ 4
  • فيكون الميل = −1
وعنديكونالبسطوالمقام
التحققالنقطة تحقق المعادلة لأن (3 ÷ 2)3 + (3 ÷ 2)3 − 3 × (3 ÷ 2) × (3 ÷ 2) = 27 ÷ 8 + 27 ÷ 8 − 27 ÷ 4 = 27 ÷ 4 − 27 ÷ 4 = 0النقطةالمعادلة
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةمثالكلمات مفتاحية
المثال الثالث: اشتقاق بارامتري.
  • إذا كان x = t2
  • و y = t3 − 3t
  • أوجد dy/dx بدلالة t
  • ثم أوجد قيمتها عند t = 2
—أوجدبدلالةقيمتها
الحل
  • dx/dt = 2t
  • و dy/dt = 3t2 − 3. فيكون dy/dx = (3t2 − 3) ÷ (2t) = 3(t2 − 1) ÷ (2t). وعند t = 2 يكون dy/dx = 3 × 3 ÷ 4 = 9 ÷ 4
—فيكونوعنديكون
المثال الرابع: المشتقة الثانية البارامترية.للمنحنى نفسه في ال
  • السابق
  • أوجد d2y/dx2 بدلالة t
  • ثم أوجد قيمتها عند t = 2
للمنحنىنفسهالسابقأوجد
الحلdy/dx = 3(t2 − 1) ÷ (2t) = (3 ÷ 2)(t − 1 ÷ t). فيكون d(dy/dx) ÷ dt = (3 ÷ 2)(1 + 1 ÷ t2). وبقسمته على dx/dt = 2t نجد—فيكونوبقسمته
•d2y/dx2 = (3 ÷ 2)(1 + 1 ÷ t2) ÷ (2t) = 3(t2 + 1) ÷ (4t3)—
•وعند t = 2 يكون d2y/dx2 = 3 × 5 ÷ (4 × 8) = 15 ÷ 32—وعنديكون
المثال الخامس: معدلات مرتبطة (السلم).
  • سلم طوله 10 م مستند على حائط رأسي
  • وقاعدته تبتعد عن الحائط بمعدل 2 م/ث. أوجد معدل هبوط الطرف العلوي عندما تكون القاعدة على بعد 6 م من الحائط
—طولهمستندحائطرأسي
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةمثالكلمات مفتاحية
الحل
  • نفرض البعد الأفقي x والارتفاع y
  • فتكون x2 + y2 = 100. نشتق بالنسبة للزمن: 2x (dx/dt) + 2y (dy/dt) = 0
—نفرضالبعدالأفقيوالارتفاع
•
  • عندما x = 6 يكون y = 8
  • و dx/dt = 2
  • فيكون 12 × 2 + 16 (dy/dt) = 0
  • ومنها dy/dt = −3 ÷ 2 م/ث
—عندمايكونفيكونومنها
•والإشارة السالبة تدل على أن الارتفاع يتناقص—والإشارةالسالبةالارتفاعيتناقص
المثال السادس: معدل تغير المساحة.دائرة نصف قطرها يزداد بمعدل 0.2 سم/ث. أوجد معدل تغير مساحتها عندما يكون نصف القطر 5 سم—دائرةقطرهايزدادبمعدل
الحل
  • المساحة A = πr2
  • فتكون dA/dt = 2πr (dr/dt). بالتعويض: dA/dt = 2π × 5 × 0.2 = 2π سم2/ث
—المساحةفتكونبالتعويض
المثال السابع: معادلة المماس لمنحنى بارامتري.
  • منحنى معرف بالمعادلتين x = t2
  • و y = t3 − 3t. أوجد معادلة المماس عند النقطة المناظرة لـ t = 2
—معرفبالمعادلتينأوجدالنقطة
الحل
  • الثالث أن ميل المماس عند t = 2 هو 9 ÷ 4. فتكون معادلة المماس: ص − 2 = (9 ÷ 4)(س − 4)
  • أي 9س − 4ص − 28 = 0
يكونفتكونالنقطةوجدنا
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
التحقق
  • بالتعويض بالنقطة (4
  • 2) نجد 36 − 8 − 28 = 0
بالتعويضبالنقطة
المثال الثامن: المماس والعمودي في الصورة الضمنية.أوجد معادلتي المماس والعمودي للمنحنى y2 = 8س عند النقطة (2أوجدمعادلتيللمنحنىالنقطة
الحل
  • بالاشتقاق الضمني: 2y (dy/dx) = 8
  • إذن dy/dx = 4 ÷ y. وعند (2
  • 4) يكون ميل المماس = 4 ÷ 4 = 1. فتكون معادلة المماس: ص − 4 = 1 × (س − 2)
  • أي س − ص + 2 = 0
بالاشتقاقالضمنيوعنديكون
ميل العمودي = −1 ÷ 1 = −1، فتكون معادلته
  • ص − 4 = −(س − 2)
  • أي س + ص − 6 = 0
التحقق
  • النقطة (2
  • 4) تحقق المعادلتين
  • لأن 2 − 4 + 2 = 0 و 2 + 4 − 6 = 0
النقطةالمعادلتين
الاشتقاق الضمني والبارامتري والمعدلات المرتبطة · 6 / 8
أخطاء شائعة

أخطاء شائعة

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
نسيان dy/dx عند اشتقاق الحد الذي يحتوي y
  • مشتقة y2 بالنسبة لـ x هي 2y (dy/dx)
  • وليست 2y فقط
مشتقةبالنسبةوليست
قسمة الاشتقاق البارامتري بالعكس
  • dy/dx = (dy/dt) ÷ (dx/dt)
  • وليس العكس
وليس
الخطأ في المشتقة الثانية البارامترية
  • d2y/dx2 لا تساوي d2y/dt2 ÷ d2x/dt2
  • بل نقسم مشتقة dy/dx بالنسبة لـ t على dx/dt
تساوينقسمبالنسبة
التعويض قبل الاشتقاق في المعدلات المرتبطةإذا عوضنا بقيمة x = 6 قبل الاشتقاق فقد نفقد الحد الذي يحتوي dx/dtعوضنابقيمةنفقدالحد
إغفال الإشارة في المعدلات
  • إذا كان المتغير يتناقص فإن معدل تغيره سالب
  • ويجب ذكر ذلك في الإجابة
المتغيريتناقصتغيرهسالب
الاشتقاق الضمني والبارامتري والمعدلات المرتبطة · 7 / 8
ملخص الدرس

ملخص الدرس

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
الاشتقاق الضمني
  • نشتق الطرفين بالنسبة لـ x
  • ونضع dy/dx عند كل حد يحتوي y
نشتقالطرفينبالنسبةونضع
الاشتقاق البارامتريdy/dx = (dy/dt) ÷ (dx/dt)
المشتقة الثانية البارامتريةd2y/dx2 = [d(dy/dx) ÷ dt] ÷ (dx/dt)
المعدلات المرتبطة
  • نكتب العلاقة
  • ثم نشتقها بالنسبة للزمن
  • ثم نعوض بالقيم المعلومة
نكتبالعلاقةنشتقهابالنسبة
•ميل العمودي على المنحنى هو −1 ÷ m عند نقطة يكون فيها ميل المماس mالعموديالمنحنىنقطةيكون
الاشتقاق الضمني والبارامتري والمعدلات المرتبطة · 8 / 8