اشتقاق وتطبيقات
1. **بيان المسألة:** لدينا دالة $f$ معرفة وقابلة للاشتقاق على المجال $]-1; +\infty[$ مع منحنى $C_f$ ومماسان $T_1$ و$T_2$ عند النقطتين $0$ و $A\left(\frac{1}{2}; \frac{1}{3}\right)$. المطلوب:
- رسم جدول التغيرات.
- تحديد إشارة $f(x)$ و $f'(x)$.
- حل المتراجعة $f(x)f'(x) \leq 0$.
- حساب الحدود والقيم $\lim_{h \to 0} \frac{f(h)}{h}$، $f'\left(\frac{1}{2}\right)$، $f(2)$، $f(0)$.
- تقريب $f(0.001)$.
- إيجاد $f(x)$ للعدد $x$ حيث $0 < x < 2$.
- تحديد قيم $m$ بحيث معادلة $f(x) = m$ لها حلان متميزان موجبان.
- حساب $g'(x)$ حيث $g(x) = [f(x)]^2$ واستنتاج اتجاه تغير $g$.
2. **جدول التغيرات:**
- من الرسم، $f$ تزداد على $]-1;0[$ ثم تنقص على $]0; +\infty[$.
- إذن $f'(x) > 0$ على $]-1;0[$ و $f'(x) < 0$ على $]0; +\infty[$.
- $f(x)$ موجبة على $]0; +\infty[$ باستثناء عند $x=0$ حيث $f(0)=0$.
3. **إشارة $f(x)$ و $f'(x)$:**
- $f(x) > 0$ على $]0; +\infty[$ و $f(x) < 0$ على $]-1;0[$.
- $f'(x) > 0$ على $]-1;0[$ و $f'(x) < 0$ على $]0; +\infty[$.
4. **حل المتراجعة $f(x)f'(x) \leq 0$:**
- نحلل الإشارة:
- على $]-1;0[$: $f(x) < 0$ و $f'(x) > 0$ إذن $f(x)f'(x) < 0$.
- على $]0; +\infty[$: $f(x) > 0$ و $f'(x) < 0$ إذن $f(x)f'(x) < 0$.
- عند $x=0$: $f(0)f'(0) = 0$.
- إذن المتراجعة صحيحة على كامل المجال $]-1; +\infty[$.
5. **حساب الحدود والقيم:**
- $\lim_{h \to 0} \frac{f(h)}{h}$ هو ميل المماس عند $0$، أي $f'(0)$.
- من المماس $T_1$ عند $0$، الميل $f'(0)$ معلوم من الرسم (مثلاً $m_1$).
- $f'\left(\frac{1}{2}\right)$ هو ميل المماس $T_2$ عند $A\left(\frac{1}{2}; \frac{1}{3}\right)$، من الرسم (مثلاً $m_2$).
- $f(2)$ و $f(0)$ من الرسم أو المعطيات: $f(0)=0$، و $f(2)$ تقريبا من المنحنى.
6. **تقريب $f(0.001)$:**
- باستخدام خطية المماس عند $0$:
$$f(0.001) \approx f(0) + f'(0) \times 0.001 = 0 + f'(0) \times 0.001$$
7. **إيجاد $f(x)$ للعدد $0 < x < 2$:**
- من الرسم، $f$ موجبة وتنقص بين $0$ و $2$.
8. **قيم $m$ بحيث $f(x) = m$ لها حلان متميزان موجبان:**
- من الرسم، $f$ تأخذ قيم بين $0$ و $f(0.5) = \frac{1}{3}$ تقريباً.
- إذا كان $0 < m < \frac{1}{3}$، المعادلة لها حلان متميزان في $]0;2[$.
9. **حساب $g'(x)$ حيث $g(x) = [f(x)]^2$:**
- باستخدام قاعدة السلسلة:
$$g'(x) = 2 f(x) f'(x)$$
10. **اتجاه تغير $g$:**
- إشارة $g'(x)$ تعتمد على إشارة $f(x) f'(x)$.
- من الخطوة 4، $f(x) f'(x) \leq 0$، إذن $g'(x) \leq 0$.
- بالتالي، $g$ دالة متناقصة على $]-1; +\infty[$.
**النتائج النهائية:**
- $f'(0)$ هو ميل المماس $T_1$ عند $0$.
- $f'\left(\frac{1}{2}\right)$ هو ميل المماس $T_2$ عند $A$.
- $\lim_{h \to 0} \frac{f(h)}{h} = f'(0)$.
- $f(0) = 0$.
- $f(0.001) \approx f'(0) \times 0.001$.
- $f(x)$ موجبة وتنقص على $]0;2[$.
- المعادلة $f(x) = m$ لها حلان متميزان موجبان إذا $0 < m < \frac{1}{3}$.
- $g'(x) = 2 f(x) f'(x) \leq 0$، إذن $g$ متناقصة.