Skip to content · ⁨الانتقال إلى المحتوى⁩

Differentiation: Definition and Fundamental Properties · ⁨الاشتقاق: التعريف والخصائص الأساسية⁩

AP Calculus AB · ⁨AP التفاضل والتكامل AB⁩ · Topic 2 · ⁨الموضوع 2⁩

Video lesson for this topic · ⁨درس فيديو لهذا الموضوع⁩ Open the video page · ⁨افتح صفحة الفيديو⁩
7:54

تعريف المشتقة

تخيل رحلة سيارة كمنحنى. على طول فترة زمنية كاملة، يمكننا قياس سرعتها المتوسطة — وهو ميل الخط المستقيم الذي يربط نقطتين على المنحنى.…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨سرد باللغة الإنجليزية · ترجمة مدمجة بالإنجليزية + الصينية⁩

2.1

Average and Instantaneous Rates of Change · ⁨معدلات التغير المتوسطة واللحظية⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (CHA-2): Derivatives allow us to determine rates of change at an instant by applying limits to knowledge about rates of change over intervals.

Learning Objective CHA-2.A: Determine average rates of change using difference quotients.

  • CHA-2.A.1 The difference quotients $\dfrac{f(a+h)-f(a)}{h}$ and $\dfrac{f(x)-f(a)}{x-a}$ express the average rate of change of a function over an interval.

Learning Objective CHA-2.B: Represent the derivative of a function as the limit of a difference quotient.

  • CHA-2.B.1 The instantaneous rate of change of a function at $x=a$ can be expressed by $\lim\limits_{h\to 0}\dfrac{f(a+h)-f(a)}{h}$ or $\lim\limits_{x\to a}\dfrac{f(x)-f(a)}{x-a}$, provided the limit exists. These are equivalent forms of the definition of the derivative and are denoted $f'(a)$.
العربية

فهم دائم (CHA-2): تسمح المشتقات لنا بتحديد معدلات التغير اللحظية عن طريق تطبيق النهايات على معرفة معدلات التغير على الفترات.

هدف التعلم CHA-2.A: تحديد معدلات التغير المتوسطة باستخدام الكسور الفرق.

  • CHA-2.A.1 تمثل الكسور الفرق $\dfrac{f(a+h)-f(a)}{h}$ و $\dfrac{f(x)-f(a)}{x-a}$ معدل التغير المتوسط لدالة على فترة.

هدف التعلم CHA-2.B: تمثيل مشتقة دالة كنهاية لكسر فرق.

  • CHA-2.B.1 يمكن التعبير عن معدل التغير اللحظي لدالة عند $x=a$ بواسطة $\lim\limits_{h\to 0}\dfrac{f(a+h)-f(a)}{h}$ أو $\lim\limits_{x\to a}\dfrac{f(x)-f(a)}{x-a}$، شريطة وجود النهاية. هذه أشكال مكافئة لتعريف المشتقة وتُرمز لها بـ $f'(a)$.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English
The derivative from first principles

Unit 1 built the limit. Unit 2 uses it to define the derivative 导数 – the exact rate of change at a point.

Over an interval, the average rate of change is a difference quotient 差商. Two equivalent forms appear:

$$\frac{f(a+h)-f(a)}{h} \qquad\text{and}\qquad \frac{f(x)-f(a)}{x-a}.$$
The first uses a step of size $h$ from $a$; the second uses two points $x$ and $a$. Both compute $\dfrac{\text{change in output}}{\text{change in input}}$ over the interval.

The instantaneous 瞬时 rate of change at $x=a$ is what the difference quotient approaches as the interval shrinks to zero. This limit is the derivative at $a$, written $f'(a)$:

$$f'(a) = \lim_{h\to 0}\frac{f(a+h)-f(a)}{h} = \lim_{x\to a}\frac{f(x)-f(a)}{x-a},$$
provided the limit exists.

العربية
قطار التسلق على تلة الصعود: المشتقة تقاس معدل التغير اللحظي للموقع
قطار التسلق على تلة الصعود: المشتقة تقاس معدل التغير اللحظي للموقع
المشتقة من المبادئ الأولى

وحدة 1 بنيت مفهوم النهاية. وحدة 2 تستخدمها لتعريف المشتقة – وهي معدل التغير الدقيق عند نقطة.

معدل التغير اللحظي هو ميل المماس عند نقطة
المعدل اللحظي للتغير هو ميل المماس عند نقطة

على طول فترة، معدل التغير المتوسط هو كسر الفرق. يظهر شكلان متكافئان:

$$\frac{f(a+h)-f(a)}{h} \qquad\text{and}\qquad \frac{f(x)-f(a)}{x-a}.$$
الأول يستخدم خطوة بحجم $h$ من $a$؛ والثاني يستخدم نقطتين $x$ و$a$. كلاهما يحسب $\dfrac{\text{change in output}}{\text{change in input}}$ خلال الفترة.

المعدل اللحظي للتغير عند $x=a$ هو ما يقترب إليه كسر الفرق كلما انكملت الفترة لتصبح صفراً. هذه النهاية هي المشتقة عند $a$، تُكتب $f'(a)$:

$$f'(a) = \lim_{h\to 0}\frac{f(a+h)-f(a)}{h} = \lim_{x\to a}\frac{f(x)-f(a)}{x-a},$$
بشرط وجود النهاية.

Explore · ⁨استكشف⁩

From average rate to instantaneous rate · ⁨من المعدل المتوسط إلى المعدل اللحظي⁩

y = ax³ + bx² + cx + d

Slide the point: the secant through two nearby points tips toward the tangent as they merge. The tangent's slope is the derivative — the instantaneous rate of change. · ⁨حرك النقطة: القاطع المار بنقطتين قريبتين يميل نحو المماس عندما تندمجان. ميل المماس هو المشتقة — معدل التغير اللحظي.⁩

Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
derivative/dɪˈrɪvətɪv/ المشتقة
difference quotient/ˈdɪfrəns ˈkwəʊʃənt/ مقدار الفرق
instantaneous/ˌɪnstənˈteɪnɪəs/ لحظي
first principles/fɜːst ˈprɪnsɪplz/ المبادئ الأولى
notations/nəʊˈteɪʃnz/ الرموز
slope/sləʊp/ الميل
tangent line/ˈtændʒənt laɪn/ المماس
2.2

Defining the Derivative and Its Notation · ⁨تعريف المشتقة ورموزها⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (CHA-2): Derivatives allow us to determine rates of change at an instant by applying limits to knowledge about rates of change over intervals.

Learning Objective CHA-2.B: Represent the derivative of a function as the limit of a difference quotient.

  • CHA-2.B.2 The derivative of $f$ is the function whose value at $x$ is $\lim\limits_{h\to 0}\dfrac{f(x+h)-f(x)}{h}$, provided this limit exists.
  • CHA-2.B.3 For $y=f(x)$, notations for the derivative include $\dfrac{dy}{dx}$, $f'(x)$, and $y'$.
  • CHA-2.B.4 The derivative can be represented graphically, numerically, analytically, and verbally.

Learning Objective CHA-2.C: Determine the equation of a line tangent to a curve at a given point.

  • CHA-2.C.1 The derivative of a function at a point is the slope of the line tangent to a graph of the function at that point.
العربية

فهم دائم (CHA-2): تسمح المشتقات لنا بتحديد معدلات التغير اللحظية عن طريق تطبيق النهايات على معرفة معدلات التغير على الفترات.

هدف التعلم CHA-2.B: تمثيل مشتقة دالة كنهاية لكسر فرق.

  • CHA-2.B.2 مشتقة $f$ هي الدالة التي تكون قيمتها عند $x$ هي $\lim\limits_{h\to 0}\dfrac{f(x+h)-f(x)}{h}$، شريطة وجود هذه النهاية.
  • CHA-2.B.3 بالنسبة لـ $y=f(x)$، تشمل الرموز المستخدمة للمشتقة $\dfrac{dy}{dx}$، و $f'(x)$، و $y'$.
  • CHA-2.B.4 يمكن تمثيل المشتقة بيانياً، عددياً، تحليلياً، ولفظياً.

هدف التعلم CHA-2.C: تحديد معادلة خط مماس لمنحنى عند نقطة محددة.

  • CHA-2.C.1 المشتقة لدالة عند نقطة هي ميل الخط المماس لمنحنى الدالة عند تلك النقطة.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

Let the point $a$ vary and the derivative becomes a new function:

$$f'(x) = \lim_{h\to 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h}.$$
This is the definition of the derivative (sometimes called differentiating "by first principles" 用定义求导). Its value at each $x$ is the instantaneous rate of change there.

Common notations 记号 for the derivative of $y=f(x)$ are:

$$\frac{dy}{dx}, \qquad f'(x), \qquad y'.$$
The derivative can be represented graphically, numerically, analytically, and verbally – be ready to move between them.

Geometric meaning. The derivative at a point is the slope 斜率 of the tangent line 切线 to the graph there. So the tangent line at $x=a$ passes through $\big(a, f(a)\big)$ with slope $f'(a)$:

$$y - f(a) = f'(a)\,(x-a).$$
Writing this line is a routine exam task, so keep the point-slope form ready.

العربية

ليكن النقطة $a$ متغيرة، وتصبح المشتقة دالة جديدة:

$$f'(x) = \lim_{h\to 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h}.$$
هذا هو تعريف المشتقة (يُسمى أحياناً الاشتقاق "من المبادئ الأولى"). قيمته عند كل $x$ هو معدل التغير اللحظي هناك.

الرموز الشائعة للمشتقة لـ $y=f(x)$ هي:

$$\frac{dy}{dx}, \qquad f'(x), \qquad y'.$$
يمكن تمثيل المشتقة بيانياً، عددياً، تحليلياً، ولفظياً – كن مستعداً للانتقال بينها.

المعنى الهندسي. المشتقة عند نقطة هي الميل لـ خط المماس للرسم البياني هناك. لذا خط المماس عند $x=a$ يمر عبر $\big(a, f(a)\big)$ بميل $f'(a)$:

$$y - f(a) = f'(a)\,(x-a).$$
كتابة هذا الخط مهمة روتينية في الامتحان، لذا احتفظ بصيغة النقطة والميل جاهزة.

ميل الوتر يقترب من ميل المماس: المشتقة هي نهاية المعدلات المتوسطة
عندما تتحرك $Q$ نحو $P$، يقترب ميل كل قاطعة (وهو معدل متوسط) من ميل المماس – المشتقة $f'(a)$.
2.3

Estimating a Derivative at a Point · ⁨تقدير المشتقة عند نقطة⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (CHA-2): Derivatives allow us to determine rates of change at an instant by applying limits to knowledge about rates of change over intervals.

Learning Objective CHA-2.D: Estimate derivatives.

  • CHA-2.D.1 The derivative at a point can be estimated from information given in tables or graphs.
  • CHA-2.D.2 Technology can be used to calculate or estimate the value of a derivative of a function at a point.
العربية

فهم دائم (CHA-2): تسمح المشتقات لنا بتحديد معدلات التغير اللحظية عن طريق تطبيق النهايات على معرفة معدلات التغير على الفترات.

هدف التعلم CHA-2.D: تقدير المشتقات.

  • CHA-2.D.1 يمكن تقدير المشتقة عند نقطة من المعلومات المعطاة في الجداول أو الرسوم البيانية.
  • CHA-2.D.2 يمكن استخدام التكنولوجيا لحساب أو تقدير قيمة مشتقة دالة عند نقطة.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

You do not always have a formula. When a function is given by a table 表格 or a graph, estimate the derivative $f'(a)$ with a difference quotient over a small interval around $a$. A table with values on both sides of $a$ gives the best estimate:

$$f'(a) \approx \frac{f(b)-f(c)}{b-c},\qquad \text{where } c < a < b \text{ are the closest table inputs}.$$
Technology (a calculator) can also estimate a derivative at a point.

Exam skill (appears almost every year). Questions such as "Approximate $M'(7.5)$ using the average rate of change of $M$ over the interval $5 \le t \le 10$" ask for exactly this difference quotient. Show the setup:

$$M'(7.5) \approx \frac{M(10)-M(5)}{10-5}.$$
Full credit needs the numbers plugged in and the correct units 单位 (output units per input unit), since these come from real-world models.

العربية

ليس لديك دائماً صيغة. عندما تُعطى الدالة بجدول أو رسم بياني، قدر المشتقة $f'(a)$ بكسر فرق على فترة صغيرة حول $a$. جدول يحتوي على قيم على كلا طرفي $a$ يعطي أفضل تقدير:

$$f'(a) \approx \frac{f(b)-f(c)}{b-c},\qquad \text{where } c < a < b \text{ are the closest table inputs}.$$
التكنولوجيا (الحاسبة) يمكنها أيضاً تقدير المشتقة عند نقطة.

مهارة امتحان (تظهر تقريبًا كل عام). أسئلة مثل "قدر $M'(7.5)$ باستخدام معدل التغير المتوسط لـ $M$ خلال الفترة $5 \le t \le 10$" تطلب بالضبط هذا كسر الفرق. أظهر الإعداد:

$$M'(7.5) \approx \frac{M(10)-M(5)}{10-5}.$$
يتطلب الحصول على الدرجة الكاملة تعويض الأرقام و الوحدات الصحيحة (وحدات المخرجات لكل وحدة من المدخلات)، حيث تُستمد هذه القيم من نماذج واقعية.

Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
table/ˈteɪbl/ جدول
units/ˈjuːnɪts/ وحدات
differentiable/ˈdɪfərenʃɪəbl/ قابلة للاشتقاق
continuous/kənˈtɪnjuːəs/ متصلة
corner/ˈkɔːnə/ الزاوية الحادة
vertical tangent/ˈvɜːtɪkl ˈtændʒənt/ المماس العمودي
power rule/ˈpaʊə ruːl/ قاعدة القوة
Constant multiple/ˈkɒnstənt ˈmʌltɪpl/ ثابت مضروب
polynomial/ˌpɒlɪˈnəʊmɪəl/ كثيرة حدود
2.4

When Does a Derivative Exist? · ⁨متى توجد المشتقة؟⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (FUN-2): Recognizing that a function's derivative may also be a function allows us to develop knowledge about the related behaviors of both.

Learning Objective FUN-2.A: Explain the relationship between differentiability and continuity.

  • FUN-2.A.1 If a function is differentiable at a point, then it is continuous at that point. In particular, if a point is not in the domain of $f$, then it is not in the domain of $f'$.
  • FUN-2.A.2 A continuous function may fail to be differentiable at a point in its domain.
    • Illustrative examples for FUN-2.A.2:
      • The left hand and right hand limits of the difference quotient are not equal, as in $f(x)=|x|$ at $x=0$.
      • The tangent line is vertical and has no slope, as in $f(x)=\sqrt[3]{x}$ at $x=0$.
العربية

فهم دائم (FUN-2): إدراك أن مشتقة الدالة قد تكون أيضاً دالة يسمح لنا بتطوير المعرفة حول السلوكيات المرتبطة لكلاهما.

هدف التعلم FUN-2.A: شرح العلاقة بين قابلية الاشتقاق والاستمرارية.

  • FUN-2.A.1 إذا كانت الدالة قابلة للاشتقاق عند نقطة، فهي مستمرة عند تلك النقطة. وتحديداً، إذا كانت نقطة ما ليست في مجال $f$، فإنها ليست في مجال $f'$.
  • FUN-2.A.2 قد تفشل الدالة المستمرة في أن تكون قابلة للاشتقاق عند نقطة في مجالها.
    • أمثلة توضيحية لـ FUN-2.A.2:
      • النهايات أحادية الجانب لكسر الفرق غير متساوية، كما في $f(x)=|x|$ عند $x=0$.
      • الخط المماس عمودي وليس له ميل، كما في $f(x)=\sqrt[3]{x}$ عند $x=0$.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

Differentiability is stronger than continuity. The key relationship:

If $f$ is differentiable 可导 at a point, then $f$ is continuous 连续 there.

So differentiability implies continuity. The reverse is false: a continuous function can fail to be differentiable. Two ways this happens:

  • A corner 尖点: the left and right difference-quotient limits disagree, as with $f(x)=|x|$ at $x=0$.
  • A vertical tangent 垂直切线: the slope is infinite (no real number), as with $f(x)=\sqrt[3]{x}$ at $x=0$.

Also, a point outside the domain of $f$ cannot be in the domain of $f'$. Use the contrapositive on the exam: if $f$ is not continuous at $a$, then $f$ is not differentiable at $a$.

العربية

قابلية الاشتقاق أقوى من الاستمرارية. العلاقة الأساسية:

إذا كانت $f$ قابلة للاشتقاق عند نقطة ما، فإن $f$ مستمرة عند تلك النقطة.

لذلك، قابلية الاشتقاق تفترض الاستمرارية. العكس غير صحيح: يمكن أن تكون دالة مستمرة وغير قابلة للاشتقاق. يحدث ذلك بطريقتين:

  • زاوية حادة: تتعارض حدود نهاية حاصل الفرق من اليسار واليمين، كما في $f(x)=|x|$ عند $x=0$.
  • مماس عمودي: يكون الميل لا نهائياً (لا يوجد عدد حقيقي)، كما في $f(x)=\sqrt[3]{x}$ عند $x=0$.
طريقتان تكون فيها الدالة المستمرة غير قابلة للاشتقاق: زاوية حادة ومماس عمودي
طريقتان تكون فيها الدالة المستمرة غير قابلة للاشتقاق: زاوية حادة ومماس عمودي

أيضاً، النقطة خارج مجال تعريف $f$ لا يمكن أن تكون في مجال تعريف $f'$. استخدم الاستلزام العكسي في الامتحان: إذا كانت $f$ غير متصلة عند $a$، فإن $f$ ليست قابلة للاشتقاق عند $a$.

2.5

The Power Rule · ⁨قاعدة القوة⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (FUN-3): Recognizing opportunities to apply derivative rules can simplify differentiation.

Learning Objective FUN-3.A: Calculate derivatives of familiar functions.

  • FUN-3.A.1 Direct application of the definition of the derivative and specific rules can be used to calculate the derivative for functions of the form $f(x)=x^{r}$.
العربية

فهم دائم (FUN-3): إدراك الفرص لتطبيق قواعد الاشتقاق يمكن أن يبسط عملية الاشتقاق.

هدف التعلم FUN-3.A: حساب مشتقات الدوال المألوفة.

  • FUN-3.A.1 يمكن استخدام التطبيق المباشر لتعريف المشتقة والقواعد الخاصة لحساب المشتقة للدوال من الشكل $f(x)=x^{r}$.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

From here we use rules instead of the limit definition each time. The power rule 幂法则 handles any power of $x$:

$$\frac{d}{dx}\,x^{r} = r\,x^{\,r-1}\qquad\text{for any real } r.$$
It works for whole-number powers, negative powers ($\tfrac{1}{x}=x^{-1}$), and roots ($\sqrt{x}=x^{1/2}$) – rewrite as a power first, then apply the rule.

العربية

من هنا نستخدم القواعد بدلاً من تعريف النهاية في كل مرة. تتناول قاعدة القوة أي قوة لـ $x$:

$$\frac{d}{dx}\,x^{r} = r\,x^{\,r-1}\qquad\text{for any real } r.$$
تنطبق على القوى العددية الصحيحة والقوى السالبة ($\tfrac{1}{x}=x^{-1}$) والجذور ($\sqrt{x}=x^{1/2}$) – أعد الكتابة كقوة أولاً، ثم طبق القاعدة.

Explore · ⁨استكشف⁩

A power function and its steepening slope · ⁨دالة أسية وميلها المتزايد⁩

y = ax³ + bx² + cx + d

The power rule $\frac{d}{dx}x^n = nx^{n-1}$ drops the exponent as a factor. For $x^3$ the slope grows quickly as $x$ moves from 0 — the curve steepens. · ⁨يُطبق قاعدة القوة $\frac{d}{dx}x^n = nx^{n-1}$ بإنزال الأس作为عامل مضروب. بالنسبة لـ $x^3$، يزداد الميل بسرعة عندما يتحرك $x$ بعيدًا عن 0 — حيث becomes المنحنى أكثر انحدارًا.⁩

2.6

Constant, Sum, Difference, and Constant Multiple Rules · ⁨قواعد الثابت والمجموع والفرض والضرب في ثابت⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (FUN-3): Recognizing opportunities to apply derivative rules can simplify differentiation.

Learning Objective FUN-3.A: Calculate derivatives of familiar functions.

  • FUN-3.A.2 Sums, differences, and constant multiples of functions can be differentiated using derivative rules.
  • FUN-3.A.3 The power rule combined with sum, difference, and constant multiple properties can be used to find the derivatives for polynomial functions.
العربية

فهم دائم (FUN-3): إدراك الفرص لتطبيق قواعد الاشتقاق يمكن أن يبسط عملية الاشتقاق.

هدف التعلم FUN-3.A: حساب مشتقات الدوال المألوفة.

  • FUN-3.A.2 يمكن اشتقاق مجموع الدوال وفرقها ومضاعفاتها الثابتة باستخدام قواعد الاشتقاق.
  • FUN-3.A.3 يمكن استخدام قاعدة القوة مجتمعة مع خصائص المجموع والفرق والمضاعف الثابت لإيجاد مشتقات الدوال كثيرة الحدود.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

These rules let you differentiate term by term:

  • Constant: $\dfrac{d}{dx}\,k = 0$ (a constant does not change).
  • Constant multiple 常数倍: $\dfrac{d}{dx}\big[k\,f(x)\big] = k\,f'(x)$.
  • Sum / difference: $\dfrac{d}{dx}\big[f(x)\pm g(x)\big] = f'(x)\pm g'(x)$.

Combined with the power rule, they differentiate any polynomial 多项式 term by term. Example:

$$\frac{d}{dx}\big(4x^3 - 5x + 7\big) = 12x^2 - 5.$$

العربية

تسمح هذه القواعد باشتقاق الحد بحد:

  • الثابت: $\dfrac{d}{dx}\,k = 0$ (الثابت لا يتغير).
  • الضرب في ثابت: $\dfrac{d}{dx}\big[k\,f(x)\big] = k\,f'(x)$.
  • المجموع / الفرق: $\dfrac{d}{dx}\big[f(x)\pm g(x)\big] = f'(x)\pm g'(x)$.

بدمجها مع قاعدة القوة، يتم اشتقاق أي حد كثي الحدود بحد بحد. مثال:

$$\frac{d}{dx}\big(4x^3 - 5x + 7\big) = 12x^2 - 5.$$

2.7

Derivatives of sin x, cos x, e^x, and ln x · ⁨مشتقات sin x و cos x و e^x و ln x⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (FUN-3): Recognizing opportunities to apply derivative rules can simplify differentiation.

Learning Objective FUN-3.A: Calculate derivatives of familiar functions.

  • FUN-3.A.4 Specific rules can be used to find the derivatives for sine, cosine, exponential, and logarithmic functions.

Enduring Understanding (LIM-3): Reasoning with definitions, theorems, and properties can be used to determine a limit.

Learning Objective LIM-3.A: Interpret a limit as a definition of a derivative.

  • LIM-3.A.1 In some cases, recognizing an expression for the definition of the derivative of a function whose derivative is known offers a strategy for determining a limit.
العربية

فهم دائم (FUN-3): إدراك الفرص لتطبيق قواعد الاشتقاق يمكن أن يبسط عملية الاشتقاق.

هدف التعلم FUN-3.A: حساب مشتقات الدوال المألوفة.

  • FUN-3.A.4 يمكن استخدام قواعد محددة لإيجاد مشتقات دوال الجيب، جيب التمام، الأسية، واللوغاريتمية.

فهم دائم (LIM-3): يمكن استخدام التفكير المستند إلى التعاريف والنظريات والخصائص لتحديد النهاية.

الهدف التعليمي LIM-3.A: تفسير النهاية كتعريف للمشتقة.

  • LIM-3.A.1 في بعض الحالات، يُعد التعرف على تعبير يمثل تعريف المشتقة لدالة تُعرف مشتقتها استراتيجية لتحديد نهاية ما.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

Learn these four building-block derivatives by heart:

$$\frac{d}{dx}\sin x = \cos x, \qquad \frac{d}{dx}\cos x = -\sin x,$$
$$\frac{d}{dx}e^{x} = e^{x}, \qquad \frac{d}{dx}\ln x = \frac{1}{x}\ \ (x>0).$$
Note the minus sign on the derivative of cosine, and that $e^{x}$ is its own derivative.

A limit that is really a derivative (LIM-3.A.1). Sometimes a limit is secretly the definition of a known derivative. If you recognize

$$\lim_{h\to 0}\frac{f(a+h)-f(a)}{h}$$
for a function $f$ whose derivative you know, just evaluate $f'(a)$. For example, $\displaystyle \lim_{h\to 0}\frac{\sin\!\big(\tfrac{\pi}{2}+h\big)-1}{h} = \left.\frac{d}{dx}\sin x\right|_{x=\pi/2} = \cos\tfrac{\pi}{2} = 0$.

العربية

احفظ هذه المشتقات الأربع الأساسية عن ظهر قلب:

$$\frac{d}{dx}\sin x = \cos x, \qquad \frac{d}{dx}\cos x = -\sin x,$$
$$\frac{d}{dx}e^{x} = e^{x}, \qquad \frac{d}{dx}\ln x = \frac{1}{x}\ \ (x>0).$$
لاحظ الإشارة السالبة في مشتقة جيب التمام، وأن $e^{x}$ هي مشتقتها بنفسها.

نهاية تمثل حقاً مشتقة (LIM-3.A.1). أحياناً تكون النهاية خفية تعريف لمشتقة معروفة. إذا قمت بالتعرف على

$$\lim_{h\to 0}\frac{f(a+h)-f(a)}{h}$$
لدالة $f$ تعرف مشتقتها، فقط قم بحساب $f'(a)$. على سبيل المثال، $\displaystyle \lim_{h\to 0}\frac{\sin\!\big(\tfrac{\pi}{2}+h\big)-1}{h} = \left.\frac{d}{dx}\sin x\right|_{x=\pi/2} = \cos\tfrac{\pi}{2} = 0$.

Explore · ⁨استكشف⁩

The shape of sin x (whose slope is cos x) · ⁨شكل sin x (الذي ميله هو cos x)⁩

y = asin(bx + c) + d

The derivative of $\sin x$ is $\cos x$: the slope of the sine curve is largest where sine crosses zero and zero at its peaks. Watch the curve to feel where its slope is steep or flat. · ⁨المشتقة لـ $\sin x$ هي $\cos x$: ميل منحنى الجيب يكون أكبر حيث يقطع الصفر ويصبح صفراً عند قمم المنحنى. راقب المنحنى لتشعر أين يكون ميله حاداً أو مسطحاً.⁩

2.8

The Product Rule · ⁨قاعدة الضرب⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (FUN-3): Recognizing opportunities to apply derivative rules can simplify differentiation.

Learning Objective FUN-3.B: Calculate derivatives of products and quotients of differentiable functions.

  • FUN-3.B.1 Derivatives of products of differentiable functions can be found using the product rule.
العربية

فهم دائم (FUN-3): إدراك الفرص لتطبيق قواعد الاشتقاق يمكن أن يبسط عملية الاشتقاق.

هدف التعلم FUN-3.B: حساب مشتقات مضروبات ونسب الدوال القابلة للاشتقاق.

  • FUN-3.B.1 يمكن إيجاد مشتقات جداء الدوال القابلة للاشتقاق باستخدام قاعدة الضرب.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English
The product rule as a growing rectangle

A product of two functions is not differentiated by multiplying the derivatives. Use the product rule 乘积法则:

$$\frac{d}{dx}\big[u\,v\big] = u'v + uv'.$$
"Derivative of the first times the second, plus the first times the derivative of the second." Example:
$$\frac{d}{dx}\big(x^2 e^{x}\big) = 2x\,e^{x} + x^2 e^{x}.$$
Exam questions often build a new function from given pieces, e.g. $k'(x) = \big(f(x)\big)^2 g(x)$, and ask you to combine rules while reading values from a table.

العربية
قاعدة الضرب كمستطيل متوسع

حاصل ضرب دالتين لا يُشتق بضرب المشتقات. استخدم قاعدة الضرب:

$$\frac{d}{dx}\big[u\,v\big] = u'v + uv'.$$
"مشتقة الأولى مضروبة في الثانية، زائد الأولى مضروبة في مشتقة الثانية." مثال:
$$\frac{d}{dx}\big(x^2 e^{x}\big) = 2x\,e^{x} + x^2 e^{x}.$$
غالباً ما تبني أسئلة الامتحانات دالة جديدة من قطع معطاة، مثل $k'(x) = \big(f(x)\big)^2 g(x)$، وتطلب منك دمج القواعد أثناء قراءة القيم من جدول.

Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
product rule/ˈprɒdʌkt ruːl/ قاعدة الضرب
2.9

The Quotient Rule · ⁨قاعدة القسمة⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (FUN-3): Recognizing opportunities to apply derivative rules can simplify differentiation.

Learning Objective FUN-3.B: Calculate derivatives of products and quotients of differentiable functions.

  • FUN-3.B.2 Derivatives of quotients of differentiable functions can be found using the quotient rule.
العربية

فهم دائم (FUN-3): إدراك الفرص لتطبيق قواعد الاشتقاق يمكن أن يبسط عملية الاشتقاق.

هدف التعلم FUN-3.B: حساب مشتقات مضروبات ونسب الدوال القابلة للاشتقاق.

  • FUN-3.B.2 يمكن إيجاد مشتقات قسمة الدوال القابلة للاشتقاق باستخدام قاعدة القسمة.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

For a quotient, use the quotient rule 商法则:

$$\frac{d}{dx}\!\left[\frac{u}{v}\right] = \frac{u'v - uv'}{v^{2}}.$$
"Bottom times derivative of top, minus top times derivative of bottom, all over bottom squared." The order matters because of the minus sign, so write the numerator carefully. Example:
$$\frac{d}{dx}\!\left(\frac{x}{\cos x}\right) = \frac{1\cdot\cos x - x\cdot(-\sin x)}{\cos^2 x} = \frac{\cos x + x\sin x}{\cos^2 x}.$$

العربية

للقسمة، استخدم قاعدة القسمة:

$$\frac{d}{dx}\!\left[\frac{u}{v}\right] = \frac{u'v - uv'}{v^{2}}.$$
"المقام في مشتقة البسط، ناقص البسط في مشتقة المقام، الكل مقسوماً على مربع المقام." الترتيب مهم بسبب الإشارة السالبة، لذا اكتب البسط بعناية. مثال:
$$\frac{d}{dx}\!\left(\frac{x}{\cos x}\right) = \frac{1\cdot\cos x - x\cdot(-\sin x)}{\cos^2 x} = \frac{\cos x + x\sin x}{\cos^2 x}.$$

2.10

Derivatives of tan x, cot x, sec x, and csc x · ⁨مشتقات tan x و cot x و sec x و csc x⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (FUN-3): Recognizing opportunities to apply derivative rules can simplify differentiation.

Learning Objective FUN-3.B: Calculate derivatives of products and quotients of differentiable functions.

  • FUN-3.B.3 Rearranging tangent, cotangent, secant, and cosecant functions using identities allows differentiation using derivative rules.
العربية

فهم دائم (FUN-3): إدراك الفرص لتطبيق قواعد الاشتقاق يمكن أن يبسط عملية الاشتقاق.

هدف التعلم FUN-3.B: حساب مشتقات مضروبات ونسب الدوال القابلة للاشتقاق.

  • FUN-3.B.3 إعادة ترتيب دوال الظل، وظل التمام، والقاطع، وقاطع التمام باستخدام المتطابقات يسمح بالاشتقاق باستخدام قواعد الاشتقاق.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English
The quotient rule: differentiating a fraction

The remaining trigonometric derivatives are not memorized separately – you rewrite them with identities 恒等式 and apply the quotient (or product) rule. For instance, $\tan x = \dfrac{\sin x}{\cos x}$, so the quotient rule gives

$$\frac{d}{dx}\tan x = \frac{\cos x\cos x - \sin x(-\sin x)}{\cos^2 x} = \frac{1}{\cos^2 x} = \sec^2 x.$$
The same method (writing $\cot x=\tfrac{\cos x}{\sin x}$, $\sec x=\tfrac{1}{\cos x}$, $\csc x=\tfrac{1}{\sin x}$) gives $-\csc^2 x$, $\sec x\tan x$, and $-\csc x\cot x$.

Higher-order derivatives. Differentiating $f'$ again gives the second derivative 二阶导数 $f''(x)$ (or $\tfrac{d^2y}{dx^2}$) – the rate of change of the rate of change. An exam part like "Find $k''(3)$" just means differentiate twice, then substitute. You can also estimate a second derivative from a table by applying the average-rate-of-change method to the $f'$ values.

Worked example. Differentiate $f(x)=x^2\sin x$ with the product rule $(uv)'=u'v+uv'$: take $u=x^2$ ($u'=2x$) and $v=\sin x$ ($v'=\cos x$), giving $f'(x)=2x\sin x+x^2\cos x$. Always read the structure first — a product needs the product rule, not the power rule applied to each factor separately.

العربية
قاعدة القسمة: اشتقاق كسر

لا يتم حفظ باقي المشتقات المثلثية بشكل منفصل – بل تقوم بإعادة كتابتها باستخدام الهويات وتطبيق قاعدة القسمة (أو الضرب). على سبيل المثال، $\tan x = \dfrac{\sin x}{\cos x}$، مما يعطي قاعدة القسمة

$$\frac{d}{dx}\tan x = \frac{\cos x\cos x - \sin x(-\sin x)}{\cos^2 x} = \frac{1}{\cos^2 x} = \sec^2 x.$$
نفس الطريقة (كتابة $\cot x=\tfrac{\cos x}{\sin x}$، $\sec x=\tfrac{1}{\cos x}$، $\csc x=\tfrac{1}{\sin x}$) تعطي $-\csc^2 x$، $\sec x\tan x$، و $-\csc x\cot x$.

المشتقات ذات الرتب الأعلى. اشتقاق $f'$ مرة أخرى يعطي المشتقة الثانية $f''(x)$ (أو $\tfrac{d^2y}{dx^2}$) – وهو معدل تغير معدل التغير. جزء من الامتحان مثل "أوجد $k''(3)$" يعني ببساطة اشتقاق مرتين، ثم التعويض. يمكنك أيضاً تقدير المشتقة الثانية من جدول عن طريق تطبيق طريقة معدل التغير المتوسط على قيم $f'$.

مثال محلول. اشتق $f(x)=x^2\sin x$ باستخدام قاعدة الضرب $(uv)'=u'v+uv'$: خذ $u=x^2$ ($u'=2x$) و$v=\sin x$ ($v'=\cos x$)، مما يعطي $f'(x)=2x\sin x+x^2\cos x$. دائماً اقرأ الهيكل أولاً — فالضرب يتطلب قاعدة الضرب، وليس قاعدة القوة المطبقة على كل عامل على حدة.

Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
quotient rule/ˈkwəʊʃənt ruːl/ قاعدة القسمة
identities/aɪˈdentɪtiz/ متطابقات
second derivative/ˈsekənd dɪˈrɪvətɪv/ المشتقة الثانية
2.10

Exam tips · ⁨نصائح للامتحان⁩

English
  • The derivative is the slope of the tangent — the limit of the secant slope $\tfrac{f(x+h)-f(x)}{h}$ as $h\to0$.
  • Memorise the rules: power, product, quotient, and the derivatives of $\sin$, $\cos$, $e^x$, and $\ln x$.
  • Differentiability implies continuity, but not the reverse (a corner or cusp is continuous yet not differentiable).
  • Distinguish average rate of change (secant slope over an interval) from instantaneous rate (the derivative at a point).
  • Give a tangent-line equation as $y-f(a)=f'(a)(x-a)$.
العربية
  • المشتقة هي ميل المماس – وهو نهاية ميل القاطع $\tfrac{f(x+h)-f(x)}{h}$ عندما $h\to0$.
  • احفظ القواعد: القوة، الضرب، القسمة، ومشتقات $\sin$، $\cos$، $e^x$، و $\ln x$.
  • قابلية الاشتقاق تفترض الاستمرارية، ولكن ليس العكس (الزاوية الحادة أو الزاوية الحادة المستمرة ليست قابلة للاشتقاق).
  • فرق بين معدل التغير المتوسط (ميل الوتر على فترة) والمعدل اللحظي (المشتقة عند نقطة).
  • قدم معادلة خط المماس بصيغة $y-f(a)=f'(a)(x-a)$.

Interactive lessons on this topic · ⁨دروس تفاعلية حول هذا الموضوع⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨ا-working عليه خطوة بخطوة، مع تمارين تحقق فوري.⁩

Past Papers · ⁨أوراق الامتحانات السابقة⁩

More topics in AP Calculus AB · ⁨AP التفاضل والتكامل AB⁩ · ⁨المزيد من المواضيع في AP Calculus AB · ⁨AP التفاضل والتكامل AB⁩⁩

Log in or create account · ⁨تسجيل الدخول أو إنشاء حساب⁩

IGCSE, A-Level & AP