Skip to content · ⁨الانتقال إلى المحتوى⁩

GAC016 Mathematics III: Calculus & Advanced Applications · ⁨الرياضيات GAC016 III: التفاضل والتكامل والتطبيقات المتقدمة⁩

GAC Mathematics · ⁨الرياضيات (GAC)⁩ · Topic 3 · ⁨الموضوع 3⁩

Train · ⁨تدريب⁩
3.1

What this module is, and how it is marked · ⁨ما هي هذه الوحدة وكيفية تقييمها⁩

English

An average speed does not tell you every instantaneous speed, and a signed displacement does not always equal total distance. Calculus makes those distinctions precise.

GAC016 develops differentiation 微分, integration 积分 and their applications. Your centre's current brief determines assessment tasks and grading requirements; these original practice sheets do not establish a university credit decision or an official examination pattern.

State the independent variable, domain and units. The notation $dy/dx$ is a derivative with respect to x; a dot over y normally denotes a derivative with respect to time. Those notations describe the same operation only when their independent variables agree.

For applications, describe what a rate or accumulated value means in the stated model. A negative volume-change rate of 3 cubic centimetres per second means volume is falling at that rate, rather than that the volume itself is negative.

العربية

لا يخبرك متوسط السرعة بكل سرعة لحظية، ولا يساوي دائماً الإزاحة الموجهة مجموع المسافات. يحسب التفاضل والتكامل هذه التمييزات بدقة.

يطوّر GAC016 الاشتقاق والتكامل وتطبيقاتهما. يحدد موجز مركزك الحالي مهام التقييم ومتطلبات التصنيف؛ لا تُعدّ هذه الأوراق العملية الأصلية مقياساً لقرار منح الاعتماد الجامعي أو نمط امتحان رسمي.

حدّد المتغير المستقل، والمجال، والوحدات. الرمز $dy/dx$ هو مشتقة بالنسبة لـ x؛ والنقطة فوق y تدل عادةً على مشتقة بالنسبة للزمن. تصف تلك الرموز نفس العملية فقط عندما يتفق متغيرها المستقل.

في التطبيقات، صف ما تعنيه المعدلات أو القيم المتراكمة في النموذج المعلن. معدل تغير الحجم السالب بمقدار 3 سنتيمترات مكعبة في الثانية يعني أن الحجم يتناقص بهذا المعدل، وليس أن الحجم نفسه سالب.

3.1

Differentiation · ⁨الاشتقاق⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Unit 1 of 3 in GAC016 Mathematics III: Calculus & Advanced Applications (Level III). The module is taught over about 40 class hours plus 20 hours of independent study, and is assessed at the teaching centre and moderated by ACT — there is no external exam.

Module purpose: On completion of this module, students should be able to demonstrate a basic understanding of the principles of calculus and how they can be applied to the quantitative analysis of practical and financial situations.

The module outcomes this unit works towards:

Learning Objective GAC016.1: Determine the derivative (if it exists) of most mathematical functions and use the derivative to analyse functional behaviour.

العربية

الوحدة 1 من أصل 3 في GAC016 الرياضيات III: التفاضل والتكامل والتطبيقات المتقدمة (المستوى الثالث). يُدرَّس هذا الوحدة على مدار حوالي 40 ساعة دراسية بالإضافة إلى 20 ساعة من الدراسة المستقلة، وتتم تقييمها في مركز التعليم ومراقبتها من قِبل ACT — ولا يوجد امتحان خارجي.

غرض الوحدة: عند إكمال هذه الوحدة، يجب أن يكون الطلاب قادرين على إظهار فهم أساسي لمبادئ التفاضل والتكامل وكيفية تطبيقها في التحليل الكمي للمواقف العملية والمالية.

مخرجات الوحدة التي تسهم فيها هذه الوحدة:

هدف التعلم GAC016.1: تحديد المشتقة (إن وجدت) لمعظم الدوال الرياضية واستخدام المشتقة لتحليل سلوك الدالة.

Source: Cambridge International syllabus · ⁨المصدر: منهج كامبريدج الدولي⁩

English

A derivative 导数 is a rate of change: how fast $y$ changes as $x$ changes. Geometrically it is the gradient of the tangent 切线斜率 at a point.

$$f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{f(x+h) - f(x)}{h}$$

That limit is the definition. Differentiation from first principles 从定义求导 uses the difference quotient for nonzero h and then takes its limit. Unequal one-sided limits, as for $|x|$ at zero, prevent a derivative even when the function is continuous.

  • The power rule 幂法则, on a domain where the power is differentiable: if $y = x^n$ then $\dfrac{dy}{dx} = nx^{\,n-1}$.
  • The product rule 乘积法则: $(uv)' = u'v + uv'$.
  • The quotient rule 商法则, where $v\ne0$: $\left(\dfrac{u}{v}\right)' = \dfrac{u'v - uv'}{v^2}$.
  • The chain rule 链式法则: if $y = f(g(x))$ then $\dfrac{dy}{dx} = f'(g(x)) \cdot g'(x)$.
  • Stationary points 驻点 occur where $f'(x) = 0$. The second derivative 二阶导数 then classifies a stationary point when it is nonzero: negative gives a local maximum 极大值 and positive a local minimum 极小值. A zero second derivative is inconclusive; use derivative signs or other evidence. A stationary inflection can be neither an extremum.

Worked example. a tangent slope differs from a secant slope

Known: $f(x)=x^2$. The secant between x equal to 1 and 2 has slope 3, but the derivative at x equal to 1 is 2.

$$m_{sec}=\frac{f(b)-f(a)}{b-a}=\frac{4-1}{2-1}=3$$
$$f'(x)=\lim_{h\to0}\frac{(x+h)^2-x^2}{h}=\lim_{h\to0}(2x+h)=2x$$
$$m_{tan}=f'(1)=2(1)=2$$

The average slope over a finite interval need not equal the instantaneous slope at either endpoint.

Use original practice sheet 3.1 to test the method, domain and interpretation against its solutions.

العربية

المشتقة هي معدل تغير: كم تتغير $y$ بسرعة عند تغير $x$. هندسياً تكون هي ميل المماس عند نقطة.

$$f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{f(x+h) - f(x)}{h}$$

هذا الحد هو التعريف. الاشتقاق من المبادئ الأولى يستخدم الكسر الفارقي لـ h غير الصفر ثم يأخذ حدّه. المنحرفات الأحادية غير المتساوية، كما في $|x|$ عند الصفر، تمنح المشتقة حتى لو كانت الدالة متصلة.

  • قاعدة القوة: على مجال حيث القوة قابلة للاشتقاق: إذا $y = x^n$ فإن $\dfrac{dy}{dx} = nx^{\,n-1}$.
  • قاعدة الضرب: $(uv)' = u'v + uv'$.
  • قاعدة القسمة: حيث $v\ne0$: $\left(\dfrac{u}{v}\right)' = \dfrac{u'v - uv'}{v^2}$.
  • قاعدة السلسلة: إذا $y = f(g(x))$ فإن $\dfrac{dy}{dx} = f'(g(x)) \cdot g'(x)$.
  • النقاط الثابتة تظهر حيث $f'(x) = 0$. المشتقة الثانية حينها تصنف النقطة الثابتة عندما تكون غير صفرية: السالبة تعطي عظمى محلية والموجبة تعطي صغرى محلية. المشتقة الثانية الصفرية غير حاسمة؛ استخدم إشارات المشتقة أو أدلة أخرى. الانعطاف الثابت قد لا يكون neither extremum (لا عظمى ولا صغرى).

مثال محلول. ميل المماس يختلف عن ميل القاطع

المنحنى y يساوي x تربيع له مماس عند (1,1) وقاطع متقطع يربط (1,1) بـ (2,4).

معروف: $f(x)=x^2$. القاطع بين x يساوي 1 و2 له ميل 3، لكن المشتقة عند x يساوي 1 هي 2.

$$m_{sec}=\frac{f(b)-f(a)}{b-a}=\frac{4-1}{2-1}=3$$
$$f'(x)=\lim_{h\to0}\frac{(x+h)^2-x^2}{h}=\lim_{h\to0}(2x+h)=2x$$
$$m_{tan}=f'(1)=2(1)=2$$

الميل المتوسط على فترة محدودة لا يجب أن يساوي الميل اللحظي عند أي endpoint (نهاية فترة).

استخدم ورقة العمل العملية الأصلية 3.1 لاختبار الطريقة والمجال والتفسير مقابل حلولها.

Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
differentiation/ˌdɪfəˌrenʃɪˈeɪʃn/ الاشتقاق
integration/ˌɪntɪˈɡreɪʃn/ التكامل
derivative/dɪˈrɪvətɪv/ المشتقة
gradient of the tangent/ˈɡreɪdɪənt ɒvðə ˈtændʒənt/ ميل المماس
differentiation from first principles/ˌdɪfəˌrenʃɪˈeɪʃn frɒm fɜːst ˈprɪnsɪplz/ التفاضل من المبادئ الأولى
power rule/ˈpaʊə ruːl/ قاعدة القوة
product rule/ˈprɒdʌkt ruːl/ قاعدة الضرب
quotient rule/ˈkwəʊʃənt ruːl/ قاعدة القسمة
chain rule/tʃeɪn ruːl/ قاعدة السلسلة
Stationary points/ˈsteɪʃənəri pɔɪnts/ النقاط الثابتة
second derivative/ˈsekənd dɪˈrɪvətɪv/ المشتقة الثانية
maximum/ˈmæksɪməm/ الأقصى
minimum/ˈmɪnɪməm/ الحد الأدنى
fundamental theorem of calculus/ˌfʌndəˈmentl ˈθɪərəm ɒv ˈkælkjʊləs/ النظرية الأساسية للتفاضل والتكامل
indefinite integral/ɪnˈdefɪnət ˈɪntɪɡrəl/ التكامل غير المحدد
constant of integration/ˈkɒnstənt ɒv ˌɪntɪˈɡreɪʃn/ ثابت التكامل
definite integral/ˈdefɪnət ˈɪntɪɡrəl/ تكامل محدد
Integration by substitution/ˌɪntɪˈɡreɪʃn baɪ ˌsʌbstɪˈtjuːʃn/ التكامل بالتعويض
3.2

Integration · ⁨التكامل⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Unit 2 of 3 in GAC016 Mathematics III: Calculus & Advanced Applications (Level III). The module is taught over about 40 class hours plus 20 hours of independent study, and is assessed at the teaching centre and moderated by ACT — there is no external exam.

The module outcomes this unit works towards:

Learning Objective GAC016.2: Use techniques of integration to find indefinite and definite integrals.

العربية

الوحدة 2 من أصل 3 في GAC016 الرياضيات III: التفاضل والتكامل والتطبيقات المتقدمة (المستوى الثالث). يُدرَّس هذا الوحدة على مدار حوالي 40 ساعة دراسية بالإضافة إلى 20 ساعة من الدراسة المستقلة، وتتم تقييمها في مركز التعليم ومراقبتها من قِبل ACT — ولا يوجد امتحان خارجي.

مخرجات الوحدة التي تسهم فيها هذه الوحدة:

هدف التعلم GAC016.2: استخدام تقنيات التكامل لإيجاد التكاملات غير المحددة والمحددة.

Source: Cambridge International syllabus · ⁨المصدر: منهج كامبريدج الدولي⁩

English

Indefinite integration finds antiderivatives. Definite integration measures signed accumulation, which can differ from geometric area. For a continuous integrand, the fundamental theorem of calculus 微积分基本定理 connects a definite integral to the difference of antiderivative values at its limits.

  • An indefinite integral 不定积分 has no limits and needs the constant of integration 积分常数: $\displaystyle\int x^n\,dx = \frac{x^{\,n+1}}{n+1} + c$ for $n \neq -1$.
  • A definite integral 定积分 has limits and gives a number: $\displaystyle\int_a^b f(x)\,dx = F(b) - F(a)$.
  • Integration by substitution 换元积分法 reverses the chain rule.
  • ⚠ Forgetting $+c$ on an indefinite integral is the single most frequent lost mark in the module, and it is lost on questions you have otherwise answered correctly.

Worked example. negative and positive areas can cancel

Known: $f(x)=x$ from negative 1 to 1. Its definite integral is zero because the negative and positive contributions cancel.

$$I=\int_{-1}^{1}x\,dx=\left[\frac{x^2}{2}\right]_{-1}^{1}=\frac12-\frac12=0$$

Geometric area instead adds the magnitudes of the two triangular regions.

$$A=-\int_{-1}^{0}x\,dx+\int_0^1x\,dx=\frac12+\frac12=1$$

Use original practice sheet 3.2 to test the method, domain and interpretation against its solutions.

العربية

التكامل غير المحدد يجد الدوال المضادة. التكامل المحدد يقيس التراكم الموجه، والذي قد يختلف عن المساحة الهندسية. بالنسبة لكثافة متصلة، يربط نظرية حساب التفاضل والتكامل الأساسية التكامل المحدد بالفرق بين قيم الدوال المضادة عند حدوده.

  • التكامل غير المحدد ليس له حدود ويحتاج إلى ثابت التكامل : $\displaystyle\int x^n\,dx = \frac{x^{\,n+1}}{n+1} + c$ لـ $n \neq -1$.
  • التكامل المحدد له حدود ويعطي رقماً: $\displaystyle\int_a^b f(x)\,dx = F(b) - F(a)$.
  • التكامل بالتعويض يعكس قاعدة السلسلة.
  • ⚠ نسيان $+c$ في تكامل غير محدود هو أكثر خطأ شائع يؤدي لفقدان درجات في الوحدة، ويتم فقدانه في أسئلة أجبتَ عليها بشكل صحيح آخر.

مثال محلول. المناطق السالبة والموجبة يمكن أن تلغي بعضها

الخط y يساوي x يقطع المحور عند الصفر، مع مناطق مظلل ة على كلا الجانبين من -1 إلى 1.

معروف: $f(x)=x$ من -1 إلى 1. تكامله المحدد يساوي صفر لأن المساهمات السالبة والموجبة تلغي بعضها.

$$I=\int_{-1}^{1}x\,dx=\left[\frac{x^2}{2}\right]_{-1}^{1}=\frac12-\frac12=0$$

المساحة الهندسية بدلاً من ذلك تجمع مقادير المنطقتين المثلثيتين.

$$A=-\int_{-1}^{0}x\,dx+\int_0^1x\,dx=\frac12+\frac12=1$$

استخدم ورقة العمل العملية الأصلية 3.2 لاختبار الطريقة والمجال والتفسير مقابل حلولها.

3.3

Advanced applications · ⁨تطبيقات متقدمة⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Unit 3 of 3 in GAC016 Mathematics III: Calculus & Advanced Applications (Level III). The module is taught over about 40 class hours plus 20 hours of independent study, and is assessed at the teaching centre and moderated by ACT — there is no external exam.

The module outcomes this unit works towards:

Learning Objective GAC016.3: Apply differentiation and integration techniques in a variety of practical problems.

العربية

الوحدة 3 من أصل 3 في GAC016 الرياضيات III: التفاضل والتكامل والتطبيقات المتقدمة (المستوى الثالث). يُدرَّس هذا الوحدة على مدار حوالي 40 ساعة دراسية بالإضافة إلى 20 ساعة من الدراسة المستقلة، وتتم تقييمها في مركز التعليم ومراقبتها من قِبل ACT — ولا يوجد امتحان خارجي.

مخرجات الوحدة التي تسهم فيها هذه الوحدة:

هدف التعلم GAC016.3: تطبيق تقنيات التفاضل والتكامل في مجموعة متنوعة من المسائل العملية.

Source: Cambridge International syllabus · ⁨المصدر: منهج كامبريدج الدولي⁩

English
  • Optimisation 最优化 finds the largest or smallest value of a quantity: write the quantity as a function of one variable on a stated feasible domain, differentiate, find candidates and justify the required optimum. Check included boundaries and integer constraints where relevant.
  • Rates of change 变化率 chain together: $\dfrac{dV}{dt} = \dfrac{dV}{dr} \times \dfrac{dr}{dt}$.
  • Area between two curves 两曲线间面积 is $\displaystyle\int_a^b (f(x) - g(x))\,dx$ where $f$ is the upper curve on that whole interval. Split at crossings if their order changes.
  • Marginal cost and revenue 边际成本与边际收益 are derivatives of stated continuous cost and revenue models. They are instantaneous rates, not automatically exact discrete-unit changes.

Worked example. a fixed perimeter leaves one area variable

Known: a rectangle has perimeter 20, so length plus width is 10. Let width be x; length is $10-x$ and $0.

$$A(x)=x(10-x)$$
$$A'(x)=10-2x$$

The stationary candidate is $x=5$. Since $A''(x)=-2<0$ and the area approaches zero at both domain ends, this candidate is the global maximum. It is a 5 by 5 square with area 25.

Use original practice sheet 3.3 to test the method, domain and interpretation against its solutions.

العربية
  • التحسين يبحث عن القيمة الأكبر أو الأصغر لكمية: اكتب الكمية بدالة لمتغير واحد على مجال ممكن معلن، اشتقها، جد المرشحين وبرر الأمثلية المطلوبة. تحقق من الحدود المضمنة وقيد الأعداد الصحيحة إن لزم الأمر.
  • معدلات التغير ترتبط ببعضها: $\dfrac{dV}{dt} = \dfrac{dV}{dr} \times \dfrac{dr}{dt}$.
  • المساحة بين منحنيين هي $\displaystyle\int_a^b (f(x) - g(x))\,dx$ حيث $f$ هو المنحنى العلوي على تلك الفترة كاملة. افصل عند نقاط التقاطع إذا تغير ترتيبهما.
  • التكلفة الحدية والإيراد الحدي هما مشتقات نماذج تكلفة وإيراد مستمرة معلنة.它们是 لحظيات معدلات، ليست تلقائياً تغييرات دقيقة وحدة منفصلة.

مثال محلول. محيط ثابت يترك مساحة واحدة متغيرة

مستطيل له عرض x وطول 10 ناقص x تحت محيط ثابت قدره 20 وحدة.

معروف: مستطيل له محيط 20، لذا الطول زائد العرض يساوي 10. ليكن العرض x؛ الطول هو $10-x$ و$0.

$$A(x)=x(10-x)$$
$$A'(x)=10-2x$$

المرشح الثابت هو $x=5$. بما أن $A''(x)=-2<0$ والمساحة تقترب من الصفر عند طرفي المجال،那么这个مرشح هو العظمى العالمية. إنه مربع 5×5 مساحته 25.

استخدم ورقة العمل العملية الأصلية 3.3 لاختبار الطريقة والمجال والتفسير مقابل حلولها.

Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
Optimisation/ˌɒptɪmaɪˈzeɪʃn/ التحسين
Rates of change/reɪts ɒv tʃeɪndʒ/ معدلات التغير
Area between two curves/ˈeərɪə bɪˈtwiːn tuː kɜːvz/ المساحة بين منحنيين
Marginal cost and revenue/ˈmɑːdʒɪnl kɒst ænd ˈrevənjuː/ التكلفة والإيرادات الحدية

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.⁩

More topics in GAC Mathematics · ⁨الرياضيات (GAC)⁩ · ⁨المزيد من المواضيع في GAC Mathematics · ⁨الرياضيات (GAC)⁩⁩

Log in or create account · ⁨تسجيل الدخول أو إنشاء حساب⁩

IGCSE, A-Level & AP