Skip to content · ⁨דלג לתוכן⁩

Differentiation: Definition and Fundamental Properties · ⁨גזירה: הגדרה ומאפיינים בסיסיים⁩

AP Calculus BC · ⁨קלקולוס BC - AP⁩ · Topic 2 · ⁨נושא 2⁩

Video lesson for this topic · ⁨שיעור וידאו לנושא זה⁩ Open the video page · ⁨פתח את עמוד הוידאו⁩
7:52

הגדרת הנגזרת

שרטט מסע כעקומה. בחר שתי נקודות, חבר אותן בקו ישר, והשיפוע שלו נותן את הקצב הממוצע בתחום. אבל אנחנו רוצים את הקצב בנקודה אחת…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון⁩

2.1

Average and Instantaneous Rates of Change at a Point · ⁨קצבי שינוי ממוצעים ורגעיים בנקודה⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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 $f'(a)$.
עברית

הבנה עומדת (CHA-2): נגזרות מאפשרות לנו לקבוע קצבי שינוי ברגע נתון על ידי יישום גבולות על ידע אודות קצבי שינוי בתחומים.

מטרת לימוד CHA-2.A: קביעת קצבי שינוי ממוצע באמצעות מנת ההפרש.

  • CHA-2.A.1 מנות ההפרש $\dfrac{f(a+h)-f(a)}{h}$ ו$\dfrac{f(x)-f(a)}{x-a}$ מבטאות את קצב השינוי הממוצע של פונקציה בתחום.

מטרת לימוד CHA-2.B: היצוג הנגזרת של פונקציה כגבול של מנת ההפרש.

  • CHA-2.B.1 קצב השינוי הרגעי של פונקציה ב$x=a$ ניתן לבטא על ידי $\lim\limits_{h\to 0}\dfrac{f(a+h)-f(a)}{h}$ או $\lim\limits_{x\to a}\dfrac{f(x)-f(a)}{x-a}$, בהנחה שהגבול קיים. אלו הן צורות שקולות להגדרת הנגזרה ומסומנות כ$f'(a)$.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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.

עברית
מסלול הרים על גבעת הרמה: הנגזרת מדדדת את הקצב הרעי
מסלול הרים על גבעת הרמה: הנגזרת מדדדת את הקצב הרעי
הנגזרת מעקרונות ראשונים

יחידה 1 בנתה את הגבול. יחידה 2 משתמשת בו כדי להגדיר את ה-נגזרת – קצב השינוי המדויק בנקודה.

קצב השינוי הרגעי הוא שיפוע המשיק בנקודה
קצב השינוי הרגעי הוא שיפוע המשיק בנקודה

על פני מרווח, קצב השינוי הממוצע הוא מנה הפרשים. מופיעים שני צורות שקולות:

$$\frac{f(a+h)-f(a)}{h} \qquad\text{and}\qquad \frac{f(x)-f(a)}{x-a}.$$
הראשונה משתמשת בצעד בגודל $h$ מ-$a$; השנייה משתמשת בשתי נקודות $x$ ו-$a$. שתיהן מחשבות את $\dfrac{\text{change in output}}{\text{change in input}}$ על פני המרווח.

קצב השינוי הרגעי בנקודה $x=a$ הוא לעבר מהו מנה ההפרשים כשהמרווח מתכווץ לאפס. גבול זה הוא הנגזרת בנקודה $a$, הכתובה $f'(a)$:

$$f'(a) = \lim_{h\to 0}\frac{f(a+h)-f(a)}{h} = \lim_{x\to a}\frac{f(x)-f(a)}{x-a},$$
בהנחה שהגבול קיים.

Explore · ⁨חקור⁩

From average rate to instantaneous rate · ⁨מקצב ממוצע למקצב מיידי⁩

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. · ⁨זז את הנקודה: המיתר העובר דרך שתי נקודות קרובות נוטה למשיק כשהן מתמזגות. שיפוע המשיק הוא הנגזרת — המקצב המיידי של השינוי.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
derivative/dɪˈrɪvətɪv/ נגזרת
difference quotient/ˈdɪfrəns ˈkwəʊʃənt/ מנת ההפרש
instantaneous/ˌɪnstənˈteɪnɪəs/ תנאי מיידי
first principles/fɜːst ˈprɪnsɪplz/ הגדרות בסיסיות
notations/nəʊˈteɪʃnz/ סמנויות
slope/sləʊp/ שיפוע
tangent line/ˈtændʒənt laɪn/ משיק
2.2

Defining the Derivative and Reading Its Notation · ⁨הגדרת הנגזרת וקריאת סימניה⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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.
עברית

הבנה עומדת (CHA-2): נגזרות מאפשרות לנו לקבוע קצבי שינוי ברגע נתון על ידי יישום גבולות על ידע אודות קצבי שינוי בתחומים.

מטרת לימוד CHA-2.B: היצוג הנגזרת של פונקציה כגבול של מנת ההפרש.

  • CHA-2.B.2 הנגזרת של $f$ היא הפונקציה שערךה ב$x$ הוא $\lim\limits_{h\to 0}\dfrac{f(x+h)-f(x)}{h}$, בתנאי שהגבול קיים.
  • CHA-2.B.3 עבור $y=f(x)$, סימוני הנגזרת כוללים $\dfrac{dy}{dx}$, $f'(x)$ ו$y'$.
  • CHA-2.B.4 לנגזרת יש ייצוג גרפי, מספרי, אנליטי ובעל מילוליות.

מטרה לימודית CHA-2.C: קביעת משוואת הקו המשיק לעקומה בנקודה נתונה.

  • CHA-2.C.1 הנגזרת של פונקציה בנקודה היא השיפוע של הקו המשי לגרף הפונקציה בנקודה זו.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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.

עברית

תן לנקודה $a$ להשתנות והנגזרת הופכת ל-פונקציה חדשה:

$$f'(x) = \lim_{h\to 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h}.$$
זוהי ההגדרה של הנגזרת (לעיתים מכונה "דיפרנציאלציה מעקרונות ראשונים"). הערך שלה בכל $x$ הוא קצב השינוי הרגעי שם.

סימונים נפוצים לנגזרת של $y=f(x)$ הם:

$$\frac{dy}{dx}, \qquad f'(x), \qquad y'.$$
את הנגזרת ניתן לייצג גרפית, מספרית, אנליטית ובמילים – היכן שאתה מוכן לעבור ביניהן.

משמעות גיאומטרית. הנגזרת בנקודה היא השיפוע של המשיק לגרף שם. לכן המשיק ב$x=a$ עובר דרך $\big(a, f(a)\big)$ עם שיפוע $f'(a)$:

$$y - f(a) = f'(a)\,(x-a).$$
כתיבת משוואת קו זה היא משימה שוטפת במבחנים, ולכן יש להחזיק את צורת נקודה-שיפוע מוכנה.

שיפועי הסיבסטר נערכים לשיפוע המשיק: הנגזרת היא הגבול של קצבי התנודות
שיפועי המיתר מתקרבים לשיפוע המשיק: הנגזרת היא הגבול של קצבי השינוי הממוצעים
2.3

Estimating a Derivative at a Point · ⁨הערכת נגזרת בנקודה⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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.
עברית

הבנה עומדת (CHA-2): נגזרות מאפשרות לנו לקבוע קצבי שינוי ברגע נתון על ידי יישום גבולות על ידע אודות קצבי שינוי בתחומים.

מטרה לימודית CHA-2.D: הערכת נגזרות.

  • CHA-2.D.1 ניתן להעריך את הנגזרה בנקודה מתוך מידע הנתון בטבלאות או בגרפים.
  • CHA-2.D.2 ניתן להשתמש בטכנולוגיה לחישוב או להערכת ערך הנגזרה של פונקציה בנקודה.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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.

עברית

לא תמיד יש לנו פורמולה. כאשר הפונקציה נתונה בטבלה או בגרף, ניתן להעריך את הנגזרת $f'(a)$ באמצעות מנת ההפרש על מרווח קטן סביב $a$. טבלה עם ערכים משני צדי $a$ מספקת את ההערכה הטובה ביותר:

$$f'(a) \approx \frac{f(b)-f(c)}{b-c},\qquad \text{where } c < a < b \text{ are the closest table inputs}.$$
טכנולוגיה (כמו מחשבון) יכולה גם היא להעריך נגזרת בנקודה.

מיומנות למבחן (מופיעה כמעט בכל שנה). שאלות כמו "הערכו את $M'(7.5)$ באמצעות קצב התנודות הממוצע של $M$ על המרווח $5 \le t \le 10$" מבקשות בדיוק את מנת ההפרש הזו. הצגו את ההגדרה:

$$M'(7.5) \approx \frac{M(10)-M(5)}{10-5}.$$
קבלת ציון מלא דורשת החדלת המספרים וגם יחידות הנכונות (יחידות יציאה ליחידת כניסה), שכן אלו נובעות מדגמים בעולם האמיתי.

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
table/ˈteɪbl/ טבלה
units/ˈjuːnɪts/ יחידות מידה
differentiable/ˈdɪfərenʃɪəbl/ דיפרנציאלי
continuous/kənˈtɪnjuːəs/ רציף
corner/ˈkɔːnə/ פינה
vertical tangent/ˈvɜːtɪkl ˈtændʒənt/ משיק אנכי
power rule/ˈpaʊə ruːl/ כלל החזקות
Constant multiple/ˈkɒnstənt ˈmʌltɪpl/ כפולה קבועה
polynomial/ˌpɒlɪˈnəʊmɪəl/ פולינום
product rule/ˈprɒdʌkt ruːl/ כלל המכפלה
quotient rule/ˈkwəʊʃənt ruːl/ כלל המנה
identities/aɪˈdentɪtiz/ זהויות
second derivative/ˈsekənd dɪˈrɪvətɪv/ גזירה שנייה
2.4

Differentiability and Continuity: When a Derivative Exists · ⁨נגזירות ורציפות: מתי נגזרת קיימת⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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 $x=0$.
עברית

הבנה מתמשכת (FUN-2): ההבנה כי נגזרת של פונקציה יכולה להיות גם כן פונקציה מאפשרת לנו לפתח ידע על התנהגויות הקשורות של שניהם.

מטרה לימודית FUN-2.A: הסבר על הקשר בין תכללות לקטינות.

  • FUN-2.A.1 אם פונקציה תכלילה בנקודה, אזי היא רציפה בנקודה זו. במיוחד, אם נקודה אינה שייכת לתחום ההגדרה של $f$, היא אינה שייכת לתחום ההגדרה של $f'$.
  • FUN-2.A.2 פונקציה רציפה עשויה לא להיות תכלילה בנקודה בתחום ההגדרה שלה.
    • דוגמאות מדגמיים ל-FUN-2.A.2:
      • הגבול השמאלי והגבול הימני של מנה ההפרש אינם שווים, כמו ב$f(x)=|x|$ ב$x=0$.
      • הקו המשי אנכי ואינו בעל שיפוע, כמו ב$f(x)=\sqrt[3]{x}$ ב$x=0$.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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 $a$.

עברית

נגזרות חזקה יותר מרציפות. הקשר המרכזי:

אם $f$ נגזרת בנקודה, אזי $f$ רציפה שם.

לכן נגזרות מ imply רציפות. ההפך אינו נכון: פונקציה רציפה עשויה לא להיות נגזרת. שתי דרכים לכך:

  • פינה: גבולות מנות ההפרש מימין ומשמאל אינם תואמים, כפי שקורה עם $f(x)=|x|$ ב$x=0$.
  • משיק אנכי: השיפוע הוא אינסופי (אין מספר ממשי), כפי שקורה עם $f(x)=\sqrt[3]{x}$ ב$x=0$.
שתי דרכים שבהן פונקציה רציפה אינה נגזרת: פינה ומשיק אנכי
שתי דרכים שבהן פונקציה רציפה אינה נגזרת: פינה ומשיק אנכי

כמו כן, נקודה מחוץ לתחום ההגדרה של $f$ לא יכולה להיות בתחום ההגדרה של $f'$. השתמש במשלל באמחן: אם $f$ אינה רציפה ב-$a$, אזי $f$ אינה נגזרת ב-$a$.

2.5

The Power Rule · ⁨חוק החזקות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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 $f(x)=x^{r}$.
עברית

הבנה עומדת (FUN-3): זיהוי הזדמנויות ליישום כללי נגזירות יכול לפשט תהליך הנגזור.

מטרה לימודית FUN-3.A: חישוב נגזרות של פונקציות מוכרות.

  • FUN-3.A.1 ניתן להשתמש בהגדרה הישירה של הנגזרת ובחוקי נגזרה ספציפיים כדי לחשב את הנגזר של פונקציות מהצורה $f(x)=x^{r}$.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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.

עברית

מהשלב הזה אנו משתמשים ב-כללים במקום בהגדרת הגבול בכל פעם. כלל החזקה מטפל בכל חזקה של $x$:

$$\frac{d}{dx}\,x^{r} = r\,x^{\,r-1}\qquad\text{for any real } r.$$
הנוסחה פועלת עבור חזקות של מספרים שלמים, חזקות שליליות ($\tfrac{1}{x}=x^{-1}$), ושורשים ($\sqrt{x}=x^{1/2}$) – יש לכתוב תחילה כחזקה ולאחר מכן להחיל את הכלל.

Explore · ⁨חקור⁩

A power function and its steepening slope · ⁨פונקציית חזקה ומשיקה מתחדדת⁩

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 $x$ leaves 0 — the curve steepens. · ⁨כלל החזקות $\frac{d}{dx}x^n = nx^{n-1}$ מסיר את המעריך כגורם. עבור $x^3$ השיפוע גדל במהירות ככל שה-$x$ מתרחק מ-0 — העקומה הופכת לתלולה יותר.⁩

2.6

Constant, Sum, Difference, and Constant Multiple Rules · ⁨כללי קבוע, סכום, הפרש והכפלה בקבוע⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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.
עברית

הבנה עומדת (FUN-3): זיהוי הזדמנויות ליישום כללי נגזירות יכול לפשט תהליך הנגזור.

מטרה לימודית FUN-3.A: חישוב נגזרות של פונקציות מוכרות.

  • FUN-3.A.2 ניתן לגזור סכומים, הפרשים וכפילות בקבוע של פונקציות באמצעות חוקי נגזרה.
  • FUN-3.A.3 ניתן להשתמש בחוק החזקה בשילוב עם תכונות הסכום, ההפרש והכפילה בקבוע כדי למצוא את הנגזרים של פונקציות פולינומיות.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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:

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

עברית

כללים אלו מאפשרים לך לגזור איבר-איבר:

  • קבוע: $\dfrac{d}{dx}\,k = 0$ (קבוע אינו משתנה).
  • כפולה בקבוע: $\dfrac{d}{dx}\big[k\,f(x)\big] = k\,f'(x)$.
  • סכום / הפרש: $\dfrac{d}{dx}\big[f(x)\pm g(x)\big] = f'(x)\pm g'(x)$.

בשילוב עם כלל החזקה, הם מגזרים כל איבר פולינומי איבר-איבר. לדוגמה:

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

2.7

Derivatives of cos x, sin x, e^x, and ln x · ⁨נגזרות של cos x, sin x, e^x, ו- ln x⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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.
עברית

הבנה עומדת (FUN-3): זיהוי הזדמנויות ליישום כללי נגזירות יכול לפשט תהליך הנגזור.

מטרה לימודית FUN-3.A: חישוב נגזרות של פונקציות מוכרות.

  • FUN-3.A.4 ניתן להשתמש בחוקי נגזרה ספציפיים כדי למצוא את הנגזרים של פונקציות סינוס, קוסינוס, אקספוננציאליות ולוגריתמיות.

הבנה מתמשכת (LIM-3): ניתן להשתמש במסקרים, משפטים וחוקים כדי לקבוע גבול.

מטרת לימוד LIM-3.A: לפרש גבול כהגדרה של נגזר.

  • LIM-3.A.1 במקרים מסוימים, זיהוי ביטוי המייצג הגדרת הנגזר של פונקציה שנגזרה שלה ידועה מציע אסטרטגיה לקביעת גבול.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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, $\displaystyle \lim_{h\to 0}\frac{\sin\!\big(\tfrac{\pi}{2}+h\big)-1}{h} = \left.\frac{d}{dx}\sin x\right|_{x=\pi/2} = \cos\tfrac{\pi}{2} = 0$.

עברית

למד ארבע הגזרות הבסיסיות הללו בעל פה:

$$\frac{d}{dx}\sin x = \cos x, \qquad \frac{d}{dx}\cos x = -\sin x,$$
$$\frac{d}{dx}e^{x} = e^{x}, \qquad \frac{d}{dx}\ln x = \frac{1}{x}\ \ (x>0).$$
שים לב לסימן הפחות בגזירה של קוסינוס, ולעובדה ש- $e^{x}$ היא גזירה עצמה.

גבול שהוא למעשה גזירה (LIM-3.A.1). לעיתים גבול הוא בסוד ההגדרה של גזירה ידועה. אם תזהה

$$\lim_{h\to 0}\frac{f(a+h)-f(a)}{h}$$
עבור פונקציה $f$ שגזרתה אתה מכיר, פשוט חשב ערך $f'(a)$. לדוגמה, $\displaystyle \lim_{h\to 0}\frac{\sin\!\big(\tfrac{\pi}{2}+h\big)-1}{h} = \left.\frac{d}{dx}\sin x\right|_{x=\pi/2} = \cos\tfrac{\pi}{2} = 0$.

Explore · ⁨חקור⁩

The shape of sin x (whose slope is cos x) · ⁨צורת sin x (ששיפועה הוא 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. · ⁨הנגזרת של $\sin x$ היא $\cos x$: שיפוע הכיפה של הסינוס גדול ביותר כאשר סינוס חוצה אפס ואפס בשיאיה. צפה בכיפה כדי להרגיש היכן השיפוע תלול או שטוח.⁩

2.8

The Product Rule · ⁨כלל המכפלה⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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.
עברית

הבנה עומדת (FUN-3): זיהוי הזדמנויות ליישום כללי נגזירות יכול לפשט תהליך הנגזור.

מטרת לימוד FUN-3.B: חישוב נגזרות של מכפלות ומכסמים של פונקציות ניתנות לנגזור.

  • FUN-3.B.1 ניתן למצוא נגזרות של מכפלות של פונקציות הניתנות לגזירה באמצעות חוק המכפלה.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של College Board AP⁩

English

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.

עברית

מכפלה של שתי פונקציות לא מגוזרת על ידי כפל הגזרות. השתמש ב-כלל המכפלה:

$$\frac{d}{dx}\big[u\,v\big] = u'v + uv'.$$
"גזרת הראשונה כפול השנייה, פלוס הראשונה כפול גזרת השנייה." לדוגמה:
$$\frac{d}{dx}\big(x^2 e^{x}\big) = 2x\,e^{x} + x^2 e^{x}.$$
שאלות במבחנים בונות לעיתים פונקציה חדשה מחלקי נתונים, כמו $k'(x) = \big(f(x)\big)^2 g(x)$, ומבקשות ממך לשלב כללים תוך קריאת ערכים מטבלה.

2.9

The Quotient Rule · ⁨כלל המנה⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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.
עברית

הבנה עומדת (FUN-3): זיהוי הזדמנויות ליישום כללי נגזירות יכול לפשט תהליך הנגזור.

מטרת לימוד FUN-3.B: חישוב נגזרות של מכפלות ומכסמים של פונקציות ניתנות לנגזור.

  • FUN-3.B.2 ניתן למצוא נגזרות של מנות של פונקציות הניתנות לגזירה באמצעות חוק המנה.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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:
$$\frac{d}{dx}\!\left(\frac{x}{\cos x}\right) = \frac{1\cdot\cos x - x\cdot(-\sin x)}{\cos^2 x} = \frac{\cos x + x\sin x}{\cos^2 x}.$$

עברית

עבור מנה, השתמש ב-כלל המנה:

$$\frac{d}{dx}\!\left[\frac{u}{v}\right] = \frac{u'v - uv'}{v^{2}}.$$
"המכנה כפול גזרת המונה, מינוס המונה כפול גזרת המכנה, הכל חלקי המכנה בריבוע." הסדר חשוב בשל סימן הפחות, ולכן יש לכתוב את המונה בזהירות. לדוגמה:
$$\frac{d}{dx}\!\left(\frac{x}{\cos x}\right) = \frac{1\cdot\cos x - x\cdot(-\sin x)}{\cos^2 x} = \frac{\cos x + x\sin x}{\cos^2 x}.$$

2.10

Derivatives of Tangent, Cotangent, Secant, and Cosecant · ⁨נגזרות של טנג'נט, קוטנג'נט, סקאנט וקוסקאנט⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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.
עברית

הבנה עומדת (FUN-3): זיהוי הזדמנויות ליישום כללי נגזירות יכול לפשט תהליך הנגזור.

מטרת לימוד FUN-3.B: חישוב נגזרות של מכפלות ומכסמים של פונקציות ניתנות לנגזור.

  • FUN-3.B.3 עיבוד מחדש של פונקציות טנגנס, קוטנגנס, צ'קנטנס וקוסקנטנס באמצעות זהויות מאפשר נגזור באמצעות כללי נגזור.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של College Board AP⁩

English

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 $g(x)=\dfrac{\sin x}{x}$ with the quotient rule $\left(\tfrac{u}{v}\right)'=\dfrac{u'v-uv'}{v^2}$: take $u=\sin x$, $v=x$, giving $g'(x)=\dfrac{x\cos x-\sin x}{x^2}$. Keep the order $u'v-uv'$ in the numerator — swapping the terms flips the sign and loses the mark.

עברית

הנגזרות הטריגונומטריות הנותרות אינן נחשבות בנפרד – משתמשים בזהויות כדי לכתוב אותן מחדש ומיישמים את כלל המנה (או מכפלה). לדוגמה, $\tan x = \dfrac{\sin x}{\cos x}$, ולכן כלל המנה נותן

$$\frac{d}{dx}\tan x = \frac{\cos x\cos x - \sin x(-\sin x)}{\cos^2 x} = \frac{1}{\cos^2 x} = \sec^2 x.$$
אותה שיטה (כתיבת $\cot x=\tfrac{\cos x}{\sin x}$, $\sec x=\tfrac{1}{\cos x}$, $\csc x=\tfrac{1}{\sin x}$) נותנת $-\csc^2 x$, $\sec x\tan x$ ו-$-\csc x\cot x$.

נגזרות מסדר גבוה. גזירת $f'$ פעם נוספת נותנת את ה-נגזרת השנייה $f''(x)$ (או $\tfrac{d^2y}{dx^2}$) – קצב השינוי של קצב השינוי. חלק מבחן כמו "מצאו $k''(3)$" פשוט אומר לגזור פעמיים ואז להציב. ניתן גם להעריך נגזרת שנייה מטבלה על ידי יישום שיטת קצב שינוי ממוצע על ערכי ה-$f'$.

דוגמה פתורה. גזור $g(x)=\dfrac{\sin x}{x}$ באמצעות כלל המנה $\left(\tfrac{u}{v}\right)'=\dfrac{u'v-uv'}{v^2}$: חשב $u=\sin x$, $v=x$, והקבלה לתוצאה $g'(x)=\dfrac{x\cos x-\sin x}{x^2}$. שמור על הסדר $u'v-uv'$ במונה — החלפת האיברים הופכת את הסימן ומאבדת את הנקודות.

2.10

Exam tips · ⁨טיפים לבחינות⁩

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 $y-f(a)=f'(a)(x-a)$.
עברית
  • הנגזרת היא שיפוע המשיק – הגבול של שיפוע המיתר $\tfrac{f(x+h)-f(x)}{h}$ כאשר $h\to0$.
  • זכרו את הכללים: חזקה, מכפלה, מנה, ואת הנגזרות של $\sin$, $\cos$, $e^x$ ו-$\ln x$.
  • ההבדליה implicates רציפות, אך לא ההפך (פינה או קוצ' הם רציפים אך לא הבדליים).
  • הבדילו בין קצב שינוי ממוצע (שיפוע מיתר על פני מרווח) לבין קצב שינוי מיידי (הנגזרת בנקודה).
  • נתנו משוואת קו המשיק כ-$y-f(a)=f'(a)(x-a)$.

Interactive lessons on this topic · ⁨שיעורים אינטראקטיביים בנושא זה⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨לעבור על הדברים צעד אחר צעד, עם תרגילים לבדיקה מיידית.⁩

Past Papers · ⁨מבחני עבר⁩

More topics in AP Calculus BC · ⁨קלקולוס BC - AP⁩ · ⁨נושאים נוספים בAP Calculus BC · ⁨קלקולוס BC - AP⁩⁩

Log in or create account · ⁨היכנס או צור חשבון⁩

IGCSE, A-Level & AP