Skip to content · ⁨דלג לתוכן⁩

GAC016 Mathematics III: Calculus & Advanced Applications · ⁨GAC016 מתמטיקה III: חשבון אינפיניטסימלי ומערכים מתקדמים⁩

GAC Mathematics · ⁨גאק מתמטיקה⁩ · Topic 3 · ⁨נושא 3⁩

Train · ⁨אימון⁩
3.1

What this module is, and how it is marked · ⁨מהו המודול הזה וכיצד הוא מצומד⁩

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.

עברית

מהירות ממוצעת אינה מספקת פרטים על כל מהירות רגעית, והזזה עם סימן אינה שווה תמיד למרחק הכולל. הקלקולוס משקף הבדלים אלו בדיוק.

GAC016 מפתח גזירה, אינטגרציה ויישומיהם. המשימה הנוכחית של המרכז שלכם קובעת את משימות ההערכה ואת דריgrades הדרגות; עמודי העבודה המקוריים הללו אינם מקימים החלטת זיכוי באוניברסיטה או דפוס ביקורת רשמי.

ציינו את המשתנה הבלתי תלוי, התחום והיחידות. הסימון $dy/dx$ הוא גזירה ביחס ל-x; נקודה מעל y מסמנת לרוב גזירה ביחס לזמן. סימונים אלו מתארים את אותה פעולה רק כאשר המשתנים הבלתי תלויים שלהם תואמים.

עבור יישומים, תארו מהו קצב או ערך מצטבר פירושו במודל המצוין. קצב שינוי נפח שלילי של 3 ס"מ מעוקבים לשנייה פירושו שהנפח יורד בקצב זה, ולא שהנפח עצמו שלילי.

3.1

Differentiation · ⁨גזירה⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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.

עברית

יחידה 1 מתוך 3 ב-GAC016 מתמטיקה III: קלקולוס ויישומים מתקדמים (רמה III). המודול מוסבר במשך כ-40 שעות לימוד פנים אל פנים בתוספת 20 שעות לימוד עצמאי, והוא מוערך במרכז הלימודים ומנווט על ידי ACT — אין מבחן חיצוני.

מטרת המודול: לאחר השלמת מודול זה, הסטודנטים אמורים להוכיח הבנה בסיסית של עקרונות הקלקולוס וכיצד ניתן להשתמש בהם לניתוח כמותי של מצבים פרקטיים ופיננסיים.

תוצאות המודול שהיחידה הזו שואפת להשיג:

מטרות למידה GAC016.1: קביעת הנגזרת (אם היא קיימת) של רוב הפונקציות המתמטיות והשימוש בנגזרת לניתוח התנהגות פונקציונלית.

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

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.

עברית

נזיר הוא קצב שינוי: כמה מהר $y$ משתנה כאשר $x$ משתנה. גיאומטרית, זהו השיפוע של המשיק בנקודה.

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

גבול זה הוא ההגדרה. גזירה מעקרונות ראשונים משתמשת במכפלת ההפרשים עבור h שאינו אפס ולאחר מכן מחשבת את הגבול שלה. גבולים חד-צדדיים שונים, כמו עבור $|x|$ באפס, מונעים קיום נזיר גם כאשר הפונקציה רציפה.

  • חוק הכוחות, בתחום שבו הכוח נגזר: אם $y = x^n$ אזי $\dfrac{dy}{dx} = nx^{\,n-1}$.
  • חוק המכפלה: $(uv)' = u'v + uv'$.
  • חוק המנה, כאשר $v\ne0$: $\left(\dfrac{u}{v}\right)' = \dfrac{u'v - uv'}{v^2}$.
  • חוק השרשרת: אם $y = f(g(x))$ אזי $\dfrac{dy}{dx} = f'(g(x)) \cdot g'(x)$.
  • נקודות עומדות מתקבלות כאשר $f'(x) = 0$. הנגזרת השנייה אזי מסווגת נקודה עומדת כשהיא אינה אפס: שלילית נותנת מקסימום מקומי וחיובית מינימום מקומי. אפס בנגזרת השנייה הוא לא מכריע; יש להשתמש בסימנים של הנגזרות או בעדויות אחרות. נקודת עיקום עומדת יכולה להיות לא אף אחד מקצוות.

דוגמה פותרת. שיפוע המשיק שונה משיפוע המיתר

עקומת y שווה ל-x בריבוע היא בעלת משיק בנקודה (1,1) ומיתר מקוטע המחבר בין (1,1) ל-(2,4).

ידוע: $f(x)=x^2$. המיתר בין x שווה ל-1 ל-2 הוא בעל שיפוע 3, אך הנגזרת ב-x שווה ל-1 היא 2.

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

השיפוע הממוצע על מרווח סופי אינו חייב להיות שווה לשיפוע הרגעי בראשית או בסוף המרווח.

השתמשו בדף התרגול המקורי 3.1 כדי לבדוק את השיטה, התחום והפרשנות מול הפתרונות.

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
differentiation/ˌdɪfəˌrenʃɪˈeɪʃn/ דיפרנציאציה
integration/ˌɪntɪˈɡreɪʃn/ אינטגרציה
derivative/dɪˈrɪvətɪv/ נגזרת
gradient of the tangent/ˈɡreɪdɪənt ɒvðə ˈtændʒənt/ שיפוע המשיק
differentiation from first principles/ˌdɪfəˌrenʃɪˈeɪʃn frɒm fɜːst ˈprɪnsɪplz/ גזירה מהעקרונות הראשוניים
power rule/ˈpaʊə ruːl/ כלל החזקות
product rule/ˈprɒdʌkt ruːl/ כלל המכפלה
quotient rule/ˈkwəʊʃənt ruːl/ כלל המנה
chain rule/tʃeɪn ruːl/ כלל שרשרת
Stationary points/ˈsteɪʃənəri pɔɪnts/ נקודות יציבות
second derivative/ˈsekənd dɪˈrɪvətɪv/ גזירה שנייה
maximum/ˈmæksɪməm/ מקסימום
minimum/ˈmɪnɪməm/ מינימום
fundamental theorem of calculus/ˌfʌndəˈmentl ˈθɪərəm ɒv ˈkælkjʊləs/ המשפט היסודי של החשבנה
indefinite integral/ɪnˈdefɪnət ˈɪntɪɡrəl/ אינטגרל לא מוגדר
constant of integration/ˈkɒnstənt ɒv ˌɪntɪˈɡreɪʃn/ קבוע אינטגרציה
definite integral/ˈdefɪnət ˈɪntɪɡrəl/ אינטגרל מוגדר
Integration by substitution/ˌɪntɪˈɡreɪʃn baɪ ˌsʌbstɪˈtjuːʃn/ אינטגרציה בהצבה
3.2

Integration · ⁨אינטגרציה⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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.

עברית

יחידה 2 מתוך 3 ב-GAC016 מתמטיקה III: קלקולוס ויישומים מתקדמים (רמה III). המודול מוסבר במשך כ-40 שעות לימוד פנים אל פנים בתוספת 20 שעות לימוד עצמאי, והוא מוערך במרכז הלימודים ומנווט על ידי ACT — אין מבחן חיצוני.

תוצאות המודול שהיחידה הזו שואפת להשיג:

מטרות למידה GAC016.2: שימוש בטכניקות אינטגרציה כדי למצוא אינטגרלים לא מוגדרים ואינטגרלים מוגדרים.

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

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.

עברית

אינטגרציה בלתי מוגדרת מוצאת פונקציות אנטי-נגזרות. אינטגרציה מוגדרת מדדה הצטברות עם סימן, שיכולה להשתנות משטח גיאומטרי. עבור פונקציית אינטגרנד רציפה, משפט היסוד של החשבון האינפיניטסימלי מקשר אינטגרל מוגדר להפרש ערכי האנטי-נגזרה בגבולותיו.

  • אינטגרל בלתי מוגדר אין לו גבולות ודורש את קבוע האינטגרציה : $\displaystyle\int x^n\,dx = \frac{x^{\,n+1}}{n+1} + c$ עבור $n \neq -1$.
  • אינטגרל מוגדר יש לו גבולות ונותן מספר: $\displaystyle\int_a^b f(x)\,dx = F(b) - F(a)$.
  • אינטגרציה בהצבה מהפכת חוק השרשרת.
  • ⚠ לשכוח $+c$ באינטגרל בלתי מוגדר הוא הסיבה הנפוצה ביותר לאובדן נקודות מודול, והוא מאבד על שאלות שעניתם עליהן נכון אחרת.

דוגמא פותרת. שטחים שליליים וחיוביים יכולים לבטל זה את זה

הקו y שווה ל-x חוצה את הציר באפס, עם אזורים מצופים בשני הצדדים מעל -1 עד 1.

ידוע: $f(x)=x$ מ-1- עד 1. האינטגרל המוחלט שלו הוא אפס משום שהתרומות השליליות והחיוביות מבטלות זו את זו.

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

שטח גיאומטרי במקום זאת מוסיף את הגדלים של שני האזורים המשולשים.

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

השתמשו בדף התרגילים המקורי 3.2 כדי לבדוק את השיטה, התחום והפרשנות מול הפתרונות שלו.

3.3

Advanced applications · ⁨יישומים מתקדמים⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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.

עברית

יחידה 3 מתוך 3 ב-GAC016 מתמטיקה III: קלקולוס ויישומים מתקדמים (רמה III). המודול מוסבר במשך כ-40 שעות לימוד פנים אל פנים בתוספת 20 שעות לימוד עצמאי, והוא מוערך במרכז הלימודים ומנווט על ידי ACT — אין מבחן חיצוני.

תוצאות המודול שהיחידה הזו שואפת להשיג:

מטרות למידה GAC016.3: יישום טכניקות גזירה ואינטגרציה במגוון בעיות פרקטיות.

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

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.

עברית
  • אופטימיזציה מוצאת את הערך הגדול או הקטן ביותר של כמות: כתבו את הכמות כפונקציה של משתנה אחד בתחום אפשרי הנדרש, גזרו, מצאו מועמדים והוכיחו את האופטימום הנדרש. בדקו גבולות כלולים ובעיות שלמות אם רלוונטי.
  • קצבי שינוי מקושרים בשרשרת: $\dfrac{dV}{dt} = \dfrac{dV}{dr} \times \dfrac{dr}{dt}$.
  • שטח בין שתי עקומות הוא $\displaystyle\int_a^b (f(x) - g(x))\,dx$ כאשר $f$ היא העקומה העליונה בכל תחום זה. חלקו בנקודות חצייה אם הסדר שלהן משתנה.
  • עלות שולית והכנסה שולית הן נגזרות של מודלי עלות והכנסה רציפים הנדרשים. הן קצבים רגעי, ולא בהכרח שינויים מדויקים דיסקרטיים ליחידה אחת.

דוגמא פותרת. היקף קבוע משאיר שטח משתנה אחד

למלבן יש רוחב x ואורך 10 פחות x תחת היקף קבוע של 20 יחידות.

ידוע: למלבן יש היקף 20, ולכן סך האורך והרוחב הוא 10. נתון שרוחב הוא x; האורך הוא $10-x$ וה$0.

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

המועמד המקסימלי הוא $x=5$. מכיוון שה-$A''(x)=-2<0$ והשטח שואפים לאפס בשתי קצוות התחום, מועמד זה הוא המקסימום הגלובלי. מדובר במרובע בגודל 5 על 5 עם שטח 25.

השתמשו בדף התרגילים המקורי 3.3 כדי לבדוק את השיטה, התחום והפרשנות מול הפתרונות שלו.

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
Optimisation/ˌɒptɪmaɪˈzeɪʃn/ אופטימיזציה
Rates of change/reɪts ɒv tʃeɪndʒ/ קצבי שינוי
Area between two curves/ˈeərɪə bɪˈtwiːn tuː kɜːvz/ שטח בין שתי פונקציות
Marginal cost and revenue/ˈmɑːdʒɪnl kɒst ænd ˈrevənjuː/ עלות והכנסה שוליים

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.⁩

More topics in GAC Mathematics · ⁨גאק מתמטיקה⁩ · ⁨נושאים נוספים בGAC Mathematics · ⁨גאק מתמטיקה⁩⁩

Log in or create account · ⁨היכנס או צור חשבון⁩

IGCSE, A-Level & AP