| English | 意味 |
|---|---|
| average rate of change/ˈævrɪdʒ reɪt ɒv tʃeɪndʒ/ | 平均変化率⟦number⟧ |
| instantaneous rate of change/ˌɪnstənˈteɪnɪəs reɪt ɒv tʃeɪndʒ/ | 瞬間変化率⟦number⟧ |
| difference quotient/ˈdɪfrəns ˈkwəʊʃənt/ | 差商 |
| secant line/ˈsiːkənt laɪn/ | 接線⟦number⟧ |
| tangent line/ˈtændʒənt laɪn/ | 接線⟦number⟧ |
「区間全体」から「一点」へ
- ユニット1では極限の概念を構築した。今こそそれを使って変化量を測定する。
- 区間全体における平均変化率は、総変化量 ÷ 区間の幅である。
- 単一時点における瞬間変化率は、速度計が示すものである。
- これらをつなぐのは極限であり、それがユニット2全体の目的である。
平均変化率=接線の傾き
- $f$ の $x=a$ から $x=b$ までの平均変化率は差分商である:
-
$$\frac{f(b)-f(a)}{b-a}$$
- 幾何学的に見れば、これは $\big(a,f(a)\big)$ と $\big(b,f(b)\big)$ を結ぶ接線(secant line)の傾きである。
- これは平均である:$a$ と $b$ の間で起こったすべてを平滑化した値である。
Find the average rate of change of $f(x)=x^2$ on $[1,3]$.
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$\dfrac{9-1}{3-1}=\dfrac{8}{2}=4$.
The average rate of change over an interval equals the slope of the...
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Average rate = rise over run between the two endpoints = secant slope.
区間を縮小する
- $x=a$ における変化率を得るには、$b$ を $a$ へと近づけ、接線の傾きの動きを見る。
- 区間が縮小するにつれ、接線は $a$ における**接線(tangent line)**へと回転していく。
- その極限の傾きが、$a$ における瞬間変化率である。
- 一点では実際には時間が経過しない — 極限によって「一点での変化率」という意味が生まれる。
*二点目が $a$ へと近づくにつれ、接線の傾きは接線(tangent)の傾きに収束する — それが瞬間変化率である。
Slide the secant into a tangent
y = x²
Move the point along $y=x^2$ — the tangent slope you read off is the instantaneous rate, the limit of the secant slopes.
The instantaneous rate of change at a point equals the slope of the ____ line there.
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It is the limit of secant slopes as the interval shrinks — the tangent slope.
文脈からの変化率の読み取り
- 符号は方向を示す:正の値 → 増加、負の値 → 減少。
- 大きさは速さを示す:絶対値が大きいほど変化が速い。
- 単位が重要である:秒あたりのメートルにおける位置であれば、変化率は $\tfrac{\text{m}}{\text{s}}$ — すなわち速度である。
- つまり、平均変化率=区間全体における接線の傾き、瞬間変化率=一点における接線の傾き。
If the average rate of change of $f$ on $[0,4]$ is $0$, then $f$ must be constant on $[0,4]$.
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It only means $f(0)=f(4)$; $f$ could rise then fall (e.g. go out and come back).
For $f(x)=x^2$, average rates on $[3,3.1]$ and $[3,3.01]$ are $6.1$ and $6.01$. Estimate the instantaneous rate at $x=3$.
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The averages close in on $6$.
A position function has instantaneous rate $-5\,\tfrac{\text{m}}{\text{s}}$ at time $t$. Select all correct readings.
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Negative rate = moving in the negative direction (so position decreases); its magnitude is the speed; and it is the tangent slope.
平均変化率と瞬間変化率は** interchangeable ではない**。$[a,b]$ における平均変化率がゼロであっても、内部のすべての点で瞬間変化率が大きいことがある(外に出て戻ってくるようなケースを想像せよ)。区間が縮小する極限において初めて、平均変化率は瞬間変化率となる。
$f(x)=x^2$ について、$[2,4]$ における平均変化率を求め、$x=2$ における瞬時変化率を推定せよ。
- ⟨$[2,4]$⟩ における平均: $\dfrac{f(4)-f(2)}{4-2}=\dfrac{16-4}{2}=6$。
- ⟨$2$⟩ への縮小: ⟨$[2,2.1]$⟩ において $\dfrac{4.41-4}{0.1}=4.1$;$[2,2.01]$ において $4.01$。
- 平均変化率は $4$ へと収束していく — $x=2$ における瞬間変化率は $4$ である。
$[a,b]$ における平均変化率は差分商 $\frac{f(b)-f(a)}{b-a}$ — 接線(secant line)の傾きである。区間を縮小すると、接線は接線(tangent line)に近づき、その傾きがその点における瞬間変化率となる。