شرح الموضوع
الدرس 4: المشتقّة الثانية وتطبيقاتها
- إيجاد المشتقّة الثانية لاقتران.
- تصنيف النقاط الحرجة باستعمال اختبار المشتقّة الثانية.
- إيجاد السرعة المتجهة والتسارع لجسم يتحرَّك في مسار مستقيم.
مسألة اليوم
المشتقة الثانية: نشتقّ الاقتران مرّتين

المشتقّة الثانية
- اقتران المشتقّة اقتران جديد، وهذا يعني أنَّه يُمكِنني اشتقاقه.
- مثال: إذا كان ، فإنَّ مشتقة الاقتران هي .
- والمشتقّة الثانية للاقتران هي .
مثال 1
أجد المشتقّة الثانية لكل اقتران ممّا يأتي:
a)
b)
تصنيف القِيَم الحرجة باستعمال اختبار المشتقّة الثانية
اختبار المشتقة الثانية: عظمى أم صغرى؟
- النقطة الحرجة نقطة ميل مماس الاقتران عندها صفر؛ أي أنّ مشتقة الاقتران عندها تساوي صفرًا، فيُمكِن رسم مماس أفقي عندها.
- سابقًا صنّفتُ النقاط الحرجة بدراسة إشارة المشتقّة الأولى للاقتران.
- الآن أستعمل اختبار المشتقّة الثانية (second derivative test) لتحديد ماهية القيمة الحرجة؛ هل هي عظمى محلية أم صغرى محلية؟
- أوجد المشتقة الأولى: اشتقّ الاقتران، ثم ساوِ مشتقته بالصفر لتجد القِيَم الحرجة.
- أوجد المشتقة الثانية: اشتقّ المشتقة الأولى مرة أخرى.
- عوّض القِيَم الحرجة: عوّض كل قيمة حرجة في المشتقة الثانية، وانظر إلى إشارة الناتج.
- صنّف: سالب يعني قيمة عظمى محلية، وموجب يعني صغرى محلية، وصفر يعني أنّ الاختبار يفشل.
اختبار المشتقّة الثانية
مثال 2
إذا كان: ، فأستعمل اختبار المشتقّة الثانية لإيجاد القِيَم القصوى المحلية للاقتران .
السرعة والتسارع عند الحركة في مسار مستقيم
السرعة والتسارع: ماذا تقول المشتقتان عن الحركة؟
- الموقع يُمثِّل اقترانًا بالنسبة إلى الزمن ، ويُرمَز إليه بالرمز .
- المشتقّة الأولى للاقتران تمثّل السرعة المتجهة، ويُرمَز إليها بالرمز .
- السرعة المتجهة تحدّد سرعة الجسم واتجاه حركته؛ لذا سُمِّيت بهذا الاسم.
- إشارة تحدّد الاتجاه:
- إذا كانت قيمة فإنَّ الجسم يتحرَّك في الاتجاه الموجب.
- إذا كانت قيمة فإنَّ الجسم يتحرَّك في الاتجاه السالب.
- إذا كانت فإنَّ الجسم يكون في حالة سكون لحظي.
- المشتقّة الثانية للاقتران تمثّل التسارع، ويُرمَز إليه بالرمز .
مثال 3
يُمثِّل الاقتران: موقع جسم يتحرَّك في مسار مستقيم، حيث الموقع بالأمتار، و الزمن بالثواني:
a) ما سرعة الجسم عندما ؟
b) في أيِّ اتجاه يتحرَّك الجسم عندما ؟
c) ما تسارع الجسم عندما ؟
d) أجد قِيَم التي يكون عندها الجسم في حالة سكون لحظي.
- توجد تطبيقات حياتية عديدة للسرعة والتسارع، ويُمكِن استعمال هذه التطبيقات لتحليل حركة الأجسام.
مثال 4: من الحياة
من الحياة: حركة أسد الجبال

فهد: يُمكِن نمذجة موقع فهد يطارد فريسته على أرض مستوية مُتحرِّكًا في خط مستقيم باستعمال الاقتران:
، حيث الزمن بالثواني، و الموقع بالأمتار:
a) ما سرعة الفهد بعد 5 ثوانٍ من بَدْء حركته؟
b) ما تسارع الفهد بعد 5 ثوانٍ من بَدْء حركته؟
c) أجد قِيَم التي يكون عندها الفهد في حالة سكون لحظي.
أتدرّب وأحلّ المسائل
تدرّب: اشتقاق وقيم قصوى وحركة
1
2
3
4
5
أجد المشتقّة الثانية لكل اقتران ممّا يأتي عند قيمة المعطاة:
6
7
أستعمل اختبار المشتقّة الثانية لإيجاد القِيَم القصوى المحلية (إنْ وُجِدت) لكل اقتران ممّا يأتي:
8
9
يُمثِّل الاقتران: موقع جسم يتحرَّك على خط مستقيم، حيث الموقع بالأمتار، و الزمن بالثواني:
10 ما سرعة الجسم عندما ؟
11 في أيِّ اتجاه يتحرَّك الجسم عندما ؟
12 ما تسارع الجسم عندما ؟
13 أجد قِيَم التي يكون عندها الجسم في حالة سكون لحظي.

لوح تزلُّج: يتحرَّك رامي في مسار مستقيم على لوح تزلُّج، بحيث يُمكِن نمذجة موقعه باستعمال الاقتران:
، حيث الزمن بالثواني، و الموقع بالأمتار:
14 ما سرعة رامي بعد 6 ثوانٍ من بَدْء حركته؟
15 ما تسارع رامي بعد 6 ثوانٍ من بَدْء حركته؟
16 أجد قِيَم التي يكون عندها رامي في حالة سكون لحظي.
مهارات التفكير العليا
تحدٍّ وتبرير
17 تبرير: إذا كان ، فأُثبِت أنّ: ، أبرّر إجابتي.
18 تبرير: إذا كان: ، فأجد إحداثيي النقطة (أو إحداثيات النقاط) الواقعة على منحنى التي تكون عندها ، أبرّر إجابتي.
19 تحدٍّ: إذا مثَّل الاقتران:
موقع جسم يتحرَّك في مسار مستقيم، حيث الموقع بالأمتار، و الزمن بالثواني، فما سرعة الجسم عندما يكون تسارعه صفرًا؟
20 تحدٍّ: إذا مثَّل الاقتران:
موقع جسم يتحرَّك في مسار مستقيم، حيث الموقع بالأمتار، و الزمن بالثواني، فما تسارع الجسم عندما تكون سرعته صفرًا؟