Практическое занятие по теме:
Примеры зависимостей между переменными.
( Примеры зависимостей между переменными в
реальных процессах из смежных дисциплин.Гармонические колебания. Прикладные
задачи.)
Цель: Закрепление теоретических
знаний на примерах
зависимостей между переменными в реальных процессах из смежных дисциплин.
Решение прикладных задач.
Оборудование: Тетради для
практических работ, раздаточный материал.
Время выполнения: 1
час.
Содержание:
Самостоятельная работа
1.
При температуре 0оС
рельс имеет длину l0= 19 м. При возрастании
температуры происходит тепловое расширение рельса и его длина, выраженная в
метрах, меняется по закону l(tо) = l0(1
+ αtо), где α = 1,2·10–5 – коэффициент
теплового расширения в градусах Цельсия в минус первой степени, tо
– температура (в градусах Цельсия). При какой температуре рельс удлинится на
5,7 мм. Ответ выразить в градусах Цельсия.
2.
Выcота над землeй подброшенного вверх мяча меняетcя по закону
, где h — выcота
в метрах, t — время в cекундах, прошедшее c момента броcка.
Cколькоcекунд мяч будет находитьcя на выcоте не менее шести метров?
3.
В ходе раcпада
радиоактивного изотопа, его маccауменьшаетcя по закону ,
где —
начальная маccа изотопа, t (мин) — прошедшее от начального момента
время, T — период полураcпада в минутах. В лаборатории получили
вещеcтво, cодержащее в начальный момент времени мг
изотопа Z, период полураcпада которого T = 8 мин. В течение
cкольких минут маccа изотопа будет не меньше 39 мг?
Теоретический материал:
1.
Линейная функция. Пример линейной функции дает зависимость
между различными шкалами температур. Абсолютная температура Т (по
Кельвину) связана с температурой t0C
на шкале Цельсия формулой t
= T + 2730C.
Другой пример – напряжение в электрической цепи прямо пропорционально силе
тока U = I·R.
Рассмотрим задачу на линейное расширение тел.
Задача. При температуре 0оС рельс имеет длину l0=
12,5 м. При возрастании температуры происходит тепловое расширение рельса
и его длина, выраженная в метрах, меняется по закону l(tо)
= l0(1 + αtо), где α = 1,2·10–5
– коэффициент теплового расширения в градусах Цельсия в минус первой
степени, tо – температура (в градусах Цельсия). При какой
температуре рельс удлинится на 6 мм. Ответ выразить в градусах Цельсия.
Решение. Выразим из заданной формулы t: .
Заметим, , тогда
Ответ: 40.
2.
Квадратичная функция. Среди различных зависимостей,
являющихся квадратичными функциями, можно отметить зависимость пути от
времени при равноускоренном движении (S = v0 t +), зависимость мощности электрического тока при
постоянном сопротивлении от силы тока (Р = R), зависимость площади круга от его
радиуса (S = π) и т.д.
Задача. Выcота над землeй подброшенного
вверх мяча меняетcя по закону , где h — выcота
в метрах, t — время в cекундах, прошедшее c момента броcка.
Cколькоcекунд мяч будет находитьcя на выcоте не менее трeх метров?
Решение. Решим неравенство
|
t1 = 1,4, t2 = 0,2
0,2 ≤ t
≤ 1,4
|
Получили, что решением неравенства
является интервал [0,2;1,4]. Здесь необходимо представить сам процесс полёта
мяча. Мяч подбросили, через 0,2 секунды он достиг высоты 3 метра и полетел
выше, далее начал падать. Через 1,4 секунды опустился до 3 метров и полетел
ниже. То есть мяч будет находиться на высоте не менее трёх метров от 0,2 до
1,4 секунды с момента броска. Значит промежуток времени нахождения на
указанной высоте равен 1,4 – 0,2=1,2 секунды.
Ответ: 1,2 с.
3.
Показательная
функция. Показательная функция очень часто реализуется в физических,
биологических и иных законах. Описание радиоактивного распада связано
с показательной функцией. Количество распадающегося за единицу времени
вещества всегда пропорционально имевшемуся количеству вещества. Радий
распадается в зависимости от времени по закону М = М0·е-kt,
где: Мо – начальное количество радия, k – некоторый коэффициент.
Задача. В ходе раcпада радиоактивного изотопа, его
маccауменьшаетcя по закону ,
где —
начальная маccа изотопа, t (мин) — прошедшее от начального момента
время, T — период полураcпада в минутах. В лаборатории получили
вещеcтво, cодержащее в начальный момент времени мг
изотопа Z, период полураcпада которого T = 10 мин. В течение
cкольких минут маccа изотопа будет не меньше 5 мг?
Решение. Подставим соответственные значения
переменных в формулу:
t = 30.Ответ: 30 минут.
Понятие функции. Область определения
функции. Множество значений функции
Определение. Пусть X – некоторое множество чисел.
Говорят, что на множестве X
задана числовая функция,
если указано правило, с помощью которого каждому числу
x из множества
X ставится в
соответствие некоторое число.
Это принято обозначать так:
y = f (x),
причем в этой записи x называют аргументом
функции или независимой
переменной, а y
называют значением функции,
соответствующим аргументу x .
Множество
X называют областью определения функции f и обозначают D ( f ) .
Множество Y всех
возможных значений функции y = f (x)
называют множеством значений функции f и обозначают E ( f )
(рис. 1).
Рис.1
Примеры решения задач
Часто в задачах
известна формула, задающая функцию f ,
и требуется найти наиболее широкое множество чисел, к которым данную
формулу можно применить. В этом случае указанная задача формулируется так:
«Найти область определения функции y = f (x)». В некоторых
задачах требуется найти не только область определения функции, но и множество
ее значений.
Задача 1. Найти область определения функции
Решение. Указанная функцию представляет собой
результат, полученный при делении числа x4
на число (3 + x) . Поскольку единственным ограничением является запрет
деления на число 0 , то число (3 + x) не
может равняться 0 , то есть .
Ответ. .
Задача 2. Найти область определения функции
Решение. Поскольку квадратный
корень можно извлекать только из неотрицательных чисел, то область
определения данной функции задается неравенством
которое эквивалентно неравенству
и может быть записано в виде.
Решая это
неравенство с помощью метода
интервалов, получим
Ответ. .
Задача 3. Найти область определения функции
Решение. Исходя из определений логарифма и квадратного
корня, область определения данной функции задается следующей
системой неравенств
|
(1)
|
Решая второе неравенство системы с
помощью метода
интервалов,
Получим
Таким образом,
система (1) эквивалентна системе
Решением этой
системы является интервал
Ответ. .
Задача 4 . Найти множество значений функцииy
= 3sin x + 4cos x
Решение. Воспользовавшись формулой
дополнительного угла (вспомогательного аргумента),получимy = 5
sin (x + φ) ,
где
Поскольку множеством
значений функции y = sin (x + φ)
является отрезок [–1, 1], то множеством значений функции y = 5 sin (x +φ) будет отрезок [–5, 5].
Ответ. .
Задача 5 . Найти множество значений функцииy = x2 + 6x + 8
Решение. Поскольку
и для каждого числа существуют
решения уравненияx2 + 6x + 8 = y ,
определяемые формулой
то множеством значений функции
y = x2 + 6x + 8 будет множество .
Ответ. .
Ограниченные и неограниченные функции
Обозначим буквой
X некоторое
множество чисел, входящих в область
определения D ( f )
функции y = f (x).
Определение 1. Функцию y = f (x) называют ограниченной сверху на множестве X ,
если существует такое число a , что для любого x из множества X выполнено неравенство
Определение 2. Функцию y = f (x) называют ограниченной снизу на множестве X ,
если существует такое число b , что для любого x из множества X выполнено неравенство
Определение 3. Функцию y = f (x) называют ограниченной на множестве X ,
если существуют такие числа a и b , что для любого x из множества X выполнено неравенство
Определение 4. Функцию y = f (x) называют неограниченной сверху на множестве X , если для
любого числа a существует
такой x из множества X , для которого выполнено неравенство
Определение 5. Функцию y = f (x) называют неограниченной снизу на множестве X , если для
любого числа b существует
такой x из множества X , для которого выполнено неравенство
Определение 6. Функцию y = f (x) называют неограниченной на множестве X , если эта функция или неограничена сверху, или
неограничена снизу, или неограничена и сверху, и снизу.
Проиллюстрируем эти
определения следующими примерами.
Пример 1.
Функция y = x2 является ограниченной снизу и неограниченной
сверху на множестве
|
Пример 2.
Функция y = – x2 является ограниченной сверху и неограниченной
снизу на множестве
|
Пример 3.
Функция y = x
неограничена сверху и неограничена снизу на
множестве
|
Пример 4.
Функция y = arctg x ограничена на
множестве
|
Рис.1
|
Рис.2
|
Рис.3
|
Рис.4
|
Монотонные
функции
Определение 7. Функцию y = f (x) называют возрастающей на множестве X , если для любых чисел и , удовлетворяющих неравенству
x1 < x2 , выполнено неравенство
Определение 8. Функцию y = f (x) называют убывающей на множестве X , если для любых чисел и , удовлетворяющих неравенству
x1 < x2 , выполнено неравенство
Определение 9. Возрастающие и убывающие
функции называют монотонными/
Пример
5. Функция y
= x2
(рис.
1) является строго убывающей функцией на
множестве и
строго возрастающей на множестве
Пример 6. Функция y = – x2 (рис.
2) является строго возрастающей функцией на
множестве и строго
убывающей на множестве
Пример 7. Функция y = x (рис.
3) является строго возрастающей функцией на
множестве
Пример 8. Функция y = arctg x (рис.
4) является строго возрастающей на
множестве
Четные и нечетные функции
Определение 10. Функцию y = f (x) , определенную на
множестве X ,
называют четной
функцией, если для любого числа
x из множества
X число
– x также принадлежит
множеству X и выполняется
равенство f (– x) = f (x)
Определение 11. Функцию y = f (x) , определенную на
множестве X ,
называют нечетной функцией, если для любого числа x
из множества X
число – x
также принадлежит множеству X
и выполняется равенство f (– x) = – f (x)
Пример 9. Функции y = x2 и y = – x2 являются четными
функциями (рис.
1 и рис.
2), а функции y = x
и y = arctg x являются нечетными
функциями (рис.
3 и рис.
4).
Пример 10. Примерами функций, которые не
являются ни четными, ни нечетными функциями, являются показательные и логарифмические
функции.
Периодические
и непериодические функции. Период функции
Определение 12. Число называют периодом функции y = f (x) , если для любого
числа числа
x + T и
x – T
также принадлежат области
определения D ( f )
и справедливы равенства f ( x + T ) = f (x) , f ( x – T ) = f (x)
Определение 13. Если функция
имеет период, то ее называют периодической. Если же у функции периода нет, то ее называют непериодической.
Замечание 4. Если число T является периодом некоторой
функции, то и число kT ,
где k – любое целое
число, отличное от нуля, также является периодом этой функции.
Пример 11. Функции y = sin x и y = cos x являются периодическими
функциями с периодом 2π , функции y = tg x и y = ctg x являются периодическими
функциями с периодом π .
Пример 12. Показательные, логарифмические и степенные
функции являются непериодическими функциями.
График функции. Свойства графиков четных, нечетных,
периодических функций
Рассмотрим плоскость
с заданной прямоугольной
системой координат Oxy .
Определение 14. Графиком функции y = f (x) называют множество всех точек, координаты которых имеют
вид (x; f (x)) , где .
Замечание 5. График четной функции симметричен
относительно оси ординат Oy
(см., например, рис.
1 и рис.
2), график нечетной функции симметричен
относительно начала координат (см., например, рис.
3 и рис.
4).
Замечание 6. График периодической
функции не изменяется при сдвиге вдоль
оси абсцисс Ox на
период вправо или влево. Поэтому для того, чтобы построить график
периодической функции с периодом T,
достаточно построить график этой функции на любом отрезке оси абсцисс
Ox длины
T, а затем сдвигать его
влево и вправо на расстояния nT ,
где n – любое
натуральное число.
Контрольные вопросы:
1.
Какая величина
называется переменной?
2.
Сформулируйте
определение функциональной зависимости.
3.
Какая зависимость называется прямой пропорциональностью?
4.
Является ли прямая пропорциональность линейной функцией?
5.
Какие процессы описывает линейная функция?
6.
Какая зависимость называется квадратичной? Какие процессы она
описывает?
7.
Какие процессы описывает показательная функция?
8.
Приведите примеры
зависимостей между переменными в реальных процессах.
Требования
к содержанию отчета по работе:
Отчет
о работе должен содержать тему и цель практического занятия.
В
ходе работы должны быть выполнены предложенные задания.
|
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.