نشاط 4 ص 7 في كتاب الرياضيات ثالثة ثانوي علوم تجريبية
السؤال:
اشرح كيف يمكن استخدام مبرهنة القيم المتوسطة لإثبات أن الدالة f(x) = x2 + 2x - 3 لها حل وحيد على المجال (-1; 1).
الإجابة:
برهنة:
لنفترض أن الدالة f(x) = x2 + 2x - 3 لها أكثر من حل واحد على المجال (-1; 1). فهذا يعني أنه يوجد نقطتين مختلفتين x1 و x2 على المجال (-1; 1) بحيث f(x1) = f(x2).
بتطبيق مبرهنة القيم المتوسطة على الدالة f(x) على الفترة [x1; x2]، نحصل على وجود قيمة x0 ∈ (x1; x2) بحيث f'(x0) = (f(x2) - f(x1)) / (x2 - x1) = 0.
وبما أن f(x) = x2 + 2x - 3، فإن f'(x) = 2x + 2.
وبالتالي، نحصل على معادلة x0 + 1 = 0.
وهذا يعني أن x0 = -1.
ولكن، -1 لا ينتمي إلى المجال (-1; 1).
وبالتعارض مع فرضية وجود أكثر من حل واحد للدالة f(x) على المجال (-1; 1).
نستنتج أن الدالة f(x) = x2 + 2x - 3 لها حل وحيد على المجال (-1; 1).
التوضيح:
مبرهنة القيم المتوسطة:
تقول هذه المبرهنة أنه إذا كانت الدالة f(x) مستمرة على الفترة [a; b]، فإن هناك قيمة x0 ∈ (a; b) بحيث f'(x0) = (f(b) - f(a)) / (b - a).
تطبيق المبرهنة:
في هذا النشاط، نطبق المبرهنة على الدالة f(x) = x2 + 2x - 3 على الفترة [x1; x2].
وبما أن الدالة f(x) مستمرة على المجال (-1; 1)، فإن هناك قيمة x0 ∈ (x1; x2) بحيث f'(x0) = (f(x2) - f(x1)) / (x2 - x1) = 0.
وبما أن f(x) = x2 + 2x - 3، فإن f'(x) = 2x + 2.
وبالتالي، نحصل على معادلة x0 + 1 = 0.
وهذا يعني أن x0 = -1.
ولكن، -1 لا ينتمي إلى المجال (-1; 1).
وبالتعارض مع فرضية وجود أكثر من حل واحد للدالة f(x) على المجال (-1; 1).
نستنتج أن الدالة f(x) = x2 + 2x - 3 لها حل وحيد على المجال (-1; 1).
الخاتمة:
أثبتنا في هذا النشاط أن الدالة f(x) = x2 + 2x - 3 لها حل وحيد على المجال (-1; 1) باستخدام مبرهنة القيم المتوسطة.