درس اول: تابع نمایی و ویژگیهای آن
از جام حذفی تا یک ضابطه
در جام حذفی با ۳۲ تیم، هر مرحله نصفِ تیمها حذف میشوند: ادامهٔ فرمول را افقی ببین، بعد ادامهٔ فرمول را افقی ببین، بعد ادامهٔ فرمول را افقی ببین و... . اگر مسابقه ادامهٔ فرمول را افقی ببین مرحله داشته باشد، تعداد تیمهای اولیه ادامهٔ فرمول را افقی ببین است. متغیر اینجا در توان نشسته، نه در پایه — و همین تفاوتِ ساده، کلِ رفتارِ تابع را عوض میکند.
قوانین توان (پیشنیاز)
برای ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین، و با یادآوریِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین:
ادامهٔ فرمول را افقی ببینادامهٔ فرمول را افقی ببینتعریف و دو شرطِ آن
هر تابع با ضابطهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین که در آن ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین باشد، تابع نمایی است.
دو شرطِ روی ادامهٔ فرمول را افقی ببین تزئینی نیستند. اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین باشد، ادامهٔ فرمول را افقی ببین میشود؛ یعنی یک تابعِ ثابت، نه نمایی. اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین باشد، توانهای کسری از کار میافتند: ادامهٔ فرمول را افقی ببین اصلاً تعریف نمیشود.
پس ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین نماییاند، اما ادامهٔ فرمول را افقی ببین چندجملهای است، ادامهٔ فرمول را افقی ببین توانی است (متغیر در پایه) و ادامهٔ فرمول را افقی ببین هیچکدام، چون پایه و توان هر دو متغیرند.
نمودار و رفتار
برای ادامهٔ فرمول را افقی ببین جدولِ مقادیر سریع میگوید ماجرا از کجا میآید: ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین. نتیجهاش این است که هر تابعِ نمایی دامنهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین و بردِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین دارد، همیشه از نقطهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین میگذرد (چون ادامهٔ فرمول را افقی ببین)، هرگز محور ادامهٔ فرمول را افقی ببین را قطع نمیکند و یکبهیک است.
| ویژگی | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
|---|---|---|
| رفتار | صعودی | نزولی |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| آسمپتوت افقی | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
همین جهتِ یکنوایی کلیدِ مقایسههاست: اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین آنگاه ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ اما اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین باشد نامساوی برعکس میشود و ادامهٔ فرمول را افقی ببین. مثلاً ادامهٔ فرمول را افقی ببین، در حالی که ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
قرینگی: چون ادامهٔ فرمول را افقی ببین، نمودارهای ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین نسبت به محور ادامهٔ فرمول را افقی ببین قرینهٔ یکدیگرند.
معادلات و نامعادلات نمایی
معادلهای که متغیر در توانش باشد، معادلهٔ نمایی است. چون تابعِ نمایی یکبهیک است:
ادامهٔ فرمول را افقی ببینروشِ استاندارد یعنی یکسانکردنِ پایهها. مثال: ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ هر دو طرف را با پایهٔ ۲ بنویسید: ادامهٔ فرمول را افقی ببین، پس ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین. مثالِ ترکیبی: ادامهٔ فرمول را افقی ببین میشود ادامهٔ فرمول را افقی ببین، یعنی ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین یا ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
وقتی همپایهسازی جواب نداد، سراغِ تغییر متغیر بروید. در ادامهٔ فرمول را افقی ببین قرار دهید ادامهٔ فرمول را افقی ببین:
ادامهٔ فرمول را افقی ببینادامهٔ فرمول را افقی ببین میدهد ادامهٔ فرمول را افقی ببین یعنی ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ اما ادامهٔ فرمول را افقی ببین پذیرفتنی نیست، چون ادامهٔ فرمول را افقی ببین همیشه مثبت است. همین دقت، پرتکرارترین نمرهٔ ازدسترفتهٔ این مبحث است.
در نامعادله، علامتِ پایه سرنوشتساز است:
ادامهٔ فرمول را افقی ببینمثلاً در ادامهٔ فرمول را افقی ببین چون پایه کوچکتر از ۱ است جهتِ نامساوی برمیگردد: ادامهٔ فرمول را افقی ببین، پس ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
رشد و کاهش نمایی
فرمِ عمومیِ رشد ادامهٔ فرمول را افقی ببین با ادامهٔ فرمول را افقی ببین و فرمِ کاهش ادامهٔ فرمول را افقی ببین با ادامهٔ فرمول را افقی ببین است. در پدیدههای واپاشی، نیمهعمر (ادامهٔ فرمول را افقی ببین) مدتی است که مقدارِ ماده نصف میشود:
ادامهٔ فرمول را افقی ببینمثالِ کلاسیک: جمعیتی از ۱۰۰ باکتری که هر نیمساعت دو برابر میشود، پس از ادامهٔ فرمول را افقی ببین ساعت برابرِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین است؛ بعد از ۳ ساعت ادامهٔ فرمول را افقی ببین باکتری.
مهمترین پایه در ریاضیات و علوم، عددِ اویلر است:
ادامهٔ فرمول را افقی ببیندرس دوم: تابع لگاریتمی و ویژگیهای آن
لگاریتم، یعنی وارونِ نمایی
تابعِ نمایی یکبهیک است، پس وارونش هم تابع است. همین وارون را لگاریتم مینامیم:
ادامهٔ فرمول را افقی ببینترجمهٔ سادهاش: ادامهٔ فرمول را افقی ببین همان توانی است که باید ادامهٔ فرمول را افقی ببین را به آن رساند تا ادامهٔ فرمول را افقی ببین به دست بیاید. مثال: ادامهٔ فرمول را افقی ببین چون ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ ادامهٔ فرمول را افقی ببین چون ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ ادامهٔ فرمول را افقی ببین چون ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
دو مبنا آنقدر پرکاربردند که نامِ اختصاصی گرفتهاند: لگاریتم اعشاری با مبنای ۱۰ که مبنایش نوشته نمیشود (ادامهٔ فرمول را افقی ببین) و لگاریتم طبیعی با مبنای ادامهٔ فرمول را افقی ببین که ادامهٔ فرمول را افقی ببین نوشته میشود.
ویژگیها و قوانین
ادامهٔ فرمول را افقی ببینسه قانونِ اصلی، همان قوانینِ تواناند که از آینهٔ لگاریتم عبور کردهاند:
ادامهٔ فرمول را افقی ببیناثباتِ قانونِ اول: فرض کنید ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین، یعنی ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین. آنگاه ادامهٔ فرمول را افقی ببین، پس ادامهٔ فرمول را افقی ببین. قانونِ کسر هم مستقیماً از همین به دست میآید، چون ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
فراتر از کتاب اما پرتکرار در کنکور، سه رابطهٔ زیر است:
ادامهٔ فرمول را افقی ببینو نیز ادامهٔ فرمول را افقی ببین. کاربردِ فوریِ تغییرِ مبنا: ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
محاسبه با تقریب: با ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین میتوان بسیاری از لگاریتمها را بدون ماشینحساب ساخت: ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
نمودار تابع لگاریتمی
نمودارِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین قرینهٔ نمودارِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین نسبت به خطِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین است — و همین تقارن، همهٔ ویژگیهایش را از تابعِ نمایی به ارث میبرد، فقط با جایعوضکردنِ دامنه و برد:
| ویژگی | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
|---|---|---|
| رفتار | صعودی | نزولی |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| آسمپتوت عمودی | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
دامنه ادامهٔ فرمول را افقی ببین و برد ادامهٔ فرمول را افقی ببین است، همهٔ توابعِ لگاریتمی از نقطهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین میگذرند و هیچکدام محورِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین را قطع نمیکنند.
معادلات و نامعادلات لگاریتمی
ادامهٔ فرمول را افقی ببیناما یک شرطِ همیشگی هست که فراموشکردنش جوابِ درست را غلط میکند: هر عبارتِ داخلِ لگاریتم باید مثبت باشد و جوابِ نهایی باید در این شرط بررسی شود.
مثال: ادامهٔ فرمول را افقی ببین. سمتِ چپ را به ادامهٔ فرمول را افقی ببین تبدیل و راست را ادامهٔ فرمول را افقی ببین بنویسید:
ادامهٔ فرمول را افقی ببینادامهٔ فرمول را افقی ببین رد میشود چون ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ تنها جوابِ قابلقبول ادامهٔ فرمول را افقی ببین است.
در نامعادلهها هم دوباره پایه تعیینکننده است: برای ادامهٔ فرمول را افقی ببین رابطهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین به ادامهٔ فرمول را افقی ببین میرسد، و برای ادامهٔ فرمول را افقی ببین به ادامهٔ فرمول را افقی ببین. دو نکتهٔ کوتاهِ مرتبط: اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین آنگاه ادامهٔ فرمول را افقی ببین دقیقاً وقتی ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ و اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین برعکس، ادامهٔ فرمول را افقی ببین وقتی ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
درس سوم: انتقال نمودارها و کاربردها
انتقالها
| ضابطه | تغییر |
|---|---|
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | انتقال به بالا به اندازهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | انتقال به راست به اندازهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | قرینه نسبت به محور ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | قرینه نسبت به محور ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | کشش یا فشردگی عمودی |
چند نمونه: ادامهٔ فرمول را افقی ببین یعنی یک واحد به راست بهعلاوهٔ کششِ عمودیِ ضریبِ ۳؛ ادامهٔ فرمول را افقی ببین یعنی دو واحد به بالا؛ و ادامهٔ فرمول را افقی ببین یعنی یک واحد به راست، که دامنهاش هم به ادامهٔ فرمول را افقی ببین تغییر میکند — انتقالِ افقیِ لگاریتم، آسمپتوتِ عمودی و دامنه را با خودش جابهجا میکند.
برای شناساییِ نمودار از روی ضابطه (و برعکس) چهار پرسش کافی است: در ادامهٔ فرمول را افقی ببین چه مقداری دارد؟ کجا محورِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین را قطع میکند؟ صعودی است یا نزولی (یعنی ادامهٔ فرمول را افقی ببین یا ادامهٔ فرمول را افقی ببین)؟ و آسمپتوتش افقی است (نمایی) یا عمودی (لگاریتمی)؟ آنگاه یک نقطهٔ معلوم، پارامترها را میدهد؛ مثلاً اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین از ادامهٔ فرمول را افقی ببین بگذرد: ادامهٔ فرمول را افقی ببین، پس ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
کاربردها
مقیاس ریشتر: ادامهٔ فرمول را افقی ببین که ادامهٔ فرمول را افقی ببین انرژیِ آزادشده (ارگ) و ادامهٔ فرمول را افقی ببین بزرگیِ زلزله است. برای زلزلهٔ بم (ادامهٔ فرمول را افقی ببین) داریم ادامهٔ فرمول را افقی ببین و برای رودبار-منجیل (ادامهٔ فرمول را افقی ببین) داریم ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ پس منجیل حدود ادامهٔ فرمول را افقی ببین برابر بمِ پرانرژیتر بوده است. همین نکته نشان میدهد چرا مقیاسِ لگاریتمی فریبنده است: یک واحد اختلاف در ریشتر، اختلافِ انرژیِ بسیار بزرگی است.
تراز شدت صوت: ادامهٔ فرمول را افقی ببین با ادامهٔ فرمول را افقی ببین وات بر مترمربع (آستانهٔ شنوایی)؛ صحبتِ معمولی حدود ۶۰ و موتورِ جت حدود ۱۴۰ دسیبل است.
pH: ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ محلولِ خنثی با ادامهٔ فرمول را افقی ببین به ادامهٔ فرمول را افقی ببین میرسد.
رشد جمعیت: ادامهٔ فرمول را افقی ببین، و زمانِ دوبرابرشدن از ادامهٔ فرمول را افقی ببین به دست میآید: ادامهٔ فرمول را افقی ببین. تقریبِ مشهورِ آن قانون ۷۲ است: با نرخِ رشدِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین درصد، جمعیت تقریباً در ادامهٔ فرمول را افقی ببین سال دو برابر میشود.
عمریابی کربن-۱۴: ادامهٔ فرمول را افقی ببین که ۵۷۳۰ سال نیمهعمرِ کربن-۱۴ است؛ اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین باشد، لگاریتمگرفتن از دو طرف میدهد ادامهٔ فرمول را افقی ببین سال.
جمعبندی: دو تابع، یک آینه
| ویژگی | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
|---|---|---|
| دامنه | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| برد | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| قطع با محور ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ندارد |
| قطع با محور ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ندارد | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| آسمپتوت | افقی ادامهٔ فرمول را افقی ببین | عمودی ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| وارون | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
سه تلهٔ پرتکرارِ فصل را همیشه به یاد داشته باشید: متغیر در توان یعنی نمایی و در پایه یعنی توانی؛ بردِ تابعِ نمایی هرگز صفر یا منفی نمیشود، پس هر جوابِ منفی در تغییرِ متغیرِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین باید حذف شود؛ و هر جوابِ معادلهٔ لگاریتمی باید در شرطِ مثبتبودنِ عبارتِ داخلِ لگاریتم آزموده شود، حتی اگر جبراً بیعیب به نظر برسد.