خانه
گاما

درسنامه آموزشی فصل دوم ریاضی و آمار (2) کلاس یازدهم انسانی و معارف

درس 1: توابع ثابت، چند ضابطه‌ای و همانی

بازدید10/3 K
تاریخ بروزرسانی1400/09/15

در سال گذشته با مفاهیم تابع، دامنه و برد آشنا شدیم.

فعالیت (صفحه 22 کتاب درسی)

 

اگر $A = \left\{ { - \frac{1}{2},1,2} \right\}$ و $\left\{ \begin{gathered}
  f:A \to B\,\,\,\,\,\,\,\, \hfill \\
  f(x) = 2{x^2} + 1 \hfill \\ 
\end{gathered}  \right.$ باشد، با توجه به نمایش‌های خوانده شده در سال قبل برای بیان یک رابطه:

الف) در نمایش پیکانی با توجه به ضابطهٔ $f$ و مجموعهٔ $A$، داریم:

بنابراین برد $f$ مجموعهٔ $B = \{ \,\,\,\,\,\,\,\,,\,\,\,\,\,\,\,\,\,,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\} $ است. نمایش پیکانی رابطهٔ فوق بیانگر یک تابع است؛ زیرا از هر عضو مجموعهٔ $A$، دقیقاً ................ خارج شده است.

ب) نمایش زوج مرتبی مثال بالا به‌صورت $f = \{ (\,\,\,\,\,,\frac{3}{2})\,,\,(1\,,\,\,\,\,\,)\,,\,(\,\,\,\,\,,\,9)\} $ است که:

${R_f} = \{ \,\frac{3}{2}\,\,,\,\,\,\,\,,\,\,9\} $    و   ${D_f} = \{ \,\,\,\,\,\,\,,\,1\,\,,\,\,\,\,\,\,\} $

مجموعه‌های دامنه و برد تابع $f$ را تشکیل می‌دهند.

ج) نمایش مختصاتی آن نیز چنین است: تصویر این نقاط بر روی محور $x$ها؛ یعنی $\{ \,\,\,\,\,\,\,,\,1\,\,,\,\,\,\,\,\,\} $ دامنهٔ تابع و تصویر همین نقاط بر روی محور $y$ها $\{ \frac{3}{2},\,\,\,\,\,\,\,,9\} $ برد تابع نامیده می‌شود.

کار در کلاس (صفحه 23 کتاب درسی)

 

ابتدا با پیکان‌های مناسب رابطهٔ خواسته شده را کامل کنید.

1) رابطه‌ای که به هر استان، شهری از خود استان را نسبت می‌دهد.

2) رابطه‌ای که به خالق کتاب، کتابش را نسبت می‌دهد.

حال جدول زیر را با توجه به رابطه‌هایی که در قسمت 1 و 2 «تابع» هستند، کامل کنید.

  نمایش پیکانی نمایش زوج مرتبی نمایش مختصاتی
1

$\{ (\,\,\,\,\,\,\,,\,\,\,\,\,\,\,)\,,\,(\,\,\,\,\,\,\,,\,\,\,\,\,\,\,)\,,\,(\,\,\,\,\,\,\,,\,\,\,\,\,\,\,)\} $

2

$\{ (\,\,\,\,\,\,\,,\,\,\,\,\,\,\,)\,,\,(\,\,\,\,\,\,\,,\,\,\,\,\,\,\,)\,,\,(\,\,\,\,\,\,\,,\,\,\,\,\,\,\,)\} $

با توجه به جدول بالا:

الف) نمایش پیکانی یک رابطه، وقتی تابع است که ..................................................... .
ب) نمایش زوج مرتبی یک رابطه، وقتی تابع است که ................................................... .
ج) نمایش مختصاتی یک رابطه، وقتی تابع است که .................................................... .

تمرین (صفحه 24 کتاب درسی)

 

1) کدام یک از رابطه‌های زیر که با نمودار پیکانی نمایش داده شده‌اند، تابع نیست؟ چرا؟

2) کامل کنید:

$\left\{ \begin{gathered}
  f:A \to B\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \hfill \\
  f(x) = {x^2} - 1 \hfill \\ 
\end{gathered}  \right.$

${D_f} = A = \{ 2\,,\, - 1\,,\,2\} \,\,\,\,\,\,{R_f} = \{ \,\,\,\,\,,\,\,\,\,\,,\,\,\,\,\,\} $

$f$ تابعی خطی از $A$ به $B$
$f(x) = $

${D_f} = \{  - \frac{1}{2}\,,\,0\,,\,2\} \,\,\,\,\,\,{R_f} = \{  - \frac{3}{2}\,,\,0\,,\,6\} $

$\left\{ \begin{gathered}
  f:A \to B \hfill \\
  f(x) = \frac{1}{x} \hfill \\ 
\end{gathered}  \right.$

${D_f} = \{ \,\,\,\,\,,\,\,\,\,\,,\,\,\,\,\,\} \,\,\,\,\,\,{R_f} = \{ 1\,,\,\frac{1}{2}\,,\,\frac{1}{5}\} $

$\left\{ \begin{gathered}
  f:A \to B\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \hfill \\
  f(x) = {(x - 1)^2} \hfill \\ 
\end{gathered}  \right.$

${D_f} = \{ \,\,\,\,\,,\,\,\,\,\,,\,\,\,\,\,\} \,\,\,\,\,\,{R_f} = \{ \,\,\,\,\,,\,\,\,\,\,\} $

انواع توابع (ثابت، چندضابطه‌ای و همانی)

یکی از کاربردهای تابع، «مدل‌سازی مسائل واقعی» است. به مثال زیر توجه کنید:

مدیران یک فروشگاه به دلایلی تصمیم گرفته‌اند هزینهٔ استفاده از توقفگاه فروشگاه را برای مشتریان خود به‌صورت هوشمند تعیین کنند. پیش از این، هزینهٔ استفاده از توقفگاه ثابت بوده است (مستقل از ساعت و روز هفته).

برای اجرای این تصمیم ابتدا به کمک دوربین‌های مداربسته، در ورودی توقفگاه و به کمک «روش مشاهده» تعداد خودرو‌های ورودی در سومین هفتهٔ هر فصل شمارش شده است. با توجه به نبود دادهٔ دورافتاده، برای تعیین تعداد خودروهای ورودی در هر ساعت از روزهای کاری فروشگاه از شاخص آماری میانگین استفاده شده است. این اطلاعات در جدول 1 نمایش داده شده است:

با در نظر گرفتن جدول 1، هزینهٔ توقفگاه از روز شنبه تا چهارشنبه مطابق جدول 2 تعیین شده است:

تابع ثابت (Constant Function)

براساس اطلاعات آماری جدول 1 و 2، نمودار «$n$امین ساعت‌کاری فروشگاه - هزینهٔ دریافتی» را برای روزهای شنبه تا چهارشنبه در نخستین هفتهٔ هوشمندسازی رسم می‌کنیم.

شنبه: در نخستین روز هفته تعداد خودروهای ورودی به توقفگاه همواره در دستهٔ 100-0 قرار می‌گیرند. بنابراین مطابق جدول دو، نمودار زیر به‌دست می‌آید:

این نوع تابع که به‌ازای $n = 1$ تا $n = 12$؛ یعنی در تمام 12 ساعت‌کاری فروشگاه، مقدار ثابت صفر را اختیار کرده است، تابع ثابت نامیده می‌شود. پس ضابطهٔ تابع «هزینهٔ توقفگاه» در این روز به‌صورت $\left\{ \begin{gathered}
  C:A \to B \hfill \\
  C(n) = 0\,\,\,\, \hfill \\ 
\end{gathered}  \right.$ است که در آن $D = \left\{ {n \in N|1 \leqslant n \leqslant 12} \right\}$ دامنهٔ تابع و $R = \{ 0\} $ برد تابع $C$ را تشکیل می‌دهند.

کار در کلاس (صفحه 26 کتاب درسی)

 

یکشنبه: با توجه به میانگین خودروهای ورودی در جدول 1 و هزینهٔ دریافتی مطابق جدول 2، نمودار زیر را کامل کنید.

فعالیت (صفحه 27 کتاب درسی)

 

دوشنبه: با استفاده از جدول 1 و 2 همانند روزهای شنبه و یک‌شنبه، نمودار زیر را برای روز دوشنبه کامل کنید و دامنه و برد و ضابطهٔ تابع را مشخص کنید.

توجه داشته باشید که در این نمودار محور $x$ برخلاف روزهای شنبه و یک شنبه بیانگر زمان ورود خودرو به توقفگاه است.

$\left\{ \begin{gathered}
  C:A \to B \hfill \\
  C(x) = \,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \hfill \\ 
\end{gathered}  \right.$

$D = \{ x \in \mathbb{R}|\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\} \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,R = \{ \,\,\,\,\,\,\,\,\,\} $

- دامنهٔ نمودار در روز دوشنبه چه تفاوتی با دامنه نمودار در روزهای شنبه و یک‌شنبه دارد؟

- تفاوت این دامنه‌ها چه تأثیری بر نمودار تابع دارد؟ چرا؟

تابع چندضابطه‌ای (Piecewise Function)

سه شنبه: با بررسی جدول 1 تعداد خودروهای ورودی از نخستین ساعت کاری فروشگاه تا هشتمین ساعت کاری در دستهٔ 200-100 و در چهار ساعت پایانی ساعت کاری فروشگاه در دستهٔ 400-300 قرار می گیرد. با در نظر گرفتن جدول 2، هزینهٔ استفاده از توقفگاه برای خودرو ها در این روز از این تابع پیروی می کند:

$C(n) = \left\{ \begin{gathered}
  500\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,1 \leqslant n \leqslant 8\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(1) \hfill \\
  1500\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,9 \leqslant n \leqslant 12\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(2) \hfill \\ 
\end{gathered}  \right.$

که ضابطهٔ 1 مربوط به ساعت ورودی اول تا هشتم و ضابطهٔ 2 مربوط به ساعت ورودی نهم تا دوازدهم است و نمودار آن:

کار در کلاس (صفحه 28 کتاب درسی)

 

چهارشنبه: در این روز با توجه به جدول 1 و 2 ضابطهٔ تابع به‌صورت زیر مشخص می‌شود:

$C(n) = \left\{ \begin{gathered}
  0\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,1 \leqslant n \leqslant 6 \hfill \\
  500\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,n = 7 \hfill \\
  1000\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,n = 8 \hfill \\
  1500\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,n = 9 \hfill \\
  2000\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,n = 10 \hfill \\
  2500\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,n = 11 \hfill \\
  3000\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,n = 12 \hfill \\ 
\end{gathered}  \right.\,\,\,\,\,\,\,\,\, \Leftrightarrow C(n) = \left\{ \begin{gathered}
  0\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,1 \leqslant n \leqslant 6 \hfill \\
  (n - 6) \times 500\,\,\,\,\,\,\,\,7 \leqslant n \leqslant 12 \hfill \\ 
\end{gathered}  \right.$

1) نمودار این تابع را رسم کنید:

2) درآمد توقفگاه فروشگاه در این روز چقدر است؟

کار در کلاس (صفحه 29 کتاب درسی)

 

ضابطهٔ تابع و نمودار آن را کامل کنید.

$f(x) = \left\{ \begin{gathered}
  x + 1\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, - 1 \leqslant x \lt 3 \hfill \\
  ...\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,3 \leqslant x \leqslant 6 \hfill \\ 
\end{gathered}  \right.$

فعالیت (صفحه 29 کتاب درسی)

 

نمودار زیر قطاری را نشان می‌دهد که از تهران به مشهد رفته است.

1) مفهوم قسمت‌هایی که نمودار تابع ثابت است چیست؟

2) ضابطهٔ تابع «مکان - زمان» قطار از لحظه رسیدن به شاهرود تا لحظه ترک نیشابور را به‌دست آورید.

3) اگر قطار مطابق ضابطه بخش 5 و بدون توقف در نیشابور به مسیر خود ادامه دهد، در چه زمانی به مشهد می‌رسد؟

تابع همانی (Identity Function)

فعالیت (صفحه 30 کتاب درسی)

 

پنج شنبه: به دلیل افزایش مرتب خودروهای ورودی از نخستین ساعت‌کاری تا دوازدهمین ساعت‌کاری فروشگاه، مدیران شرکت تصمیم گرفته‌اند که از یک مدل «تابع خطی» برای دریافت هزینه از خودروها استفاده کنند. به این معنا که اگر خودرو در $n$امین ساعت‌کاری وارد توقفگاه شود، هزینهٔ دریافتی $n$ واحد (هر واحد 500 تومان)

بنابراین نمودار زیر به‌دست می‌آید:

مجموعه نقاط نمودار را به‌صورت زوج مرتب نشان دهید و دامنه و برد آن را تعیین کنید. چه رابطه‌ای میان دامنه و برد این تابع برقرار است؟ آیا می‌توانید ضابطهٔ این تابع را حدس بزنید؟

اگر این مجموعه نقاط را در نمودار به یکدیگر وصل کنیم، این نمودار بیانگر چه مفهومی است؟ در این حالت دامنه و برد آن چه تغییری می‌کند؟

تمرین (صفحه 31 تا 33 کتاب درسی)

 

1) با توجه به معرفی محور $x$ و $y$ در هر دستگاه مختصات، با هرکدام از توضیحات زیر کدام یک از توابع ثابت، چند ضابطه‌ای یا همانی معرفی می‌شود؟ نمودار هر حالت را با توجه به توضیحات کامل کنید.

الف) به مناسبت روز درخت‌کاری، در یک مدرسه هر دانش‌آموز یک نهال می‌کارد.

ب) هزینهٔ یک لیتر بنزین عادی در هر زمان از شبانه روز در یک پمپ بنزین 1000 تومان است.

ج) برای هر یک متر مربع نقاشی یک ساختمان یک قوطی رنگ کوچک استفاده می‌شود.

د) بلیت یک سینما در سه سانس اول 2000 تومان، در چهار سانس بعدی 3000 تومان و در دو سانس آخر 1500 تومان است.

هـ) دونده‌ای، کنار یک زمین فوتبال، با سرعت ثابت از نقطهٔ $A$ تا نقطهٔ $B$ شروع به دویدن می‌کند و دوباره به نقطهٔ $A$ برمی‌گردد.

2) کدام یک از گزاره‌های زیر درست است؟ چرا؟

الف) اگر دامنه و برد یک تابع برابر باشد، آن تابع همانی است.
ب) اگر دامنهٔ یک تابع همانی مجموعهٔ اعداد حقیقی باشد، آن‌گاه حاصل $f(x) + f( - x)$ همواره برابر صفر است.
ج) اگر $f$ یک تابع ثابت باشد، آنگاه $f(kx) = kf(x)$.

3) اگر $A = \left\{ {(2,b)\,,\,(a,4),\,(7,a + b)} \right\}$ یک تابع ثابت باشد، مقدار $a$ کدام است؟

4) اگر $A = \left\{ {({x_1},{y_1})\,,\,({x_2},{x_2}),\,({x_3},{y_3})} \right\}$ یک تابع ثابت باشد، میانگین، میانه و واریانس مقادیر ${y_1}$، ${y_2}$، ${y_3}$ را به‌دست آورید.

5) کدام یک از نمایش‌های پیکانی زیر یک تابع ثابت را معرفی می‌کند؟

6) در تابع ثابت $:f(x) = c$

الف) مقادیر $f(a)$، $f(b)$ و $f(a + b)$ را مشخص کنید.
ب) اگر در این تابع $:f(a + b) = f(a) \times f(b)$ باشد، $c$ چه مقادیر را اختیار می‌کند؟

7) اگر $A = \left\{ {(a,1)\,,\,(b,2)\,,\,(c,5)} \right\}$ یک تابع همانی باشد، میانگین $a$ و $b$ و $c$ را به‌دست آورید.

8) در هر یک از زوج مرتب های زیر $n \in \mathbb{N}$ را به‌گونه‌ای تعیین کنید که زوج مرتب داده شده روی نیمساز ناحیهٔ اول و سوم باشد.

$(2,{n^2} - 3n + 4)$

$( - 1,{n^2} - 4n + 2)$

9) اگر $f$ یک تابع ثابت با دامنهٔ دو عضوی و $n \in \mathbb{N}$ و $m$ باشد، مقدار $m + t$ را به‌دست آورید.

$f = \left\{ {( - 1,{n^2} - 2n)\,,\,(m - 4,3)\,,\,(m + n,t)} \right\}$

10) ضابطهٔ تابع زیر را مشخص کنید.

11) در تابع $f(x) = \left\{ \begin{gathered}
  x\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,x \lt  - 1 \hfill \\
  {x^2}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, - 1 \leqslant x \leqslant 2 \hfill \\
  5\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,x \gt 2 \hfill \\ 
\end{gathered}  \right.$ حاصل عبارت‌های زیر را به‌دست آورید.

$f(2)$

$f(3) + f( - 1)$

$f( - \sqrt 2 ) + f(\sqrt 3 )$

$f(\sqrt 2 ) + f(\sqrt 5 )$

12) نمودار زیر به کدام داستان مربوط است؟

الف) آوا و مادربزرگش برای قدم زدن در بوستان، از خانه خارج شدند. آنها در ابتدا آهسته قدم می‌زدند و سپس سرعتشان را بیشتر کردند تا به بوستان رسیدند. سپس، از مسیری که آمده بودند، برگشتند و به خانه رسیدند.
ب) علی با دوچرخه‌اش از خانه به سمت بالای تپه روبه‌روی خانه شان حرکت کرد. پس از مدتی شیب تپه کمتر شد تا به بالای تپه رسید. سپس از آنجا از سمت دیگر به پایین تپه سرازیر شد.
ج) محمدرضا برای دویدن روزانه‌اش از خانه خارج شد. هنگام دویدن با دوست خود که در حال دویدن بود، برخورد کرد که باعث شد از سرعت دویدنش کم شود؛ اما بعد از آن با سرعت بیشتری به سمت خانه حرکت کرد و به خانه رسید.

13) اگر هزینهٔ توقفگاه در روز جمعه بر اساس مدت زمان سپری شده از بازگشایی فروشگاه از ساعت 8 صبح از تابع

$C(x) = \left\{ \begin{gathered}
  1\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,0 \leqslant x < 2 \hfill \\
  x + 1\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,2 \leqslant x < 10 \hfill \\
  0\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,10 \leqslant x \leqslant 12 \hfill \\ 
\end{gathered}  \right.$

پیروی کند، با رسم نمودار تابع، هزینهٔ توقفگاه هر خودرو را با توجه به ساعت و زمان ورودش به توقفگاه به کمک نمودار تابع محاسبه کنید. (هر واحد بر روی محور $y$ها معادل 500 تومان است).

14) درآمد فروشگاه از توقفگاه را از روز شنبه تا چهارشنبه در دو حالت زیر مقایسه کنید.

الف) قبل از هوشمندسازی و بر اساس هزینهٔ ثابت 700 تومان برای هر خودرو که مستقل از روز و ساعت ورود به توقفگاه است.
ب) بر اساس هوشمندسازی

در هر دو حالت از اطلاعات جدول 1 استفاده کنید.

درس 1: توابع ثابت، چند ضابطه‌ای و همانی