Opdrachten - Plantyn
Opdrachten - Plantyn
Opdrachten - Plantyn
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Hoofdstuk 3<br />
VERANDERINGEN EN AFGELEIDEN<br />
3.1 Toenamediagrammen<br />
3.2 Gemiddelde verandering over een interval – Differentiequotiënt<br />
3.3 Ogenblikkelijke verandering in een punt – Afgeleide<br />
3.4 Afgeleide functies
3<br />
3.1<br />
Toenamediagrammen<br />
In hoofdstuk 1 onderzochten we reeds grafisch het stijgen en het dalen van functies.<br />
In dit hoofdstuk gaan we hierop dieper in. We zoeken een maat voor het stijgen of het dalen<br />
van een functie in een interval en in een punt.<br />
3.1 Toenamediagrammen<br />
1<br />
Hieronder zie je de grafiek van de temperatuur in Ukkel (in °C) gedurende één<br />
bepaalde dag.<br />
18<br />
T (in °C)<br />
16<br />
14<br />
12<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
t (in uur)<br />
0<br />
3 6 9 12 15 18 21 24<br />
1 We verdelen de 24 uur in 8 gelijke deelintervallen van 3 uur. We kunnen de<br />
temperaturen T en de temperatuursveranderingen T (delta T) dan weergeven<br />
in een tabel. Vul deze tabel verder aan.<br />
tijd t (in uur)<br />
0<br />
3<br />
6<br />
9<br />
12<br />
15<br />
18<br />
21<br />
24<br />
temperatuur T (in °C)<br />
3<br />
4<br />
5<br />
7<br />
14<br />
18<br />
14<br />
10<br />
7<br />
verandering van de<br />
temperatuur T (in °C)<br />
1<br />
...<br />
...<br />
...<br />
...<br />
...<br />
...<br />
...<br />
84
Veranderingen en afgeleiden<br />
3<br />
2 We kunnen deze temperatuursveranderingen ook weergeven met een<br />
toenamediagram.<br />
Vul dit diagram verder aan.<br />
∆T (in °C)<br />
1<br />
0<br />
t (in uur)<br />
3 6 9 12 15 18 21 24<br />
• Voorbeeld<br />
Beschouwen we de functie f(x) x 2 8x.<br />
– We kunnen de verandering van deze functie in het interval [0, 8] weergeven<br />
door aan de tabel van de functiewaarden een verschilrij toe te voegen.<br />
x<br />
0<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
8<br />
f(x)<br />
0<br />
7<br />
12<br />
15<br />
16<br />
15<br />
12<br />
7<br />
0<br />
f(x)<br />
7<br />
5<br />
3<br />
1<br />
1<br />
3<br />
5<br />
7<br />
De getallen in deze verschilrij geven aan met hoeveel f(x) is toegenomen of<br />
afgenomen in elk deelinterval. We stellen deze toename van f(x) voor door<br />
f(x) of “delta f(x)”.<br />
y<br />
15<br />
10<br />
y f(x)<br />
5<br />
1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9<br />
x<br />
– We kunnen de verandering<br />
van deze functie ook<br />
weergeven door op de grafiek<br />
met verticale pijltjes aan te<br />
duiden met hoeveel de<br />
functiewaarden per eenheid<br />
zijn gestegen of gedaald.<br />
Zetten we deze verticale pijltjes<br />
in een aparte figuur, dan<br />
bekomen we een<br />
toenamediagram.<br />
85
3<br />
3.1 Toenamediagrammen<br />
∆y<br />
5<br />
0<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
8<br />
x<br />
9<br />
– Zowel in de verschilrij als in<br />
het toenamediagram zien we<br />
dat f(x) vanaf 1 steeds minder<br />
sterk toeneemt, dat f(x) vanaf<br />
4 begint af te nemen en daarna<br />
steeds meer afneemt.<br />
5<br />
• Algemeen<br />
– Bij een functie kunnen we de verandering (toename of afname) van f(x)<br />
weergeven d.m.v. een verschilrij. Hierbij nemen we voor x deelintervallen<br />
van gelijke lengte. De lengte van die deelintervallen, d.i. de toename van x,<br />
stellen we vaak voor door x (lees: delta x).<br />
De verschilrij geeft dan aan met hoeveel f(x) is toegenomen of afgenomen<br />
in elk deelinterval.<br />
Deze toename of afname stellen we vaak voor door f(x) of y.<br />
– We kunnen deze verandering van f(x) ook grafisch weergeven in een<br />
toenamediagram.<br />
Hierbij zetten we op de x-as deelintervallen van gelijke lengte x uit.<br />
De lengtes f(x) van de verticale pijlen geven dan aan met hoeveel f(x) is<br />
toegenomen of afgenomen in elk deelinterval.<br />
2<br />
Laten we een steen van een toren vallen, dan is de afgelegde weg s (in meter)<br />
ongeveer gegeven door s(t) 5t 2 waarbij t de tijd in seconden voorstelt.<br />
1 Maak een tabel met t, s en s voor de eerste 5 seconden. Neem deelintervallen<br />
van 1 s.<br />
2 Maak een toenamediagram voor de eerste 5 seconden.<br />
3 Welke van de volgende beweringen is correct<br />
a De afgelegde weg vertoont een constante stijging.<br />
b De afgelegde weg vertoont een toenemende stijging.<br />
c De afgelegde weg vertoont een afnemende stijging.<br />
4 Wat betekent dit voor de snelheid van de steen<br />
86
Veranderingen en afgeleiden<br />
3<br />
3<br />
Hieronder links vind je een toenamediagram, met een stapgrootte van 1 dag, van<br />
de koers van de dollar t.o.v. de euro gedurende één week.<br />
Vul de grafiek van de koers van de dollar hieronder rechts verder aan. De<br />
beginkoers (dag 0) was gelijk aan € 0,973.<br />
toename koers $ (in €) koers $ (in €)<br />
0,01<br />
0,98<br />
0,005<br />
0,975<br />
0,005<br />
0 1 2 3 4 5 6 7<br />
t (in dagen)<br />
0,97<br />
0,01<br />
0,965<br />
0<br />
t (in dagen)<br />
1 2 3 4 5 6 7<br />
87
3<br />
3.2 Gemiddelde verandering over een interval – Differentiequotiënt<br />
3.2 Gemiddelde verandering over een interval –<br />
Differentiequotiënt<br />
4<br />
Kathleen heeft een virale infectie. Hoe slecht ze zich voelt, hangt af van de snelheid<br />
waarmee haar temperatuur stijgt.<br />
t (in uur)<br />
0<br />
7<br />
10<br />
12<br />
15<br />
19<br />
24<br />
T (in °C)<br />
36,6<br />
37,0<br />
37,5<br />
38,5<br />
39,0<br />
39,3<br />
38,6<br />
T (in °C)<br />
0,4<br />
...<br />
...<br />
...<br />
...<br />
...<br />
1 Vul de waarden van T verder aan in de tabel.<br />
2 Wat is de gemiddelde stijging van haar temperatuur per uur in elke deelperiode<br />
(in °C/u)<br />
3 Gedurende welke periode van de dag voelt Kathleen zich het slechtst<br />
• Een andere methode om de verandering van een functie weer te geven is de<br />
gemiddelde verandering van de functiewaarden over een interval te bepalen.<br />
Met deze methode kunnen we de veranderingen van een functie ook<br />
vergelijken tussen intervallen met verschillende lengte.<br />
• Voorbeeld<br />
Beschouwen we opnieuw de functie f(x) x 2 8x.<br />
x 1 2 3<br />
x<br />
1<br />
2<br />
4<br />
7<br />
f(x)<br />
7<br />
12<br />
16<br />
7<br />
f(x)<br />
5<br />
4<br />
9<br />
Om de gemiddelde verandering van de functiewaarden in het interval [1, 2] te<br />
zoeken, berekenen we de toename van f(x) per eenheid in het interval [1, 2].<br />
f(x) 12 7 5<br />
We vinden: 1 5.<br />
x 2 1<br />
De gemiddelde verandering van de functiewaarden in het interval [2, 4] is<br />
gelijk aan<br />
f(x) 16 12 4<br />
2 2.<br />
x 4 2<br />
De gemiddelde verandering van de functiewaarden in het interval [4, 7] is<br />
gelijk aan<br />
f(x) 7 16 9<br />
3.<br />
x 7 4 3<br />
88
Veranderingen en afgeleiden<br />
3<br />
We bekijken nu de grafische betekenis y<br />
van deze resultaten.<br />
16<br />
(4, 16) 3<br />
–<br />
14<br />
f(x) 12 7 5 4<br />
Het getal 1<br />
(2, 12)<br />
5 12<br />
x 2 1<br />
2<br />
10<br />
is de richtingscoëfficiënt van de<br />
5<br />
8<br />
verbindingslijn van de punten (1, 7) (1, 7)<br />
6 1<br />
en (2, 12).<br />
9<br />
(7, 7)<br />
–<br />
4<br />
f(x) 16 12 4 y f(x)<br />
Het getal 2 2 2<br />
x 4 2<br />
x<br />
is de richtingscoëfficiënt van de<br />
verbindingslijn van de punten (2, 12)<br />
en (4, 16).<br />
0 1 2 3 4 5 6 7 8<br />
–<br />
f(x) 7 16 9<br />
Het getal 3 is de richtingscoëfficiënt van de<br />
x 7 4 3<br />
verbindingslijn van de punten (4, 16) en (7, 7).<br />
• Algemeen<br />
– De gemiddelde verandering van<br />
een functie f over het interval [a, b]<br />
is gelijk aan:<br />
de verandering van f(x) over [a, b]<br />
<br />
de verandering van x over [a, b]<br />
<br />
f(x)<br />
x<br />
<br />
f(b) f(a)<br />
b a<br />
y<br />
f(b)<br />
0<br />
– Een ander woord voor verandering<br />
is differentie.<br />
x en f(x) zijn dus de differenties van x, resp. f(x).<br />
f(a)<br />
f(<br />
x)<br />
noemen we het differentiequotiënt.<br />
x<br />
(a, f(a))<br />
a<br />
(b, f(b))<br />
y f(x)<br />
∆x<br />
∆f(x)<br />
b<br />
x<br />
– De gemiddelde verandering of het differentiequotiënt van f over het<br />
interval [a, b] is gelijk aan de richtingscoëfficiënt van de verbindingslijn van<br />
de punten (a, f(a)) en (b, f(b)).<br />
We spreken ook over de gemiddelde helling van de grafiek in het interval<br />
[a, b].<br />
5<br />
Bereken de gemiddelde verandering van de volgende functies over het interval<br />
[1, 4].<br />
1 f(x) x 2 3 f(x) x<br />
1 <br />
2 f(x) x 3 4 f(x) x <br />
89
3<br />
3.2 Gemiddelde verandering over een interval – Differentiequotiënt<br />
6<br />
De tabel hieronder geeft een schatting van de bevolking in Europa tussen 400 v.C.<br />
en 1500 n.C.<br />
jaar<br />
400<br />
0<br />
200<br />
700<br />
1 000<br />
1 100<br />
1 200<br />
1 300<br />
1 400<br />
1 500<br />
bevolking<br />
in miljoenen<br />
23<br />
37<br />
67<br />
27<br />
42<br />
48<br />
61<br />
73<br />
45<br />
69<br />
De gemiddelde verandering van de bevolking in het tijdsinterval [400, 0] is gelijk<br />
aan:<br />
verandering van de bevolking<br />
<br />
verandering van de tijd<br />
<br />
14<br />
<br />
400<br />
0,035.<br />
De bevolking nam dus gemiddeld toe met 0,035 miljoen of 350 000 mensen per jaar.<br />
Er zijn twee periodes waarin de Europese bevolking daalde:<br />
• de periode tussen 200 en 700: ondergang van het Romeinse Rijk, volksverhuizingen,<br />
oorlogen ten tijde van de Merovingers, ...<br />
• de periode tussen 1300 en 1400, d.i. de “waanzinnige” 14de eeuw: 100-jarige<br />
oorlog, pest, ...<br />
Tijdens welke van die twee periodes daalde de bevolking het snelst<br />
7<br />
Een van de lastigste beklimmingen uit de Tour de France is ongetwijfeld deze van<br />
de Mont Ventoux. Hieronder vind je een schema van deze beklimming.<br />
plaats<br />
Bédoin<br />
Saint-Estève<br />
Le Chalet Reynard<br />
top Ventoux<br />
horizontale afgelegde<br />
weg (in km)<br />
0<br />
5,5<br />
15<br />
21<br />
hoogte (in m)<br />
275<br />
500<br />
1 419<br />
1 909<br />
1 Bereken de gemiddelde verandering van de hoogte over elk traject in m/km,<br />
in km/km en in %.<br />
2 Welk traject is gemiddeld het meest steile<br />
3 Bepaal de gemiddelde verandering van de hoogte over de totale beklimming<br />
in m/km, in km/km en in %.<br />
8<br />
Christine is met haar auto gestopt voor een verkeerslicht. Als het licht op groen<br />
slaat, trekt ze de auto gedurende 30 seconden op vanuit stilstand.<br />
De afgelegde weg s (in m) is een functie van de tijd t (in s). Het voorschrift is<br />
s(t) 0,6t 2 .<br />
1 Maak een tabel van s(t) voor t gaande van 0 tot 30 seconden met stappen van<br />
5 seconden.<br />
2 Bereken de gemiddelde snelheid, d.i. de gemiddelde verandering van de<br />
afgelegde weg, over het tijdsinterval [10, 20] en over het tijdsinterval [20, 25] in<br />
m/s en in km/u.<br />
90
Veranderingen en afgeleiden<br />
3<br />
3.3 Ogenblikkelijke verandering in een punt – Afgeleide<br />
9<br />
Gegeven is de functie f(x) x 3 7x 2 14x 3. We willen weten of de functie stijgt<br />
of daalt voor x 1.<br />
1 Bereken het differentiequotiënt over het interval [1, 3]. Is de functie stijgend of<br />
dalend over dit interval<br />
2 Plot de grafiek van de functie. Wat kun je zeggen over het stijgen of dalen voor<br />
x 1<br />
3 Hoe zouden we het interval kunnen aanpassen zó dat het differentiequotiënt<br />
wel een goed idee geeft over het stijgen of het dalen voor x 1<br />
• Het differentiequotiënt over een interval geeft de gemiddelde verandering van een<br />
functie over dit interval. Het is dus een maat voor het stijgen of dalen over het<br />
hele interval.<br />
Willen we iets te weten komen over de ogenblikkelijke verandering in een punt,<br />
dan moeten we dit interval kleiner en kleiner maken. We krijgen dan een maat<br />
voor het stijgen of dalen in een bepaald punt.<br />
• Voorbeeld<br />
Beschouwen we opnieuw de functie<br />
f(x) x 2 8x. We zoeken de<br />
ogenblikkelijke verandering van f(x)<br />
voor x 1, m.a.w. we willen een maat<br />
voor het stijgen of het dalen van de<br />
functiewaarden in het punt (1, 7).<br />
y<br />
16<br />
14<br />
12<br />
10<br />
(3, 15)<br />
8<br />
y f(x)<br />
8<br />
Een eerste schatting voor de<br />
6<br />
ogenblikkelijke verandering van f(x)<br />
4<br />
in het punt (1, 7) is de gemiddelde<br />
verandering van f(x) over het interval 2<br />
[1, 3], d.i. is de richtingscoëfficiënt van<br />
0<br />
de verbindinglijn van (1, 7) en (3, 15).<br />
f(x) 15 7 8<br />
We vinden 4.<br />
x 3 1 2<br />
Een betere schatting is de gemiddelde y<br />
verandering van f(x) over het interval 16<br />
[1, 2], d.i. de richtingscoëfficiënt van de 14<br />
verbindinglijn van (1, 7) en (2, 12).<br />
12<br />
f(x) 12 7 5<br />
We vinden: 5. 10<br />
x 2 1 1<br />
8<br />
6<br />
(1, 7)<br />
1<br />
(1, 7)<br />
2<br />
2 3 4<br />
y f(x)<br />
(2, 12)<br />
5<br />
1<br />
x<br />
4<br />
2<br />
0<br />
1<br />
2 3 4<br />
x<br />
91
3<br />
3.3 Ogenblikkelijke verandering in een punt – Afgeleide<br />
Om nog betere schattingen te<br />
bekomen, moeten we inzoomen om<br />
de koorde nog te kunnen tekenen.<br />
We merken dat de grafiek meer en<br />
meer nadert tot een rechte en dat de<br />
verbindingslijn en de grafiek<br />
praktisch samenvallen. De<br />
richtingscoëfficiënt van de rechte,<br />
waartoe we onbeperkt naderen is<br />
gelijk aan de ogenblikkelijke<br />
verandering van f(x) in het<br />
punt (1, 7).<br />
(1,001; 7,0067)<br />
(1, 7)<br />
0,001<br />
y f(x)<br />
0,0067<br />
We zoeken met de rekenmachine de gemiddelde verandering van f(x) over de<br />
intervallen [1; 1,1], [1; 1,01], [1; 1,001] en [1; 1,0001].<br />
We zien dat deze gemiddelde verandering steeds dichter tot 6 nadert. De<br />
ogenblikkelijke verandering van f(x) in het punt (1, 7) is dus gelijk aan 6.<br />
Zoomen we terug uit, dan zien we<br />
dat deze rechte de raaklijn is aan de<br />
grafiek van f in het punt (1, 7). De<br />
ogenblikkelijke verandering van f(x)<br />
in het punt (1, 7) is dus de richtingscoëfficiënt<br />
van de raaklijn t aan de<br />
grafiek van f in het punt (1, 7).<br />
y<br />
16<br />
14<br />
12<br />
10<br />
8<br />
6<br />
(1, 7)<br />
t<br />
y f(x)<br />
4<br />
2<br />
0<br />
1<br />
2 3 4<br />
x<br />
92
Veranderingen en afgeleiden<br />
3<br />
• Ogenblikkelijke verandering van een functie en afgeleide<br />
– Om de ogenblikkelijke verandering van een functie f voor x a te<br />
bepalen, gaan we als volgt te werk:<br />
1 We bepalen de gemiddelde verandering over een interval [a, b]. Deze is<br />
gelijk aan f(<br />
<br />
x)<br />
x<br />
f(b ) f(a)<br />
b .<br />
a<br />
2 We laten de lengte van dit interval [a, b], d.i. x, onbeperkt tot 0 naderen.<br />
– De ogenblikkelijke verandering van een functie f voor x a noemen we de<br />
afgeleide van f voor x a.<br />
We noteren deze afgeleide als f’(a).<br />
• Afgeleide als limiet<br />
– We hebben: als x onbeperkt nadert tot 0, dan nadert f( x)<br />
onbeperkt tot<br />
x<br />
de afgeleide f’(a),<br />
en we noteren dit: als x → 0, dan f( x)<br />
→ f’(a).<br />
x<br />
– We zeggen ook: de limiet van f( x)<br />
als x tot 0 nadert is de afgeleide f’(a),<br />
x<br />
en we noteren dit lim f( x)<br />
f’(a).<br />
x → 0 x<br />
De afgeleide is dus de limiet van het differentiequotiënt.<br />
• Grafische betekenis van de afgeleide<br />
Grafisch vinden we de afgeleide van een functie f voor x a als volgt:<br />
1 We bepalen de gemiddelde helling van<br />
de grafiek van f over een interval [a, b].<br />
Deze is gelijk aan de richtingscoëfficiënt<br />
van de verbindingslijn van<br />
de punten (a, f(a)) en (b, f(b)).<br />
y<br />
f(b)<br />
(b, f(b))<br />
∆y<br />
y f(x)<br />
f(a)<br />
0<br />
(a, f(a))<br />
a<br />
∆x<br />
b<br />
x<br />
2 We zoomen in rond het punt (a, f(a)). De<br />
grafiek van f en de verbindingslijn naderen<br />
tot elkaar. De richtingscoëfficiënt van deze<br />
rechte, waar we onbeperkt toe naderen, is de<br />
afgeleide van f voor x a.<br />
(a, f(a))<br />
y f(x)<br />
93
3<br />
3.3 Ogenblikkelijke verandering in een punt – Afgeleide<br />
3 Wanneer we terug uitzoomen, zien we<br />
dat deze rechte de raaklijn is aan de<br />
grafiek van f in (a, f(a)). De afgeleide<br />
van f voor x a of de helling van de<br />
grafiek in het punt (a, f(a)) is dus de<br />
richtingscoëfficiënt van de raaklijn t aan<br />
de grafiek van f in het punt (a, f(a)).<br />
y<br />
f(b)<br />
f(a)<br />
0<br />
(a, f(a))<br />
a<br />
(b, f(b))<br />
b<br />
y f(x)<br />
x<br />
t<br />
De grafische betekenis van de afgeleide van een functie f voor x a is de<br />
richtingscoëfficiënt van de raaklijn aan de grafiek van f in het punt (a, f(a)).<br />
• Afgeleide en het verloop van een functie<br />
De afgeleide geeft ons een maat voor het stijgen of het dalen van een functie<br />
voor x a.<br />
Is f’(a) 0, dan is de richtingscoëfficiënt van de raaklijn positief. De functie is<br />
dan stijgend voor x a.<br />
Is f’(a) 0, dan is de richtingscoëfficiënt van de raaklijn negatief. De functie is<br />
dan dalend voor x a.<br />
Is f’(a) 0, dan is de richtingscoëfficiënt van de raaklijn gelijk aan 0. De<br />
raaklijn is dan evenwijdig met de x-as. De functie is dan noch stijgend, noch<br />
dalend voor x a.<br />
• Berekening van afgeleiden d.m.v. de rekenmachine<br />
Voorbeeld 1: bepaal de afgeleide van de functie f(x) x 2 voor x 2.<br />
– Benadering met de rekenmachine<br />
We berekenen het differentiequotiënt, enerzijds over de intervallen<br />
[2; 1,9], [2; 1,99], [2; 1,999] en [2; 1,999 9] en anderzijds over<br />
de intervallen [2,1; 2], [2,01; 2], [2,001; 2] en [2,000 1; 2].<br />
We vinden: f’(2) 4. De functie f is dus dalend voor x 2.<br />
94
Veranderingen en afgeleiden<br />
3<br />
– Rechtstreekse bepaling met de rekenmachine<br />
20<br />
of<br />
4 4<br />
Voorbeeld 2: bepaal de afgeleide van de functie f(x) x 2 voor x 0<br />
– Benadering met de rekenmachine<br />
We berekenen het differentiequotiënt, enerzijds over de intervallen [0; 0,1],<br />
[0; 0,01], [0; 0,001] en [0; 0,000 1] en anderzijds over de intervallen [0,1; 0],<br />
[0,01; 0], [0,001; 0] en [0,000 1; 0].<br />
5<br />
We vinden: f’(0) 0. De functie f is noch stijgend, noch dalend voor x 0.<br />
– Rechtstreekse bepaling met de rekenmachine<br />
20<br />
of<br />
4 4<br />
Voorbeeld 3: bepaal de afgeleide van de functie f(x) x 2 voor x 3<br />
– Benadering met de rekenmachine<br />
We berekenen het differentiequotiënt, enerzijds over de intervallen [3; 3,1],<br />
[3; 3,01], [3; 3,001] en [3; 3,000 1] en anderzijds over de intervallen [2,9; 3],<br />
[2,99; 3], [2,999; 3] en [2,999 9; 3].<br />
5<br />
95
3<br />
3.3 Ogenblikkelijke verandering in een punt – Afgeleide<br />
We vinden: f’(3) 6. De functie f is stijgend voor x 3.<br />
– Rechtstreekse bepaling met de rekenmachine<br />
20<br />
of<br />
4 4<br />
5<br />
• Overzicht<br />
gemiddelde verandering van f<br />
x → 0<br />
over het interval [a, b]<br />
differentiequotiënt van f over het<br />
interval [a, b]<br />
f( x)<br />
<br />
x<br />
f(b x → 0<br />
) f(a)<br />
b <br />
a<br />
richtingscoëfficiënt van de<br />
verbindingslijn van de punten<br />
(a, f(a)) en (b, f(b))<br />
maat voor het stijgen of het dalen<br />
van f over het interval [a, b]<br />
gemiddelde helling van de grafiek<br />
van f over het interval [a, b]<br />
x → 0<br />
x → 0<br />
x → 0<br />
ogenblikkelijke verandering<br />
van f voor x a<br />
afgeleide van f voor x a<br />
als x → 0, dan f( x)<br />
→ f’(a).<br />
x<br />
richtingscoëfficiënt van de<br />
raaklijn aan de grafiek van f in<br />
het punt (a, f(a))<br />
maat voor het stijgen of het<br />
dalen van f voor x a<br />
helling van de grafiek in het<br />
punt (a, f(a))<br />
• Toepassing: snelheid<br />
Een beweging wordt vaak bepaald door de afgelegde weg s te geven als functie<br />
van de tijd t.<br />
gt 2<br />
Zo geldt voor een voorwerp in vrije val: s(t) (t in seconden, s in meter).<br />
2<br />
Hierbij is g 9,81 m/s 2 10 m/s 2 , zodat we bij benadering hebben: s(t) 5t 2 .<br />
96
Veranderingen en afgeleiden<br />
3<br />
De snelheid v op het tijdstip t 0<br />
is de ogenblikkelijke<br />
verandering van s(t) voor t t 0<br />
.<br />
De snelheid v op het tijdstip t 0<br />
is dus de afgeleide<br />
van s(t) voor t t 0<br />
, of kort: v(t) s’(t).<br />
Zo is de snelheid (in m/s) van een vallend<br />
voorwerp na 4 s de afgeleide van s(t) 5t 2 voor<br />
t 4.<br />
Met de rekenmachine vinden we dat deze snelheid<br />
gelijk is aan 40 m/s of 144 km/u.<br />
• De afgeleide is een wiskundig instrument om ogenblikkelijke verandering,<br />
helling in een punt en snelheid op een bepaald moment weer te geven. De<br />
afgeleide is daarom een van de kernbegrippen van de wiskunde. De afgeleiden<br />
werden uitgevonden door twee meesterlijke breinen uit de 2de helft van de<br />
17de eeuw: de Engelsman Isaac Newton en de Duitser Gottfried Wilhelm<br />
Leibniz. Meer hierover vind je in de historieken pag. 116 en 187.<br />
10<br />
Bereken met je rekenmachine de afgeleiden van de volgende functies in de<br />
aangegeven x-waarden.<br />
Leid eruit af of de functies stijgend of dalend zijn in die punten.<br />
1 f(x) 3x 2 voor x 2 en x 5<br />
2<br />
2 f(x) voor x 1 en x 2<br />
x<br />
3 f(x) x <br />
voor x 1 en x 4<br />
11<br />
Een kabelspoor heeft de vorm van een parabool.<br />
1 3<br />
Bij deze parabool hoort het voorschrift y x 2 x.<br />
50 10<br />
Bepaal met je rekenmachine de helling in het punt P(5, 2). Zet deze helling om in %.<br />
y<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
x<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10<br />
12<br />
Christine is met haar auto gestopt voor een verkeerslicht. Als het licht op groen<br />
slaat, trekt ze de auto gedurende 30 seconden op vanuit stilstand.<br />
De afgelegde weg s (in m) is een functie van de tijd t (in s). Het voorschrift is<br />
s(t) 0,6 t 2 .<br />
Bereken met je rekenmachine de snelheid van Christine na 20 seconden in m/s en<br />
in km/h.<br />
97
3<br />
3.4 Afgeleide functies<br />
3.4 Afgeleide functies<br />
13<br />
1 Maak d.m.v. je rekenmachine een tabel met de<br />
afgeleiden van de functie f(x) x 2 voor x gelijk aan<br />
5, 4, 3, ...<br />
2 Schrijf de formule die f’(x) geeft voor een<br />
willekeurige waarde van x.<br />
• Afgeleide functie van f(x) x 2<br />
– In de vorige paragraaf bepaalden we de afgeleide van de functie f(x) x 2<br />
voor een aantal concrete waarden van x. Nu bepalen we de afgeleide voor<br />
een willekeurige waarde van x.<br />
1 We berekenen f(x):<br />
f(x) f(x x) f(x)<br />
(x x) 2 x 2<br />
x 2 2x x (x) 2 x 2<br />
2x x (x) 2 .<br />
y<br />
f(x ∆x)<br />
y x 2<br />
2 We berekenen het differentiequotiënt:<br />
∆f(x)<br />
f(<br />
x) 2x x (x) 2<br />
<br />
x<br />
x<br />
2x x.<br />
f(x)<br />
0<br />
x<br />
∆x<br />
x ∆x<br />
x<br />
3 We laten x onbeperkt tot 0 naderen:<br />
f(<br />
x)<br />
→ 2x.<br />
x<br />
De afgeleide van de functie f(x) x 2 voor een willekeurige x-waarde is<br />
dus 2x.<br />
Zo is f’(1) 2 1 2 en f’(2) 2 (2) 4.<br />
De functie f’(x) 2x noemen we de afgeleide functie van f(x).<br />
– Omdat ze voor elke x-waarde de helling of de richtingscoëfficiënt van de<br />
raaklijn in (x, f(x)) geeft, noemt men de afgeleide functie van f ook de<br />
hellingfunctie van f.<br />
De grafiek van f’ noemen we de hellinggrafiek van f. Op deze hellinggrafiek<br />
lezen we immers de helling of de richtingscoëfficiënt van de raaklijnen aan<br />
de grafiek van f af.<br />
Zo zien we op de hellinggrafiek dat f’(1) 2.<br />
98
Veranderingen en afgeleiden<br />
3<br />
De helling of de richtingscoëfficiënt<br />
van de raaklijn aan de grafiek van f<br />
voor x 1 is dus 2. f is dus stijgend<br />
voor x 1.<br />
(2, 4)<br />
1<br />
y<br />
5<br />
4<br />
y x 2<br />
Zo zien we ook op de hellinggrafiek<br />
3<br />
4<br />
dat f’(2) 4.<br />
2<br />
2<br />
De helling of de richtingscoëfficiënt<br />
(1, 1)<br />
van de raaklijn aan de grafiek van f<br />
1<br />
1<br />
voor x 2 is dus 4. f is dus dalend<br />
x<br />
y x 3<br />
voor x 2.<br />
2 1 0 1 2<br />
– Uit het tekenverloop van f’ kunnen we<br />
y<br />
het verloop van de functie f afleiden.<br />
2<br />
x<br />
0<br />
1<br />
2<br />
f'(x) 0 <br />
x<br />
f(x) min <br />
2 1 0 1 2<br />
1<br />
4<br />
Voor x 0 geldt f’(x) 0. De functie f<br />
is dan dalend.<br />
2<br />
3<br />
Voor x 0 geldt f’(x) 0. De functie f<br />
is dan stijgend.<br />
Voor x 0 gaat f’(x) over van negatief<br />
naar positief.<br />
y 2x<br />
4<br />
De functie f gaat dan over van dalend naar stijgend, m.a.w. ze bereikt een<br />
minimum.<br />
• Afgeleide functie van f(x) x 3<br />
– We berekenen de afgeleide van f(x) x 3 voor een willekeurige x-waarde.<br />
1 We berekenen f(x):<br />
f(x) f(x x) f(x)<br />
(x x) 3 x 3<br />
x 3 3x 2 x 3x (x) 2 (x) 3 x 3<br />
3x 2 x 3x (x) 2 (x) 3 .<br />
y<br />
2 We berekenen het differentiequotiënt:<br />
f(x ∆x)<br />
f(<br />
x) 3x 2 x 3x (x) 2 (x) 3<br />
<br />
x<br />
x<br />
3x 2 3x x (x) 2 .<br />
f(x)<br />
∆x<br />
∆f(x)<br />
x<br />
0 x x ∆x<br />
3 We laten x onbeperkt tot 0 naderen:<br />
f(<br />
x)<br />
→ 3x 2 .<br />
x<br />
Besluit: f’(x) 3x 2 . Zo is f’(1) 3 1 2 3.<br />
99
3<br />
3.4 Afgeleide functies<br />
– Op de hellinggrafiek, d.i. de grafiek van<br />
f’(x) 3x 2 lezen we weer de helling of de<br />
richtingscoëfficiënt van de raaklijnen aan<br />
de grafiek van f af.<br />
Zo zien we op de hellinggrafiek dat f’(1) 3.<br />
De helling of de richtingscoëfficiënt van de<br />
raaklijn aan de grafiek van f voor x 1 is dus<br />
3; f is bijgevolg stijgend voor x 1.<br />
– Uit het tekenverloop van f’ leiden we het<br />
verloop van f af.<br />
x<br />
f'(x)<br />
f(x)<br />
<br />
<br />
Voor x 0 geldt f’(x) 0. De functie f is dan<br />
stijgend.<br />
Voor x 0 geldt f’(x) 0. De raaklijn aan de<br />
grafiek van f is dan evenwijdig met de x-as,<br />
maar er is geen extremum (maximum of<br />
minimum) omdat de afgeleide niet van teken<br />
verandert.<br />
0<br />
0<br />
horizontale<br />
raaklijn<br />
<br />
<br />
y<br />
8<br />
y x 3<br />
6<br />
4<br />
2 1 3<br />
x<br />
2 1 0<br />
2<br />
1 2<br />
4<br />
6<br />
8<br />
y<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
3<br />
y 3x 2<br />
2 1 0<br />
2<br />
4<br />
6<br />
8<br />
1 2<br />
x<br />
• Afgeleide functie van f(x) x<br />
y<br />
De grafiek van f is een rechte door de<br />
oorsprong met richtingscoëfficiënt 1.<br />
De grafiek heeft dus overal als helling 1.<br />
De afgeleide is dus 1 voor elke x-waarde.<br />
2<br />
1<br />
2 1 0 1<br />
1<br />
2<br />
1<br />
x<br />
Dus: f’(x) 1.<br />
y x<br />
1<br />
2<br />
• Afgeleide functie van f(x) 1<br />
De grafiek van f is een rechte evenwijdig met<br />
de x-as.<br />
De grafiek heeft dus overal als helling 0.<br />
De afgeleide is dus 0 voor elke x-waarde.<br />
Dus: f’(x) 0.<br />
y<br />
2<br />
2 1<br />
1<br />
0 1<br />
y 1<br />
2<br />
1<br />
2<br />
x<br />
100
Veranderingen en afgeleiden<br />
3<br />
• Afgeleide functie van f(x) x n<br />
We kunnen de vorige resultaten als volgt samenvatten:<br />
– als f(x) 1 x 0 , dan geldt f’(x) 0 0 x 1<br />
– als f(x) x x 1 , dan geldt f’(x) 1 1 x 0<br />
– als f(x) x 2 , dan geldt f’(x) 2x 2 x 1<br />
– als f(x) x 3 , dan geldt f’(x) 3 x 2<br />
We kunnen dit als volgt veralgemenen voor elke n Ù:<br />
Als f(x) x n , dan geldt: f’(x) nx n1 .<br />
• Algemeen<br />
– Nemen we een willekeurige functie f.<br />
De functie y f’(x), die de helling geeft van de grafiek van f in elk punt<br />
(x, f(x)), noemen we de afgeleide functie van f. Eens de afgeleide functie<br />
van een functie f bepaald is, kunnen we gemakkelijk de afgeleide voor een<br />
willekeurige waarde van x bepalen.<br />
– Omdat de afgeleide van f voor x a ook de<br />
helling of de richtingscoëfficiënt is van de<br />
raaklijn aan de grafiek van f in (a, f(a)),<br />
noemen we de afgeleide functie van f ook de<br />
hellingfunctie van f.<br />
De grafiek van de afgeleide functie noemen<br />
we de hellinggrafiek van f.<br />
Op de hellinggrafiek lezen we voor elke<br />
x-waarde de helling of de richtingscoëfficiënt<br />
af van de raaklijn aan de grafiek van f.<br />
y<br />
y f(x)<br />
b<br />
0<br />
max<br />
1<br />
c a<br />
f'(a)<br />
x<br />
– Het verloop van een functie (stijgen, dalen,<br />
extrema) kunnen we afleiden uit de tekentabel<br />
van de afgeleide functie.<br />
y<br />
<br />
x<br />
f'(x)<br />
f(x)<br />
<br />
<br />
b<br />
0<br />
min<br />
<br />
<br />
c<br />
0<br />
max<br />
<br />
<br />
y f'(x)<br />
<br />
b<br />
0 c a<br />
f'(a)<br />
<br />
x<br />
101
3<br />
3.4 Afgeleide functies<br />
• Vergelijking van de raaklijn<br />
Ook om een vergelijking van de raaklijn aan een grafiek te bepalen, maken we<br />
gebruik van afgeleide functies.<br />
Voorbeeld<br />
Bepaal een vergelijking van de raaklijn aan de grafiek van f(x) x 3 in het punt (2, 8).<br />
Uit f’(x) 3x 2 volgt: f’(2) 3 2 2 12.<br />
De raaklijn heeft als richtingscoëfficiënt 12.<br />
Een vergelijking is dus van de vorm y 12x b.<br />
Om b te bepalen, drukken we uit dat de<br />
raaklijn door het punt (2, 8) gaat.<br />
We vinden: 8 12 2 b of b 16.<br />
Een gevraagde vergelijking is dus y 12x 16.<br />
Met de rekenmachine kunnen we de raaklijn<br />
aan een grafiek tekenen en tegelijk een<br />
vergelijking bepalen.<br />
15<br />
1 4<br />
5<br />
14<br />
Bereken de afgeleide functie van de volgende functies. Bepaal daaruit het verloop<br />
(stijgen, dalen, extrema).<br />
1 f(x) x 4 2 f(x) x 5<br />
15<br />
Bepaal, zonder je rekenmachine te gebruiken, een vergelijking van de raaklijn aan<br />
de grafiek van de gegeven functies in de aangegeven punten. Controleer daarna<br />
met je rekenmachine.<br />
1 f(x) x 2 in (4, 16) en in (1, 1) 2 f(x) x 3 in (1, 1) en in , <br />
8<br />
1<br />
2<br />
1<br />
16<br />
Hiernaast vind je de grafiek van een functie f en<br />
daaronder de grafiek van f’.<br />
1 Wat is de afgeleide van f voor x 4, voor<br />
x 0 en voor x 6<br />
2 De hellingfunctie heeft als nulpunten 2 en 4.<br />
Wat betekent dit voor de grafiek van f<br />
3 In het interval [2, 4] is de hellingfunctie<br />
negatief. Wat betekent dit voor de grafiek<br />
van f<br />
y<br />
8<br />
y f(x)<br />
6<br />
4<br />
2<br />
x<br />
4 2 0<br />
2<br />
2 4 6<br />
4<br />
6<br />
8<br />
y<br />
8<br />
y f'(x)<br />
4<br />
4 2 0 2 4 6<br />
x<br />
4<br />
102<br />
8
Veranderingen en afgeleiden<br />
3<br />
17<br />
Hieronder staan zes grafieken van functies. Daaronder staan de grafieken van hun<br />
hellingfuncties, maar niet in de goede volgorde. Zoek bij elke functie de juiste<br />
hellingfunctie.<br />
1 2 3<br />
y<br />
y<br />
y<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
x<br />
1<br />
0<br />
1<br />
x<br />
1<br />
0<br />
1<br />
x<br />
1<br />
1<br />
1<br />
4 5 6<br />
y<br />
y<br />
y<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
x<br />
1<br />
0<br />
1<br />
x<br />
1<br />
0<br />
1<br />
x<br />
1<br />
1<br />
1<br />
a b c<br />
y<br />
y<br />
y<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
x<br />
1<br />
0<br />
1<br />
x<br />
1<br />
0<br />
1<br />
x<br />
1<br />
1<br />
1<br />
d e f<br />
y<br />
y<br />
y<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
x<br />
1<br />
0<br />
1<br />
x<br />
1<br />
0<br />
1<br />
x<br />
1<br />
1<br />
1<br />
103
3<br />
<strong>Opdrachten</strong><br />
OPDRACHTEN<br />
104<strong>Opdrachten</strong><br />
3.1 Toenamediagrammen<br />
EERSTE REEKS<br />
18<br />
19<br />
20<br />
Maak een toenamediagram bij de volgende functies in de gegeven intervallen en<br />
met de gegeven x.<br />
1 f(x) 2x in het interval [5, 5] met x 1.<br />
2 f(x) x 2 4x in het interval [5, 5] met x 1.<br />
1<br />
3 f(x) in het interval [1, 1] met x 0,2.<br />
x<br />
Schets een mogelijke grafiek van de functies die horen bij de volgende<br />
toenamediagrammen en waarbij f(0) gelijk is aan 0.<br />
1<br />
2<br />
4 3 2 1 0 1 2 3 4<br />
Uit de lengte van een dier kan men redelijk nauwkeurig het gewicht afleiden.<br />
lengte l (in cm)<br />
gewicht G (in kg)<br />
∆y<br />
4 3 2 1 0 1 2 3 4<br />
∆y<br />
5<br />
5<br />
5<br />
5<br />
40<br />
7<br />
45<br />
8,7<br />
1 Geef de toename van het gewicht weer door een verschilrij toe te voegen aan<br />
de tabel.<br />
2 Stel de verschilrij grafisch voor in een toenamediagram.<br />
3 Welk gewicht heeft een dier met een lengte van 70 cm volgens deze tabel<br />
x<br />
x<br />
50<br />
10,6<br />
55<br />
12,7<br />
60<br />
15<br />
65<br />
17,5
Veranderingen en afgeleiden<br />
3<br />
TWEEDE REEKS<br />
21<br />
22<br />
23<br />
Hoe ziet het toenamediagram eruit bij een constante functie Bij een<br />
eerstegraadsfunctie Bij een tweedegraadsfunctie<br />
Op een spaarrekening staat € 3000, uitgezet tegen een jaarlijkse intrest van 5%.<br />
Op het einde van het jaar wordt de intrest bij het spaargeld gestort. Er wordt<br />
verder geen geld op de rekening gezet of geld afgehaald.<br />
1 Maak een tabel met het spaarbedrag b gedurende de eerste 5 jaar.<br />
2 Geef de toename van het spaarbedrag weer door een verschilrij b toe te<br />
voegen aan de tabel.<br />
3 Wat kun je zeggen over het toenemen van het spaarbedrag<br />
a De toename is constant.<br />
b De toename stijgt gelijkmatig.<br />
c De toename stijgt steeds sneller.<br />
4 Stel een voorschrift op om het spaarbedrag b (in €) te berekenen in functie van<br />
de tijd t (in jaar).<br />
Onder de daglengte l verstaan we de tijd die verloopt tussen zonsopgang en<br />
zonsondergang.<br />
Hieronder zie je een tabel die de daglengte geeft om de 30 dagen voor Ukkel<br />
tussen 22 december 2002 en 17 december 2003.<br />
datum 22 dec 21 jan 20 feb 22 mrt 21 apr 21 mei<br />
nummer dag t 0 30 60 90 120 150<br />
daglengte l (in uur)<br />
7,9<br />
8,7<br />
1 Geef de verandering l van de daglengte weer door een verschilrij toe te<br />
voegen aan de tabel.<br />
2 Stel de verschilrij grafisch voor in een toenamediagram.<br />
3 In welke periode neemt de daglengte toe Neemt de lengte gelijkmatig toe in<br />
deze periode<br />
4 In welke periode neemt de daglengte af Neemt de lengte gelijkmatig af in<br />
deze periode<br />
10,4<br />
12,3<br />
14,2<br />
15,8<br />
datum 20 jul 19 aug 18 sep 18 okt 17 nov 17 dec<br />
nummer dag t 210 240 270 300 330 360<br />
daglengte l (in uur)<br />
15,9<br />
14,4<br />
12,5<br />
10,6<br />
8,9<br />
8,0<br />
20 jun<br />
180<br />
16,5<br />
105<strong>Opdrachten</strong>
3<br />
<strong>Opdrachten</strong><br />
3.2 Gemiddelde verandering - Differentiequotiënt<br />
106<strong>Opdrachten</strong><br />
EERSTE REEKS<br />
24<br />
25<br />
26<br />
27<br />
Bereken de differentiequotiënten van de volgende functies in de intervallen [2, 4],<br />
[4, 6], [6, 8] en [8, 10]. Wat kun je daaruit besluiten over het verloop van deze<br />
functies in het interval [2, 10]<br />
a de functie stijgt gelijkmatig d de functie daalt steeds sneller<br />
b de functie daalt gelijkmatig e de functie stijgt steeds trager<br />
c de functie stijgt steeds sneller f de functie daalt steeds trager<br />
1 f 1<br />
(x) 0,5x 2 4<br />
2<br />
f 4<br />
(x) x<br />
2 f 2<br />
(x) 3x 2 5 f 5<br />
(x) x 1<br />
3 f 3<br />
(x) x 2 1 6<br />
1<br />
f 6<br />
(x) x<br />
Gegeven zijn de functies f(x) 0,5x 2 , g(x) 0,5x 2 2 en h(x) 0,5x 2 1.<br />
Bereken voor elke functie de gemiddelde verandering over het interval [1, 4]. Wat<br />
stel je vast Hoe kan je dit verklaren<br />
De volgende tabel geeft de groei van een kolonie bacteriën weer.<br />
tijd t (in dagen)<br />
aantal bacteriën N(t)<br />
1 Bereken de gemiddelde toename in de intervallen [0, 2], [2, 4], [4, 6], ..., [10, 12].<br />
2 Hoe evolueert deze gemiddelde toename<br />
TWEEDE REEKS<br />
Waar of niet waar<br />
0<br />
50<br />
2<br />
85<br />
1 Als een functie in elk punt van een interval stijgend is, dan is het differentiequotiënt<br />
van die functie over dit interval positief.<br />
2 Als het differentiequotiënt van een functie over een interval positief is, dan is<br />
die functie stijgend in elk punt van dit interval.<br />
3 Als een functie constant is in een interval, dan is het differentiequotiënt van die<br />
functie over dit interval gelijk aan 0.<br />
4 Als het differentiequotiënt van een functie over een interval gelijk is aan 0, dan<br />
is die functie constant in dit interval.<br />
4<br />
145<br />
6<br />
245<br />
8<br />
420<br />
10<br />
700<br />
12<br />
1200
Veranderingen en afgeleiden<br />
3<br />
28<br />
29<br />
Gegeven zijn de functies f(x) x 3 , g(x) 2x 3 en h(x) 0,25x 3 . Bereken voor elke<br />
functie de gemiddelde verandering over het interval [2, 4]. Wat stel je vast<br />
Hoe kan je dit verklaren<br />
Hieronder zie je de tijden van de twee beste renners in een tijdrit over 55 km in de<br />
Tour de France.<br />
Renner A:<br />
tijd t (in min)<br />
0<br />
32<br />
74<br />
afstand s (in km)<br />
0<br />
25<br />
55<br />
Renner B:<br />
1 Wie won de tijdrit<br />
2 Vergelijk de gemiddelde snelheid (in km/h) van de beide renners over de<br />
eerste 25 km, over de laatste 30 km en over de hele tijdrit.<br />
3.3 Verandering in een punt - Afgeleide<br />
EERSTE REEKS<br />
30<br />
tijd t (in min)<br />
afstand s (in km)<br />
0<br />
0<br />
De onderstaande functies zijn gegeven door hun grafiek. In sommige gevallen is<br />
ook de raaklijn t aan de grafiek getekend. Bepaal telkens de afgeleide van de<br />
functie voor x 2.<br />
1 2 3<br />
y<br />
y<br />
y f(x) y<br />
5<br />
5<br />
6<br />
4<br />
4<br />
5<br />
4<br />
3<br />
3 y f(x)<br />
y f(x)<br />
3<br />
2<br />
2<br />
2<br />
1<br />
1<br />
1<br />
x<br />
x<br />
0 1 2 3 4 5<br />
0 1 2 3 4 5<br />
3 2 1 0<br />
34<br />
25<br />
72<br />
55<br />
1 2 3<br />
t<br />
x<br />
107<strong>Opdrachten</strong>
3<br />
<strong>Opdrachten</strong><br />
108<strong>Opdrachten</strong><br />
31<br />
32<br />
33<br />
34<br />
4 5 6<br />
y<br />
y<br />
y<br />
t<br />
6<br />
5<br />
5<br />
5<br />
4<br />
4<br />
4<br />
3<br />
3<br />
3<br />
t<br />
2<br />
2<br />
2<br />
y f(x)<br />
1<br />
1<br />
1<br />
x<br />
y f(x) x<br />
2 1 0 1 2 3 4<br />
0 1 2 3 4 5<br />
0<br />
Bepaal met je rekenmachine de afgeleiden van de volgende functies in de<br />
aangegeven x-waarden. Leid eruit af of de functies daar stijgend of dalend zijn.<br />
1<br />
1 f(x) x 2 2x voor x 2 3 f(x) voor x 1<br />
x 1<br />
2 f(x) x 4 voor x 0 4 f(x) x 1 voor x 9<br />
TWEEDE REEKS<br />
Bij de volgende bewegingen wordt de afgelegde weg (in m) gegeven als functie<br />
van de tijd (in s).<br />
Bepaal de snelheid in m/s na 1 seconde, na 4 seconden en na 10 seconden.<br />
1 s(t) 0,15 t 2 2 s(t) t t 2<br />
y f(x)<br />
1 2 3 4 5<br />
1<br />
Teken telkens een grafiek die in P(2, 3) een helling heeft gelijk aan 1, 1, 2 en .<br />
2<br />
x
Veranderingen en afgeleiden<br />
3<br />
s in km<br />
10<br />
0 5 10 15<br />
t in min<br />
Bij het buitenrijden van de stad heeft Marleen veel tijd verloren. Zodra zij buiten het<br />
centrum komt duwt zij het gaspedaal dan ook duchtig in. Even buiten de stad wordt zij<br />
echter aangehouden door agent Steven. Die wijst haar op de borden met snelheidsbeperking:<br />
maximum 60 km/h. Marleen beweert dat het onmogelijk is dat zij te snel reed. “Ik<br />
heb in het afgelopen kwartier slechts 10 km afgelegd”, zegt ze, “dat is dus 40 km/h”.<br />
1 Welke twee snelheden verwart Marleen<br />
2 Hierboven vind je een grafiek van de afgelegde weg van Marleen (in km) in<br />
functie van de tijd (in min). Hoe snel reed Marleen ongeveer toen agent Steven<br />
haar aanhield<br />
109<strong>Opdrachten</strong>
3<br />
<strong>Opdrachten</strong><br />
3.4 Afgeleide functies<br />
110<strong>Opdrachten</strong><br />
EERSTE REEKS<br />
35<br />
36<br />
37<br />
38<br />
Bepaal de afgeleide functie van de volgende functies:<br />
1 f(x) x 5 4 f(x) 30<br />
2 f(x) x 8 5 f(x) x t<br />
3 f(x) x 2000 6 f(x) x n1<br />
Bepaal, zonder je rekenmachine te gebruiken, een vergelijking van de raaklijn aan<br />
de grafiek van de gegeven functies in de aangegeven punten. Controleer daarna<br />
met je rekenmachine.<br />
1<br />
1 f(x) x 2 in (2 , f (2)) en in , f 1 2<br />
2 <br />
2 f(x) x 3 in (1 , f (1)) en in , f <br />
Hiernaast vind je de grafiek van een functie f<br />
en daaronder de grafiek van f‘.<br />
1 Wat is de afgeleide van f voor x 4,<br />
voor x 1 en voor x 3<br />
2 De hellingfunctie heeft als nulpunten 3,<br />
1 en 5.<br />
Wat betekent dit voor de grafiek van f<br />
3 In het interval [3, 1] is de hellingfunctie<br />
positief.<br />
Wat betekent dit voor de grafiek van f<br />
4 In het interval [1, 5] is de hellingfunctie<br />
negatief.<br />
Wat betekent dit voor de grafiek van f<br />
Teken een hellinggrafiek bij de volgende functies.<br />
1 y<br />
2<br />
4<br />
2<br />
x<br />
4 2 0 2 4<br />
2<br />
4<br />
y f(x)<br />
2 <br />
3<br />
2 <br />
3<br />
54321<br />
54321<br />
y<br />
4<br />
2<br />
4 2 0 2 4<br />
2<br />
4<br />
y<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
2<br />
4<br />
6<br />
8<br />
y<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
2<br />
4<br />
6<br />
8<br />
0 1 2 3 4 5 6 7<br />
0 1 2 3 4 5 6 7<br />
y f(x)<br />
x<br />
y f(x)<br />
y f'(x)<br />
x<br />
x
Veranderingen en afgeleiden<br />
3<br />
3 y<br />
4<br />
3<br />
1<br />
x<br />
3 1<br />
1<br />
0 1 3<br />
3<br />
y f(x)<br />
y<br />
8<br />
y f(x)<br />
6<br />
4<br />
2<br />
4 2 0 2 4<br />
x<br />
TWEEDE REEKS<br />
39<br />
40<br />
41<br />
1 Onderzoek d.m.v. een tekentabel van de afgeleide het verloop (stijgen, dalen,<br />
extrema) van de functies f(x) x 4 , g(x) x 5 en h(x) x 6 .<br />
2 Veralgemeen deze resultaten voor k(x) x n met n even en n oneven.<br />
1 Bepaal een vergelijking van de raaklijn aan de grafiek van f(x) x 2 voor x a.<br />
2 Waar snijdt deze raaklijn de x-as Waar snijdt ze de y-as<br />
3 Leid hieruit een constructie af van de raaklijn aan de parabool y x 2 in een<br />
willekeurig punt.<br />
1<br />
Waar heeft de grafiek van de volgende functies als helling 1, 0, 2, 2 <br />
1 f(x) x 2 2 f(x) x 3<br />
111<strong>Opdrachten</strong>
3<br />
Herhalingsopdrachten<br />
HERHALINGSOPDRACHTEN<br />
112Herhalingsopdrachten<br />
42<br />
43<br />
44<br />
Hieronder vind je zes grafieken en zes toenamediagrammen. Zet bij elke grafiek<br />
het juiste toenamediagram.<br />
Hieronder staan vier grafieken. Maak bij elke grafiek een tekentabel van de<br />
afgeleide functie.<br />
Gegeven zijn twee tekentabellen van afgeleide functies f’. Voeg aan elke tabel een<br />
derde lijn toe, waarop je aanduidt of de functie f stijgend of dalend is.<br />
1<br />
2<br />
1<br />
gelijkmatig<br />
stijgend<br />
y<br />
x<br />
f'(x)<br />
x<br />
f'(x)<br />
y<br />
2<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
2 1 0 1 2 2 1 0 1 2 2 1 0 1 2 2 1 0 1 2<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
2<br />
2<br />
toenemend<br />
stijgend<br />
y<br />
1 2 3 4<br />
<br />
<br />
3<br />
0 <br />
2<br />
3<br />
afnemend<br />
stijgend<br />
y<br />
y<br />
2<br />
2<br />
0 <br />
4<br />
gelijkmatig<br />
dalend<br />
0<br />
0 <br />
1<br />
y<br />
2<br />
2<br />
0 <br />
5<br />
toenemend<br />
dalend<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
0 0 0 0 0 0<br />
a b c d e f<br />
y<br />
0<br />
x<br />
y<br />
y y y y y<br />
x<br />
0<br />
x 0<br />
x<br />
x 0<br />
0 0<br />
y<br />
4<br />
0 <br />
3,5<br />
6<br />
afnemend<br />
dalend<br />
y<br />
y<br />
2<br />
2<br />
0 <br />
x<br />
x
Veranderingen en afgeleiden<br />
3<br />
45<br />
Gegeven zijn drie functies f met hun hellingfuncties f’. Bepaal telkens de<br />
richtingscoëfficiënt van de raaklijn in de punten A, B, C en D aan de grafiek van f.<br />
1 2 3<br />
y y f(x)<br />
y D<br />
y<br />
A 4<br />
D<br />
4 y f(x)<br />
4<br />
y f(x)<br />
2<br />
2<br />
2<br />
B<br />
D<br />
C x<br />
B C x<br />
C<br />
x<br />
4 2 0 2 4 4 2 0 2 4 4 2 0 2 4<br />
A<br />
2<br />
2<br />
A 2<br />
B<br />
4<br />
4<br />
4<br />
4<br />
y<br />
y f'(x)<br />
2<br />
x<br />
4 2 0 2 4<br />
2<br />
4<br />
4<br />
y<br />
y f'(x)<br />
2<br />
x<br />
4 2 0 2 4<br />
2<br />
4<br />
4<br />
2<br />
y f'(x)<br />
x<br />
4 2 0 2 4<br />
2<br />
4<br />
y<br />
46<br />
47<br />
48<br />
Gegeven zijn de functie f en het punt P(a, f(a)).<br />
Bepaal, zonder je rekenmachine te gebruiken, de afgeleide van f voor x a en een<br />
vergelijking van de raaklijn in P aan de grafiek van f.<br />
Controleer daarna met je rekenmachine.<br />
1 f(x) x 3 en P (1, f(1))<br />
2 f(x) x 4 en P (2, f(2))<br />
3 f(x) x 5 en P (1, f(1))<br />
De volgende tabel geeft de evolutie van de wereldbevolking vanaf 1850.<br />
jaar<br />
aantal mensen<br />
(in miljard)<br />
Bereken de gemiddelde toename van de bevolking in miljoenen per jaar tussen<br />
1850 en 1930, 1930 en 1960, ..., 1987 en 1998. Wat stel je vast<br />
Vic wordt vanaf zijn geboorte om de 3 jaar gewogen. De tabel vind je hieronder.<br />
leeftijd (in jaren)<br />
gewicht (in kg)<br />
0<br />
3<br />
1850<br />
1<br />
3<br />
16<br />
1930<br />
2<br />
6<br />
21<br />
1960<br />
Bepaal de gemiddelde toename van het gewicht van Vic per jaar in elk<br />
leeftijdsinterval. Tijdens welke periode neemt het gewicht van Vic het snelst toe<br />
3<br />
9<br />
28<br />
1975<br />
4<br />
12<br />
37<br />
1987<br />
15<br />
55<br />
5<br />
18<br />
66<br />
1998<br />
6<br />
21<br />
72<br />
113Herhalingsopdrachten
3<br />
Herhalingsopdrachten<br />
114Herhalingsopdrachten<br />
49<br />
50<br />
51<br />
52<br />
Hieronder vind je links vier grafieken van functies en rechts hun hellingsgrafieken.<br />
Plaats bij elke grafiek de juiste hellinggrafiek.<br />
Een wandelaar maakt een tocht van 2 uur. Hij start met een snelheid van 1 km/h.<br />
Elk kwartier laat hij zijn snelheid toenemen met 1 2 km/h.<br />
1 Teken de grafiek van de afgelegde weg s(t) (in km) als functie van de tijd t (in uur).<br />
2 Maak een toenamediagram, waarbij t gelijk is aan één kwartier.<br />
3 Bepaal de afgeleide functie in elk interval van één kwartier.<br />
4 Teken een hellinggrafiek.<br />
Een bol rolt van een hellend vlak. Het verband tussen tijd (in s) en afgelegde weg<br />
(in m) is s(t) 0,2 t 2 .<br />
1 Bereken de gemiddelde snelheid in de tijdsintervallen [1,5; 2], [1,5; 1,6],<br />
[1,5; 1,51] en [1,5; 1,501].<br />
2 Bepaal de snelheid in m/s voor t 1,5.<br />
Een trein vertrekt vanuit stilstand en versnelt eenparig gedurende 20 s. Na die 20 s<br />
is de snelheid 40 m/s (144 km/h). Je ziet hieronder de grafieken van de afgelegde<br />
weg en van de snelheid.<br />
s (in m)<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
I<br />
y<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
x<br />
4 3 2 1 0 1 2 3 4<br />
1<br />
III<br />
2<br />
3<br />
4<br />
IV<br />
5 10 15 20<br />
II<br />
t (in s)<br />
a b<br />
4<br />
c d<br />
3<br />
v (in m/s)<br />
40<br />
Hoe zouden de grafieken er hebben uitgezien als de trein dezelfde afstand in<br />
dezelfde tijd tegen een constante snelheid had afgelegd<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
y<br />
2<br />
1<br />
x<br />
4 3 2 1 0 1 2 3 4<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5 10 15 20<br />
t (in s)
Veranderingen en afgeleiden<br />
3<br />
53<br />
De volgende grafiek toont de valweg s (in meter) van een parachutist als functie<br />
van de tijd t (in seconden). De parachutist is uit een helikopter gesprongen op een<br />
hoogte van 3200 meter.<br />
Gedurende 20 seconden is de beweging versneld,<br />
maar dan wordt de snelheid constant omwille<br />
van de luchtweerstand. Bij het openen van de<br />
parachute neemt de luchtweerstand plotseling<br />
toe, zodat de snelheid sterk daalt. De parachutist<br />
valt nu terug met een constante snelheid,<br />
waarmee hij ook zal landen.<br />
s (in m)<br />
3000<br />
2500<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220<br />
t (in s)<br />
1 Na hoeveel tijd opent de parachutist zijn valscherm Op welke hoogte bevindt<br />
hij zich dan<br />
2 Welke constante snelheid (in km/h) heeft de parachutist tijdens de vrije val<br />
3 Met welke snelheid (in km/h) komt de parachutist op de grond terecht<br />
115Herhalingsopdrachten
Isaac Newton<br />
HISTORIEK<br />
1642 Voortijdig geboren op Kerstdag in het Engelse dorpje<br />
Woolsthorpe (Lincolnshire).<br />
Zijn vader, een gegoede landbouwer, sterft vóór de geboorte<br />
van zijn zoon. Isaac heeft weinig belangstelling voor<br />
schoolwerk, maar is erg creatief in het knutselen van allerlei<br />
speelgoed: vliegers, zonnewijzers, graanmolentjes enz.<br />
1661 Onder invloed van zijn oom, zelf oud-student van Cambridge,<br />
gaat hij studeren aan het Trinity College van de befaamde<br />
universiteit. Hij betaalt zijn onkosten door het opknappen van<br />
allerlei klusjes.<br />
Wiskunde krijgt hij van Isaac Barrow, naast wiskundige ook<br />
een zeer begaafd theoloog.<br />
1665 De builenpest woedt over Engeland. De universiteit wordt gesloten. Newton keert terug<br />
naar de ouderlijke boerderij. Tijdens deze periode ontwikkelt hij zijn belangrijkste<br />
ontdekkingen: de binomiaalformule (1) , de theorie der afgeleiden, de wet van de<br />
zwaartekracht, de samenstelling van het licht.<br />
1667 Hij keert terug naar Cambridge en houdt zich bezig met optisch onderzoek.<br />
1669 Barrow geeft zijn ambt als hoogleraar op ten voordele van zijn 27 jarige leerling Newton.<br />
De publicatie van zijn bevindingen i.v.m. optica, ten gerieve van de Royal Society, bezorgen<br />
hem niet alleen bewondering maar ook afgunst en dwaze kritiek. Deze pijnlijke ervaring<br />
verklaart zijn latere aarzelingen tot publiceren.<br />
1687 Het is slechts op sterk aandringen van zijn vriend, de astronoom Halley, dat Newton<br />
toelating geeft tot publicatie van zijn voornaamste werk: “Philosophiae naturalis principia<br />
Mathematica”, waarin hij zijn visie op de werking van ons zonnestelsel op wiskundige basis<br />
verklaart.<br />
Zijn meeste andere werken worden pas na zijn dood uitgegeven.<br />
1689 Hij wordt verkozen om de universiteit van Cambridge te vertegenwoordigen in het<br />
Parlement.<br />
1696 Hij krijgt een betrekking aan de Munt, waarvan hij later directeur benoemd wordt.<br />
1703 Wordt tot voorzitter van de Royal Society gekozen en wordt tot aan zijn dood jaarlijks<br />
herverkozen.<br />
1705 Hij wordt opgenomen in de ridderorde.<br />
1727 Op 20 maart sterft Sir Isaac Newton en wordt begraven in Westminster Abbey.<br />
(1)<br />
De binomiaalformule is de formule om (a b) n uit te werken, waarbij n een willekeurig reëel getal<br />
is.<br />
116