Σενάριο τεσσάρων 2ωρων μαθημάτων διδασκαλίας της Γ Λυκείου στα Μαθηματικά Κατεύθυνσης

Transcript

1 Σενάριο τεσσάρων 2ωρων μαθημάτων διδασκαλίας της Γ Λυκείου στα Μαθηματικά Κατεύθυνσης Τίτλος σεναρίου: Διερεύνηση Θεωρήματος Bolzano (Θ.Β.) και Ενδιάμεσων Τιμών (Θ.Ε.Τ.) Τάξη : Γ Λυκείου Θετικής και Τεχνολογικής Κατεύθυνσης. Εμπλεκόμενες γνωστικές περιοχές Στο σενάριο αυτό θα προσπαθήσουμε να παρουσιάσουμε αναλυτικά το πρώτο θεώρημα, που συναντάμε στην Ανάλυση (Τομέας Μαθηματικών). Προαπαιτούμενες γνώσεις των μαθητών Οι μαθητές θα πρέπει να γνωρίζουν καλά την έννοια της συνάρτησης και της γραφικής της παράστασης. Οι έννοιες αυτές έχουν ειπωθεί σε περασμένες χρονιές καθώς και στην αρχή του 1 ου κεφαλαίου της Ανάλυσης. Τέλος είναι απαραίτητο να γνωρίζουν την εισαγωγή στον ορισμό της Συνέχειας Συνάρτησης, που παρουσιάστηκε διεξοδικά στην αρχή αυτής της παραγράφου 1.8. Στόχοι του σεναρίου Στόχος του σεναρίου είναι οι μαθητές: να γνωρίσουν λίγα πράγματα για τον Καθολικό ιερέα Μαθηματικό Bernard Bolzano ( ). να ερευνήσουν το Θ. B. καθώς και τη γεωμετρική του ερμηνεία. να ελέγξουν αν ισχύει το αντίστροφο του θεωρήματος και αν όχι να το επαληθεύσουν με γραφικά παραδείγματα να δουν τις συνέπειες του. να ασχοληθούν με τις εφαρμογές, που έχει στην ύπαρξη και εύρεση του πλήθους των ριζών μιας συνάρτησης. να γνωρίσουν το Θ.Ε.Τ. και να βρουν την απόδειξή του με τη χρήση του Θ.Β. να δουν τη γεωμετρική ερμηνεία του Θ.Ε.Τ. αλλά και τις συνέπειες που έχει. να ασχοληθούν με τις εφαρμογές του Θ.Ε.Τ. Σελίδα 1

2 Δεξιότητες που αναπτύσσει στους μαθητές είναι να μπορούν να βρίσκουν με το Θ.Β. (και τη Μέθοδο της Διχοτόμησης) τις ρίζες συναρτήσεων βγαλμένες από πραγματικές καταστάσεις, με την χρήση του προγράμματος Excel. Συσχετισμός με το Αναλυτικό Πρόγραμμα του ΚΣΕ Το σενάριο αναφέρετε στο ΑΠΣ και συγκεκριμένα στην ενότητα 1.8 ΣΥΝΕΧΕΙΑ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ του 1 ου κεφαλαίου της Ανάλυσης των Μαθηματικών Θετικής και Τεχνολογικής Κατεύθυνσης της Γ Λυκείου. Μέσα διδασκαλίας υλικά. Για την υλοποίηση του σεναρίου θα χρειαστούμε ένα εργαστήριο με 10 υπολογιστές, που θα έχουν εγκατεστημένα τα προγράμματα GEOGEBRA και EXCEL. Φύλλα εργασίας και έναν υπολογιστή με βιντεοπροβολέα. Στο σχέδιο διδασκαλίας έχω και 3 διευθύνσεις του youtube, στην τάξη όμως μπορώ να παρουσιάσω τα σχετικά video χωρίς να απαιτείται η χρήση του internet. Σχεδιασμός και Διάρκεια Για την υλοποίηση του σεναρίου χρειάζονται 4 διδακτικά 2ωρα. Στο σενάριο οι μαθητές θα γνωρίσουν τα 2 θεωρήματα Θ.Β. και Θ.Ε.Τ. Σε κάθε 2ωρο θα υπάρχει η ύλη, που θα παρουσιαστεί, δραστηριότητες με τις οποίες οι μαθητές θα κατανοούν όσα έχουν ειπωθεί αλλά και εργασίες με τις οποίες θα τους αξιολογώ. Ανάμεσα στα μαθήματα οι μαθητές θα προσπαθούν να τελειώσουν ότι δεν έχει υλοποιηθεί στο μάθημα και να κάνουν τις εργασίες τους. Ανάλυση του περιεχόμενου Το τμήμα θα έχει 20 μαθητές και ανά 2 θα έχουν το δικό τους υπολογιστή. Οι σημειώσεις του μαθήματος θα παρουσιάζονται σε φύλλα WORD με τη χρήση του βιντεοπροβολέα. Όπου χρειάζεται θα χρησιμοποιούμε και τον πίνακα. Σχεδόν σε όλη τη διάρκεια οι μαθητές θα καθοδηγούνται για να χρησιμοποιούν το GΕΟGEBRA προκειμένου να γίνουν πιο κατανοητές οι γεωμετρικές ερμηνείες των θεωρημάτων. Στη διάρκεια κάθε μαθήματος θα γίνει μία μικρή εισήγηση της θεωρίας (διάρκειας 10 λεπτών) ενώ θα συζητάμε τις απορίες που θα ανακύπτουν. Παρακάτω παρουσιάζονται οι σημειώσεις, χωρισμένες Σελίδα 2

3 σε 4 μαθήματα. Ανά 2 οι μαθητές θα έχουν το δικό τους υπολογιστή προκειμένου να εξοικειωθούν με το πρόγραμμα GEOGEBRA αλλά και το EXCEL. Στο 1 ο 2ωρο θα παρουσιάσω ένα κείμενο αφιερωμένο στον Bernard Bolzano προκειμένου να γνωρίσουν τις συνθήκες τις εποχής αλλά και τον άνθρωπο, που ανακάλυψε το θεώρημα, που θα μας απασχολήσει σε αυτό το διδακτικό σενάριο. Στη συνέχεια δοθεί το 1 ο φύλλο εργασίας, στο οποίο μέσω μιας δραστηριότητας θα ανακαλύψουν το θεώρημα Bolzano. Μετά θα γίνει η παρουσίαση του Θ.Β. (σημειώσεις WORD και χρήση video) μέσω του βιντεοπροβολέα. Η γεωμετρική ερμηνεία θα παρουσιαστεί μέσω του GEOGEBRA (εδώ θα χρησιμοποιήσουν και το 1 ο φύλλο εργασίας ). Mε το 2 ο και 3 ο φύλλο εργασίας και τη χρήση του GEOGEBRA θα τονιστεί η αναγκαιότητα των 2 προϋποθέσεων του Θ.Β. Στο 4 ο φύλλο εργασίας οι μαθητές θα διαπιστώσουν ότι το αντίστροφο του Θ.Β. δεν ισχύει. Τέλος θα λυθεί μία άσκηση (εφαρμογή στο Θ.Β.) Για το σπίτι οι μαθητές θα έχουν να μελετήσουν τη θεωρία και μία άσκηση. Στο 2 ο 2ωρο θα συζητηθούν απορίες και θα λυθεί η άσκηση που δόθηκε. Θα γίνει η παρουσίαση των συνεπειών του Θ.Β. (σημειώσεις WORD) μέσω του βιντεοπροβολέα και για κάθε μία θα λυθεί η ανάλογη άσκηση (με εφαρμογή του GEOGEBRA). Tέλος θα λυθούν διαβαθμισμένες ασκήσεις κάνοντας ταυτόχρονα επαλήθευση με το GEOGEBRA (όπου είναι δυνατόν ). Μία από τις ασκήσεις, που θα έχει δοθεί θα είναι και το Θ.Ε.Τ. Θα δοθούν ασκήσεις και θεωρία στο ΘΒ για το σπίτι. Στο 3 ο 2ωρο θα λυθούν οι ασκήσεις του προηγούμενου μαθήματος και θα παρουσιάσω αναλυτικά το Θ.Ε.Τ. (σημειώσεις WORD και χρήση video) μέσω του βιντεοπροβολέα. Στη συνέχεια θα λυθεί μία άσκηση (εφαρμογή του Θ.Ε.Τ.) και μία ακόμη πάνω στο Θ.Β. Στη συνέχεια θα παρουσιαστεί μία συνέπεια του Θ.Ε.Τ. (σημειώσεις WORD) μέσω του βιντεοπροβολέα. Θα δοθούν θεωρία και ασκήσεις για το σπίτι. Στο 4 ο 2ωρο θα λυθούν οι ασκήσεις του προηγούμενου μαθήματος και θα παρουσιάσω αναλυτικά τις υπόλοιπες συνέπειες του Θ.Ε.Τ. Θα λυθούν οι κατάλληλες ασκήσεις με εφαρμογή του GEOGEBRA όπου είναι δυνατόν. Στο τέλος θα γίνει μία γρήγορη αναφορά του Σελίδα 3

4 Θεωρήματος της Διχοτόμησης προκειμένου να γίνει η εβδομαδιαία εργασία,με χρήση του EXCEL, πάνω στην προσεγγιστική εύρεση ρίζας μίας εξίσωσης. Θα δοθούν ασκήσεις και θεωρία για το σπίτι. Η προστιθέμενη παιδαγωγικά αξία είναι ότι οι μαθητές δεν θα δουν μόνο τη θεωρητική προσέγγιση της ενότητας, αλλά θα έχουν τη δυνατότητα χρησιμοποιήσουν το GEOGEBRA, ένα δυναμικό πρόγραμμα που γεφυρώνει το χάσμα, που υπάρχει ανάμεσα στους μαθητές και τα Μαθηματικά. Ειδικότερα με το πρόγραμμα αυτό μπορεί ο μαθητής να πειραματιστεί με πολλές συναρτήσεις και να κατανοήσει ευκολότερα την αξία κάθε προϋπόθεσης, που έχει το Θ.Β. Ουσιαστικά οι μαθητές έχουν διαφορετικές οπτικές γωνίες για κάθε συνάρτηση τόσο αλγεβρικά όσο και γεωμετρικά (πολλαπλές αναπαραστάσεις). Τέλος θα δουν την πρακτική σημασία των μαθηματικών στην ζωή μας μέσω του EXCEL. Παρακάτω παρουσιάζεται όλο το διδακτικό σενάριο, όπως θα γίνει μέσα στην τάξη με τα φύλλα εργασίας και όχι μόνο. Στο σενάριο αυτό προσεγγίζουμε την ύλη αναγνωριστικά, χωρίς ίσως να εμβαθύνουμε αρκετά,όσο χρειάζεται δηλαδή για να προετοιμαστούν οι μαθητές για τις πανελλαδικές εξετάσεις. Σελίδα 4

5 1 ο 2ωρο Μπέρναρντ Μπολζάνο ( ) (Πηγή: ) Σελίδα 5

6 Ο Bernard Bolzano γεννήθηκε στην Πράγα. Το 1796 φοίτησε στο πανεπιστήμιο, όπου σπούδασε μαθηματικά, φιλοσοφία και φυσική. Το 1800 άρχισε τις σπουδές του στη Θεολογία. Το 1805 χειροτονήθηκε ιερέας και αναγορεύτηκε διδάκτορας και το 1806 έγινε τακτικός καθηγητής της Ρωμαιοκαθολικής Θεολογίας στη Φιλοσοφική Σχολή. Ο Bolzano ήταν υπέρμαχος μιας ολοκληρωτικής μεταρρύθμισης του κοινωνικού συστήματος. Οι σοσιαλιστικές του απόψεις τον έφεραν σε σύγκρουση με το κατεστημένο της εποχής, με αποτέλεσμα να διωχθεί από το πανεπιστήμιο το 1819 και να χαρακτηριστεί "αιρετικός". Το συγγραφικό του έργο περιλήφθηκε στον κατάλογο των απαγορευμένων βιβλίων. Οι φιλοσοφικές και λογικές του έρευνες και απόψεις περιλαμβάνονται στο έργο του "Θεωρία της επιστήμης". Εξαιτίας του ότι ήταν απαγορευμένος αναγκαζόταν να δημοσιεύει τις εργασίες του ανώνυμα και σε "περιθωριακές" εκδόσεις. Στον Bolzano οφείλεται ο αυστηρός ε-δ ορισμός του ορίου, καθώς και η πρώτη αναλυτική απόδειξη του γνωστού ως θεωρήματος Bolzano για τις συνεχείς συναρτήσεις. Έδωσε παράδειγμα συνάρτησης παντού συνεχούς και πουθενά παραγωγίσιμης πολύ πριν τον Weirstrass. Οι εργασίες του αυτές ήταν άγνωστες ως το 1881,που τα έφερε στο φως ο Otto Stolz. (Πηγή: ) Σελίδα 6

7 ΕΦΑΡΜΟΓΗ Εκπαιδευτικό Σενάριο 1 ο ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Δίνεται η συνάρτηση f(x) = x 4x + 3. i. Να λυθεί η εξίσωση f(x) = 0. Ποια η γεωμετρική ερμηνεία των ριζών της πιο πάνω εξίσωσης; ii. iii. Είναι η συνάρτηση f συνεχής και αν ναι για πιο λόγο; Να βρεθεί το πρόσημο του γινομένου : f(0).f(2) Να γίνει η γραφική παράσταση της f. Εντοπίστε τα f(0), f(2). Στο διάστημα [0,2] η γραφική παράσταση τέμνει τον χ χ ; Σελίδα 7

8 iv. Ανοίγουμε το πρόγραμμα GEOGEBRA και στην αρχική σελίδα πληκτρολογούμε την εντολή, όπως φαίνεται στην εικόνα, μέσα στην γραμμή εισαγωγής ( κάτω μέρος). Προσοχή όσα πληκτρολογούμε πρέπει να είναι με Αγγλική γραμματοσειρά. Σελίδα 8

9 ΕΡΩΤΗΣΗ Να διατυπωθεί το θεώρημα Bolzano και να γραφτούν οι άμεσες συνέπειες. ΑΠΑΝΤΗΣΗ ΘΕΩΡΗΜΑ BOLZANO Έστω μια συνάρτηση f, ορισμένη σ ένα διάστημα [α, β]. Αν : η f είναι συνεχής στο [α, β] και f(α) f( ) 0 τότε υπάρχει τουλάχιστον ένα x 0 ( ) τέτοιο ώστε f(x 0 ) = 0, δηλαδή υπάρχει μία, τουλάχιστον, ρίζα της εξίσωσης f(x)=0 στο ανοικτό διάστημα (α, β). Γεωμετρική Eρμηνεία Θεωρήματος Bolzano Παρατηρούμε ότι f(α)<0 ενώ f(β)>0 και επειδή η f είναι συνεχής στο [α,β], δηλ. η είναι συνεχόμενη γραμμή τότε σίγουρα θα τέμψει τον χ χ τουλάχιστον μία φορά. Μπορούμε να δούμε και ένα σχετικό video με την παρουσίαση του Θ.Β. στην παρακάτω διεύθυνση: Παρακάτω θα δούμε την αναγκαιότητα των πιο πάνω προϋποθέσεων στο Θ.Β. Σελίδα 9

10 ΕΦΑΡΜΟΓΗ Εκπαιδευτικό Σενάριο 2 ο ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Δίνεται η συνάρτηση f(x) = { χ 5χ + 6 χ χ χ χ >. i. Να εξετάσετε αν f είναι συνεχής στο [0,2]. ii. iii. Να βρεθεί το πρόσημο του γινομένου : f(0).f(2) Ισχύουν και οι 2 προϋποθέσεις του Θ.Β. στο [0,2] ; Είμαστε σίγουροι ότι η f έχει ρίζα στο [0, ]; Ανοίγουμε το πρόγραμμα GEOGEBRA και στην αρχική σελίδα πληκτρολογούμε την εντολή, όπως φαίνεται στην εικόνα, μέσα στην γραμμή εισαγωγής ( κάτω μέρος). Προσοχή όσα πληκτρολογούμε πρέπει να είναι με Αγγλική γραμματοσειρά. Σχεδιάστε τη γραφική παράσταση στο πιο πάνω σύστημα αξόνων Σελίδα 10

11 ΕΦΑΡΜΟΓΗ 3 ο ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Δίνεται η συνάρτηση f(x) =. i. Είναι η συνάρτηση f συνεχής και αν ναι για πιο λόγο; Να βρεθεί το πρόσημο του γινομένου : f(2).f(e ). ii. Ισχύουν οι 2 προϋποθέσεις του Θ.Β. στο [2, e ] ; Είμαστε σίγουροι ότι η f έχει ρίζα στο [2, e ]; Ανοίγουμε το πρόγραμμα GEOGEBRA και στην αρχική σελίδα πληκτρολογούμε την εντολή, όπως φαίνεται στην εικόνα, μέσα στην γραμμή εισαγωγής ( κάτω μέρος). Προσοχή όσα πληκτρολογούμε πρέπει να είναι με Αγγλική γραμματοσειρά. Σχεδιάστε τη γραφική παράσταση στο πιο πάνω σύστημα αξόνων. Προσοχή και στις δύο συναρτήσεις, που μελετήσαμε, είδαμε ότι κάθε φορά δεν ίσχυε μία προϋπόθεση του Θ.Β. και ότι δεν είχαν ρίζες στα δοθέντα διαστήματα. Προφανώς θα μπορούσα να είχα Σελίδα 11

12 δώσει συναρτήσεις, που να μην ίσχυε μία προϋπόθεση του Θ.Β. και να είχαν ρίζες στα δοθέντα διαστήματα. Δηλαδή αυτό που χάνεται είναι η βεβαιότητα ύπαρξης τουλάχιστον μίας ρίζας, που εξασφαλίζουν οι 2 προϋποθέσεις του Θ.Β. Πάμε όμως να δούμε αν ισχύει το αντίστροφο του Θ.Β., δηλ. έστω f συνεχής με μία τουλάχιστον ρίζα στο [α,β] τότε θα ισχύει αναγκαστικά και ότι f(α).f(β)<0 ; Σελίδα 12

13 ΕΦΑΡΜΟΓΗ Εκπαιδευτικό Σενάριο 4 ο ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Δίνεται η συνάρτηση f(x) = χ e. i. Να λυθεί η εξίσωση f(x)=0 i. Είναι η συνάρτηση f συνεχής και αν ναι για πιο λόγο; ii. Nα βρεθεί το πρόσημο του γινομένου : f(-6).f(1). Ισχύουν και οι 2 προϋποθέσεις του Θ.Β. στο [-6,1] ; Ανοίγουμε το πρόγραμμα GEOGEBRA και στην αρχική σελίδα πληκτρολογούμε την εντολή, όπως φαίνεται στην εικόνα, μέσα στην γραμμή εισαγωγής ( κάτω μέρος). Προσοχή όσα πληκτρολογούμε πρέπει να είναι με Αγγλική γραμματοσειρά. Σχεδιάστε τη γραφική παράσταση στο πιο πάνω σύστημα αξόνων Σελίδα 13

14 Από τα παραπάνω καταλαβαίνουμε ότι : Αν υπάρχει ξ (α,β) με f(ξ)=0 και f(α)>0 δεν είναι απαραίτητο να είναι και f(β)<0. Αν υπάρχει ξ (α,β) με f(ξ)=0 δεν είναι απαραίτητο να είναι και f(α).f(β)< (επαν): Θέμα 1 ο Σ-Λ(2Μ) Σελίδα 14

15 ΑΣΚΗΣΗ 1 η i. Δίνεται η συνάρτηση ( ) =, να δειχθεί ότι έχει μία τουλάχιστον ρίζα στο ( ). ii. Ανοίγουμε το πρόγραμμα GEOGEBRA και στην αρχική σελίδα πληκτρολογούμε την εντολή, όπως φαίνεται στην εικόνα, μέσα στην γραμμή εισαγωγής ( κάτω μέρος). Προσοχή όσα πληκτρολογούμε πρέπει να είναι με Αγγλική γραμματοσειρά. Σχεδιάστε τη γραφική παράσταση στο πιο πάνω σύστημα αξόνων. Να διαβαστούν όσα ειπώθηκαν στο μάθημα και ειδικότερα από το σχολικό βιβλίο σελ. 192 (χωρίς το σχόλιο), εφαρμογή σελ. 197 και να γίνει η άσκηση : Α7 / Σελίδα 15

16 2 ο 2ωρο Θα συζητηθούν απορίες και θα λυθεί η άσκηση του προηγούμενου μαθήματος. ΣΥΝΕΠΕΙΕΣ Θ.Β. Έχουμε f(x) και f συνεχής στο [α,β] τότε η f έχει σταθερό πρόσημο στο [α,β], δηλ. f(χ)<0 ή f(χ)>0 για κάθε χ [α,β]. 2005: Θέμα 1 ο Σ-Λ(2Μ) Σελίδα 16

17 ΑΣΚΗΣΗ 2 η i. Έστω g μια συνεχής συνάρτηση για την οποία ισχύει : ( ) =. α. Να λυθεί η εξίσωση ( ) = στο διάστημα [-4,4]. β. Να δείξετε ότι η συνάρτηση g διατηρεί σταθερό πρόσημο στο (-4,4). γ. Να βρεθεί ο τύπος της g αν g(0)=-4. ii. Ανοίγουμε το πρόγραμμα GEOGEBRA και στην αρχική σελίδα πληκτρολογούμε την εντολή, όπως φαίνεται στην εικόνα, μέσα στην γραμμή εισαγωγής ( κάτω μέρος). Προσοχή όσα πληκτρολογούμε πρέπει να είναι με Αγγλική γραμματοσειρά. Σελίδα 17

18 Σχεδιάστε τη γραφική παράσταση στο πιο πάνω σύστημα αξόνων. Αν οι διαδοχικές ρίζες μιας συνεχούς συνάρτησης f σε ένα διάστημα [α,β] τότε η f διατηρεί το πρόσημο της, μεταξύ 2 διαδοχικών ριζών. Για να βρούμε το πρόσημο αυτό απλά επιλέγουμε μία τυχαία τιμή μεταξύ 2 διαδοχικών ριζών και υπολογίζουμε το f( ).Ότι πρόσημο θα έχει το f( ), θα έχει και η f μεταξύ αυτών των 2 διαδοχικών ριζών : ΘΕΜΑ 1 ο Σ-Λ (2Μ) Σελίδα 18

19 ΑΣΚΗΣΗ 3 η i. Να βρείτε το πρόσημο της συνάρτησης f για όλες τις πραγματικές τιμές του χ, όταν : ( ) = +... ii. Ανοίγουμε το πρόγραμμα GEOGEBRA και στην αρχική σελίδα πληκτρολογούμε την εντολή, όπως φαίνεται στην εικόνα, μέσα στην γραμμή εισαγωγής ( κάτω μέρος). Προσοχή όσα πληκτρολογούμε πρέπει να είναι με Αγγλική γραμματοσειρά. Σχεδιάστε τη γραφική παράσταση στο πιο πάνω σύστημα αξόνων. Σελίδα 19

20 ΑΣΚΗΣΗ 4 η i. Δίνεται η εξίσωση =, να δειχθεί ότι έχει μία τουλάχιστον ρίζα στο (1, ). ii. Ανοίγουμε το πρόγραμμα GEOGEBRA και στην αρχική σελίδα πληκτρολογούμε την εντολή, όπως φαίνεται στην εικόνα, μέσα στην γραμμή εισαγωγής ( κάτω μέρος). Προσοχή όσα πληκτρολογούμε πρέπει να είναι με Αγγλική γραμματοσειρά. Σχεδιάστε τη γραφική παράσταση στο πιο πάνω σύστημα αξόνων. Σελίδα 20

21 ΑΣΚΗΣΗ 5 η i. Να δειχθεί ότι η εξίσωση + =, έχει μία τουλάχιστον ρίζα. iii. Ανοίγουμε το πρόγραμμα GEOGEBRA και στην αρχική σελίδα πληκτρολογούμε την εντολή, όπως φαίνεται στην εικόνα, μέσα στην γραμμή εισαγωγής ( κάτω μέρος). Προσοχή όσα πληκτρολογούμε πρέπει να είναι με Αγγλική γραμματοσειρά. Σχεδιάστε τη γραφική παράσταση στο πιο πάνω σύστημα αξόνων. Σελίδα 21

22 ΑΣΚΗΣΗ 6 η i. Δίνεται η εξίσωση = +, να δειχθεί ότι έχει ακριβώς μία ρίζα. ii. Ανοίγουμε το πρόγραμμα GEOGEBRA και στην αρχική σελίδα πληκτρολογούμε την εντολή, όπως φαίνεται στην εικόνα, μέσα στην γραμμή εισαγωγής ( κάτω μέρος). Προσοχή όσα πληκτρολογούμε πρέπει να είναι με Αγγλική γραμματοσειρά. Σχεδιάστε τη γραφική παράσταση στο πιο πάνω σύστημα αξόνων. Σελίδα 22

23 ΑΣΚΗΣΗ 7 η i. Έστω η συνάρτηση f : [0,1] ( ) συνεχής.να δειχθεί ότι υπάρχει τουλάχιστον ένα ( ) τέτοιο ώστε: ( ) = ( ) ii. Έστω μια συνάρτηση f, ορισμένη σ ένα διάστημα [α, β]. Αν : η f είναι συνεχής στο [α, β] και f(α) ( ) τότε για κάθε αριθμό (η) μεταξύ των f(α) και f(β) υπάρχει τουλάχιστον ένα ( ) τέτοιο ώστε ( ) = Η τελευταία άσκηση αποτελεί το γνωστό Θεώρημα Ενδιάμεσων Τιμών (Θ.Ε.Τ.), που είναι η γενίκευση του Θ.Β. Να διαβαστούν οι σελίδες 192 (από το σχόλιο) και 193 ΑΣΚΗΣΕΙΣ για το σπίτι από το σχολικό βιβλίο: Α6/198, Α8, Β4/199, Β5/200 Σελίδα 23

24 3 ο 2ωρο Θα συζητηθούν κάποιες απορίες και θα λυθούν ορισμένες δοσμένες ασκήσεις από το βιβλίο. ΕΡΩΤΗΣΗ Να διατυπωθεί και να αποδειχθεί το θεώρημα Ενδιάμεσων Τιμών. ΑΠΑΝΤΗΣΗ ΘΕΩΡΗΜΑ ΕΝΔΙΑΜΕΣΩΝ ΤΙΜΩΝ (Θ.Ε.Τ.) (ΓΕΝΙΚΕΥΣΗ ΘΕΩΡHΜΑΤΟΣ BOLZANO) Έστω μια συνάρτηση f, ορισμένη σ ένα διάστημα [α, β]. Αν : η f είναι συνεχής στο [α, β] και f(α) f( ) τότε για κάθε αριθμό (η) μεταξύ των f(α) και f(β) υπάρχει τουλάχιστον ένα ( ) τέτοιο ώστε ( ) = ΑΠΟΔΕΙΞΗ Έστω f(α) ( ). Τότε θα ισχύει: f(α) ( ). Έστω η συνάρτηση g(x)=f(x)-η, χ με : g συνεχής στο [α,β] και g(α) ( ) αφού g(α)=f(α)-η και g(β)=f(β)-η> Άρα από Θ.Bolzano υπάρχει τουλάχιστον ένα ( ) τέτοιο ώστε ( ) = ( ) = ( ) =. Μπορούμε να δούμε το Θ.Ε.Τ. και στο παρακάτω video.: : ΘΕΜΑ 1 ο (9Μ) Σελίδα 24

25 ΕΡΩΤΗΣΗ 3 Να γραφτεί η γεωμετρική ερμηνεία του θεωρήματος των Ενδιάμεσων Τιμών. ΑΠΑΝΤΗΣΗ Αφού ο αριθμός (η) είναι μεταξύ του f(α) και του f(β) τότε σίγουρα η ευθεία y=η θα τέμνει την σε τουλάχιστον ένα σημείο. Προφανώς αν η δεν ήταν συνεχής τότε μπορεί να μην είχαμε κανένα κοινό σημείο με την ευθεία : y=η Σελίδα 25

26 ΑΣΚΗΣΗ 8 η Αν ( ) = + +, να δείξετε ότι υπάρχει ξ ( ) τέτοιο ώστε f(ξ)=250. (Με 2 τρόπους)... Σελίδα 26

27 ΑΣΚΗΣΗ 9 η i. Nα αποδειχθεί ότι οι γραφικές παραστάσεις των συναρτήσεων f(x) = x 4 + x 3 x + ( ) = έχουν ένα τουλάχιστον κοινό σημείο με τετμημένη.... ii. Ανοίγουμε το πρόγραμμα GEOGEBRA και στην αρχική σελίδα πληκτρολογούμε τις κατάλληλες εντολές για κάθε συνάρτηση μέσα στην γραμμή εισαγωγής ( κάτω μέρος). Προσοχή όσα πληκτρολογούμε πρέπει να είναι με Αγγλική γραμματοσειρά. Πάμε, τώρα να δούμε τις Συνέπειες του Θ.Ε.Τ. ΕΡΩΤΗΣΗ 4 Πότε λέμε ότι η εικόνα μιας συνάρτησης f είναι ένα διάστημα; ΑΠΑΝΤΗΣΗ Έστω f μία συνεχής μη σταθερή συνάρτηση σε ένα διάστημα Δ. Το σύνολο τιμών της f, το f(δ) είναι ένα διάστημα. 2002(επαν) και 2006 και 2007(επαν) : ΘΕΜΑ 1 ο Σ-Λ(2Μ) Σελίδα 27

28 Προφανώς το f( [α,β] )=[κ,λ]. Εκπαιδευτικό Σενάριο Παρατηρούμε ότι η f δεν είναι συνεχής στο και άρα η εικόνα της f στο [α,β] είναι 2 διαστήματα τα [κ,f( )], (f(β),λ]. Να διαβαστεί η θεωρία από τις σελίδες του σχολικού βιβλίου : 194 και 195 (χωρίς το θεώρημα Μεγίστης και Ελαχίστης τιμής) και να λυθούν οι ασκήσεις : Α9/199, Β6, Β7/200 Σελίδα 28

29 4 ο 2ωρο Θα συζητηθούν κάποιες απορίες και θα λυθούν ορισμένες δοσμένες ασκήσεις από το βιβλίο. ΕΡΩΤΗΣΗ 5 Να διατυπωθεί το Θεώρημα Μέγιστης και Ελάχιστης τιμής. ΑΠΑΝΤΗΣΗ Αν f είναι συνεχής συνάρτηση στο [α,β] τότε η f παίρνει στο [α,β] μία μέγιστη τιμή Μ και μία ελάχιστη τιμή m. Δηλαδή υπάρχουν τέτοια ώστε m=f( ), M= f( ) και ισχύει : f(x) ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΗ ΕΡΜΗΝΕΙΑ Παρατηρούμε ότι όλες οι τιμές της f(χ) βρίσκονται στο διάστημα [m,μ], το οποίο και αποτελεί το σύνολο τιμών της f με Πεδίο Ορισμού το [α,β]. Σελίδα 29

30 Σημείωση Είναι σημαντικό να πληρούνται όλες οι προϋποθέσεις για να ισχύει το Θεώρημα Μεγίστης και Ελαχίστης τιμής, δηλ. η f να ορίζεται και να είναι συνεχής στο κλειστό διάστημα [α,β]. Π.χ. αν η f ορίζεται στο [α,β] και είναι συνεχής στο (α,β] τότε δεν είναι απαραίτητο ότι θα πάρει μία μέγιστη και ελάχιστη τιμή. ( Πράγματι : ( ) = { = Το πεδίο ορισμού της f είναι το [0,1],ενώ η f είναι συνεχής στο (0,1], οπότε βλέπουμε, στο σχήμα πιο κάτω, ότι δεν έχει μέγιστο η f : ΘΕΜΑ 1 ο Σ-Λ (1Μ) Σελίδα 30

31 ΑΣΚΗΣΗ 10 η Εκπαιδευτικό Σενάριο Δίνεται η συνεχής συνάρτηση f:[2,10] ώστε : ( ) = ( ) ( ) ( ). Να δειχθεί ότι υπάρχει ΑΣΚΗΣΗ 11 η Δίνεται η συνεχής και γν. αύξουσα συνάρτηση f:[2005,2008] δειχθεί ότι υπάρχει ακριβώς ένα ( 2008) ώστε : ( ) = ( ) + ( ) + ( ). Να Σελίδα 31

32 ΕΡΩΤΗΣΗ 6 Ποιο το Σύνολο Τιμών μιας γνησίως μονότονης και συνεχούς συνάρτησης σε ένα διάστημα Δ; ΑΠΑΝΤΗΣΗ Αν μία συνάρτηση f είναι γν.αύξουσα και συνεχής σε ένα διάστημα (α,β) τότε το Σ.Τ. της στο διάστημα αυτό είναι το (Α,Β) με = ( ) = ( ) 2007(επαν) : ΘΕΜΑ 1 ο Σ-Λ(2Μ) ( ) ( ) Αν μία συνάρτηση f είναι γν.φθίνουσα και συνεχής σε ένα διάστημα (α,β) τότε το Σ.Τ. της στο διάστημα αυτό είναι το (Β,Α) με = ( ) = ( ) 2010: ΘΕΜΑ 1 ο (2Μ) Σ-Λ ( ) ( ) Σελίδα 32

33 ΑΣΚΗΣΗ 12 η i. Να βρεθεί το σύνολο τιμών της συνάρτησης ( ) = + που είναι ορισμένη στο [1,3]. ii. Ανοίγουμε το πρόγραμμα GEOGEBRA και στην αρχική σελίδα πληκτρολογούμε την εντολή, όπως φαίνεται στην εικόνα, μέσα στην γραμμή εισαγωγής ( κάτω μέρος). Προσοχή όσα πληκτρολογούμε πρέπει να είναι με Αγγλική γραμματοσειρά. Σχεδιάστε τη γραφική παράσταση στο πιο πάνω σύστημα αξόνων. Σελίδα 33

34 ΑΣΚΗΣΗ 13 η i. Να βρεθεί το σύνολο τιμών της συνάρτησης ( ) =. ii. Ανοίγουμε το πρόγραμμα GEOGEBRA και στην αρχική σελίδα πληκτρολογούμε την εντολή, όπως φαίνεται στην εικόνα, μέσα στην γραμμή εισαγωγής ( κάτω μέρος). Προσοχή όσα πληκτρολογούμε πρέπει να είναι με Αγγλική γραμματοσειρά. Σχεδιάστε τη γραφική παράσταση στο πιο πάνω σύστημα αξόνων Να διαβαστούν οι σελίδες του σχολικού βιβλίου : 195(από Θ.Μεγ. και Ελαχ. Τιμής) και 196. και να λυθούν οι ασκήσεις : Α10/199 και 2 διαφορετικές τις Β8, Β9 /200 καθώς και οι παρακάτω ασκήσεις. Σελίδα 34

35 ΑΣΚΗΣΗ 1 η Έστω f: συνεχής και γν. αύξουσα στο [0,1] με f(0)=1, f(0)=3. Να δειχθεί ότι υπάρχει ( ) τέτοιο ώστε ( ) = ( ) + ( ) + ( ) ΑΣΚΗΣΗ 2 η Έστω f: συνεχής στο [α,β] και. Να δειχθεί ότι υπάρχει τέτοιο ώστε ( ) + ( ) = ( ) ΕΒΔΟΜΑΔΙΑΙΑ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΘΟΔΟΣ ΔΙΧΟΤΟΜΗΣΗΣ Η μέθοδος της διχοτόμησης είναι μία απευθείας εφαρμογή του Θ.Β. Ψάχνω να βρω τη ρίζα της f, η οποία δεν είναι ρητός αριθμός. Εντοπίζω δύο τιμές α,β που ανήκουν στο Πεδίο Ορισμού της f τέτοιες ώστε f(α).f(β)<0. Βρίσκω το μέσο του διαστήματος που ορίζουν τα α,β από τον τύπο = Αν f( ).f(β)<0 τότε βρίσκω το μέσο του διαστήματος που ορίζουν τα από τον γνωστό τύπο. Αν f( ).f(α)<0 τότε βρίσκω το μέσο του διαστήματος που ορίζουν τα από τον γνωστό τύπο. Ακολουθούμε την ίδια διαδικασία έως ότου τα δύο άκρα των διαστήματος στο οποίο εφαρμόζουμε το τελευταίο Θ.Β. πληρούν την παρακάτω απαίτηση: 0 3 (εγώ θέτω τον αριθμό, θα μπορούσα να βάλω άλλο μικρότερο αριθμό.). Η ζητούμενη ρίζα θα είναι το μέσο του διαστήματος που πληροί την πιο πάνω απαίτηση. Η συνάρτηση της οποίας θα βρούμε τη ρίζα με προσέγγιση χιλιοστού είναι η : f(x) = x 3 + x + Για πιο εύκολους υπολογισμούς να χρησιμοποιηθεί το υπολογιστικό φύλλο EXCEL. Σελίδα 35

36 Ένα παράδειγμα υπολογιστικού φύλλου EXCEL για την δοσμένη συνάρτηση δίνεται παρακάτω. ΒΗΜΑ α f(α) β f(β) μέσο χi f(xi) Iα-βI/2 αλλαγή ορίου 1ο ,5 0,375 0,5 β=-0,5 2o ,5 0,375-0,75-0, ,25 α=-0,75 3ο -0,75-0, ,5 0,375-0,625 0, ,125 β=-0,625 Η όλη διαδικασία τελειώνει όταν στην προτελευταία στήλη ο αριθμός που προκύπτει είναι μικρότερος του 0,001. Μόλις ολοκληρωθεί η διαδικασία καλό είναι να παρουσιάσουμε γραφικά τα ζεύγη α,β σε ένα γράφημα με τη βοήθεια του EXCEL. Στον οριζόντιο άξονα θα έχουμε τον αριθμό των βημάτων και στον κατακόρυφο τις τιμές των α, β, όπως φαίνεται παρακάτω. 0-0,2 1ο 2o 3ο -0,4-0,6 Σειρά1 Σειρά2-0,8-1 -1,2 Μπορείτε να δείτε την μέθοδο της διχοτόμησης και στο παρακάτω video : Σελίδα 36