الثانوية العامة 2026الاستعلام عن النتيجةاعرف الكليات المناسبة لمجموعكتنسيق 2026

الرياضيات البحتة · الصف الثالث الثانوي · الترم الأول

تطبيقات على القيم العظمى والصغرى

النمذجة الرياضية وخطوات حل مسائل التعظيم والتصغير: كتابة الكمية المطلوبة بدلالة متغير واحد بمساعدة القيد، وإيجاد القيمة القصوى وتفسيرها، مع تطبيقات هندسية وحياتية واقتصادية.

آخر تحديث: · كيف نراجع المحتوى

أهداف التعلم

  • تصوغ مشكلة لفظية في صورة نموذج رياضي في متغير واحد باستخدام القيد.
  • تجد القيمة القصوى المطلوبة وتتحقق من نوعها وتفسر الناتج بوحداته.
  • تحل مسائل هندسية وحياتية واقتصادية على التعظيم والتصغير.

شرح الدرس

النمذجة الرياضية

النمذجة الرياضية هي صياغة مشكلة في صورة علاقات رياضية (معادلات أو متباينات) يمكن حلها، وتتلخص في مراحل:

  1. تحديد المشكلة وهدفها (ربح أكبر، تكلفة أقل، مساحة أكبر…).
  2. تحديد المجاهيل المطلوبة وبيان العلاقات بينها (القيود).
  3. صياغة النموذج الرياضي وحله.
  4. تفسير النتائج وتقييمها، وتحديد البدائل إن وجدت.

خطوات حل مسائل التعظيم والتصغير

  1. حدّد الكمية المطلوب تعظيمها أو تصغيرها وسمِّها (مثل المساحة AA أو الحجم VV أو المحيط PP أو التكلفة).
  2. ارسم شكلًا وأدخل رموزًا للمتغيرات.
  3. اكتب الكمية المطلوبة بدلالة المتغيرات، ثم استخدم قيد المسألة (العلاقة الإضافية المعطاة) لحذف متغير حتى تصبح دالة في متغير واحد.
  4. حدّد مجال المتغير المنطقي من سياق المسألة (أطوال موجبة مثلًا).
  5. أوجد النقاط الحرجة بمساواة المشتقة الأولى بالصفر، وصنّفها باختبار المشتقة الأولى أو الثانية أو بمقارنة القيم عند الطرفين.
  6. أجب عن المطلوب بالقيمة القصوى وأبعادها مع الوحدات.

مستطيل مساحته x في y محاط بسياج على ثلاثة أضلاع بجوار نهر، مع منحنى المساحة 100x ناقص 2x تربيع وذروته عند x يساوي 25 والمساحة 1250 متر مربع

القيد هو ما يربط المتغيرات: محيط ثابت أو حجم ثابت أو مجموع ثابت أو معادلة منحنى. وبدونه تبقى الدالة في متغيرين فلا نستطيع اشتقاقها لمتغير واحد.

تعريفات

  • النموذج الرياضي: علاقة رياضية تمثل المشكلة وتسمح بحلها.
  • قيد المسألة: علاقة تربط متغيرات المسألة وتُستخدم لحذف أحدها.

أمثلة وتطبيقات

مثال 1: مجموع عددين موجبين 2020. أوجد العددين اللذين حاصل ضربهما أكبر ما يمكن.

الحل: العددان xx و20−x20 - x حيث 0<x<200 < x < 20. P(x)=x(20−x)=20x−x2P(x) = x(20 - x) = 20x - x^2 وP′(x)=20−2x=0P'(x) = 20 - 2x = 0 فـ x=10x = 10. وبما أن P′′(x)=−2<0P''(x) = -2 < 0 فهي قيمة عظمى. العددان 1010 و1010 وأكبر حاصل ضرب 100100.

مثال 2: لدى مزارع 100100 م من السياج ليحيط أرضًا مستطيلة يحدها من جهة نهر لا يحتاج سياجًا. أوجد أكبر مساحة يمكن إحاطتها.

الحل: ليكن عرض المستطيل (الضلعان العموديان على النهر) xx وطوله yy. القيد 2x+y=1002x + y = 100 فـ y=100−2xy = 100 - 2x. A(x)=100x−2x2A(x) = 100x - 2x^2 حيث 0<x<500 < x < 50 وA′(x)=100−4x=0A'(x) = 100 - 4x = 0 فـ x=25x = 25. A′′=−4<0A'' = -4 < 0 فهي عظمى وy=50y = 50 وأكبر مساحة 25×50=125025 \times 50 = 1250 م².

مثال 3: صُنع صندوق مفتوح من أعلى بقص مربعات متطابقة طول ضلعها xx من أركان صفيحة مربعة طول ضلعها 1212 سم ثم ثني الجوانب. أوجد xx التي تجعل حجمه أكبر ما يمكن.

الحل: V(x)=x(12−2x)2V(x) = x(12 - 2x)^2 حيث 0<x<60 < x < 6. V′(x)=(12−2x)2−4x(12−2x)=(12−2x)(12−6x)V'(x) = (12 - 2x)^2 - 4x(12 - 2x) = (12 - 2x)(12 - 6x) وتنعدم عند x=6x = 6 (مرفوضة لأنها تجعل V=0V = 0) أو x=2x = 2. فالحجم الأكبر V(2)=2×82=128V(2) = 2 \times 8^2 = 128 سم³ عند x=2x = 2 سم.

مثال 4: مستطيل مساحته 3636. أوجد بعديه اللذين يجعلان محيطه أصغر ما يمكن.

الحل: xy=36xy = 36 فـ y=36xy = \dfrac{36}{x} وP(x)=2x+72xP(x) = 2x + \dfrac{72}{x} حيث x>0x > 0. P′(x)=2−72x2=0P'(x) = 2 - \dfrac{72}{x^2} = 0 فـ x=6x = 6 وP′′(x)=144x3>0P''(x) = \dfrac{144}{x^3} > 0 فهي صغرى. إذن y=6y = 6 (مربع) وأصغر محيط 2424.

مثال 5: أوجد النقطة على المنحنى y=xy = \sqrt{x} الأقرب إلى النقطة (4,0)(4, 0).

الحل: مربع المسافة D(x)=(x−4)2+x=x2−7x+16D(x) = (x - 4)^2 + x = x^2 - 7x + 16 حيث x≥0x \ge 0 (نصغّر مربع المسافة لأن له القيمة الصغرى نفسها). D′(x)=2x−7=0D'(x) = 2x - 7 = 0 فـ x=3.5x = 3.5 وD′′=2>0D'' = 2 > 0. النقطة الأقرب (3.5,3.5)\left(3.5, \sqrt{3.5}\right) والمسافة 3.75\sqrt{3.75}.

مثال 6 (علبة أسطوانية): علبة مغلقة على شكل أسطوانة دائرية قائمة حجمها 128π128\pi سم³. أوجد نصف قطرها وارتفاعها اللذين يجعلان مساحة سطحها الكلية أقل ما يمكن.

الحل: πr2h=128π\pi r^2 h = 128\pi فـ h=128r2h = \dfrac{128}{r^2}. المساحة S=2πr2+2πrh=2πr2+256πrS = 2\pi r^2 + 2\pi r h = 2\pi r^2 + \dfrac{256\pi}{r} حيث r>0r > 0. S′=4πr−256πr2=0S' = 4\pi r - \dfrac{256\pi}{r^2} = 0 فـ r3=64r^3 = 64 أي r=4r = 4 وh=8h = 8. S′′=4π+512πr3>0S'' = 4\pi + \dfrac{512\pi}{r^3} > 0 فهي صغرى. وأصغر مساحة S=2π(16)+64π=96πS = 2\pi(16) + 64\pi = 96\pi سم².

مثال 7 (قطاع دائري): سلك طوله 2020 سم يُثنى على شكل قطاع دائري. أوجد نصف قطره وقياس زاويته المركزية الذي يجعل مساحته أكبر ما يمكن.

الحل: محيط القطاع 2r+L=202r + L = 20 حيث LL طول القوس فـ L=20−2rL = 20 - 2r و0<r<100 < r < 10. المساحة A=12rL=10r−r2A = \dfrac{1}{2}rL = 10r - r^2 وA′=10−2r=0A' = 10 - 2r = 0 فـ r=5r = 5 وA′′=−2<0A'' = -2 < 0. فـ L=10L = 10 والزاوية θ=Lr=2\theta = \dfrac{L}{r} = 2 راديان وأكبر مساحة 2525 سم².

مثال 8 (اقتصاد): تكلفة إنتاج xx وحدة هي C(x)=2x2+200C(x) = 2x^2 + 200 جنيه. أوجد عدد الوحدات الذي يجعل متوسط تكلفة الوحدة أقل ما يمكن.

الحل: متوسط التكلفة Cˉ(x)=C(x)x=2x+200x\bar{C}(x) = \dfrac{C(x)}{x} = 2x + \dfrac{200}{x} حيث x>0x > 0. Cˉ′=2−200x2=0\bar{C}' = 2 - \dfrac{200}{x^2} = 0 فـ x=10x = 10 وCˉ′′=400x3>0\bar{C}'' = \dfrac{400}{x^3} > 0 فهي صغرى. أقل متوسط تكلفة 2(10)+20=402(10) + 20 = 40 جنيهًا للوحدة.

ملاحظات مهمة

  • كثيرًا ما يكون الحل الأمثل شكلًا متماثلًا (مربعًا أو عددين متساويين).
  • إذا كان المجال مغلقًا فقارن قيم الدالة عند النقاط الحرجة والطرفين.
  • ارفض الجذور التي تخرج عن المجال المنطقي أو تجعل الكمية صفرًا.
  • تحقق أن الأبعاد موجبة ومعقولة، واكتب الوحدات في الإجابة.

المفاهيم الأساسية

  • عبّر عن الكمية المطلوبة بدلالة متغير واحد باستخدام القيد.
  • حدّد المجال المنطقي ثم أوجد النقاط الحرجة وصنّفها.
  • أجب بالقيمة القصوى وأبعادها ووحداتها.

ملخص الدرس

نحوّل المشكلة اللفظية إلى نموذج رياضي دالة في متغير واحد بمساعدة القيد، ونحدد مجالها، ونجد النقاط الحرجة ونصنفها، ثم نفسر النتيجة بالوحدات. وتتنوع التطبيقات بين المساحات والحجوم والمحيطات والمسافات والتكلفة.

أسئلة للتدريب

  1. مجموع عددين موجبين 3030. أوجدهما إذا كان مجموع مربعيهما أصغر ما يمكن.
  2. لدى مزارع 120120 م من السياج لإحاطة حظيرة مستطيلة تتصل بجدار لا يحتاج سياجًا. أوجد أبعادها لأكبر مساحة.
  3. أوجد أكبر حجم لصندوق مفتوح يُصنع من صفيحة مربعة ضلعها 1818 سم بقص أربعة مربعات متطابقة من الأركان.
  4. علبة أسطوانية مغلقة حجمها 54π54\pi سم³. أوجد نصف قطرها الذي يجعل مساحتها الكلية أقل ما يمكن.
  5. سلك طوله 3636 سم يُثنى على شكل مستطيل. أوجد أبعاده لأكبر مساحة.
حلّ أسئلة هذا الدرساختبر فهمك بأسئلة اختيار من متعدد وأسئلة مقالية مع نموذج إجابة، أو خض اختبارًا تفاعليًا سريعًا
أبلغ عن خطأ في هذا الدرس