Processing math: 100%
การประยุกต์สูตรการหาอนุพันธ์กับความชันของเส้นโค้งและเส้นสัมผัส
(application derivative slope curve and tangent line)

การประยุกต์สูตรการหาอนุพันธ์กับความชันของเส้นโค้ง

ในแรกเริ่มเราได้เรียนเกี่ยวกับความชันของเส้นโค้งมาแล้วว่ามีนิยามเป็นอย่างไร จากนิยามดังกล่าว หลังจากเราได้เรียนรู้เกี่ยวกับสูตรการหาอนุพันธ์ต่างๆ แล้ว เราสามารถใช้สูตรการหาอนุพันธ์เหล่านั้นช่วยในการแก้ปัญหาความชันของเส้นโค้งได้ โดยสรุปเป็นใจความสำคัญดังนี้

 

ความชันของเส้นโค้ง ณ จุด P(x,y) ใดๆ บนเส้นโค้ง y=f(x) หมายถึง ความชันของเส้นสัมผัสเส้นโค้ง ณ จุด P ซึ่งเท่ากับ f(x) นั่นเอง

 

สูตรการหาอนุพันธ์จะช่วยให้เราไม่ต้องใช้นิยามในการหาความชันของเส้นโค้ง ณ จุด (x,y) ใดๆ ซึ่งค่อนข้างเสียเวลาและทำได้ยากในเส้นโค้งที่มีสมการซับซ้อน

 

พื้นฐานสำคัญสำหรับเรื่องนี้คือ เรขาคณิตวิเคราะห์ ครับ โดยเฉพาะเรื่องของความชัน และสมการเส้นตรง

 

ตัวอย่างการใช้สูตรการหาอนุพันธ์ในการแก้ปัญหาความชันของเส้นโค้ง

ตัวอย่างที่ 1

จงหาความชันของเส้นโค้ง ซึ่งเป็นกราฟของสมการ y=x2+2 ที่จุดใดๆ

สำหรับตัวอย่างนี้ หากใช้นิยามความชันของเส้นโค้ง ณ จุดใดๆ จะเสียเวลามาก ดังแสดงใน ตัวอย่างที่ 1 ในหัวข้อความชันของเส้นโค้ง

หากใช้ความรู้ที่ว่า ความชันของเส้นโค้ง ณ จุด (x,y) ใดๆ เท่ากับ f(x) จะได้

slope=ddx(x2+2)=2x

ความชันของเส้นโค้งที่จุดใดๆ เท่ากับ 2x  


ตัวอย่างที่ 2

 กำหนดเส้นโค้ง y=x22x+1 จงหา
(1)  ความชันของเส้นโค้ง ณ จุด (2,1)
(2)  สมการของเส้นสัมผัสเส้นโค้งที่จุด (2,1)

(1)  ความชันของเส้นโค้ง ณ จุด (2,1)

slope(x,y)=ddx(x22x+1)=2x2slope(2,1)=2(2)2=42=2

ความชันของเส้นโค้ง ณ จุด (2,1) เท่ากับ 2 

(2)  สมการของเส้นสัมผัสเส้นโค้งที่จุด (2,1)

เนื่องจากความชันของเส้นโค้งที่จุดใด คือความชันของเส้นสัมผัสเส้นโค้งที่จุดนั้น

ดังนั้น ความชันของเส้นสัมผัสเส้นโค้งที่จุด (2,1) คือ 2

จากสมการเส้นตรง y=mx+c จะได้ y=2x+c

หาค่า c โดยการแทนจุด (2,1) ลงในสมการ

y=2x+c1=2(2)+c1=4+c3=c

สมการของเส้นสัมผัสเส้นโค้งที่จุด (2,1) คือ y=2x3


ตัวอย่างที่ 3

ถ้าเส้นสัมผัสเส้นโค้ง y=1+4xx2 ขนานกับเส้นตรง 2y4x+1=0 แล้ว จงหาว่าเส้นสัมผัสเส้นนี้สัมผัสกับเส้นโค้งที่จุดใด

พิจารณาเส้นตรง 2y4x+1=0 จัดรูปให้อยู่ในรูป y=mx+c จะได้

2y4x+1=02y=4x1y=2x12

เนื่องจากเส้นสัมผัสขนานกับเส้นตรงเส้นนี้ ทำให้มีความชันเท่ากัน ซึ่งก็คือ 2

ความชันของเส้นสัมผัสเส้นโค้ง จะเท่ากับความชันของเส้นโค้ง นั่นคือ ความชันของเส้นโค้งเท่ากับ 2 ด้วย จะได้

f(x)=2ddx(1+4xx2)=242x=242=2x2=2x1=x

ดังนั้น ความชันของเส้นโค้งเท่ากับ 2 เมื่อ x=1 หาค่า y จะได้

y=1+4xx2=1+4(1)(1)2=1+41=4

จะได้ x=1 และ y=4 เป็นจุดที่เส้นโค้งมีความชันเท่ากับ 2

เส้นสัมผัสเส้นโค้งสัมผัสกับเส้นโค้งที่จุด (1,4) 


ตัวอย่างที่ 4

 กำหนดเส้นโค้ง y=x2|x|+x3 จงหาสมการเส้นตรงที่ตั้งฉากกับเส้นสัมผัสเส้นโค้งที่จุด (1,2)

จากสมการเส้นโค้ง y=x2|x|+x3 จะสังเกตได้ว่ามีค่าสัมบูรณ์อยู่ ซึ่งไม่มีสูตรหาอนุพันธ์โดยตรง แต่เมื่อพิจารณาจุด (1,2) จะเห็นว่า x=1 มีค่ามากกว่า 0 ทำให้ |x|=x จึงสามารถจัดรูปสมการเส้นโค้งใหม่เป็น

y=x2(x)+x3=x3+x32

หาความชันของเส้นสัมผัสเส้นโค้งที่จุด (1,2)

slope|(x,y)=f(x)=ddx(x3+x32)=3x2+32x12=3x2+32xslope|(1,2)=3(1)2+321=3+32=92

เนื่องจาก ความชันของเส้นสัมผัสเส้นโค้งที่จุด (1,2) เท่ากับ 92

ดังนั้น ความชันของเส้นตรงที่ตั้งฉากกับเส้นสัมผัสเส้นโค้งที่จุด (1,2) เท่ากับ 29

หากเส้นตรง L1 ตั้งฉากกับ L2 แล้ว ความชันของทั้งสองเส้นจะคูณกันได้ผลลัพธ์เป็น 1

เส้นตรงดังกล่าวมีสมการเป็น y=29x+c หาค่า c โดยการแทนจุด (1,2) ลงในสมการ

y=29x+c2=29(1)+c2+29=c209=c

สมการเส้นตรงที่ตั้งฉากกับเส้นสัมผัสเส้นโค้งที่จุด (1,2) คือ y=29x+209

เราสามารถจัดให้อยู่ในรูป Ax+By+C=0 เพื่อให้สมการไม่ติดเศษส่วน จะได้

y=29x+2099y=2x+202x+9y20=0

สมการเส้นตรงที่ตั้งฉากกับเส้นสัมผัสเส้นโค้งที่จุด (1,2) คือ 2x+9y20=0

 

คำคล้าย : การประยุกต์สูตรการหาอนุพันธ์กับความชันของเส้นโค้งและเส้นสัมผัส
Under Growing
"คลังความรู้" กำลังอยู่ในระหว่างการพัฒนา พี่ๆ กำลังทยอยเพิ่มบทความและปรับปรุงรูปแบบให้อ่านง่าย ใช้ทบทวนความรู้ได้จริง รีเควสหัวข้อ หรือมีข้อเสนอแนะ ทวีตมาคุยกับพี่ๆ ได้เลยจ้า
คอร์สแนะนำ
หนังสือแนะนำ
รายละเอียดการใช้งานคุกกี้

เพื่อประโยชน์และประสบการณ์ที่ดีในการใช้งานเว็บไซต์ของ บริษัท โอเพ่นดูเรียน จํากัด (“โอเพ่นดูเรียน”) โอเพ่นดูเรียนจึงใช้คุกกี้บนเว็บไซต์ของบริษัท ทั้งนี้ คุณสามารถศึกษาเพิ่มเติม เกี่ยวกับนโยบายคุกกี้ของโอเพ่นดูเรียนได้ที่ นโยบายคุกกี้ และคุณสามารถปฏิเสธคุกกี้ได้