Math 105 جامعة الملك سعود بالمجمعة كلية الهندسة نموذج وصف مقرر دراسي اسم المقرر :حساب التفاضل رقم المقرر ورمزه 105 :ريض الوحدات الدراسية (نظري،تمارين،عملي) ) 0 ،1 ،3(3 : المستوى :الثاني وصف محتويات المقرر : األعداد الحقيقية ،الدوال ،النهايات ،االتصال ،االشتقاق ،التفاضلي ،قانون السلسلة ،اإلشتقاق الضمني ،المشتقات العليا ،القيم القصوى المحلية ،التقعر ،المستقيمات التقاربية األفقية والرأسية ،تطبيقات على القيم القصوى ومعدالت التغير المترابطة ،نظرية رول ،نظرية القيمة المتوسطة ،الدوال المثلثية العكسية ، القطوع المخروطية .ويقدم باللغة اإلنجليزية. المتطلب : اليوجد )3(3,1,0 MATH 105 Differential Calculus Real numbers, functions, Limits, continuity. Derivatives, differentials, chain rule, implicit differentiation. Higher order derivatives, local extrema, concavity, horizontal and vertical asymptotes, applications of extreme, related rates. Rolle’ s Theorem, mean value theorem, inverse trigonometric functions. Conic sections. الكتب المقررة والمراجع : Text book: Calculus with analytical geometry, Howard Anton, John Wiley & Sons. توقيع رئيس القسم Page 1 توقيع عميد الكلية Dr. SaMeH Math 105 Differential Calculus MATH 105 Undergraduate course for Students of Almajmaah Engineering College Course instructor: Dr Sameh S. Ahmed 1430/2009 Dr. SaMeH Page 2 Math 105 Course Name: Differential Calculus Course Code: MATH 105 Units: 3 (3,1,0) Academic year: 1431 / 2010 Course Description: Real numbers, functions, Limits, continuity. Derivatives, differentials, chain rule, implicit differentiation. Higher order derivatives, local extrema, concavity, horizontal and vertical asymptotes, applications of extreme, related rates. Rolle’s Theorem, mean value theorem, inverse trigonometric functions. Conic sections. Course Objectives: 1. 2. 3. To introduce the student to basic concepts of differential calculus. To introduce the functions and analysis of graphical information. To teach the students to the following concepts: how to compute limits, derivative, techniques of differentiation, and some important rules in derivative. Student's duties: 1- Students are required to attend lectures and tutorials in regular base. 2- Students are asked to revise in advance the contents of the course. 3- Participating in the discussions and solving the exercises is a must for all the students. Consulting the course teacher at any time during the office hours. Text book: Anton, Bivens and Davis. Calculus, 7th edition, John Wily & Sons, Inc., New York, 2002. References: م ز ا.د "التعامل م ل التفاضل والتكام ل " – الج ز ا او ز 1998 ، يميب و . رمضزا ممدز يميدزة د. د: الط عة الثالثزة تزأليف"التفاض والتكام " – الج ا او .2001 يحد ع العال هب ال يح ممدز.د حد ة بب علز يبوي ز. د:– تأليف "المتميز في التفاض والتكام " – الج ا او .بب عل الغام أ Dr. SaMeH مجز أ يمززيب و ز. د: ت زأليف- Page 3 Math 105 Course split up over the term: Week 1 week Subject st Real Numbers and Inequalities 2nd week 3rd week 4th week 5th week 6th week Sets and Functions Limits and Continuity Derivatives 7th week 8th week Derivatives 9th week th 10 week 11th week 12th week 13th week 14th week Dr. SaMeH Applications of Derivatives Concavity Asymptotes Conic sections Contents Natural, Integer, Rational, Irrational numbers Real numbers Inequalities Sets Operations on sets Functions Types of Functions Limits Some limits theories Continuity First Derivative Some laws to find 1st derivative The derivative of composite function 1st mid-term exam Chain rule The first derivative of power function Implicit derivatives Higher-order derivatives Rolle's theorem & Mean value theorem Increase and decrease Extreme values Critical points Concavity and Second Derivative 2nd mid-term exam Horizontal and vertical asymptotes Conic sections Page 4 Math 105 1 Real Numbers Chapter Natural Numbers الأعداد الطبيعية :ه إل ز الو تسوخ م ف نفسززع ع ز دا مززب الد ز اج ،ه ز 1.1 الع ،يدكب المصزو عليمزا بجدزل العز د 1 مجدوعززة غي ز متوميززة مغلجززة تم ز عدليو ز الجدززل الضرب. N 1,2,3,4,.... Integer Numbers الأعدددداد الحددد ي ية :هززز الط يعيززة ،هزز 1.2 او عززز اد الط يعيزززة مضزززافا إليمزززا الصزززف سزززالب او عززز اد مجدوعززة غيزز متوميززة هززمغ الدجدوعززة مغلجززة تمزز عدليززاج الجدززل الضرب الط ح. I 0,1,2,3,4,.... …… ….., -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3,4, Page 5 Dr. SaMeH Math 105 Rational Numbers الأعددداد الاييةددية :ه ز او ع ز اد الو ز ال ززك عل ز a b حي ز a, bيدثل ز 1.3 ع ز ديب صميميب b 0 ،ي م لدجدوعة او ع اد الجياسية بال م Q a Q : a, b , I , b 0 b والعدددد الايي ددا أنددي ن ددددع عددددا عاددثدي ن عددا عاثدي غير ن ه ون درر المايطع ن يددي ن د 15- , 0.875- , 0.75 , 0.234نو : 1 2 0.333... 0.28571428571... 3 7 Irrational Numbers , 1.4 الأعداد غير الاييةية :العدد الغير قيي ا هع العدد الذي لد دمددك ا يه ده عادش ال دد a b ال حيث a, bدم ل عدددك ص ي يك ،ني ن الأعداد غير الاييةية ،هد الأعدداد ال ايايدة ل تدع نعدادا قييةية. a Q c r : r : a, b, I b مثال 3.14159265.. ، 3 1.73205081.. ، 2 1.41241356.. : Real Numbers الأعداد ال اياية :ه 1.5 او ع اد الجياسية غي الجياسية R Q Qc تدث او ع اد المجيجية بتجط علز طزط يفجز ،حيز تجابز ز عز د حجيجز نجطزة احز ة فجط. Real line Page 6 Dr. SaMeH Math 105 مب الدلز ح بزز ي او عز اد الط يعيزة مجدوعزة ي ميزة مزب مجدوعزة او عز اد الصزميمة ،هز رها مجدوعززة ي ميززة مززب مجدوعززة او عزز اد الجياسززية ،اوزز طي ة مجدوعززة ي ميززة مززب مجدوعة او ع اد المجيجية ،يأ ي : N I QR ليس بيب مجدوعو او ع اد الجياسية غي الجياسية يأ ع د م و ك. Operations on Real Numbers 1.6 If x, y, and z are real numbers, we can carry the following algebra operations: خيصية ال بدد - Cumulative laws: x y yx خيصية ال جميع (الدنج) - Association laws: and x( yz ) ( xy) z x ( y z) ( x y) z خيصية ال عزدع - Distribution laws: x( y z ) xy xz خيصيي الع صثدك الم يدددك - Identity laws: الع د 0هو العتصر الدماي لعدلية الجدل حي يمجق ما يل x 0 x : الع د 1هو العتصر الدماي لعدلية الضرب حي يمجق ما يل x.1 x : خيصية المعدعس الجمع ع د xيكو لع معكوس يدع خيصية المعدعس الضثه - Additive Inverse laws: هو ( )-xبمي يكو x ( x) 0 - Multiplication Inverse laws: ع د xما ع ا الصف يكو لع معكوس ضرب هو ( )x-1بمي يكو x.( x 1 ) 1 Page 7 Dr. SaMeH Math 105 Exercises [1] 1. If A={1,2,3,4,5} , B={1,4,5,6} , C={2,3,5} Which of the following is true? 2. (a) 3A (b) 1C (c) 2C (d) 3B (e) AB =B (f) 6BC (g) 4AC (h) AC =C (i) BC =A Rewrite the following sets by writing the elements of each set: (a) {x : x = 2n+1, n=1,2,3,4} (b) {x : x = 1,2,3,….., x2-3x+2 = 0} (c) {x : x = n3, n=2,4,5} (d) {x : x3+2 x2-8x = 0} 3. But () in front of the correct sentences and (X) in front of the wrong ones. (a) 2 is a rational number (b) 10/3 is irrational number (c) The real number could be a rational or irrational number. Dr. SaMeH Page 8 Math 105 2 Inequalities Chapter Some Rules يجا للع د aينع نعجبي إذا ا ي 2.1 مب الصف a > 0 ، يجا ينع ةيلبي إذا ا يصغ مب الصف a < 0 ، يجا ينع غير نعجبي إذا ا يصغ مب ي يسا أ الصف a 0 ، يجا ينع غير ةيلبي إذا ا ي يجا ينع غير نعجبي وغير ةيلبي إذا ا مسا يا للصف . يجا للع ديب a,bي لمدا أشيرتيك نخ اف يك إذا ا يح هدا موي ا او ط سال ا. ي لمدا نفس الإشيرة إذا ا مب ي يسا أ الصف a 0 ، ل هدا موي يب ي سال يب. Properties of Inequalities .1إذا ا a,bيأ ع ديب حجيجييب فإ a<b .2إذا ا a < b Page 9 or cيأ ع د مويب فإ اح فجط مدا يل a=b or 2.2 يكو مومججا: a>b ca < cb Dr. SaMeH Math 105 .3إذا ا a < b cيأ ع د سالب فإ ca > cb .4إذا ا a < bفإ –a > -b .5إذا ا a > bفإ –a < -b .6إذا ا a < b cيأ ع د مويب فإ a b c c .7إذا ا a < b cيأ ع د سالب فإ a b c c .8إذا ا a < b b < cفإ a < c a+b<c+d .9إذا ا a < c b < dفإ .10إذا ا a < b cيأ ع د حجيج .11إذا ا a,bل هدا موي ييب ي .12إذا ا 0 < a < b فإ a c < b c ل هدا سال يب ا a < bفإ 1 1 a b 0 < c < dفإ ac < bd .13إذا ا a < bفإ a – b < 0 .14إذا ا a > bفإ a – b > 0 .15إذا ا n 0 < a < bيأ ع د صميح مويب فإ an < bn مثا :1 ي ي حلو الدو ايتة 2x + 1 > 2 الم 2x > 1 x > 1/2 يأ ي يأ ع د ي مب 1/2يعو حل لممغ الدو ايتة. مثا :2 إذا ا ، 1 – 3x > 2ي ي حلو همغ الدو ايتة؟ الم إذ 1 3 - 3x > 1 x عت تغي إشارة الدو ايتة يوغي ت عا لما إشارة الدو ايتة Page 10 Dr. SaMeH Math 105 1 3 x Intervals 2.3 الف رات العدددة إذا ا a , b R ا a < bفإ : .1الف درة المف عحدة :(a , b) Open intervalهز الو تجل بيب ، a , bبمي مجدوعزة ز او عز اد المجيجيزة x و يكو الع دا a , bف همغ الدجدوعة. }(a , b) = {x: a <x < b تدث عل طط او ع اد .2الف درة المغاادة :[a , b] Closed intervalهز الو تجل بيب ، a , bبدا ف مجدوعزة ز او عز اد المجيجيزة x ذلك .a , b }[a , b] = {x: a x b تدث عل طط او ع اد .3الف رة نحف المف عحة نك ج ة اليميك Half – open Interval from the Right ) :[a , bه مجدوعة او ع اد المجيجية xالو تجل بيب ، a , bبدا ف ذلك الع د .a }[a , b) = {x: a x b تدث عل طط او ع اد .4الف رة نحف المف عحة نك ج ة اليسير Half – open Interval from the Left ] :(a , bهز مجدوعزة ز او عز اد المجيجيزة xالوز تجزل بزيب ، a , bبدزا فز ذلزك الع د .b Page 11 Dr. SaMeH Math 105 }(a , b] = {x: a x b تدث عل طط او ع اد همغ الفو اج تسد الفو اج الدم دة .يما الفو اج غي الدم دة ،فيدكب تصتيفما اوآت : .5ف رة عدددة ل ن يئية ) (a , ) (Infinite Intervalه او او ع اد المجيجية x مب الع د a }(a , ) = {x: x >a .6ف رة عدددة ل ن يئية ) (- , b) (Infinite Intervalه او ع اد المجيجية x او صغ مب الع د b }(- , b) = {x: x <b .7ف رة عدددة ل ن يئية ) [a , ) (Infinite Intervalه او او ع اد المجيجية x مب الع د aي تسا يع }[a , ) = {x: x a .8ف رة عدددة ل ن يئية ) (- , b] (Infinite Intervalه او ع اد المجيجية x او صغ مب الع د bي تسا يع }(- , b] = {x: x b .9الف رة الل ن يئية ) (-, تدث مجدوعة Page 12 او ع اد المجيجية Dr. SaMeH Math 105 Solving Inequalities اذا طلب متا ح مو ايتة ما ،فإنع يو تب عليتا إيجاد مجدوعة (مجدوعة الم ) الو تجع الدو ايتة صميمة ،ذلك عت ما نسو ف الدو ايتة بأأ ع د يتود إل مجدوعة الم . فيدا يل اهم العدلياج الج ية الو يدكب إي اؤها عل الدو ايتاج د تغي ف مجدوعة الم . 2.4 او ع اد المجيجية الدجمو الدويود ي تم ث يأ يدكب إضافة نفس الدج ار إل ط ف الدو ايتة يدكب ضرب ط ف الدو ايتة بع د مويب يدكب ضرب ط ف الدو ايتة بع د سالب مل ضر رة عكس إتجاغ إشارة الدو ايتة )Example (1 Solve the inequality 2x -7 < 4x – 2 then explain the set of solution graphically Solution: 2x -7 < 4x – 2 2x -4x < -2 + 7 -2x < 5 2x >-5 X > -5/2 )∞ {x:x > -5/2} = (-5/2 , )Example (2 Solve the inequality -5 ≤ 2x + 6 < 4 -11 ≤ 2x < -2 -11/2 ≤ x < -1 Solution: -5 ≤ 2x + 6 < 4 Add -6 to all parts ½ Multiply all by ){ x: -11/2 ≤ x < -1} = [-11/2 , -1 )Example (3 Solve the inequality x2 - x < 6 Page 13 Dr. SaMeH Math 105 Solution: x2 - x < 6 Add -6 to both sides x 2 – x -6 < 0 (x - 3) (x + 2) < 0 x = 3 , x = -2 )∞ (-∞ , -2) , (-2,3) , (3, ملموظة:ح الدو ايتة السابجة يعت ايجاد الفو ة ا الفو اج الو يكو عت ها الدج ار (x ) - 3) (x + 2يق مب الصف (اأ عت ما تكو اشارتع سال ة) باطو ار نجاط الوجسيم الثل ث الو حصلتا عليما م للدو ايتة نج ي الفو تيب )(-∞ , -2 )∞ (3,تعطيا مج ارا موي ا بيتدا الفو ة ) (-2,3تعط مج ارا سال ا يمجق الدو ايتة الدعطاغ بالوال فإ ) (-2,3ه مجدوعة الم الو تمجق الدو ايتة تدث عل طط او ع اد دا يل )Example (4 Solve the inequality 3x2 – x - 2>0 Solution: )3x2 – x – 2 = (x – 1 ) (3x + 2 فإ نجطو الوجسيم هدا 1 – 2/3بالوال فإنمدا يجسدا الخط المجيج ال ثل ث فو اج ه )∞ )-∞,- 2/3 ) , )-2/3 , 1 ( (1 ,باطم -2ع د اطو ار مب الفو ة ) ,- 2/3 مب الصف ∞ )-فإنتا نج ي إشارة الدج ار ) (x – 1 ) (3x + 2تكو موي ة (يأ ي بالوال فإ همغ الفو ة تكو ممججة للم . بأط 0ع د يطو ار مب الفو ة ( )-2/3 , 1فإنتا نج ي إشارة الدج ار )(x – 1 ) (3x + 2 تكو سال ة (يصغ مب الصف ) بالوال فإ همغ الفو ة تكو غي ممججة للم . باطم 2ع د اطو ار مب الفو ة )∞ (1 ,فإنتا نج ي إشارة الدج ار )(x – 1 ) (3x + 2 مب الصف بالوال فإ همغ الفو ة تكو ممججة للم . تكو موي ة (يأ ي هكما فإ مجدوعة ح الدو ايتة الدعطاغ تكو ع ارة عب او ع اد الدتودية إما إل ) )-∞,- 2/3ي إل )∞ . (1,بلغة الدجدوعاج فإ مجدوعة الم تكو ع ارة عب إتماد هاتيب الفو تيب. )∞ )-∞,- 2/3) (1, مب الضر رأ ي نجع يح ط ف )Example (5 Solve the inequality 2x-5 / x-2 ≤ 1 Solution: همغ الدو ايتة صف ا .لملك نعي وابوما اوآت : [(2x-5( / )x-2( ] – 1 ≤ 0 Page 14 Dr. SaMeH Math 105 [(2x-5( – (x-2( ]/ x - 2 ≤ 0 x–3/x–2≤0 مب ال سط الدجام بالصف فإنتا نج ي نجطو الوجسيم هدا 2,3 بدسا اة مب همغ سوجسدا الخط المجيج إل ثل ث فو اج .(-∞,2) (2,3] [3,∞) :بإطو ار الفو اج فإنتا نج ي مجدوعة الم ه ].)2,3 يرسم الم : Page 15 Dr. SaMeH