مشتقة الدالة \( \sec(x) \): البرهان والأمثلة

اشتقاق قاعدة القسمة خطوة بخطوة، الرسم البياني، صيغة قاعدة السلسلة، وأمثلة محلولة

يتم حساب مشتقة الدالة \( \sec(x) \) باستخدام قاعدة القسمة للمشتقات.

برهان مشتقة \( \sec(x) \)

المطابقة المثلثية التي تربط بين \( \sec x \) و \( \cos x \) هي:

\[ \sec x = \dfrac{1}{\cos x} \]

نستخدم قاعدة القسمة في الاشتقاق لإيجاد مشتقة \( \sec x \):

\[ \dfrac{d}{dx} \sec x = \dfrac{d}{dx} \left(\dfrac{1}{\cos x}\right) = \dfrac{\left(\dfrac{d}{dx}1\right) \cos x - 1 \left(\dfrac{d}{dx} \cos x\right)}{\cos^2 x} \]

مشتقة الثابت 1 تساوي صفراً. باستخدام صيغة مشتقة الدالة المثلثية \( \cos x \)، وهي \( \dfrac{d}{dx}\cos x = -\sin x \)، بالتعويض نحصل على:

\[ \dfrac{d}{dx} \sec x = \dfrac{0 - (-\sin x)}{\cos^2 x} \]

تبسيط:

\[ = \dfrac{\sin x}{\cos^2 x} = \dfrac{\sin x}{\cos x} \cdot \dfrac{1}{\cos x} = \tan x \sec x \]
الصيغة: \[ \dfrac{d}{dx} \sec x = \tan x \; \sec x \]

رسم الدالة \( \sec(x) \) ومشتقتها

تُظهر الرسوم البيانية أدناه الدالة \( \sec(x) \) ومشتقتها:

Graph of sec x and its derivative

مشتقة الدالة المركبة \( \sec(u(x)) \)

نأخذ الآن في الاعتبار الدالة المركبة قاطع دالة أخرى \( u(x) \). نستخدم قاعدة السلسلة في الاشتقاق لكتابة:

\[ \dfrac{d}{dx} \sec(u(x)) = \left(\dfrac{d}{du} \sec u\right) \left(\dfrac{d}{dx} u\right) \]
\[ = \tan u \sec u \dfrac{du}{dx} \]
صيغة قاعدة السلسلة: \[ \dfrac{d}{dx} \sec(u(x)) = \tan(u(x)) \; \sec(u(x)) \; u'(x) \]

أمثلة مع الحلول

أمثلة محلولة: اشتقاق دوال القاطع المركبة

أوجد مشتقة دوال القاطع المركبة التالية:

  1. \( f(x) = \sec(x^2 + x - 1) \)
  2. \( g(x) = \sec(\sin x) \)
  3. \( h(x) = \sec(\sqrt{x+2}) \)

الحلول:

  1. لتكن \( u(x) = x^2 + x - 1 \)، إذن \( \dfrac{du}{dx} = 2x + 1 \).
    بتطبيق القاعدة لدالة القاطع المركبة:
    \[ f'(x) = \tan(u) \sec(u) \dfrac{du}{dx} = (2x + 1) \, \tan(x^2 + x - 1) \, \sec(x^2 + x - 1) \]
  2. لتكن \( u(x) = \sin x \)، إذن \( \dfrac{du}{dx} = \cos x \).
    بتطبيق القاعدة:
    \[ g'(x) = \tan(u) \sec(u) \dfrac{du}{dx} = \cos x \, \tan(\sin x) \, \sec(\sin x) \]
  3. لتكن \( u(x) = \sqrt{x+2} \)، إذن \( \dfrac{du}{dx} = \dfrac{1}{2\sqrt{x+2}} \).
    بتطبيق القاعدة:
    \[ h'(x) = \tan(u) \sec(u) \dfrac{du}{dx} = \dfrac{\tan(\sqrt{x+2}) \, \sec(\sqrt{x+2})}{2\sqrt{x+2}} \]

المراجع والروابط الإضافية