פונקציה מעריכים ומשוואה מעריכית

📈 פונקציות ומשוואות מעריכיות

הכרות בסיסית 

🎯 חלק א': הפונקציה המעריכית

הגדרה

פונקציה מעריכית היא פונקציה שבה המשתנה נמצא במעריך (בחזקה).

\(f(x) = a^x\)

כאשר \(a > 0\) ו-\(a \neq 1\)

הצורה הכללית:

\(f(x) = b \cdot a^x + c\)

📊 תכונות הפונקציה \(f(x) = a^x\)

תכונה \(a > 1\) \(0 < a < 1\)
התנהגות 📈 עולה 📉 יורדת
תחום \(\mathbb{R}\) (כל המספרים)
טווח \((0, \infty)\) (רק חיוביים)
נקודה קבועה \((0, 1)\) כי \(a^0 = 1\)
אסימפטוטה ציר ה-x (הישר \(y = 0\))
חיתוך עם ציר y \((0, 1)\)

📉📈 הגרפים

\(a > 1\) (למשל \(2^x\))
x y (0,1) y=0

עולה, שואפת ל-0 משמאל

\(0 < a < 1\) (למשל \(0.5^x\))
x y (0,1) y=0

יורדת, שואפת ל-0 מימין

✏️ דוגמאות לפונקציות מעריכיות

\(f(x) = 2^x\)

בסיס 2, עולה

\(f(x) = 3 \cdot 2^x\)

מתיחה אנכית פי 3

\(f(x) = 2^x + 3\)

הזזה 3 למעלה, אסימפטוטה y=3

\(f(x) = e^x\)

בסיס e ≈ 2.718

🧮 חלק ב': משוואות מעריכיות

הגדרה

משוואה מעריכית היא משוואה שבה הנעלם נמצא במעריך.

דוגמאות:

\(2^x = 8\) , \(3^{2x+1} = 27\) , \(5^x = 5^{3x-4}\)

⭐ עקרון הפתרון המרכזי

\(a^{f(x)} = a^{g(x)} \implies f(x) = g(x)\)

(כאשר \(a > 0, a \neq 1\))

💡 במילים: אם הבסיסים שווים, אז המעריכים שווים!

🔧 שיטות פתרון

שיטה 1: השוואת בסיסים

כאשר אפשר להביא את שני האגפים לאותו בסיס.

דוגמה: פתרו \(2^x = 32\)

פתרון:

נזהה ש-\(32 = 2^5\)

\(2^x = 2^5\)

הבסיסים שווים, לכן: \(x = 5\)

דוגמה: פתרו \(9^x = 27\)

פתרון:

נביא לבסיס משותף (3):

\(9 = 3^2\) ו-\(27 = 3^3\)

\((3^2)^x = 3^3\)

\(3^{2x} = 3^3\)

\(2x = 3\)

\(x = \frac{3}{2} = 1.5\)

שיטה 2: שימוש בלוגריתם

כאשר לא ניתן להביא לאותו בסיס.

דוגמה: פתרו \(2^x = 5\)

פתרון:

נפעיל לוג על שני האגפים:

\(\log(2^x) = \log 5\)

\(x \cdot \log 2 = \log 5\)

\(x = \frac{\log 5}{\log 2} \approx \frac{0.699}{0.301} \approx 2.32\)

💡 נוסחה כללית:

\(a^x = b \implies x = \frac{\log b}{\log a} = \log_a b\)

שיטה 3: הצבה (משוואה ריבועית במסווה)

כאשר יש חזקות שונות של אותו בסיס.

דוגמה: פתרו \(4^x - 6 \cdot 2^x + 8 = 0\)

פתרון:

נשים לב ש-\(4^x = (2^2)^x = (2^x)^2\)

נציב \(t = 2^x\) (כאשר \(t > 0\)):

\(t^2 - 6t + 8 = 0\)

\((t-2)(t-4) = 0\)

\(t = 2\) או \(t = 4\)

נחזור ל-x:

\(2^x = 2 \implies x = 1\)

\(2^x = 4 \implies x = 2\)

תשובה: \(x = 1\) או \(x = 2\)

⚠️ חשוב: תמיד לזכור ש-\(t = a^x > 0\)!

אם יוצא \(t \leq 0\), זה פתרון פסול.

📐 תזכורת: חוקי חזקות

חוק נוסחה דוגמה
כפל חזקות \(a^m \cdot a^n = a^{m+n}\) \(2^3 \cdot 2^4 = 2^7\)
חילוק חזקות \(\frac{a^m}{a^n} = a^{m-n}\) \(\frac{2^5}{2^2} = 2^3\)
חזקה של חזקה \((a^m)^n = a^{m \cdot n}\) \((2^3)^2 = 2^6\)
חזקת אפס \(a^0 = 1\) \(5^0 = 1\)
חזקה שלילית \(a^{-n} = \frac{1}{a^n}\) \(2^{-3} = \frac{1}{8}\)
חזקה שברית \(a^{\frac{m}{n}} = \sqrt[n]{a^m}\) \(8^{\frac{2}{3}} = \sqrt[3]{64} = 4\)

⚖️ אי-שוויונות מעריכיים

כלל חשוב: כיוון האי-שוויון תלוי בבסיס!

\(a > 1\)

\(a^{f(x)} > a^{g(x)}\)

\(\Downarrow\)

\(f(x) > g(x)\)

הכיוון נשמר

\(0 < a < 1\)

\(a^{f(x)} > a^{g(x)}\)

\(\Downarrow\)

\(f(x) < g(x)\)

הכיוון מתהפך!

✏️ דוגמה: פתרו \(2^x > 8\)

\(2^x > 2^3\)

הבסיס 2 > 1, לכן הכיוון נשמר:

\(x > 3\)

✏️ דוגמה: פתרו \(\left(\frac{1}{2}\right)^x > 4\)

\(\left(\frac{1}{2}\right)^x > \left(\frac{1}{2}\right)^{-2}\) (כי \(4 = 2^2 = \left(\frac{1}{2}\right)^{-2}\))

הבסיס \(\frac{1}{2}\) < 1, לכן הכיוון מתהפך:

\(x < -2\)

💡 טיפים למבחן

1️⃣ לנסות בסיס משותף

תמיד לבדוק אם אפשר להביא לאותו בסיס לפני שימוש בלוג

2️⃣ לזכור חזקות

חזקות של 2: 2, 4, 8, 16, 32, 64...

חזקות של 3: 3, 9, 27, 81...

3️⃣ הצבה t

כשיש \(a^{2x}\) ו-\(a^x\) - להציב \(t = a^x\)

4️⃣ אי-שוויונות

בסיס > 1: כיוון נשמר

בסיס < 1: כיוון מתהפך!

📝 סיכום

פונקציה מעריכית: \(f(x) = a^x\)

עקרון פתרון: \(a^{f(x)} = a^{g(x)} \implies f(x) = g(x)\)

שימוש בלוג: \(a^x = b \implies x = \log_a b\)

הפונקציה המעריכית והלוגריתם הן פונקציות הפוכות!