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附加数学 · 在混合微积分题中找回解题方法

负导数在模型中的意义

你算出的变化率是负数,不知道是不是算错了。

负导数表示:随着变量增大,这个量在减少。符号是答案的一部分,所以要写出它的意思、变化率的大小和单位。

本课属于混合微积分题选方法这一组,会用到最优化与变化率问题里的变化率。

模型一:正在排水的水箱

水箱里的水量是 V = 100 − 8t + 0.1t² 升,t 是分钟,0 ≤ t ≤ 15。描述 t = 5 时水量怎样变化。

微分。 dV/dt = −8 + 0.2t。

代入。 t = 5 时,dV/dt = −8 + 1 = −7。

解释。 t = 5 时,水量正以每分钟 7 升的速度减少。

t = 10 时,变化率是 −8 + 2 = −6。水箱仍在排水,但速度变慢了,因为导数越来越接近零。在整个范围 0 ≤ t ≤ 15 内,导数一直是负数,因为 0.2t ≤ 3 < 8。

符号、大小、单位

答案用这个三部分的格式写。

部分 要写什么 本例
符号 增加还是减少 减少
大小 数值,取正数 7
单位 量的单位除以变量的单位 升每分钟

如果题目问的是减少率,答 7。如果问的是变化率,答 −7。

模型二:速度

一个质点的位移是 s = t² − 6t 米,从点 O 量起。求 t = 1 时的速度。

v = ds/dt = 2t − 6。t = 1 时,v = −4。速度是 −4 m/s,表示质点正朝负方向运动,速率是 4 m/s。

会丢分的写法

常见错误有两种:把负号当成算错而改掉,或者题目问大小却写了符号。

题目措辞 错误 正确
V 在 t = 5 时的减少率 −7 升每分钟 7 升每分钟
V 在 t = 5 时的变化率 7 升每分钟 −7 升每分钟

先读清楚措辞,再决定要不要保留符号。

自测

某店的存货是 S = 500 − 30t + 0.4t² 件,t 是天数,0 ≤ t ≤ 20。求 t = 10 时的变化率,并求存货以每天 18 件的速度减少时的 t 值。

答案

dS/dt = −30 + 0.8t。t = 10 时,dS/dt = −30 + 8 = −22,所以存货正以每天 22 件的速度减少。

「每天减少 18 件」表示 dS/dt = −18,所以 −30 + 0.8t = −18,得 0.8t = 12,t = 15。这在范围之内。

验算:−30 + 0.8(15) = −18。

接下来学什么

继续做综合练习,或者看符号在运动题里怎样用:积分与位移、路程的关系。

想请老师检查你解释答案的那一句话,可以了解线上一对一附加数学补习。

常见问题

导数是负数,就表示我算错了吗?

不一定。负导数表示随着变量增大,这个量在减少。符号本身带着信息,先对照情境,例如水箱正在排水,再决定是不是算错。

变化率和减少率有什么区别?

变化率保留符号,所以减少中的量,变化率是负数。减少率指减少的大小,所以是正数。该答哪一个,看题目的措辞。

除了数字,还要写什么?

要写单位,例如每分钟多少升,并用文字说明符号的意思,例如体积正以每分钟 7 升的速度减少。只写一个数字,没有单位也没有句子,可能拿不到分。

速率和速度是同一回事吗?

不是。速度带方向,方向由符号表示;速率是速度的大小,永远不是负数。若 v = −4 m/s,速率是 4 m/s,方向是负方向。

如果计算对了,却因为解释那句话丢分,一对一课堂里老师可以用新模型和你反复练习写解释。

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