Skip to content · ⁨الانتقال إلى المحتوى⁩

Exponential and Logarithmic Functions · ⁨الدوال الأسية واللوغاريتمية⁩

AP Precalculus · ⁨AP ما قبل التفاضل والتكامل⁩ · Topic 2 · ⁨الموضوع 2⁩

Video lesson for this topic · ⁨درس فيديو لهذا الموضوع⁩ Open the video page · ⁨افتح صفحة الفيديو⁩
14:05

الدوال الأسية واللوغاريتمية

هناك طريقتان لنمو كمية ما. الخط الأزرق ينمو بانتظام، مضافاً نفس الكمية في كل خطوة. الأخرى هي المضاعفة — ضرب نفس…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨سرد باللغة الإنجليزية · ترجمة مدمجة بالإنجليزية + الصينية⁩

2.1

Change in Arithmetic and Geometric Sequences · ⁨等差数列与等比数列的变化⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Learning Objective 2.1.A: Express arithmetic sequences found in mathematical and contextual scenarios as functions of the whole numbers.

  • 2.1.A.1 A sequence is a function from the whole numbers to the real numbers. Consequently, the graph of a sequence consists of discrete points instead of a curve.
  • 2.1.A.2 Successive terms in an arithmetic sequence have a common difference, or constant rate of change.
  • 2.1.A.3 The general term of an arithmetic sequence with a common difference $d$ is denoted by $a_n$ and is given by $a_n = a_0 + dn$, where $a_0$ is the initial value, or by $a_n = a_k + d(n - k)$, where $a_k$ is the $k$th term of the sequence.

Learning Objective 2.1.B: Express geometric sequences found in mathematical and contextual scenarios as functions of the whole numbers.

  • 2.1.B.1 Successive terms in a geometric sequence have a common ratio, or constant proportional change.
  • 2.1.B.2 The general term of a geometric sequence with a common ratio $r$ is denoted by $g_n$ and is given by $g_n = g_0 r^n$, where $g_0$ is the initial value, or by $g_n = g_k r^{(n-k)}$, where $g_k$ is the $k$th term of the sequence.
  • 2.1.B.3 Increasing arithmetic sequences increase equally with each step, whereas increasing geometric sequences increase by a larger amount with each successive step.
العربية

هدف التعلم 2.1.A: التعبير عن المتتاليات الحسابية الموجودة في السيناريوهات الرياضية والسياقية sebagai functions of the whole numbers (as functions of the whole numbers).

  • 2.1.A.1 المتتالية هي دالة من الأعداد الصحيحة إلى الأعداد الحقيقية. وبالتالي، يتكون منحنى المتتالية من نقاط منفصلة بدلاً من منحنى.
  • 2.1.A.2 الحدود المتتالية في المتتالية الحسابية لها فرق مشترك، أو معدل تغير ثابت.
  • 2.1.A.3 الحد العام للمتتالية الحسابية بفارق $d$ يُرمز له بـ $a_n$ ويُعطى بالعلاقة $a_n = a_0 + dn$، حيث $a_0$ هو القيمة الأولية، أو بالعلاقة $a_n = a_k + d(n - k)$، حيث $a_k$ هو الحد الـ $k$ في المتتالية.

هدف التعلم 2.1.B: التعبير عن المتتاليات الهندسية الموجودة في السيناريوهات الرياضية والسياقية as functions of the whole numbers.

  • 2.1.B.1 الحدود المتتالية في المتتالية الهندسية لها نسبة مشتركة، أو تغيير نسبي ثابت.
  • 2.1.B.2 الحد العام للمتتالية الهندسية بنسبة $r$ يُرمز له بـ $g_n$ ويُعطى بالعلاقة $g_n = g_0 r^n$، حيث $g_0$ هو القيمة الأولية، أو بالعلاقة $g_n = g_k r^{(n-k)}$، حيث $g_k$ هو الحد الـ $k$ في المتتالية.
  • 2.1.B.3 تزداد المتتاليات الحسابية المتزايدة بمقدار متساوٍ في كل خطوة، بينما تزداد المتتاليات الهندسية المتزايدة بمقدار أكبر في كل خطوة متتالية.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English
Geometric series & convergence

A sequence 数列 is a function from the whole numbers to the real numbers, so its graph is discrete points, not a curve.

  • An arithmetic sequence 等差数列 has a common difference 公差 $d$ (a constant rate of change): $a_n = a_0 + dn$, or from a known term, $a_n = a_k + d(n-k)$.
  • A geometric sequence 等比数列 has a common ratio 公比 $r$ (a constant proportional change): $g_n = g_0\,r^{\,n}$, or $g_n = g_k\,r^{\,(n-k)}$.

An increasing arithmetic sequence grows by the same amount each step; an increasing geometric sequence grows by a larger amount each step.

Worked example. An arithmetic sequence with $a_0=3$ and $d=5$ has $a_4=3+5(4)=23$. A geometric sequence with $g_0=2$ and $r=3$ has $g_4=2\cdot3^4=162$ – addition versus multiplication makes the geometric one pull far ahead.

العربية
متسلسلة هندسية & تقارب

数列是从整数集到实数集的函数,因此其图像是 离散点,而非曲线。

等差数列以相等的步长上升;等比数列按比率相乘
等差数列以相等的步长上升;等比数列按比率相乘
  • 等差数列具有 公差 $d$(恒定变化率):$a_n = a_0 + dn$,或从已知项出发,$a_n = a_k + d(n-k)$。
  • 等比数列具有 公比 $r$(恒定比例变化):$g_n = g_0\,r^{\,n}$,或 $g_n = g_k\,r^{\,(n-k)}$。

递增的等差数列每一步增加 相同的量;递增的等比数列每一步增加 更大的量。

示例。 一个公差为 $a_0=3$ 且首项为 $d=5$ 的等差数列拥有 $a_4=3+5(4)=23$。一个首项为 $g_0=2$ 且公比为 $r=3$ 的等比数列拥有 $g_4=2\cdot3^4=162$ —— 加法与乘法使得等比数列大幅领先。

Explore · ⁨استكشف⁩

Compare arithmetic and geometric growth · ⁨قارن النمو الحسابي والهندسي⁩

An arithmetic sequence adds a fixed step each term (linear); a geometric sequence multiplies by a fixed ratio (exponential). Change the ratio and watch the terms explode or decay. · ⁨التسلسل الحسابي يضيف خطوة ثابتة في كل حد (خطي)؛ التسلسل الهندسي يضرب في نسبة ثابتة (أسّي). غير النسبة وشاهد الحدود تنفجر أو تتلاشى.⁩

2.2

Change in Linear and Exponential Functions · ⁨线性函数与指数函数的变化⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Learning Objective 2.2.A: Construct functions of the real numbers that are comparable to arithmetic and geometric sequences.

  • 2.2.A.1 Linear functions of the form $f(x) = b + mx$ are similar to arithmetic sequences of the form $a_n = a_0 + dn$, as both can be expressed as an initial value ($b$ or $a_0$) plus repeated addition of a constant rate of change, the slope ($m$ or $d$).
  • 2.2.A.2 Similar to arithmetic sequences of the form $a_n = a_k + d(n - k)$, which are based on a known difference, $d$, and a $k$th term, linear functions can be expressed in the form $f(x) = y_i + m(x - x_i)$ based on a known slope, $m$, and a point, $(x_i, y_i)$.
  • 2.2.A.3 Exponential functions of the form $f(x) = ab^x$ are similar to geometric sequences of the form $g_n = g_0 r^n$, as both can be expressed as an initial value ($a$ or $g_0$) times repeated multiplication by a constant proportion ($b$ or $r$).
  • 2.2.A.4 Similar to geometric sequences of the form $g_n = g_k r^{(n-k)}$, which are based on a known ratio, $r$, and a $k$th term, exponential functions can be expressed in the form $f(x) = y_i r^{(x - x_i)}$ based on a known ratio, $r$, and a point, $(x_i, y_i)$.
  • 2.2.A.5 Sequences and their corresponding functions may have different domains.
العربية

الهدف التعليمي 2.2.A: بناء دوال للأعداد الحقيقية تقابل المتتاليات الحسابية والهندسية.

  • 2.2.A.1 الدوال الخطية من الشكل $f(x) = b + mx$ مشابهة للمتتاليات الحسابية من الشكل $a_n = a_0 + dn$، حيث يمكن التعبير عن كليهما بقيمة ابتدائية ($b$ أو $a_0$) زائد الجمع المتكرر لمعدل تغير ثابت، وهو الميل ($m$ أو $d$).
  • 2.2.A.2 مشابهًا للمتتاليات الحسابية من الشكل $a_n = a_k + d(n - k)$، والتي تعتمد على فرق معلوم، $d$، وححد $k$-ث، يمكن التعبير عن الدوال الخطية في الصيغة $f(x) = y_i + m(x - x_i)$ بناءً على ميل معلوم، $m$، ونقطة، $(x_i, y_i)$.
  • 2.2.A.3 الدوال الأسية من الشكل $f(x) = ab^x$ تشبه المتتاليات الهندسية من الشكل $g_n = g_0 r^n$، حيث يمكن التعبير عن كليهما كقيمة ابتدائية ($a$ أو $g_0$) مضروبة في ضرب متكرر بنسبة ثابتة ($b$ أو $r$).
  • 2.2.A.4 على غرار المتتاليات الهندسية ذات الصيغة $g_n = g_k r^{(n-k)}$، التي تعتمد على نسبة معروفة $r$، وحدي $k$، يمكن التعبير عن الدوال الأسية في الصيغة $f(x) = y_i r^{(x - x_i)}$ بناءً على نسبة معروفة $r$، ونقطة $(x_i, y_i)$.
  • 2.2.A.5 قد تكون للمتتاليات ودوالها المقابلة مجالات تعريف مختلفة.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

Sequences have continuous cousins:

  • Linear functions $f(x)=b+mx$ mirror arithmetic sequences – an initial value plus repeated addition of the slope $m$. Point form: $f(x)=y_i+m(x-x_i)$.
  • Exponential functions $f(x)=ab^x$ mirror geometric sequences – an initial value times repeated multiplication by the base $b$. Point form: $f(x)=y_i\,r^{\,(x-x_i)}$.

The difference: linear = repeated addition, exponential = repeated multiplication. (A sequence and its function may have different domains.)

العربية
短跑运动员:指数和对数模型在情境中捕捉增长和衰减速率
短跑运动员:指数和对数模型在情境中捕捉增长和衰减速率

数列有其连续的对应物:

  • 线性函数 $f(x)=b+mx$ 镜像等差数列 —— 初始值加上重复加斜率 $m$。点形式:$f(x)=y_i+m(x-x_i)$。
  • 指数函数 $f(x)=ab^x$ 镜像等比数列 —— 初始值乘以重复乘底数 $b$。点形式:$f(x)=y_i\,r^{\,(x-x_i)}$。

区别在于:线性 = 重复 加法,指数 = 重复 乘法。(数列与其函数可能定义域不同。)

2.3

Exponential Functions · ⁨指数函数⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Learning Objective 2.3.A: Identify key characteristics of exponential functions.

  • 2.3.A.1 The general form of an exponential function is $f(x) = ab^x$, with the initial value $a$, where $a \neq 0$, and the base $b$, where $b > 0$, and $b \neq 1$. When $a > 0$ and $b > 1$, the exponential function is said to demonstrate exponential growth. When $a > 0$ and $0 < b < 1$, the exponential function is said to demonstrate exponential decay.
  • 2.3.A.2 When the natural numbers are input values in an exponential function, the input value specifies the number of factors of the base to be applied to the function's initial value. The domain of an exponential function is all real numbers.
  • 2.3.A.3 Because the output values of exponential functions in general form are proportional over equal-length input-value intervals, exponential functions are always increasing or always decreasing, and their graphs are always concave up or always concave down. Consequently, exponential functions do not have extrema except on a closed interval, and their graphs do not have points of inflection.
  • 2.3.A.4 If the values of the additive transformation function $g(x) = f(x) + k$ of any function $f$ are proportional over equal-length input-value intervals, then $f$ is exponential.
العربية

الهدف التعليمي 2.3.A: تحديد الخصائص الرئيسية للدوال الأسية.

  • 2.3.A.1 الصيغة العامة للدالة الأسية هي $f(x) = ab^x$، مع القيمة الابتدائية $a$، حيث $a \neq 0$، و القاعدة $b$، حيث $b > 0$، و$b \neq 1$. عندما $a > 0$ و$b > 1$، يُقال إن الدالة الأسية تُظهر النمو الأسي. وعندما $a > 0$ و$0 < b < 1$، يُقال إن الدالة الأسية تُظهر التناقص الأسي.
  • 2.3.A.2 عندما تكون الأعداد الطبيعية قيم إدخال في دالة أسية، تحدد قيمة الإدخال عدد عوامل القاعدة التي يجب تطبيقها على القيمة الابتدائية للدالة. مجال الدالة الأسية هو جميع الأعداد الحقيقية.
  • 2.3.A.3 نظرًا لأن قيم الإخراج للدوال الأسية بصيغتها العامة متناسبة على فترات قيم إدخال متساوية الطول، فإن الدوال الأسية إما تزايد دائمًا أو تناقص دائمًا، ومخططاتها دائماً مقعرة لأعلى أو مقعرة لأسفل. ونتيجة لذلك، لا تمتلك الدوال الأسية نقاطاً قصوى إلا على فترة مغلقة، ولا تحتوي مخططاتها على نقاط انعطاف.
  • 2.3.A.4 إذا كانت قيم دالة التحول الجمعي $g(x) = f(x) + k$ لأي دالة $f$ متناسبة على فترات قيم إدخال متساوية الطول، فإن $f$ تكون دالة أسية.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

The general exponential function 指数函数 is $f(x)=ab^x$ with initial value 初始值 $a\neq 0$ and base 底数 $b>0,\ b\neq 1$. Domain: all real numbers.

  • $a>0,\ b>1$ gives exponential growth 指数增长; $a>0,\ 0 gives exponential decay 指数衰减.
  • Outputs are proportional over equal-length input intervals. So an exponential is always increasing or always decreasing, and always concave up or always concave down – it has no extrema (except on a closed interval) and no points of inflection.
العربية

一般 指数函数 是 $f(x)=ab^x$,其中 初始值 为 $a\neq 0$,底数 为 $b>0,\ b\neq 1$。定义域:全体实数。

指数衰减:每个时期损失固定百分比
指数衰减:每个时期损失固定百分比
  • $a>0,\ b>1$ 给出 指数增长;$a>0,\ 0 给出 指数衰减。
  • 输出在等长的输入区间内呈 比例 关系。因此指数函数总是递增或总是递减,且总是上凸或总是下凹 —— 它 没有极值(除闭区间外)和 没有拐点。
显微镜下的细菌:指数模型描述每一步按常数因子增长的种群
显微镜下的细菌:指数模型描述每一步按常数因子增长的种群
Explore · ⁨استكشف⁩

Explore an exponential curve · ⁨استمنحنى أسي⁩

y = a·e^(bx) + c

An exponential function changes by a constant factor over equal steps, so it rises (or decays) ever faster. The constant $c$ sets the horizontal asymptote it hugs. · ⁨تتغير الدالة الأسية بمقدار ثابت معامل على خطوات متساوية، لذلك ترتفع (أو تتلاشى) بسرعة متزايدة. الثابت $c$ يحدد المحور الأفقي الذي تلتصق به.⁩

Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
sequence/ˈsiːkwəns/ تسلسل
arithmetic sequence/əˈrɪθmətɪk ˈsiːkwəns/ متتالية حسابية
common difference/ˈkɒmən ˈdɪfrəns/ الفرق المشترك
geometric sequence/ˌdʒiːəʊˈmetrɪk ˈsiːkwəns/ متتالية هندسية
common ratio/ˈkɒmən ˈreɪʃɪəʊ/ النسبة المشتركة
exponential function/ˌekspəˈnenʃl ˈfʌŋkʃn/ دالة أسية
initial value/ɪˈnɪʃl ˈvæljuː/ القيمة الابتدائية
base/beɪs/ القاعدة
exponential growth/ˌekspəˈnenʃl ɡrəʊθ/ نمو أسي
exponential decay/ˌekspəˈnenʃl dɪˈkeɪ/ تناقص أسي
root/ruːt/ جذر
exponential regression/ˌekspəˈnenʃl rɪˈɡreʃn/ انحدار أسي
natural base/ˈnætʃərəl beɪs/ القاعدة الطبيعية
residual plot/rɪˈsɪdʒuːəl plɒt/ مخطط البواقي
residual/rɪˈsɪdʒuːəl/ حاصل الباقي
composite function/ˈkɒmpəzɪt ˈfʌŋkʃn/ الدالة المركبة
identity function/aɪˈdentɪti ˈfʌŋkʃn/ الدالة المحايدة
invertible/ɪnˈvɜːtɪbl/ عكسية
2.4

Exponential Function Manipulation · ⁨指数函数的运算⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Learning Objective 2.4.A: Rewrite exponential expressions in equivalent forms.

  • 2.4.A.1 The product property for exponents states that $b^m b^n = b^{(m+n)}$. Graphically, this property implies that every horizontal translation of an exponential function, $f(x) = b^{(x+k)}$, is equivalent to a vertical dilation, $f(x) = b^{(x+k)} = b^x b^k = ab^x$, where $a = b^k$.
  • 2.4.A.2 The power property for exponents states that $\left(b^m\right)^n = b^{(mn)}$. Graphically, this property implies that every horizontal dilation of an exponential function, $f(x) = b^{(cx)}$, is equivalent to a change of the base of an exponential function, $f(x) = \left(b^c\right)^x$, where $b^c$ is a constant and $c \neq 0$.
  • 2.4.A.3 The negative exponent property states that $b^{-n} = \dfrac{1}{b^n}$.
  • 2.4.A.4 The value of an exponential expression involving an exponential unit fraction, such as $b^{(1/k)}$ where $k$ is a natural number, is the $k$th root of $b$, when it exists.
العربية

الهدف التعليمي 2.4.A: إعادة كتابة التعابير الأسية بصيغ مكافئة.

  • 2.4.A.1 تنص خاصية ضرب الأسس على أن $b^m b^n = b^{(m+n)}$. بيانياً، تعني هذه الخاصية أن كل إزاحة أفقية للدالة الأسية، $f(x) = b^{(x+k)}$، تكافئ تمدداً عمودياً، $f(x) = b^{(x+k)} = b^x b^k = ab^x$، حيث $a = b^k$.
  • 2.4.A.2 تنص خاصية قوة الأسس على أن $\left(b^m\right)^n = b^{(mn)}$. بيانياً، تعني هذه الخاصية أن كل تمدد أفقي للدالة الأسية، $f(x) = b^{(cx)}$، يكافئ تغييراً في قاعدة الدالة الأسية، $f(x) = \left(b^c\right)^x$، حيث $b^c$ مقدار ثابت و$c \neq 0$.
  • 2.4.A.3 تنص خاصية الأس السالب على أن $b^{-n} = \dfrac{1}{b^n}$.
  • 2.4.A.4 قيمة تعبير أسي يتضمن كسر وحدة أسي، مثل $b^{(1/k)}$ حيث $k$ عدد طبيعي، هي الجذر $k$-ث لـ $b$، عند وجوده.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

The exponent rules reshape exponential expressions and connect to graph transformations:

  • Product: $b^m b^n = b^{m+n}$. A horizontal shift $b^{x+k}$ equals a vertical stretch $ab^x$ with $a=b^k$.
  • Power: $(b^m)^n = b^{mn}$. A horizontal stretch $b^{cx}$ equals a base change $(b^c)^x$.
  • Negative exponent: $b^{-n}=\dfrac{1}{b^n}$.
  • Unit-fraction exponent: $b^{1/k}=\sqrt[k]{b}$ (the $k$th root 方根).
العربية

指数法则重塑指数表达式并将其与图像变换联系起来:

  • 积: $b^m b^n = b^{m+n}$。水平平移 $b^{x+k}$ 等于垂直拉伸 $ab^x$,此时 $a=b^k$。
  • 幂: $(b^m)^n = b^{mn}$。水平拉伸 $b^{cx}$ 等于底数改变 $(b^c)^x$。
  • 负指数: $b^{-n}=\dfrac{1}{b^n}$。
  • 单位分数指数: $b^{1/k}=\sqrt[k]{b}$($k$次 根)。
2.5

Exponential Function Context and Data Modeling · ⁨指数函数的应用与数据建模⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Learning Objective 2.5.A: Construct a model for situations involving proportional output values over equal-length input-value intervals.

  • 2.5.A.1 Exponential functions model growth patterns where successive output values over equal-length input-value intervals are proportional. When the input values are whole numbers, exponential functions model situations of repeated multiplication of a constant to an initial value.
  • 2.5.A.2 A constant may need to be added to the dependent variable values of a data set to reveal a proportional growth pattern.
  • 2.5.A.3 An exponential function model can be constructed from an appropriate ratio and initial value or from two input-output pairs. The initial value and the base can be found by solving a system of equations resulting from the two input-output pairs.
  • 2.5.A.4 Exponential function models can be constructed by applying transformations to $f(x) = ab^x$ based on characteristics of a contextual scenario or data set.
  • 2.5.A.5 Exponential function models can be constructed for a data set with technology using exponential regressions.
  • 2.5.A.6 The natural base $e$, which is approximately $2.718$, is often used as the base in exponential functions that model contextual scenarios.
العربية

الهدف التعليمي 2.5.A: بناء نموذج للوضعيات التي تتضمن قيم إخراج متناسبة على فترات قيم إدخال متساوية الطول.

  • 2.5.A.1 نمذج الدوال الأسية أنماط النمو حيث تكون قيم الإخراج المتتالية على فترات قيم إدخال متساوية الطول متناسبة. عندما تكون قيم الإدخال أعداداً صحيحة، تمثل الدوال الأسية وضعيات الضرب المتكرر لمقدار ثابت على قيمة ابتدائية.
  • 2.5.A.2 قد يكون من الضروري إضافة مقدار ثابت إلى قيم المتغير التابع لمجموعة بيانات للكشف عن نمط نمو متناسب.
  • 2.5.A.3 يمكن بناء نموذج لدالة أسية من نسبة مناسبة وقيمة ابتدائية أو من زوجين من قيم الإدخال والإخراج. يمكن إيجاد القيمة الابتدائية والقاعدة عن طريق حل نظام معادلات ناتج عن زوجين من قيم الإدخال والإخراج.
  • 2.5.A.4 يمكن بناء نماذج للدوال الأسية بتطبيق تحويلات على $f(x) = ab^x$ بناءً على خصائص سيناريو السياق أو مجموعة البيانات.
  • 2.5.A.5 يمكن بناء نماذج للدوال الأسية لمجموعة بيانات باستخدام التكنولوجيا عبر الانحدار الأسي.
  • 2.5.A.6 الأساس الطبيعي $e$، والذي يقارب $2.718$، يُستخدم غالباً كأساس في الدوال الأسية التي نمذج وضعيات سياقية.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

Exponentials model quantities that grow by a constant proportion over equal intervals (repeated multiplication).

  • Build a model from a ratio and an initial value, or from two points (solve the system for $a$ and $b$).
  • Sometimes a constant must be added to the data to reveal the proportional pattern.
  • Use exponential regression 指数回归 on technology to fit a data set.
  • The natural base 自然底数 $e\approx 2.718$ is the standard base for real-world models.
العربية

指数函数对在每个相等间隔内按 固定比例 增长的量进行建模(重复乘法)。

  • 根据比率和初始值构建模型,或根据 两个点(解方程组求 $a$ 和 $b$)。
  • 有时必须向数据中添加常数才能揭示比例模式。
  • 使用技术工具上的 指数回归 拟合数据集。
  • 自然底数 $e\approx 2.718$ 是现实世界模型的标准底数。
2.6

Competing Function Model Validation · ⁨竞争函数模型的验证⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Learning Objective 2.6.A: Construct linear, quadratic, and exponential models based on a data set.

  • 2.6.A.1 Two variables in a data set that demonstrate a slightly changing rate of change can be modeled by linear, quadratic, and exponential function models.
  • 2.6.A.2 Models can be compared based on contextual clues and applicability to determine which model is most appropriate.

Learning Objective 2.6.B: Validate a model constructed from a data set.

  • 2.6.B.1 A model is justified as appropriate for a data set if the graph of the residuals of a regression, the residual plot, appear without pattern.
  • 2.6.B.2 The difference between the predicted and actual values is the error in the model. Depending on the data set and context, it may be more appropriate to have an underestimate or overestimate for any given interval.
العربية

الهدف التعليمي 2.6.A: بناء نماذج خطية وتربيعية وأسية بناءً على مجموعة بيانات.

  • 2.6.A.1 يمكن نمذجة متغيرين في مجموعة بيانات يظهران معدل تغير يتغير قليلاً باستخدام نماذج دوال خطية وتربيعية وأسية.
  • 2.6.A.2 يمكن مقارنة النماذج بناءً على أدلة السياق والتطبيق لتحديد النموذج الأنسب.

الهدف التعليمي 2.6.B: التحقق من صحة نموذج مُبنى من مجموعة بيانات.

  • 2.6.B.1 يُبرر اعتبار النموذج مناسبًا لمجموعة بيانات ما إذا كان رسم بياني لمتبقيات الانحدار، أي مخطط المتبقيات، يظهر بدون نمط.
  • 2.6.B.2 الفرق بين القيم المتوقعة والقيم الفعلية هو الخطأ في النموذج. اعتمادًا على مجموعة البيانات والسياق، قد يكون من الأنسب الحصول على تقدير منخفض أو تقديرتان مرتفعتان لأي فترة معينة.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

When a rate of change shifts only slightly, linear, quadratic, and exponential models may all seem to fit. Choose using context and fit quality:

  • A model is appropriate if its residual plot 残差图 shows no pattern (a residual 残差 is actual minus predicted).
  • The error is the gap between predicted and actual; context decides whether an over- or under-estimate is safer.
العربية

当变化率仅发生微小变化时,线性、二次和指数模型可能看起来都适用。应根据情境和拟合质量进行选择:

  • 如果 残差图 显示 无规律(残差 是实际值减去预测值),则该模型是 合适的。
  • 误差 是预测值与实际值之间的差距;情境决定过高估计还是过低估计更安全。
2.7

Composition of Functions · ⁨复合函数⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Learning Objective 2.7.A: Evaluate the composition of two or more functions for given values.

  • 2.7.A.1 If $f$ and $g$ are functions, the composite function $f \circ g$ maps a set of input values to a set of output values such that the output values of $g$ are used as input values of $f$. For this reason, the domain of the composite function is restricted to those input values of $g$ for which the corresponding output value is in the domain of $f$. $(f \circ g)(x)$ can also be represented as $f(g(x))$.
  • 2.7.A.2 Values for the composite function $f \circ g$ can be calculated or estimated from the graphical, numerical, analytical, or verbal representations of $f$ and $g$ by using output values from $g$ as input values for $f$.
  • 2.7.A.3 The composition of functions is not commutative; that is, $f \circ g$ and $g \circ f$ are typically different functions; therefore, $f(g(x))$ and $g(f(x))$ are typically different values.
  • 2.7.A.4 If the function $f(x) = x$ is composed with any function $g$, the resulting composite function is the same as $g$; that is, $g(f(x)) = f(g(x)) = g(x)$. The function $f(x) = x$ is called the identity function. When composing two functions, the identify function acts in the same way as $0$, the additive identity, when adding two numbers and $1$, the multiplicative identity, when multiplying two numbers.

Learning Objective 2.7.B: Construct a representation of the composition of two or more functions.

  • 2.7.B.1 Function composition is useful for relating two quantities that are not directly related by an existing formula.
  • 2.7.B.2 When analytic representations of the functions $f$ and $g$ are available, an analytic representation of $f(g(x))$ can be constructed by substituting $g(x)$ for every instance of $x$ in $f$.
  • 2.7.B.3 A numerical or graphical representation of $f \circ g$ can often be constructed by calculating or estimating values for $(x, f(g(x)))$.

Learning Objective 2.7.C: Rewrite a given function as a composition of two or more functions.

  • 2.7.C.1 Functions given analytically can often be decomposed into less complicated functions. When properly decomposed, the variable in one function should replace each instance of the function with which it was composed.
  • 2.7.C.2 An additive transformation of a function, $f$, that results in vertical and horizontal translations can be understood as the composition of $g(x) = x + k$ with $f$.
  • 2.7.C.3 A multiplicative transformation of a function, $f$, that results in vertical and horizontal dilations can be understood as the composition of $g(x) = kx$ with $f$.
العربية

هدف التعلم 2.7.A: تقييم تركيب دالتين أو أكثر لقيم معطاة.

  • 2.7.A.1 إذا كانت $f$ و$g$ دالتين، فإن الدالة المركبة $f \circ g$ تربط مجموعة من قيم الإدخال بمجموعة من قيم المخرجات بحيث تُستخدم قيم مخرجات $g$ كقيم إدخال لـ $f$. ولهذا السبب، يتم تقييد مجال الدالة المركبة فقط على قيم الإدخال لـ $g$ التي تكون قيمة المخرج المقابلة لها ضمن مجال $f$. يمكن تمثيل $(f \circ g)(x)$ أيضاً بالشكل $f(g(x))$.
  • 2.7.A.2 يمكن حساب أو تقدير قيم الدالة المركبة $f \circ g$ من التمثيلات البيانية أو العددية أو التحليلية أو اللفظية لـ $f$ و$g$ باستخدام قيم إخراج $g$ كقيم إدخال لـ $f$.
  • 2.7.A.3 تركيب الدوال ليس عملاً تبديلياً؛ أي أن $f \circ g$ و$g \circ f$ عادة ما تكون دالتين مختلفتين؛ وبالتالي، فإن $f(g(x))$ و$g(f(x))$ عادة ما تكون قيمًا مختلفة.
  • 2.7.A.4 إذا تم تركيب الدالة $f(x) = x$ مع أي دالة $g$، تكون الدالة المركبة الناتجة مطابقة لـ $g$؛ أي $g(f(x)) = f(g(x)) = g(x)$. تُسمى الدالة $f(x) = x$ دالة الهوية. عند تركيب دالتين، تعمل دالة الهوية بنفس الطريقة التي يعمل بها $0$، وهو المحايد الجمعي، عند جمع عددين، ونفس طريقة عمل $1$، وهو المحايد الضربي، عند ضرب عددين.

هدف التعلم 2.7.B: بناء تمثيل لتركيب دالتين أو أكثر.

  • 2.7.B.1 يُعد تركيب الدوال مفيدًا لربط كميتين غير مترابطتين مباشرةً بمعادلة موجودة مسبقًا.
  • 2.7.B.2 عندما تتوفر تمثيلات تحليلية للدالتين $f$ و$g$، يمكن بناء تمثيل تحليلي لـ $f(g(x))$ عن طريق تعويض $g(x)$ عن كل ظهور لـ $x$ في $f$.
  • 2.7.B.3 يمكن غالبًا بناء تمثيل عدد性或 بياني لـ $f \circ g$ عن طريق حساب أو تقدير قيم لـ $(x, f(g(x)))$.

هدف التعلم 2.7.C: إعادة كتابة دالة معطاة على شكل تركيب لدالتين أو أكثر.

  • 2.7.C.1 يمكن غالبًا تفكيك الدوال المعطاة تحليلاً إلى دوال أبسط. وعند التفكيك بشكل صحيح، يجب أن يحل متغير في إحدى الدوال محل كل ظهور للدالة التي تم تركيبها معها.
  • 2.7.C.2 يمكن فهم التحول الجمعي للدالة $f$ الذي يؤدي إلى إزادات رأسية وأفقية على أنه تركيب لـ $g(x) = x + k$ مع $f$.
  • 2.7.C.3 يمكن فهم التحول الضربي للدالة $f$ الذي يؤدي إلى تمددات رأسية وأفقية على أنه تركيب لـ $g(x) = kx$ مع $f$.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

The composite function 复合函数 $(f\circ g)(x)=f(g(x))$ feeds $g$'s output into $f$. Its domain is the inputs of $g$ whose outputs lie in $f$'s domain.

  • Composition is not commutative: $f(g(x))$ and $g(f(x))$ usually differ.
  • To build $f(g(x))$ analytically, substitute $g(x)$ for every $x$ in $f$.
  • The identity function 恒等函数 $f(x)=x$ leaves any function unchanged under composition.
  • A function can also be decomposed into simpler pieces – useful for seeing an additive shift as composing with $x+k$, or a dilation as composing with $kx$.
العربية

复合函数 $(f\circ g)(x)=f(g(x))$ 将 $g$ 的输出输入到 $f$ 中。其定义域是 $g$ 的所有输入,这些输入的落点在 $f$ 的定义域内。

函数作为机器;其逆运算使机器反向运行
函数作为机器;其逆运算使机器反向运行
  • 复合运算 不满足交换律:$f(g(x))$ 和 $g(f(x))$ 通常不同。
  • لبناء $f(g(x))$ تحليلاً، استبدل $g(x)$ بكل $x$ في $f$.
  • 恒等函数 $f(x)=x$ 在复合运算下保持任何函数不变。
  • 函数也可以被 分解 为更简单的部分 —— 这有助于理解将加法平移视为与 $x+k$ 复合,或将伸缩视为与 $kx$ 复合。
俄罗斯套娃:函数复合嵌套层次结构 —— 先计算内部
俄罗斯套娃:函数复合嵌套层次结构 —— 先计算内部
2.8

Inverse Functions · ⁨反函数⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Learning Objective 2.8.A: Determine the input-output pairs of the inverse of a function.

  • 2.8.A.1 On a specified domain, a function, $f$, has an inverse function, or is invertible, if each output value of $f$ is mapped from a unique input value. The domain of a function may be restricted in many ways to make the function invertible.
  • 2.8.A.2 An inverse function can be thought of as a reverse mapping of the function. An inverse function, $f^{-1}$, maps the output values of a function, $f$, on its invertible domain to their corresponding input values; that is, if $f(a) = b$, then $f^{-1}(b) = a$. Alternately, on its invertible domain, if a function consists of input-output pairs $(a, b)$, then the inverse function consists of input-output pairs $(b, a)$.

Learning Objective 2.8.B: Determine the inverse of a function on an invertible domain.

  • 2.8.B.1 The composition of a function, $f$, and its inverse function, $f^{-1}$, is the identity function; that is, $f\left(f^{-1}(x)\right) = f^{-1}(f(x)) = x$.
  • 2.8.B.2 On a function's invertible domain, the function's range and domain are the inverse function's domain and range, respectively. The inverse of the table of values of $y = f(x)$ can be found by reversing the input-output pairs; that is, $(a, b)$ corresponds to $(b, a)$.
  • 2.8.B.3 The inverse of the graph of the function $y = f(x)$ can be found by reversing the roles of the $x$- and $y$-axes; that is, by reflecting the graph of the function over the graph of the identity function $h(x) = x$.
  • 2.8.B.4 The inverse of the function can be found by determining the inverse operations to reverse the mapping. One method for finding the inverse of the function $f$ is reversing the roles of $x$ and $y$ in the equation $y = f(x)$, then solving for $y = f^{-1}(x)$.
  • 2.8.B.5 In addition to limiting the domain of a function to obtain an inverse function, contextual restrictions may also limit the applicability of an inverse function.
العربية

هدف التعلم 2.8.A: تحديد أزواج الإدخال والإخراج للدالة العكسية.

  • 2.8.A.1 على مجال محدد، تكون الدالة $f$ عكسية، أو قابلة للعكس، إذا كانت كل قيمة إخراج لـ $f$ مُصوَّرة من قيمة إدخال فريدة. يمكن تقييد مجال الدالة بطرق متعددة لجعلها قابلة للعكس.
  • 2.8.A.2 يمكن النظر إلى الدالة العكسية على أنها mapping عكسي للدالة الأصلية. الدالة العكسية $f^{-1}$ تُصوِّر قيم إخراج الدالة $f$ على مجالها القابل للعكس إلى قيم الإدخال المقابلة لها؛ أي إذا كان $f(a) = b$، فإن $f^{-1}(b) = a$. وبشكل بديل، على مجالها القابل للعكس، إذا كانت الدالة تتكون من أزواج إدخال-إخراج $(a, b)$، فإن الدالة العكسية تتكون من أزواج إدخال-إخراج $(b, a)$.

هدف التعلم 2.8.B: تحديد الدالة العكسية لدالة على مجال قابل للعكس.

  • 2.8.B.1 تركيب الدالة $f$ ودالتها العكسية $f^{-1}$ هو دالة الهوية؛ أي $f\left(f^{-1}(x)\right) = f^{-1}(f(x)) = x$.
  • 2.8.B.2 على المجال القابل للعكس للدالة، يكون نطاق الدالة ومجالها هما مجال ونطاق الدالة العكسية على التوالي. يمكن إيجاد عكس جدول قيم $y = f(x)$ عن طريق عكس أزواج الإدخال-الإخراج؛ أي أن $(a, b)$ يقابل $(b, a)$.
  • 2.8.B.3 يمكن إيجاد عكس الرسم البياني للدالة $y = f(x)$ عن طريق عكس أدوار المحورين $x$ و$y$؛ أي عن طريق انعكاس الرسم البياني للدالة عبر رسم بياني دالة الهوية $h(x) = x$.
  • 2.8.B.4 يمكن إيجاد الدالة العكسية عن طريق تحديد العمليات العكسية لعكس الـ mapping. إحدى الطرق لإيجاد الدالة العكسية لـ $f$ هي عكس أدوار $x$ و$y$ في المعادلة $y = f(x)$، ثم حلها بالنسبة لـ $y = f^{-1}(x)$.
  • 2.8.B.5 بالإضافة إلى تقييد مجال الدالة للحصول على دالة عكسية، قد تقيد القيود السياقية أيضًا قابلية تطبيق الدالة العكسية.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English
Inverse functions are a reflection
Exponential & logarithm are inverses

A function is invertible 可逆 on a domain where each output comes from a unique input (you may restrict the domain to force this). The inverse function 反函数 $f^{-1}$ reverses the mapping: if $f(a)=b$ then $f^{-1}(b)=a$.

  • $f\big(f^{-1}(x)\big)=f^{-1}\big(f(x)\big)=x$ (composition gives the identity).
  • Domain and range swap: reverse each $(a,b)$ to $(b,a)$ in a table; reflect the graph over the line $y=x$.
  • To find a formula: swap $x$ and $y$ in $y=f(x)$, then solve for $y$. Context may further limit where the inverse applies.
العربية
الدوال العكسية هي انعكاس
الدالة الأسية واللوغاريتم دوال عكسية

الدالة عكسية على مجال إذا كان كل ناتج يأتي من مدخل فريد (يمكنك تقييد المجال لفرض ذلك). الدالة العكسية $f^{-1}$ تعكس التحويل: إذا $f(a)=b$ فإن $f^{-1}(b)=a$.

  • $f\big(f^{-1}(x)\big)=f^{-1}\big(f(x)\big)=x$ (التركيب يعطي المتطابقة).
  • يتبادل المجال والمدى: اقلب كل $(a,b)$ إلى $(b,a)$ في جدول؛ وعكس الرسم البياني عبر الخط $y=x$.
  • لإيجاد صيغة: استبدل $x$ و $y$ في $y=f(x)$، ثم حل من أجل $y$. قد تقيد السياق أكثر أين ينطبق العكس.
Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
inverse function/ɪnˈvɜːs ˈfʌŋkʃn/ الدالة العكسية
logarithm/ˈlɒɡərɪθəm/ لوغاريتم
common logarithm/ˈkɒmən ˈlɒɡərɪθəm/ اللوغاريتم المشترك
natural logarithm/ˈnætʃərəl ˈlɒɡərɪθəm/ اللوغاريتم الطبيعي
logarithmic function/ˌlɒɡəˈrɪθmɪk ˈfʌŋkʃn/ دالة لوغاريتمية
change-of-base/tʃeɪndʒ ɒv beɪs/ تغيير الأساس
semi-log plot/ˈsemi lɒɡ plɒt/ رسم بياني نصف لوغاريتمي
2.9

Logarithmic Expressions · ⁨التعبيرات اللوغاريتمية⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Learning Objective 2.9.A: Evaluate logarithmic expressions.

  • 2.9.A.1 The logarithmic expression $\log_b c$ is equal to, or represents, the value that the base $b$ must be exponentially raised to in order to obtain the value $c$. That is, $\log_b c = a$ if and only if $b^a = c$, where $a$ and $c$ are constants, $b > 0$, and $b \neq 1$. (when the base of a logarithmic expression is not specified, it is understood as the common logarithm with a base of $10$)
  • 2.9.A.2 The values of some logarithmic expressions are readily accessible through basic arithmetic while other values can be estimated through the use of technology.
  • 2.9.A.3 On a logarithmic scale, each unit represents a multiplicative change of the base of the logarithm. For example, on a standard scale, the units might be $0, \; 1, \; 2, \; \ldots$, while on a logarithmic scale, using logarithm base $10$, the units might be $10^0, \; 10^1, \; 10^2, \; \ldots$.
العربية

هدف التعلم 2.9.A: تقييم التعبيرات اللوغاريتمية.

  • 2.9.A.1 التعبير اللوغاريتمي $\log_b c$ يساوي، أو يمثل، القيمة التي يجب رفع الأساس $b$ إليها بأسي لتصل إلى القيمة $c$. بعبارة أخرى، $\log_b c = a$ إذا وفقط إذا $b^a = c$، حيث $a$ و$c$ ثوابت، $b > 0$، و$b \neq 1$. (عندما لا يُذكر أساس التعبير اللوغاريتمي، يُفهم أنه اللوغاريتم المشترك بأساس $10$)
  • 2.9.A.2 بعض قيم التعبيرات اللوغاريتمية متاحة بسهولة من خلال العمليات الحسابية الأساسية، بينما يمكن تقدير قيم أخرى باستخدام التكنولوجيا.
  • 2.9.A.3 على المقياس اللوغاريتمي، تمثل كل وحدة تغييراً ضربياً لأساس اللوغاريتم. على سبيل المثال، على المقياس القياسي، قد تكون الوحدات $0, \; 1, \; 2, \; \ldots$، بينما على المقياس اللوغاريتمي، باستخدام أساس لوغاريتمي $10$، قد تكون الوحدات $10^0, \; 10^1, \; 10^2, \; \ldots$.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

The logarithm 对数 answers "what exponent?": $\log_b c = a$ means exactly $b^a = c$ (with $b>0,\ b\neq 1$). An unwritten base means the common logarithm 常用对数 (base $10$). On a logarithmic scale, each unit is a multiplicative step of the base (…, $10^0,10^1,10^2,$ …).

العربية

يُجيب اللوغاريتم عن سؤال "ما الأس؟": $\log_b c = a$ يعني بالضبط $b^a = c$ (مع $b>0,\ b\neq 1$). الأساس غير المكتوب يعني اللوغاريتم الشائع (أساس $10$). على المقياس اللوغاريتمي، كل وحدة هي خطوة ضرب لأساس (…، $10^0,10^1,10^2,$ …).

2.10

Inverses of Exponential Functions · ⁨معكوسات الدوال الأسية⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Learning Objective 2.10.A: Construct representations of the inverse of an exponential function with an initial value of 1.

  • 2.10.A.1 The general form of a logarithmic function is $f(x) = a\log_b x$, with base $b$, where $b > 0$, $b \neq 1$, and $a \neq 0$.
  • 2.10.A.2 The way in which input and output values vary together have an inverse relationship in exponential and logarithmic functions. Output values of general-form exponential functions change proportionately as input values increase in equal-length intervals. However, input values of general-form logarithmic functions change proportionately as output values increase in equal-length intervals. Alternately, exponential growth is characterized by output values changing multiplicatively as input values change additively, whereas logarithmic growth is characterized by output values changing additively as input values change multiplicatively.
  • 2.10.A.3 $f(x) = \log_b x$ and $g(x) = b^x$, where $b > 0$ and $b \neq 1$, are inverse functions. That is, $g(f(x)) = f(g(x)) = x$.
  • 2.10.A.4 The graph of the logarithmic function $f(x) = \log_b x$, where $b > 0$ and $b \neq 1$, is a reflection of the graph of the exponential function $g(x) = b^x$, where $b > 0$ and $b \neq 1$, over the graph of the identity function $h(x) = x$.
  • 2.10.A.5 If $(s, \; t)$ is an ordered pair of the exponential function $g(x) = b^x$, where $b > 0$ and $b \neq 1$, then $(t, \; s)$ is an ordered pair of the logarithmic function $f(x) = \log_b x$, where $b > 0$ and $b \neq 1$.
العربية

هدف التعلم 2.10.A: إنشاء تمثيلات لمعكوس دالة أسية بقيمة ابتدائية تساوي 1.

  • 2.10.A.1 الشكل العام للدالة اللوغاريتمية هو $f(x) = a\log_b x$، بأس $b$، حيث $b > 0$، $b \neq 1$، و$a \neq 0$.
  • 2.10.A.2 طريقة تغير قيم الإدخال والإخراج معًا تظهر علاقة عكسية في الدوال الأسية واللوغاريتمية. تتغير قيم إخراج الدوال الأسية ذات الشكل العام بشكل متناسب كلما زادت قيم الإدخال في فترات متساوية الطول. ومع ذلك، تتغير قيم إدخال الدوال اللوغاريتمية ذات الشكل العام بشكل متناسب كلما زادت قيم الإخراج في فترات متساوية الطول. وبشكل بديل، يتميز النمو الأسي بتغير قيم الإخراج ضربياً مع تغير قيم الإدخال جماعياً، بينما يتميز النمو اللوغاريتمي بتغير قيم الإخراج جماعياً مع تغير قيم الإدخال ضربياً.
  • 2.10.A.3 $f(x) = \log_b x$ و$g(x) = b^x$، حيث $b > 0$ و$b \neq 1$، هما دالتان معكوستان. أي أن $g(f(x)) = f(g(x)) = x$.
  • 2.10.A.4 منحنى دالة اللوغاريتم $f(x) = \log_b x$، حيث $b > 0$ و$b \neq 1$، هو انعكاس لمنحنى الدالة الأسية $g(x) = b^x$، حيث $b > 0$ و$b \neq 1$، عبر منحنى دالة الهوية $h(x) = x$.
  • 2.10.A.5 إذا كان $(s, \; t)$ زوجاً مرتباً للدالة الأسية $g(x) = b^x$، حيث $b > 0$ و$b \neq 1$، فإن $(t, \; s)$ هو زوج مرتب لدالة اللوغاريتم $f(x) = \log_b x$، حيث $b > 0$ و$b \neq 1$.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

The logarithm is the inverse of the exponential: $y=b^x$ and $y=\log_b x$ undo each other, so their graphs are reflections over $y=x$. Hence $\log_b(b^x)=x$ and $b^{\log_b x}=x$. The natural logarithm 自然对数 $\ln x = \log_e x$ is the inverse of $e^x$.

العربية

اللوغاريتم هو معكوس الدالة الأسية: $y=b^x$ و $y=\log_b x$ يلغي كل منهما الآخر، لذا فإن رسوماتهما هي انعكاسات عبر $y=x$. ومنه $\log_b(b^x)=x$ و $b^{\log_b x}=x$. اللوغاريتم الطبيعي $\ln x = \log_e x$ هو معكوس $e^x$.

e^x و ln x هما انعكاسان لبعضهما البعض في الخط y = x
e^x و ln x هما انعكاسان لبعضهما البعض في الخط y = x
2.11

Logarithmic Functions · ⁨الدوال اللوغاريتمية⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Learning Objective 2.11.A: Identify key characteristics of logarithmic functions.

  • 2.11.A.1 The domain of a logarithmic function in general form is any real number greater than zero, and its range is all real numbers.
  • 2.11.A.2 Because logarithmic functions are inverses of exponential functions, logarithmic functions are also always increasing or always decreasing, and their graphs are either always concave up or always concave down. Consequently, logarithmic functions do not have extrema except on a closed interval, and their graphs do not have points of inflection.
  • 2.11.A.3 The additive transformation function $g(x) = f(x + k)$, where $k \neq 0$, of a logarithmic function $f$ in general form does not have input values that are proportional over equal-length output-value intervals. However, if the input values of the additive transformation function, $g(x) = f(x + k)$, of any function $f$ are proportional over equal-length output value intervals, then $f$ is logarithmic.
  • 2.11.A.4 With their limited domain, logarithmic functions in general form are vertically asymptotic to $x = 0$, with an end behavior that is unbounded. That is, for a logarithmic function in general form, $\lim\limits_{x \to 0^+} a\log_b x = \pm\infty$ and $\lim\limits_{x \to \infty} a\log_b x = \pm\infty$.
العربية

هدف التعلم 2.11.A: تحديد الخصائص الأساسية للدوال اللوغاريتمية.

  • 2.11.A.1 مجال دالة اللوغاريتم في الصيغة العامة هو أي عدد حقيقي أكبر من الصفر، ومجال قيمها هو جميع الأعداد الحقيقية.
  • 2.11.A.2 بما أن الدوال اللوغاريتمية هي معكوسات للدوال الأسية، فهي دائماً متزايدة أو متناقصة، ومنحناها إما مقعر للأعلى دائماً أو مقعر للأسفل دائماً. وبالتالي، لا تمتلك الدوال اللوغاريتمية ذروات (قيم قصوى/دنيا) إلا على فترة مغلقة، ولا تحتوي منحناها على نقاط انعطاف.
  • 2.11.A.3 دالة التحويل الإبدالي $g(x) = f(x + k)$، حيث $k \neq 0$، لدالة لوغاريتمية $f$ في الصيغة العامة ليس لها قيم إدخال متناسبة على فترات قيم إخراج متساوية الطول. ومع ذلك، إذا كانت قيم إدخال دالة التحويل الإبدالي $g(x) = f(x + k)$ لأي دالة $f$ متناسبة على فترات قيم إخراج متساوية الطول، فإن $f$ تكون لوغاريتمية.
  • 2.11.A.4 بسبب مجالها المحدود، تكون الدوال اللوغاريتمية في الصيغة العامة مقاربة عمودياً لـ $x = 0$، وتتميز بسلوك طرفي غير محدود. أي أنه بالنسبة لدالة لوغاريتمية في الصيغة العامة، $\lim\limits_{x \to 0^+} a\log_b x = \pm\infty$ و$\lim\limits_{x \to \infty} a\log_b x = \pm\infty$.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

The logarithmic function 对数函数 $f(x)=\log_b x$ has domain $x>0$ and range all reals. It is always increasing (for $b>1$) or always decreasing (for $0), always concave one way, with a vertical asymptote at $x=0$ – the mirror image of the exponential's horizontal asymptote. It grows very slowly for large $x$.

العربية

الدالة اللوغاريتمية $f(x)=\log_b x$ لها مجال $x>0$ ومدى جميع الأعداد الحقيقية. إنها دائماً متزايدة (لـ $b>1$) أو دائماً متناقصة (لـ $0)، دائماً مقعرة في اتجاه واحد، مع مقارب عمودي عند $x=0$ – وهو صورة مرآة للمقارب الأفقي للدالة الأسية. تنمو ببطء شديد لقيم كبيرة من $x$.

Explore · ⁨استكشف⁩

Explore a logarithmic curve · ⁨استمنحنى لوغاريتمي⁩

y = a·ln(x − b) + c

A logarithm is the inverse of an exponential: it grows without bound but ever slower, with a vertical asymptote where its input hits zero. · ⁨اللوغاريتم هو المعكوس للأسي: ينمو بلا حدود لكن بسرعة أبطأ، له مقارب رأسي حيث يدخل المدخلات إلى الصفر.⁩

2.12

Logarithmic Function Manipulation · ⁨معالجة الدوال اللوغاريتمية⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Learning Objective 2.12.A: Rewrite logarithmic expressions in equivalent forms.

  • 2.12.A.1 The product property for logarithms states that $\log_b(xy) = \log_b x + \log_b y$. Graphically, this property implies that every horizontal dilation of a logarithmic function, $f(x) = \log_b(kx)$, is equivalent to a vertical translation, $f(x) = \log_b(kx) = \log_b k + \log_b x = a + \log_b x$, where $a = \log_b k$.
  • 2.12.A.2 The power property for logarithms states that $\log_b x^n = n\log_b x$. Graphically, this property implies that raising the input of a logarithmic function to a power, $f(x) = \log_b x^k$, results in a vertical dilation, $f(x) = \log_b x^k = k\log_b x$.
  • 2.12.A.3 The change of base property for logarithms states that $\log_b x = \dfrac{\log_a x}{\log_a b}$, where $a > 0$ and $a \neq 1$. This implies that all logarithmic functions are vertical dilations of each other.
  • 2.12.A.4 The function $f(x) = \ln x$ is a logarithmic function with the natural base $e$; that is, $\ln x = \log_e x$.
العربية

هدف التعلم 2.12.A: إعادة كتابة التعابير اللوغاريتمية بصيغ مكافئة.

  • 2.12.A.1 تنص خاصية الضرب للوغاريتمات على أن $\log_b(xy) = \log_b x + \log_b y$. بيانياً، تشير هذه الخاصية إلى أن كل تمدد أفقي لدالة لوغاريتمية $f(x) = \log_b(kx)$ يكافئ إزاحة رأسية $f(x) = \log_b(kx) = \log_b k + \log_b x = a + \log_b x$، حيث $a = \log_b k$.
  • 2.12.A.2 تنص خاصية القوة للوغاريتمات على أن $\log_b x^n = n\log_b x$. بيانياً، تشير هذه الخاصية إلى أن رفع مدخل دالة لوغاريتمية لأس معين، $f(x) = \log_b x^k$، يؤدي إلى تمدد رأسي $f(x) = \log_b x^k = k\log_b x$.
  • 2.12.A.3 تنص خاصية تغيير الأساس للوغاريتمات على أن $\log_b x = \dfrac{\log_a x}{\log_a b}$، حيث $a > 0$ و$a \neq 1$. هذا يعني أن جميع الدوال اللوغاريتمية هي تمددات رأسية لبعضها البعض.
  • 2.12.A.4 الدالة $f(x) = \ln x$ هي دالة لوغاريتمية بأساس طبيعي $e$؛ أي أن $\ln x = \log_e x$.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

The log properties reverse the exponent rules:

$$\log_b(xy)=\log_b x+\log_b y,\quad \log_b\!\frac{x}{y}=\log_b x-\log_b y,\quad \log_b(x^n)=n\log_b x.$$
The change-of-base 换底 formula lets you compute any log with technology: $\log_b x = \dfrac{\log x}{\log b}=\dfrac{\ln x}{\ln b}$.

العربية

خصائص اللوغاريتم تعكس قواعد الأس:

$$\log_b(xy)=\log_b x+\log_b y,\quad \log_b\!\frac{x}{y}=\log_b x-\log_b y,\quad \log_b(x^n)=n\log_b x.$$
صيغة تغيير الأساس تسمح لك بحساب أي لوغاريتم باستخدام التكنولوجيا: $\log_b x = \dfrac{\log x}{\log b}=\dfrac{\ln x}{\ln b}$.

2.13

Exponential and Logarithmic Equations and Inequalities · ⁨المعادلات والمتباينات الأسية واللوغاريتمية⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Learning Objective 2.13.A: Solve exponential and logarithmic equations and inequalities.

  • 2.13.A.1 Properties of exponents, properties of logarithms, and the inverse relationship between exponential and logarithmic functions can be used to solve equations and inequalities involving exponents and logarithms.
  • 2.13.A.2 When solving exponential and logarithmic equations found through analytical or graphical methods, the results should be examined for extraneous solutions precluded by the mathematical or contextual limitations.
  • 2.13.A.3 Logarithms can be used to rewrite expressions involving exponential functions in different ways that may reveal helpful information. Specifically, $b^x = c^{(\log_c b)(x)}$.

Learning Objective 2.13.B: Construct the inverse function for exponential and logarithmic functions.

  • 2.13.B.1 The function $f(x) = ab^{(x-h)} + k$ is a combination of additive transformations of an exponential function in general form. The inverse of $y = f(x)$ can be found by determining the inverse operations to reverse the mapping.
  • 2.13.B.2 The function $f(x) = a\log_b(x - h) + k$ is a combination of additive transformations of a logarithmic function in general form. The inverse of $y = f(x)$ can be found by determining the inverse operations to reverse the mapping.
العربية

هدف التعلم 2.13.A: حل المعادلات والمتباينات الأسية واللوغاريتمية.

  • 2.13.A.1 يمكن استخدام خصائص الأسس، وخصائص اللوغاريتمات، والعلاقة العكسية بين الدوال الأسية واللوغاريتمية لحل المعادلات والمتباينات التي تتضمن أسس ولوغاريتمات.
  • 2.13.A.2 عند حل المعادلات الأسية واللوغاريتمية المستنتجة عن طريق الطرق التحليلية أو البيانية، يجب فحص النتائج بحثاً عن حلول زائفة مستبعدة بسبب القيود الرياضية أو السياق.
  • 2.13.A.3 يمكن استخدام اللوغاريتمات لإعادة كتابة تعابير تتعلق بالدوال الأسية بطرق مختلفة قد تكشف عن معلومات مفيدة. تحديداً، $b^x = c^{(\log_c b)(x)}$.

هدف التعلم 2.13.B: بناء الدالة العكسية للدوال الأسية واللوغاريتمية.

  • 2.13.B.1 الدالة $f(x) = ab^{(x-h)} + k$ هي مزيج من تحويلات إبدالية لدالة أسية في الصيغة العامة. يمكن إيجاد معكوس $y = f(x)$ عن طريق تحديد العمليات العكسية لعكس التوجيه.
  • 2.13.B.2 الدالة $f(x) = a\log_b(x - h) + k$ هي مزيج من تحويلات إبدالية لدالة لوغاريتمية في الصيغة العامة. يمكن إيجاد معكوس $y = f(x)$ عن طريق تحديد العمليات العكسية لعكس التوجيه.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

To solve, use the fact that exponentials and logs are inverses:

  • Isolate the exponential, then take a log of both sides (bring the exponent down with the power property).
  • Isolate the log, then exponentiate both sides.
  • Always check for extraneous solutions – the argument of a log must stay positive.

Worked example. Solve $2\cdot3^x=54$. Divide by $2$: $3^x=27=3^3$, so $x=3$. When the sides are not tidy powers, take logs instead: $5^x=20$ gives $x=\dfrac{\ln 20}{\ln 5}\approx1.86$.

العربية

لحلها، استخدم حقيقة أن الدوال الأسية واللوغاريتمية هي معكسات:

  • اعزل الدالة الأسية، ثم خذ لوغاريتم الطرفين (انزل الأس باستخدام خاصية القوة).
  • اعزل اللوغاريتم، ثم أشر إلى الطرفين بأساس الدالة الأسية.
  • تحقق دائماً من الحلول الزائدة – يجب أن يبقى ما بداخل اللوغاريتم إيجابياً.

مثال محلول. حل $2\cdot3^x=54$. اقسم على $2$: $3^x=27=3^3$، إذن $x=3$. عندما لا تكون الأطراف قوى مرتبة، خذ اللوغاريتمات بدلاً من ذلك: $5^x=20$ يعطي $x=\dfrac{\ln 20}{\ln 5}\approx1.86$.

2.14

Logarithmic Function Context and Data Modeling · ⁨سياق الدوال اللوغاريتمية ونمذجة البيانات⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Learning Objective 2.14.A: Construct a logarithmic function model.

  • 2.14.A.1 Logarithmic functions are inverses of exponential functions and can be used to model situations involving proportional growth, or repeated multiplication, where the input values change proportionally over equal-length output-value intervals. Alternately, if the output value is a whole number, it indicates how many times the initial value has been multiplied by the proportion.
  • 2.14.A.2 A logarithmic function model can be constructed from an appropriate proportion and a real zero or from two input-output pairs.
  • 2.14.A.3 Logarithmic function models can be constructed by applying transformations to $f(x) = a\log_b x$ based on characteristics of a context or data set.
  • 2.14.A.4 Logarithmic function models can be constructed for a data set with technology using logarithmic regressions.
  • 2.14.A.5 The natural logarithm function is often useful in modeling real-world phenomena.
  • 2.14.A.6 Logarithmic function models can be used to predict values for the dependent variable.
العربية

هدف التعلم 2.14.A: بناء نموذج لدالة لوغاريتمية.

  • 2.14.A.1 الدوال اللوغاريتمية هي معكوسات للدوال الأسية ويمكن استخدامها لنمذجة المواقف المتعلقة بالنمو التناسبي أو الضرب المتكرر، حيث تتغير قيم الإدخال بشكل متناسب على فترات قيم إخراج متساوية الطول. وبشكل بديل، إذا كانت قيمة الإخراج عدداً صحيحاً، فهذا يشير إلى عدد المرات التي تم فيها ضرب القيمة الأولية في نسبة النمو.
  • 2.14.A.2 يمكن بناء نموذج لدالة لوغاريتمية من خلال نسبة مناسبة وصفر حقيقي، أو من خلال زوجين من قيم الإدخال والإخراج.
  • 2.14.A.3 يمكن بناء نماذج للدوال اللوغاريتمية عن طريق تطبيق تحويلات على $f(x) = a\log_b x$ بناءً على خصائص السياق أو مجموعة البيانات.
  • 2.14.A.4 يمكن بناء نماذج للدوال اللوغاريتمية لمجموعة بيانات باستخدام التكنولوجيا عبر الانحدار اللوغاريتمي.
  • 2.14.A.5 غالباً ما تكون دالة اللوغاريتم الطبيعي مفيدة في نمذجة الظواهر الواقعية.
  • 2.14.A.6 يمكن استخدام نماذج الدوال اللوغاريتمية للتنبؤ بالقيم للمتغير التابع.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

Logarithms model quantities that change over huge multiplicative ranges (sound, acid strength, earthquakes). Build a log model from data, and use logarithmic regression for a data set. Because a log compresses large values, it turns proportional growth into a straight-line pattern – the idea behind semi-log plots.

العربية

تُمثل اللوغاريتمات الكميات التي تتغير عبر نطاقات ضرب ضخمة (الصوت، قوة الحموضة، الزلازل). بنِ نموذجاً لوغاريتمياً من البيانات، واستخدم الانحدار اللوغاريتمي لمجموعة بيانات. لأن اللوغاريتم يضغط القيم الكبيرة، فإنه يحول النمو النسبي إلى نمط خط مستقيم – وهو المبدأ وراء الرسوم البيانية شبه اللوغاريتمية.

2.15

Semi-log Plots · ⁨الرسوم البيانية شبه اللوغاريتمية⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Learning Objective 2.15.A: Determine if an exponential model is appropriate by examining a semi-log plot of a data set.

  • 2.15.A.1 In a semi-log plot, one of the axes is logarithmically scaled. When the $y$-axis of a semi-log plot is logarithmically scaled, data or functions that demonstrate exponential characteristics will appear linear.
  • 2.15.A.2 An advantage of semi-log plots is that a constant never needs to be added to the dependent variable values to reveal that an exponential model is appropriate.

Learning Objective 2.15.B: Construct the linearization of exponential data.

  • 2.15.B.1 Techniques used to model linear functions can be applied to a semi-log graph.
  • 2.15.B.2 For an exponential model of the form $y = ab^x$, the corresponding linear model for the semi-log plot is $y = (\log_n b)x + \log_n a$, where $n > 0$ and $n \neq 1$. Specifically, the linear rate of change is $\log_n b$, and the initial linear value is $\log_n a$.
العربية

هدف التعلم 2.15.A: تحديد ما إذا كان النموذج الأسي مناسباً من خلال فحص مخطط شبه لوغاريتمي لمجموعة بيانات.

  • 2.15.A.1 في الرسم البياني شبه اللوغاريتمي، يكون أحد المحورين مقياسه لوغاريتمياً. عندما يكون محور $y$ في الرسم البياني شبه اللوغاريتمي مقياسه لوغاريتمياً، تظهر البيانات أو الدوال التي تُظهر خصائص أسية على شكل خط مستقيم.
  • 2.15.A.2 من مميزات المخططات شبه اللوغاريتمية أنه لا حاجة لإضافة ثابت دائمًا إلى قيم المتغير الكامن لكشف مدى ملاءمة النموذج الأسي.

هدف التعلم 2.15.B: بناء خطية بيانات أسية.

  • 2.15.B.1 يمكن تطبيق التقنيات المستخدمة لنمذجة الدوال الخطية على الرسم البياني شبه اللوغاريتمي.
  • 2.15.B.2 بالنسبة لنموذج أسي من الشكل $y = ab^x$، فإن النموذج الخطي المقابل للرسم البياني شبه اللوغاريتمي هو $y = (\log_n b)x + \log_n a$، حيث $n > 0$ و$n \neq 1$. تحديدًا، المعدل الخطي للتغير هو $\log_n b$، والقيمة الخطية الأولية هي $\log_n a$.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

A semi-log plot 半对数图 puts the output on a logarithmic axis and the input on a normal axis. On these axes, an exponential function $y=ab^x$ becomes a straight line, because $\log y = \log a + (\log b)\,x$ is linear in $x$. So: if data look linear on a semi-log plot, an exponential model fits; the line's slope gives $\log b$ and its intercept gives $\log a$.

العربية

الرسم البياني شبه اللوغاريتمي يضع الناتج على محور لوغاريتمي والمدخل على محور عادي. على هذه المحاور، تصبح الدالة الأسية $y=ab^x$ خطاً مستقيماً، لأن $\log y = \log a + (\log b)\,x$ خطي في $x$. لذلك: إذا بدت البيانات خطية على رسم بياني شبه لوغاريتمي، فإن النموذج الأسي مناسب؛ ميل الخط يعطي $\log b$ وقاطعه يعطي $\log a$.

2.15

Exam tips · ⁨نصائح للامتحان⁩

English
  • Distinguish arithmetic (add a common difference) from geometric (multiply a common ratio) sequences and their linear/exponential function cousins.
  • Exponential = repeated multiplication, so it eventually outgrows any linear or polynomial model.
  • The logarithm is the inverse of the exponential ($\log_b c=a\Leftrightarrow b^a=c$); use it to solve $b^x=k$.
  • Apply the log laws (product, quotient, power) and the change-of-base formula; the argument of a log must be positive.
  • On a semi-log plot an exponential model becomes a straight line.
العربية
  • فرق بين المتتاليات الأرithmetic (أضف فرقاً مشتركاً) و الهندسية (اضرب نسبة مشتركة) وأقرانها من الدوال الخطية/الأسية.
  • الأسية = ضرب متكرر، لذا فهي أخيراً تتجاوز أي نموذج خطي أو كثير حدود.
  • اللوغاريتم هو معكوس الدالة الأسية ($\log_b c=a\Leftrightarrow b^a=c$); استخدمه لحل $b^x=k$.
  • طبق قوانين اللوغاريتم (الجداء، القسمة، القوة) وصيغة تغيير الأساس؛ يجب أن يكون ما بداخل اللوغاريتم إيجابياً.
  • على رسم بياني شبه لوغاريتمي يصبح النموذج الأسي خطاً مستقيماً.

Interactive lessons on this topic · ⁨دروس تفاعلية حول هذا الموضوع⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨ا-working عليه خطوة بخطوة، مع تمارين تحقق فوري.⁩

Past Papers · ⁨أوراق الامتحانات السابقة⁩

More topics in AP Precalculus · ⁨AP ما قبل التفاضل والتكامل⁩ · ⁨المزيد من المواضيع في AP Precalculus · ⁨AP ما قبل التفاضل والتكامل⁩⁩

Log in or create account · ⁨تسجيل الدخول أو إنشاء حساب⁩

IGCSE, A-Level & AP