קצב ושינוי
משוואות מסדר ראשון
First Order Equations
מתחילים מהרעיון הפשוט ביותר: הנגזרת מספרת לנו לאן המערכת נעה עכשיו. משם נבנה גידול מעריכי, תגובה למקור, תנודות והמשוואה הלוגיסטית.
מפת הפרק
8 תחנות בדרך
8 יחידות לימוד עצמאיות · כ־6 שעות ו־20 דקות לשיעורים ולתרגול
- 1.1יחידת לימוד35 דקות
לינארי מול לא־לינארי
שאלה 1: מה ננסה להבין?לומדים לקרוא משוואה דיפרנציאלית כחוק קצב, ולזהות מתי עקרון הסופרפוזיציה תקף.
לשיעור ← - 1.2יחידת לימוד45 דקות
החשבון הדיפרנציאלי הדרוש
שאלה 2: מה ננסה להבין?בונים את ארגז הכלים של הפרק: נגזרות, קדומות, אינטגרלים, כלל השרשרת, אקספוננט ולוגריתם.
לשיעור ← - 1.3יחידת לימוד40 דקות
המנוע המעריכי
שאלה 3: מה ננסה להבין?הפתרון של קצב שינוי היחסי לגודל הנוכחי, זמן הכפלה ושיעור המשתנה בזמן.
לשיעור ← - 1.4יחידת לימוד55 דקות
פתרון פרטי ותגובה למקור
שאלה 4: מה ננסה להבין?מפרידים בין תגובת תנאי ההתחלה לבין תגובת forcing: קבוע, מדרגה, הלם או מקור מעריכי.
לשיעור ← - 1.5יחידת לימוד50 דקות
סינוסים ממשיים ומרוכבים
שאלה 5: מה ננסה להבין?מייצגים משרעת ופאזה בווקטור מרוכב ומבינים תגובה מחזורית של מערכת.
לשיעור ← - 1.6יחידת לימוד40 דקות
מודלים של גידול ודעיכה
שאלה 6: מה ננסה להבין?מחברים שיעור משתנה ומקור חיצוני למודל אחד ובודקים גם את היחידות.
לשיעור ← - 1.7יחידת לימוד55 דקות
המשוואה הלוגיסטית
שאלה 7: מה ננסה להבין?גידול שמאט ליד קיבולת הנשיאה, יציבות, קציר ושינוי במספר שיווי המשקל.
לשיעור ← - 1.8יחידת לימוד60 דקות
הפרדה ומשוואות מדויקות
שאלה 8: מה ננסה להבין?לומדים לזהות שתי משפחות פתירות, לשמור פתרונות מיוחדים ולבנות פונקציית פוטנציאל צעד אחר צעד.
לשיעור ←
ביד, שלב אחר שלב
אוכלוסייה עם תקרת משאבים
פתרו y′ = 0.4y(1−y/100), כאשר y(0)=10.
- 1
מזהים קצב גידול a=0.4 וקיבולת נשיאה K=100.
- 2
מפרידים משתנים ומקבלים ln(y/(K−y)) = at + C.
- 3
מתנאי ההתחלה מתקבל (K/y₀)−1 = 9.
- 4
מציבים מחדש ומקבלים עקומת S שמתקרבת ל־100 בלי לעבור אותה.
y(t) = 100 / (1 + 9e⁻⁰·⁴ᵗ)ניבוי, ניסוי והסבר
מעבדת חקר: מחוק שינוי לפתרון
התחילו מתחנה אחת, נבאו את התוצאה ורק אז שנו פרמטר. בכל תחנה תקבלו משוב וקישור לשיעור שעליו היא בנויה.
פרק 1 · ארבע תחנות חקר
מחוק שינוי מקומי לפתרון שלם
נבאו, בדקו והסבירו: לינאריות, תגובה למקור, גידול לוגיסטי ובחירת שיטת פתרון.
המעבדה בנויה כמסלול חקר: בכל תחנה מנבאים, משנים לכל היותר שלושה פרמטרים, מסבירים את התצפית ובודקים הבנה.
תחנה 1 מתוך 4
איך חוק מקומי יוצר מסלול?
- המטרה
- לחבר בין סימן הנגזרת לבין צורת הפתרון, ולראות מדוע מגבלת K יוצרת חוק לא־לינארי.
- המשימה
- נבאו את הכיוון הלוגיסטי, בדקו P₀ מתחת ל־K, בדיוק ב־K ומעליו, והשוו למודל המעריכי.
- מעריכי: P′=rP
- לוגיסטי: P′=rP(1−P/K)
- קיבולת K
- P′log(0)
- 6.4
- Pexp(10)
- 1092.0
- Plog(10)
- 93.2
העקומה הלוגיסטית עולה לעבר K. העקומה המעריכית חוצה את גבול התרשים בזמן 4.58; היא אינה משנה את קנה המידה.
עכשיו בקוד
אותו רעיון, כאלגוריתם
הקוד קצר בכוונה: כל שורה מקבילה לצעד בחישוב הידני.
מהרעיון אל הקוד
מימוש חישובי
function logistic(t, y0 = 10, rate = 0.4, capacity = 100) {
const ratio = capacity / y0 - 1;
return capacity / (1 + ratio * Math.exp(-rate * t));
}
const samples = Array.from({ length: 101 }, (_, i) => {
const t = i / 10;
return { t, y: logistic(t) };
});
console.table(samples.filter((_, index) => index % 25 === 0));import numpy as np
def logistic(t, y0=10, rate=0.4, capacity=100):
ratio = capacity / y0 - 1
return capacity / (1 + ratio * np.exp(-rate * t))
t = np.linspace(0, 10, 101)
y = logistic(t)
print(np.column_stack((t[::25], y[::25])))בדיקת שליטה מצטברת
האם כל פרק 1 יושב במקום?
שמונה שאלות קצרות בודקות את כל מסלול הפרק. לאחר הבדיקה תקבלו הסבר וקישור מדויק לשיעור שכדאי לחזור אליו.
מקורות להעמקה בלבד — הפרק באתר עומד בפני עצמו
מדריך המרצים: עמ׳ 2–39. הפניות מדויקות לספר מופיעות בתחתית כל שיעור.