☰ خطة العام · الرياضيات البحتة (بالعربية)

تقاطع المستقيم والمستوى والزاوية بين مستويين والأبعاد

الأسبوع 14 · Where a line meets a plane, the angle between planes, parallel and perpendicular planes, the line of intersection of two planes, distances from a point to a plane and between parallel planes, the intercept form · 3 دروس
3

البعد بين مستويين متوازيين، ومعادلة المستوى بدلالة الأجزاء المقطوعة، ومسائل متنوعة

Pure Mathematics Sec 3 Term 1, Unit 4, Lesson 2
Goalأوجد البعد بين مستويين متوازيين، وأكتب المستوى بدلالة الأجزاء المقطوعة، وأحل مسائل متنوعة في المستقيمات والمستويات.
New words
البعد بين مستويين متوازيين · بعد أي نقطة من أحدهما عن المستوى الآخرالأجزاء المقطوعة · الأعداد ⁦p, q, r⁩ التي يقطع عندها المستوى المحاور ⁦x, y, z⁩ في ⁦(p, ٠‎, ٠‎)⁩ و⁦(٠‎, q, ٠‎)⁩ و⁦(٠‎, ٠‎, r)⁩صورة الأجزاء المقطوعة · ⁦x/p + y/q + z/r = ١‎⁩
Explanation

للمستويين المتوازيين تأكد أولًا أن المعادلتين لهما المتجه العمودي نفسه (اضرب إحداهما في عدد إن لزم). ثم خذ أي نقطة على أحدهما وأوجد بعدها عن الآخر. فللمستويين ⁦ax + by + cz = k₁⁩ و⁦ax + by + cz = k₂⁩ يكون البعد ⁦|k₁ − k₂|/√(a² + b² + c²)⁩. والفكرة نفسها تعطي بعد مستقيم عن مستوى يوازيه: خذ أي نقطة من المستقيم. صورة الأجزاء المقطوعة. المستوى الذي لا يمر بنقطة الأصل ولا يوازي أيًّا من المحاور يقطع المحاور الثلاثة في ⁦(p, ٠‎, ٠‎)⁩ و⁦(٠‎, q, ٠‎)⁩ و⁦(٠‎, ٠‎, r)⁩. عندئذ ⁦x/p + y/q + z/r = ١‎⁩ لأن كلًّا من النقط الثلاث يحققها. وهذه صورة الأجزاء المقطوعة من المحاور. ولإيجاد الأجزاء المقطوعة من ⁦ax + by + cz = k⁩ نضع إحداثيين يساويان ⁦٠‎⁩ ونحل بالنسبة إلى الثالث كما في الجدول. وعكس ذلك: اقسم المعادلة على ⁦k⁩ لتحصل على صورة الأجزاء المقطوعة. وقد تكون الأجزاء المقطوعة سالبة. ونقط الأجزاء الثلاث تكوّن مثلثًا تُوجد مساحته بالضرب الاتجاهي، وتكوّن مع نقطة الأصل رباعي وجوه (هرمًا ثلاثيًا) حجمه ⁦pqr/٦‎⁩.

صورة الأجزاء المقطوعة: x/٦ + y/٤ + z/٢ = ١
المحورضع الإحداثيين الآخرين = ٠الجزء المقطوع للمستوى ٢x + ٣y + ٦z = ١٢
المحور x٢x = ١٢٦
المحور y٣y = ١٢٤
المحور z٦z = ١٢٢
Worked examples
البعد بين ⁦٢‎x − y + ٢‎z = ٧‎⁩ و⁦٢‎x − y + ٢‎z = −٢‎⁩. المتجهان العموديان متفقان فالبعد ⁦|٧‎ − (−٢‎)|/√(٤‎ + ١‎ + ٤‎) = ٩‎/٣‎ = ٣‎⁩.
البعد بين ⁦x + ٢‎y − ٢‎z = ٤‎⁩ و⁦٣‎x + ٦‎y − ٦‎z = −٣‎⁩. نقسم الثانية على ⁦٣‎⁩: ⁦x + ٢‎y − ٢‎z = −١‎⁩. فالبعد ⁦|٤‎ − (−١‎)|/٣‎ = ٥‎/٣‎⁩.
بعد المستقيم ⁦(١‎, ٠‎, ١‎) + t(١‎, ١‎, ٠‎)⁩ عن المستوى ⁦٢‎x − ٢‎y + z = ١٠‎⁩. ⁦n · d = ٢‎ − ٢‎ + ٠‎ = ٠‎⁩ فالمستقيم يوازي المستوى. نأخذ ⁦A = (١‎, ٠‎, ١‎)⁩: ⁦n · A = ٣‎⁩ فالبعد ⁦|٣‎ − ١٠‎|/٣‎ = ٧‎/٣‎⁩.
صورة الأجزاء المقطوعة. المستوى ⁦٢‎x + ٣‎y + ٦‎z = ١٢‎⁩ أجزاؤه المقطوعة ⁦٦‎, ٤‎, ٢‎⁩ فهو ⁦x/٦‎ + y/٤‎ + z/٢‎ = ١‎⁩. وعكسه، المستوى الذي أجزاؤه المقطوعة ⁦٣‎, −٢‎, ٤‎⁩ هو ⁦x/٣‎ − y/٢‎ + z/٤‎ = ١‎⁩؛ وبالضرب في ⁦١٢‎⁩ نحصل على ⁦٤‎x − ٦‎y + ٣‎z = ١٢‎⁩.
مسألة متنوعة. للمستوى ⁦٢‎x + ٣‎y + ٦‎z = ١٢‎⁩ نقط الأجزاء المقطوعة ⁦A(٦‎, ٠‎, ٠‎)⁩ و⁦B(٠‎, ٤‎, ٠‎)⁩ و⁦C(٠‎, ٠‎, ٢‎)⁩. ⁦AB = (−٦‎, ٤‎, ٠‎)⁩ و⁦AC = (−٦‎, ٠‎, ٢‎)⁩ يعطيان ⁦AB × AC = (٨‎, ١٢‎, ٢٤‎)⁩ وطوله ⁦٢٨‎⁩ فمساحة المثلث ⁦ABC⁩ تساوي ⁦١٤‎⁩. وبعد نقطة الأصل عن المستوى ⁦١٢‎/٧‎⁩. حجم ⁦OABC⁩: ⁦pqr/٦‎ = ٦‎ × ٤‎ × ٢‎/٦‎ = ٨‎⁩، وأيضًا ⁦(١‎/٣‎) × ١٤‎ × ١٢‎/٧‎ = ٨‎⁩: الطريقتان متفقتان.
Class activity

ركن خيمة. تخيل ركن غرفة نقطة أصل والأرضية وحائطين مستويات الإحداثيات. لوح مائل يمس الحروف الثلاثة على بعد ⁦٦‎⁩ و⁦٤‎⁩ و⁦٢‎⁩ وحدات من الركن. اكتب معادلته (⁦x/٦‎ + y/٤‎ + z/٢‎ = ١‎⁩) وأوجد بعد الركن عن اللوح (⁦١٢‎/٧‎⁩ وحدة).

Practice
1
أوجد البعد بين المستويين ⁦٣‎x − ٤‎y + ١٢‎z = ٥‎⁩ و⁦٣‎x − ٤‎y + ١٢‎z = −٢١‎⁩.
2
أوجد البعد بين المستويين ⁦x + ٢‎y + ٢‎z = ٦‎⁩ و⁦٢‎x + ٤‎y + ٤‎z = −٦‎⁩.
3
اكتب ⁦٤‎x − y + ٢‎z = ٨‎⁩ بصورة الأجزاء المقطوعة.
4
أوجد معادلة المستوى الذي أجزاؤه المقطوعة ⁦٤‎⁩ و⁦٦‎⁩ و⁦١٢‎⁩، وبعده عن نقطة الأصل.
5
أوجد المستوى المار بالنقطة ⁦(٣‎, ١‎, ١‎)⁩ والموازي للمستوى ⁦x − ٢‎y + ٢‎z = ٥‎⁩، والبعد بين المستويين.