☰ خطة العام · الرياضيات البحتة (بالعربية)

مراجعة الفصل الدراسي الأول: ذات الحدين والأعداد المركبة والمتجهات والمستقيمات والمستويات

الأسبوع 15 · Term 1 review · 3 دروس
3

مراجعة: المتجهات في الفراغ والمستقيمات والمستويات

Pure Mathematics Sec 3 Term 1, Units 1–4, Review
Goalأراجع المتجهات في الفراغ والضربين القياسي والاتجاهي والمستقيمات والمستويات، وأختار الأداة المناسبة لكل سؤال.
New words
المتجه العمودي · متجه عمودي على مستوى؛ يعطي معادلة المستوى وأبعادهمتجه الاتجاه · متجه يوازي مستقيمًا؛ يعطي معادلات المستقيم وزواياهالمستقيمان المتخالفان · مستقيمان غير متوازيين ولا يتقاطعان أبدًا
Explanation

تبدأ الأسابيع من الثامن إلى الرابع عشر بالنقط والمتجهات وتنتهي بالمستقيمات والمستويات، وتعود الأفكار القليلة نفسها. المتجهات: الطول ومتجه الوحدة ⁦A/‖A‖⁩ وجيوب تمام الاتجاه. الضرب القياسي ⁦A · B⁩ يعطي الزوايا واختبار التعامد؛ والضرب الاتجاهي ⁦A × B⁩ يعطي متجهًا عموديًا على كل منهما والمساحات، وإذا كان صفرًا فالمتجهان متوازيان؛ والضرب الثلاثي القياسي يعطي الحجوم والمتجهات التي في مستوى واحد. والمستقيم نقطة ومتجه اتجاه، والمستوى نقطة ومتجه عمودي. ولمستقيمين استعمل قانون الزاوية مع اتجاهيهما ثم ساوِ الإحداثيات بوسيطين مختلفين لتحكم بالتقاطع أو التخالف. وللمستوى أوجد متجهًا عموديًا: معطًى مباشرة أو من ⁦AB × AC⁩ أو من ⁦d₁ × d₂⁩. والأبعاد تستعمل العمود: من نقطة إلى مستقيم بقدم العمود أو ⁦‖AB × d‖/‖d‖⁩، ومن نقطة إلى مستوى بـ ⁦|ax₁ + by₁ + cz₁ + d|/√(a² + b² + c²)⁩. ويقطع المستقيم مستويًا بعد تعويض نقطته العامة في المعادلة؛ ويتقاطع مستويان في مستقيم اتجاهه ⁦n₁ × n₂⁩. وتحقق دائمًا من الإجابة في المعطيات الأصلية.

المطلوبالأداة
الطول ومتجه الوحدة وجيوب تمام الاتجاه⁦‖A‖ = √(x² + y² + z²)⁩؛ ⁦A/‖A‖ = (ℓ, m, n)⁩؛ ⁦ℓ² + m² + n² = ١‎⁩
الزاوية بين متجهين؛ التعامد⁦cos θ = A · B/(‖A‖‖B‖)⁩؛ ⁦A · B = ٠‎⁩
متجه عمودي على متجهين؛ المساحات⁦A × B⁩ (محدد ⁦٣‎ × ٣‎⁩)؛ مساحة المثلث ⁦½‖A × B‖⁩
الحجم؛ متجهات في مستوى واحد⁦|A · (B × C)|⁩؛ ⁦A · (B × C) = ٠‎⁩
مستقيم⁦r = A + t d⁩؛ ⁦x = x₁ + at …⁩؛ ⁦(x − x₁)/a = (y − y₁)/b = (z − z₁)/c⁩
مستقيمان⁦cos θ = |d₁ · d₂|/(‖d₁‖‖d₂‖)⁩؛ ساوِ الإحداثيات بوسيطين ⁦s, t⁩: تقاطع أو تخالف
مستوى⁦n · r = n · A⁩؛ ⁦ax + by + cz + d = ٠‎⁩؛ ⁦n = AB × AC⁩ أو ⁦d₁ × d₂⁩
الأبعادنقطة–مستقيم: ⁦‖AB × d‖/‖d‖⁩؛ نقطة–مستوى: ⁦|ax₁ + by₁ + cz₁ + d|/√(a² + b² + c²)⁩
تقاطع المستقيمات والمستوياتمستقيم–مستوى: ⁦(n · d)t = k − n · A⁩؛ مستويان: ⁦d = n₁ × n₂⁩؛ الزاوية بين مستويين من ⁦n₁ · n₂⁩
Worked examples
المثلث ⁦P(١‎, ٠‎, ٢‎)⁩ و⁦Q(٣‎, ٢‎, ٣‎)⁩ و⁦R(٠‎, ٣‎, ٣‎)⁩. ⁦PQ = (٢‎, ٢‎, ١‎)⁩ و⁦PR = (−١‎, ٣‎, ١‎)⁩. الزاوية عند ⁦P⁩: ⁦PQ · PR = ٥‎⁩ والطولان ⁦٣‎⁩ و⁦√١١‎⁩ فيكون ⁦cos P = ٥‎/(٣‎√١١‎)⁩ و⁦P ≈ ٥٩٫٨‎°⁩. ⁦PQ × PR = (٢‎ × ١‎ − ١‎ × ٣‎, −(٢‎ × ١‎ − ١‎ × (−١‎)), ٢‎ × ٣‎ − ٢‎ × (−١‎)) = (−١‎, −٣‎, ٨‎)⁩ وطوله ⁦√٧٤‎⁩ فالمساحة ⁦√٧٤‎/٢‎ ≈ ٤٫٣٠‎⁩. والمستوى المار بالنقط الثلاث متجهه العمودي ⁦(−١‎, −٣‎, ٨‎)⁩: ⁦−x − ٣‎y + ٨‎z = −١‎ + ١٦‎ = ١٥‎⁩ أي ⁦x + ٣‎y − ٨‎z = −١٥‎⁩. التحقق من ⁦Q⁩: ⁦٣‎ + ٦‎ − ٢٤‎ = −١٥‎⁩ ومن ⁦R⁩: ⁦٠‎ + ٩‎ − ٢٤‎ = −١٥‎⁩.
مستقيم ومستوى. المستقيم المار بالنقطة ⁦A(٠‎, ١‎, −٢‎)⁩ واتجاهه ⁦(٢‎, −١‎, ٢‎)⁩ يقطع المستوى ⁦٣‎x + ٢‎y − z = ١٠‎⁩: نقطته ⁦(٢‎t, ١‎ − t, −٢‎ + ٢‎t)⁩ فيكون ⁦٦‎t + ٢‎ − ٢‎t + ٢‎ − ٢‎t = ٢‎t + ٤‎ = ١٠‎⁩ و⁦t = ٣‎⁩. النقطة ⁦(٦‎, −٢‎, ٤‎)⁩. والمستوى الموازي ⁦٣‎x + ٢‎y − z = −٤‎⁩ يبعد عنه ⁦|١٠‎ − (−٤‎)|/√١٤‎ = ١٤‎/√١٤‎ = √١٤‎ ≈ ٣٫٧٤‎⁩.
مستقيمان ومستوى. ⁦r₁ = (١‎, ٢‎, ٣‎) + s(١‎, −١‎, ٢‎)⁩ و⁦r₂ = (٥‎, ١‎, ٦‎) + t(٢‎, ١‎, −١‎)⁩ يتقاطعان عند ⁦s = ٢‎⁩ و⁦t = −١‎⁩ في النقطة ⁦(٣‎, ٠‎, ٧‎)⁩. متجه عمودي على المستوى الذي يحويهما ⁦(١‎, −١‎, ٢‎) × (٢‎, ١‎, −١‎) = ((−١‎)(−١‎) − ٢‎ × ١‎, −(١‎ × (−١‎) − ٢‎ × ٢‎), ١‎ × ١‎ − (−١‎) × ٢‎) = (−١‎, ٥‎, ٣‎)⁩. المستوى ⁦−x + ٥‎y + ٣‎z = −١‎ + ١٠‎ + ٩‎ = ١٨‎⁩ أي ⁦x − ٥‎y − ٣‎z = −١٨‎⁩. التحقق من ⁦(٥‎, ١‎, ٦‎)⁩: ⁦٥‎ − ٥‎ − ١٨‎ = −١٨‎⁩.
Class activity

خطة لسلسلة أسئلة. اختر المعطى «ثلاث نقط ⁦A, B, C⁩». اذكر خمسة أسئلة مختلفة يمكن طرحها عنها، لكل منها أداتها، من هذه الوحدة (الزاوية والمساحة والمستوى وبعد نقطة الأصل عن المستوى ومستقيم يمر بنقطتين). وحل واحدًا منها بأعداد من اختيارك.

Practice
1
أوجد جيوب تمام اتجاه المتجه من ⁦P(١‎, −٢‎, ٣‎)⁩ إلى ⁦Q(٥‎, ٢‎, ٥‎)⁩.
2
أوجد متجه وحدة عموديًا على كل من ⁦(٢‎, ٠‎, ١‎)⁩ و⁦(١‎, ٣‎, −١‎)⁩.
3
اكتب المستقيم المار بالنقطتين ⁦(٣‎, ١‎, −٢‎)⁩ و⁦(١‎, ٤‎, −٢‎)⁩ بالصورتين البارامترية والكارتيزية.
4
أوجد بعد النقطة ⁦A(−٣‎, −١‎, −١‎)⁩ عن المستقيم ⁦r = (٠‎, ١‎, ٠‎) + t(٢‎, ٢‎, −١‎)⁩.
5
أوجد المستوى المار بالنقطة ⁦(١‎, −١‎, ٢‎)⁩ ومتجهه العمودي ⁦(٣‎, −٢‎, ٦‎)⁩ وبعده عن نقطة الأصل وبعد النقطة ⁦(٤‎, ١‎, ٠‎)⁩ عنه.