☰ خطة العام · الرياضيات البحتة (بالعربية)

الضرب والقسمة والقوى بالصورة المثلثية والصورة الأسية

الأسبوع 5 · Products, quotients and powers in trigonometric form, and the exponential (Euler) form of a complex number · 3 دروس
1

ضرب الأعداد المركبة وقسمتها بالصورة المثلثية: المقياسان يُضربان والسعتان تُجمعان

Pure Mathematics Sec 3 Term 1, Unit 2, Lesson 1
Goalأضرب الأعداد المركبة وأقسمها بالصورة المثلثية: المقياسان يُضربان أو يُقسمان والسعتان تُجمعان أو تُطرحان.
New words
قاعدة الضرب · ⁦z١‎·z٢‎ = r١‎r٢‎ (cos(θ١‎+θ٢‎) + i sin(θ١‎+θ٢‎))⁩قاعدة القسمة · ⁦z١‎ ÷ z٢‎ = (r١‎/r٢‎)(cos(θ١‎−θ٢‎) + i sin(θ١‎−θ٢‎))⁩
Explanation

ليكن ⁦z١‎ = r١‎(cos θ١‎ + i sin θ١‎)⁩ و⁦z٢‎ = r٢‎(cos θ٢‎ + i sin θ٢‎)⁩ ولنضربهما مع تذكّر أن ⁦i² = −١‎⁩: ⁦z١‎z٢‎ = r١‎r٢‎[(cos θ١‎ cos θ٢‎ − sin θ١‎ sin θ٢‎) + i(sin θ١‎ cos θ٢‎ + cos θ١‎ sin θ٢‎)]⁩. تذكّر قانوني مجموع زاويتين من الصف الثاني الثانوي: ⁦cos(A + B) = cos A cos B − sin A sin B⁩ و⁦sin(A + B) = sin A cos B + cos A sin B⁩. والقوسان هما هذان القانونان تمامًا، فيكون ⁦z١‎z٢‎ = r١‎r٢‎[cos(θ١‎ + θ٢‎) + i sin(θ١‎ + θ٢‎)]⁩: يُضرب المقياسان وتُجمع السعتان. وبضرب ⁦z⁩ في ⁦(١‎/r)(cos(−θ) + i sin(−θ))⁩ نحصل على ⁦١‎⁩ فيكون ⁦١‎/z = (١‎/r)(cos(−θ) + i sin(−θ))⁩ وتنتج قاعدة القسمة: ⁦z١‎ ÷ z٢‎ = (r١‎/r٢‎)[cos(θ١‎ − θ٢‎) + i sin(θ١‎ − θ٢‎)]⁩: يُقسم المقياسان وتُطرح السعتان. وتحذير: مجموع سعتين أساسيتين أو الفرق بينهما قد يخرج من ⁦]−π, π]⁩، فنضيف ⁦٢‎π⁩ أو نطرحها لإعادة الجواب إلى المدى. وتساعد الصور: الضرب في ⁦z٢‎⁩ يمدّ المستوى بالعامل ⁦r٢‎⁩ ويديره بالزاوية ⁦θ٢‎⁩؛ فالضرب في ⁦i⁩ (⁦r = ١‎⁩ و⁦θ = π/٢‎⁩) ربع دورة بعكس عقارب الساعة.

xy−11234−112340z1z2z1z2
Worked examples
اضرب ⁦٢‎(cos π/٦‎ + i sin π/٦‎)⁩ في ⁦٥‎(cos π/٣‎ + i sin π/٣‎)⁩. المقياسان يعطيان ⁦٢‎ × ٥‎ = ١٠‎⁩ والسعتان ⁦π/٦‎ + π/٣‎ = π/٢‎⁩. إذن الناتج ⁦١٠‎(cos π/٢‎ + i sin π/٢‎) = ١٠‎i⁩.
اقسم ⁦٦‎(cos ٥‎π/٦‎ + i sin ٥‎π/٦‎)⁩ على ⁦٢‎(cos π/٦‎ + i sin π/٦‎)⁩. المقياسان: ⁦٦‎ ÷ ٢‎ = ٣‎⁩. السعتان: ⁦٥‎π/٦‎ − π/٦‎ = ٢‎π/٣‎⁩. الناتج ⁦٣‎(cos ٢‎π/٣‎ + i sin ٢‎π/٣‎) = ٣‎(−١‎/٢‎ + (√٣‎/٢‎) i) = −٣‎/٢‎ + (٣‎√٣‎/٢‎) i⁩.
اضرب ⁦٣‎(cos ٢‎π/٣‎ + i sin ٢‎π/٣‎)⁩ في ⁦٢‎(cos ٣‎π/٤‎ + i sin ٣‎π/٤‎)⁩. مجموع السعتين ⁦٢‎π/٣‎ + ٣‎π/٤‎ = ٨‎π/١٢‎ + ٩‎π/١٢‎ = ١٧‎π/١٢‎⁩ وهو أكبر من ⁦π⁩. نطرح ⁦٢‎π = ٢٤‎π/١٢‎⁩ فتكون السعة الأساسية ⁦−٧‎π/١٢‎⁩. الناتج ⁦٦‎(cos(−٧‎π/١٢‎) + i sin(−٧‎π/١٢‎))⁩.
xy−4−3−2−11234−4−3−2−11234023z1z2
اقرأ من الشكل: ⁦|z١‎| = ٢‎⁩ عند ⁦٥٠‎°⁩ و⁦|z٢‎| = ٣‎⁩ عند ⁦−١١٠‎°⁩. إذن ⁦z١‎z٢‎⁩ مقياسه ⁦٦‎⁩ وسعته ⁦٥٠‎° + (−١١٠‎°) = −٦٠‎°⁩. و⁦z١‎ ÷ z٢‎⁩ مقياسه ⁦٢‎/٣‎⁩ وسعته ⁦٥٠‎° − (−١١٠‎°) = ١٦٠‎°⁩ وهي داخل ⁦]−١٨٠‎°, ١٨٠‎°]⁩.
Class activity

ربع دورة. خذ ⁦z = ٢‎(cos π/٣‎ + i sin π/٣‎) = ١‎ + √٣‎ i⁩ واضربه في ⁦i⁩ بطريقتين: بقاعدة الصورة القطبية وبالجبر العادي. هل يتفق الجوابان؟

Practice
1
اضرب ⁦٤‎(cos π/٥‎ + i sin π/٥‎)⁩ في ⁦٣‎(cos ٣‎π/٥‎ + i sin ٣‎π/٥‎)⁩.
2
اقسم ⁦١٠‎(cos ٧‎π/١٢‎ + i sin ٧‎π/١٢‎)⁩ على ⁦٥‎(cos π/١٢‎ + i sin π/١٢‎)⁩.
3
اضرب ⁦٥‎(cos ٥‎π/٦‎ + i sin ٥‎π/٦‎)⁩ في ⁦٢‎(cos ٣‎π/٤‎ + i sin ٣‎π/٤‎)⁩ وأعط السعة الأساسية.
4
اقسم ⁦٤‎(cos(−٢‎π/٣‎) + i sin(−٢‎π/٣‎))⁩ على ⁦٢‎(cos π/٢‎ + i sin π/٢‎)⁩.
5
من أجل ⁦z = ٢‎(cos π/٣‎ + i sin π/٣‎)⁩ أوجد ⁦i·z⁩ بالصورة المثلثية وبالصورة ⁦x + yi⁩.