☰ خطة العام · الرياضيات البحتة (بالعربية)

الجذور التكعيبية للواحد الصحيح: ω وخواصها واستعمالاتها

الأسبوع 7 · The cube roots of unity: the three roots, their properties, evaluating expressions and proving identities with ω · 3 دروس
3

إيجاد قيم العبارات وإثبات المتطابقات باستخدام ⁦ω⁩ وتكوين معادلات جذراها عبارتان في ⁦ω⁩

Pure Mathematics Sec 3 Term 1, Unit 2, Lesson 3
Goalأوجد قيم عبارات بدلالة ⁦ω⁩، وأثبت متطابقات، وأكوّن معادلات تربيعية جذراها عبارتان في ⁦ω⁩.
New words
المتطابقة · معادلة صحيحة لكل القيم المسموح بها؛ وهنا إثبات تساوي عبارتين في ⁦ω⁩مجموع الجذرين وحاصل ضربهما · في المعادلة ⁦x² − (المجموع)x + (حاصل الضرب) = ٠‎⁩ يكون مجموع الجذرين وحاصل ضربهما كما هو مكتوباختزال · نستبدل كل قوة لـ ⁦ω⁩ بـ ⁦١‎⁩ أو ⁦ω⁩ أو ⁦ω²⁩ ثم نستعمل ⁦١‎ + ω + ω² = ٠‎⁩
Explanation

تُحل كل مسائل ⁦ω⁩ بأربع خطوات متكررة. (أ) نختزل كل قوة لـ ⁦ω⁩ باستعمال ⁦ω³ = ١‎⁩. (ب) نستبدل المجموعة ⁦١‎ + ω + ω²⁩ بصفر، أو ⁦ω + ω²⁩ بـ ⁦−١‎⁩. (ج) في الكسر نُخرج ⁦ω⁩ أو ⁦ω²⁩ عاملًا مشتركًا من البسط ليطابق المقام: مثلًا ⁦a + bω² = ω²(aω + b)⁩ لأن ⁦ω²·aω = a⁩، فيؤول الكسر إلى ⁦ω²⁩. (د) لإثبات أن عددًا جذر لمعادلة نضع ⁦x = ω⁩ (أو ⁦ω²⁩) ونختزل القوى ونتحقق أن الناتج صفر؛ ويعطي ⁦ω⁩ و⁦ω²⁩ النتيجة نفسها لأنهما مترافقان ومعاملات المعادلة حقيقية. ولتكوين معادلة تربيعية جذراها ⁦p⁩ و⁦q⁩ نحسب ⁦p + q⁩ و⁦pq⁩ بالقواعد السابقة ونكتب ⁦x² − (p + q)x + pq = ٠‎⁩. وقد تكون المعاملات حقيقية مع أن الجذرين غير حقيقيين.

ƒFormula
١ + ω + ω² = ٠, ω³ = ١, ١/ω = ω²
استبدل كل مجموع للجذور الثلاثة بصفر، واختزل كل قوة إلى ١ أو ω أو ω².
Worked examples
أوجد قيمة ⁦(١‎ + ω)(١‎ + ω²)(١‎ + ω⁴)(١‎ + ω⁸)⁩. نختزل: ⁦ω⁴ = ω⁩ و⁦ω⁸ = ω²⁩ فيكون الناتج ⁦[(١‎ + ω)(١‎ + ω²)]²⁩. و⁦(١‎ + ω)(١‎ + ω²) = ١‎ + ω + ω² + ω³ = ٠‎ + ١‎ = ١‎⁩. فالقيمة ⁦١‎⁩.
أوجد قيمة ⁦[(٣‎ + ٢‎ω²)/(٣‎ω + ٢‎) − (١‎ + ٤‎ω)/(ω² + ٤‎)]⁶⁩. بما أن ⁦ω²(٣‎ω + ٢‎) = ٣‎ + ٢‎ω²⁩ فالكسر الأول يساوي ⁦ω²⁩. وبما أن ⁦ω(ω² + ٤‎) = ١‎ + ٤‎ω⁩ فالثاني يساوي ⁦ω⁩. فالقوس ⁦ω² − ω = −√٣‎ i⁩ و⁦(−√٣‎ i)⁶ = ٢٧‎ × i⁶ = −٢٧‎⁩.
أثبت أن ⁦x = ω⁩ يحقق ⁦x¹⁴ + x⁷ + ١‎ = ٠‎⁩. نختزل: ⁦ω¹⁴ = ω²⁩ (⁦١٤‎ = ١٢‎ + ٢‎⁩) و⁦ω⁷ = ω⁩. فيكون ⁦ω² + ω + ١‎ = ٠‎⁩. ✓ وعند ⁦x = ω²⁩: ⁦ω²⁸ = ω⁩ و⁦ω¹⁴ = ω²⁩ فنحصل أيضًا على ⁦ω + ω² + ١‎ = ٠‎⁩. ✓
كوّن المعادلة التربيعية التي جذراها ⁦ω + ٢‎⁩ و⁦ω² + ٢‎⁩. المجموع: ⁦ω + ω² + ٤‎ = ٣‎⁩. حاصل الضرب: ⁦ω³ + ٢‎ω + ٢‎ω² + ٤‎ = ١‎ − ٢‎ + ٤‎ = ٣‎⁩. فالمعادلة ⁦x² − ٣‎x + ٣‎ = ٠‎⁩. (وجذراها ⁦(٣‎ ± √٣‎ i)/٢‎⁩ هما فعلًا ⁦٢‎ + ω⁩ و⁦٢‎ + ω²⁩.)
Class activity

انتبه للفخ. يقول صديق إن ⁦ω⁩ جذر للمعادلة ⁦x⁹ + x⁶ + ١‎ = ٠‎⁩ لأنها تشبه ⁦x² + x + ١‎⁩. احسب قيمتها عند ⁦x = ω⁩ وقرر.

Practice
1
بسّط ⁦(٤‎ + ٣‎ω + ٣‎ω²)⁷⁩.
2
أثبت أن ⁦(x + y)(x + ωy)(x + ω²y) = x³ + y³⁩.
3
أوجد قيمة ⁦[(٢‎ + ٥‎ω)/(٢‎ω² + ٥‎) − (٣‎ + ω²)/(٣‎ω + ١‎)]¹⁰⁩.
4
هل ⁦ω⁩ جذر للمعادلة ⁦x⁹ + x⁶ + ١‎ = ٠‎⁩؟
5
كوّن المعادلة التربيعية التي جذراها ⁦٢‎ω + ١‎⁩ و⁦٢‎ω² + ١‎⁩.