☰ Year plan · Pure Mathematics (Arabic)

الضرب القياسي والزاوية بين متجهين ومركبة المتجه

Week 10 · The scalar product: definition, properties, coordinates, the angle between two vectors, the component and the projection of one vector on another · 3 lessons
2

الضرب القياسي بالإحداثيات، والزاوية بين متجهين، وشرط التعامد

Pure Mathematics Sec 3 Term 1, Unit 3, Lesson 3
Goalأحسب ⁦A · B⁩ بالمركبات، وأوجد الزاوية بين متجهين، وأختبر تعامد متجهين.
New words
الصورة الإحداثية · ⁦A · B = AₓBₓ + AᵧBᵧ + AzB_z⁩ (حدان فقط لمتجهات المستوى)⁦cos θ⁩ · ⁦A · B ÷ (‖A‖‖B‖)⁩ وبه نجد الزاوية بين المتجهيناختبار التعامد · ⁦A · B = ٠‎⁩ لمتجهين غير صفريين
Explanation

اكتب ⁦A = Aₓi + Aᵧj + Azk⁩ و⁦B = Bₓi + Bᵧj + Bzk⁩ واضرب بخاصية التوزيع. وبما أن ⁦i · i = j · j = k · k = ١‎⁩ وكل الضرب المختلط يساوي ⁦٠‎⁩ فلا يبقى إلا ثلاثة حدود: ⁦A · B = AₓBₓ + AᵧBᵧ + AzB_z⁩. وفي متجهات المستوى حدّان فقط. وبمقارنة هذه الصيغة بالتعريف نحصل على الزاوية: ⁦cos θ = (A · B)/(‖A‖‖B‖)⁩. ثم الزاوية هي ⁦θ = cos⁻¹(…)⁩، أي الزاوية التي جيب تمامها هذا العدد. وثلاث حالات تستحق التذكر: ⁦cos θ = ١‎⁩ يعني متوازيين في اتجاه واحد، و⁦−١‎⁩ متوازيين متعاكسين، و⁦٠‎⁩ متعامدين. فاختبار الزاوية القائمة السريع هو ⁦A · B = ٠‎⁩. ويبين الجدول ماذا تخبرنا إشارة ⁦A · B⁩. أما التوازي فيُختبر بطريقة أخرى: أن يكون أحد المتجهين مضاعفًا للآخر.

A · Bالزاوية θ بين المتجهين
موجبحادة: ٠° ≤ θ < ٩٠°
صفرقائمة: θ = ٩٠° (المتجهان غير صفريين)
سالبمنفرجة: ٩٠° < θ ≤ ١٨٠°
Worked examples
احسب ⁦(١‎, −٢‎, ٣‎) · (٤‎, ٠‎, −٥‎) = ٤‎ + ٠‎ − ١٥‎ = −١١‎⁩. الناتج سالب فالزاوية منفرجة. وأيضًا ⁦(٢‎, −١‎, ٣‎) · (١‎, ٥‎, ١‎) = ٢‎ − ٥‎ + ٣‎ = ٠‎⁩ فالمتجهان متعامدان.
أوجد الزاوية بين ⁦A = (٣‎, −٤‎, ٠‎)⁩ و⁦B = (٥‎, ١٢‎, ٠‎)⁩. ⁦A · B = ١٥‎ − ٤٨‎ = −٣٣‎⁩ و⁦‖A‖ = ٥‎⁩ و⁦‖B‖ = ١٣‎⁩. فيكون ⁦cos θ = −٣٣‎/٦٥‎ ≈ −٠٫٥٠٧٧‎⁩ و⁦θ ≈ ١٢٠٫٥‎°⁩.
المجاهيل. لأي قيمة من ⁦k⁩ يتعامد ⁦(k, ٢‎, −٣‎)⁩ و⁦(٤‎, k, ٢‎)⁩؟ ⁦٤‎k + ٢‎k − ٦‎ = ٠‎⁩ فيكون ⁦k = ١‎⁩. ولأي قيمة من ⁦k⁩ يوازي ⁦(−٣‎, k, ٩‎)⁩ المتجه ⁦(١‎, ٢‎, −٣‎)⁩؟ يلزم ⁦(−٣‎, k, ٩‎) = −٣‎(١‎, ٢‎, −٣‎)⁩ فيكون ⁦k = −٦‎⁩.
الزاوية عند ⁦A⁩ في المثلث ⁦A(١‎, ٢‎, ٣‎)⁩ و⁦B(٣‎, ٣‎, ٥‎)⁩ و⁦C(٢‎, ٤‎, ٥‎)⁩. ⁦AB = (٢‎, ١‎, ٢‎)⁩ و⁦AC = (١‎, ٢‎, ٢‎)⁩ ومعيار كل منهما ٣. ⁦AB · AC = ٢‎ + ٢‎ + ٤‎ = ٨‎⁩ فيكون ⁦cos A = ٨‎/٩‎⁩ و⁦A ≈ ٢٧٫٣‎°⁩.
Class activity

متعامدان أم لا؟ اختر ثلاثة أعداد صغيرة ⁦a, b, c⁩ واكتب المتجه ⁦(a, b, c)⁩. حاول إيجاد متجه آخر ناتج ضربه القياسي به صفر باختيار عددين من أعداده بحرية وحل المعادلة لإيجاد الثالث. وتحقق بالضرب القياسي.

Practice
1
هل ⁦(٢‎, −٣‎, ١‎)⁩ عمودي على ⁦(٤‎, ١‎, −٥‎)⁩؟
2
أوجد جيب تمام الزاوية بين ⁦(١‎, ٢‎, ٢‎)⁩ و⁦(٢‎, ٣‎, ٦‎)⁩ والزاوية نفسها.
3
لأي قيم ⁦k⁩ يتعامد ⁦(k, ٢‎, ١‎)⁩ و⁦(k, −٣‎, ٢‎)⁩؟
4
أوجد الزاوية بين متجهي المستوى ⁦(٥‎, −٢‎)⁩ و⁦(١‎, ٣‎)⁩.
5
أثبت أن الزاوية عند ⁦P⁩ قائمة في المثلث ⁦P(٠‎, ١‎, ٢‎)⁩ و⁦Q(٢‎, ٢‎, ٤‎)⁩ و⁦R(١‎, −١‎, ٢‎)⁩.