☰ Year plan · Pure Mathematics (Arabic)

الضرب الاتجاهي والمساحات والضرب الثلاثي القياسي

Week 11 · The vector product: definition, coordinates, parallel vectors, areas, the scalar triple product and volumes · 3 lessons
2

الضرب الاتجاهي بالإحداثيات (محدد ⁦3 × 3⁩) وخواصه وشرط التوازي

Pure Mathematics Sec 3 Term 1, Unit 3, Lesson 3
Goalأحسب ⁦A × B⁩ بالمركبات بمحدد ⁦٣‎ × ٣‎⁩ وأستعمل خواصه وأختبر توازي متجهين.
New words
المحدد · عدد ناتج من جدول مربع من الأعداد؛ ولمحدد ⁦٢‎ × ٢‎⁩: ⁦|a b; c d| = ad − bc⁩الضرب الاتجاهي بالإحداثيات · ⁦(AᵧB_z − AzBᵧ, AzBₓ − AₓB_z, AₓBᵧ − AᵧBₓ)⁩اختبار توازي متجهين · ⁦A × B⁩ متجه صفري، أو أحد المتجهين مضاعف للآخر
Explanation

يكتب الكتاب ⁦A × B⁩ على صورة محدد ⁦٣‎ × ٣‎⁩ ولذلك نتعلم المحدد أولًا. المحدد ⁦٢‎ × ٢‎⁩ هو ⁦|a b; c d| = ad − bc⁩: نضرب في القطر الرئيسي ونطرح حاصل ضرب القطر الآخر. ولنفك محدد ⁦٣‎ × ٣‎⁩ بالنسبة إلى الصف الأول نأخذ كل عدد من الصف الأول ونضربه في المحدد الصغير ⁦٢‎ × ٢‎⁩ الباقي بعد حذف صفه وعموده، ونعطي الحدود الثلاثة الإشارات ⁦+ − +⁩. إشارة الحد الأوسط سالبة، وهنا يقع الخطأ في أغلب الأحيان. اكتب الآن ⁦A = (Aₓ, Aᵧ, Az)⁩ و⁦B = (Bₓ, Bᵧ, Bz)⁩. فيكون ⁦A × B⁩ هو المحدد الذي صفه الأول ⁦i, j, k⁩ وصفه الثاني ⁦A⁩ وصفه الثالث ⁦B⁩. وبفكّه نحصل على ⁦A × B = (AᵧB_z − AzBᵧ) i − (AₓB_z − AzBₓ) j + (AₓBᵧ − AᵧBₓ) k⁩. ويبين الجدول مصدر كل جزء. ولمتجهات المستوى ⁦Az = Bz = ٠‎⁩ فلا يبقى إلا الجزء في ⁦k⁩: ⁦A × B = (AₓBᵧ − AᵧBₓ) k⁩. الخواص: ⁦A × B⁩ عمودي على كل من ⁦A⁩ و⁦B⁩ (تحقق من ذلك دائمًا بضربين قياسيين فهو يكشف الأخطاء)؛ ⁦A × B = −B × A⁩؛ ⁦A × (B + C) = A × B + A × C⁩؛ ⁦(kA) × B = k(A × B)⁩. أما التوازي: فإن ⁦A × B⁩ يساوي المتجه الصفري إذا وفقط إذا كان ⁦A⁩ و⁦B⁩ متوازيين (أو أحدهما صفريًا)، أي إذا وفقط إذا كانت المركبات متناسبة ⁦A = kB⁩.

احذف الصف الذي فيه i, j, k وعمود ذلك الحرف؛ وإشارة الحد الأوسط سالبة
مركبة في A × Bالمحدد الصغير ٢ × ٢الإشارة
مركبة iAᵧB_z − AzBᵧ+
مركبة jAₓB_z − AzBₓ−
مركبة kAₓBᵧ − AᵧBₓ+
Worked examples
⁦A = (٢‎, −١‎, ٣‎)⁩ و⁦B = (١‎, ٤‎, −٢‎)⁩. الجزء في ⁦i⁩ هو ⁦(−١‎)(−٢‎) − ٣‎ × ٤‎ = −١٠‎⁩. والجزء في ⁦j⁩ هو ⁦−[٢‎ × (−٢‎) − ٣‎ × ١‎] = ٧‎⁩. والجزء في ⁦k⁩ هو ⁦٢‎ × ٤‎ − (−١‎) × ١‎ = ٩‎⁩. إذن ⁦A × B = (−١٠‎, ٧‎, ٩‎)⁩. التحقق: ⁦A · (A × B) = −٢٠‎ − ٧‎ + ٢٧‎ = ٠‎⁩ و⁦B · (A × B) = −١٠‎ + ٢٨‎ − ١٨‎ = ٠‎⁩. وعكس الترتيب يعطي ⁦B × A = (١٠‎, −٧‎, −٩‎)⁩.
أوجد متجه وحدة عموديًا على مستوى ⁦A = (١‎, ٢‎, ٢‎)⁩ و⁦B = (٢‎, ١‎, −٢‎)⁩. ⁦A × B = (٢‎ × (−٢‎) − ٢‎ × ١‎, −[١‎ × (−٢‎) − ٢‎ × ٢‎], ١‎ × ١‎ − ٢‎ × ٢‎) = (−٦‎, ٦‎, −٣‎)⁩. طوله ⁦√(٣٦‎ + ٣٦‎ + ٩‎) = ٩‎⁩ فمتجه الوحدة هو ⁦(−٦‎, ٦‎, −٣‎)/٩‎ = (−٢‎/٣‎, ٢‎/٣‎, −١‎/٣‎)⁩. والمتجه المضاد ⁦(٢‎/٣‎, −٢‎/٣‎, ١‎/٣‎)⁩ إجابة صحيحة أيضًا.
متجهان في المستوى: ⁦(٣‎, ٢‎) × (−١‎, ٤‎) = (٣‎ × ٤‎ − ٢‎ × (−١‎)) k = ١٤‎k⁩. الناتج في اتجاه المحور ⁦z⁩، أي عمودي على مستوى المتجهين.
التوازي. ⁦(٢‎, −٦‎, ٤‎)⁩ و⁦(−٣‎, ٩‎, −٦‎)⁩ متوازيان: الثاني يساوي ⁦−٣‎/٢‎⁩ من الأول وحاصل ضربهما الاتجاهي المتجه الصفري. ولأي قيمتين ⁦k⁩ و⁦m⁩ يتوازى ⁦(k, −٤‎, ٦‎)⁩ مع ⁦(٣‎, ٢‎, m)⁩؟ نكتب ⁦(k, −٤‎, ٦‎) = λ(٣‎, ٢‎, m)⁩. من ⁦−٤‎ = ٢‎λ⁩ نجد ⁦λ = −٢‎⁩ فيكون ⁦k = −٦‎⁩ ومن ⁦٦‎ = −٢‎m⁩ نجد ⁦m = −٣‎⁩.
Class activity

بطاقة الضرب الاتجاهي. اكتب على بطاقة أجزاء القانون الثلاثة كما في الجدول، وتدرّب على المتجهين ⁦(١‎, ٠‎, ٢‎)⁩ و⁦(٠‎, ١‎, −٣‎)⁩: الناتج ⁦(−٢‎, ٣‎, ١‎)⁩. ثم اختبره بضربين قياسيين يجب أن يساوي كل منهما ⁦٠‎⁩.

Practice
1
أوجد ⁦(١‎, ٣‎, ٠‎) × (٢‎, −١‎, ٤‎)⁩.
2
أوجد ⁦(٤‎, ٠‎, −٢‎) × (١‎, ١‎, ٣‎)⁩ وتحقق من أنه عمودي على ⁦(٤‎, ٠‎, −٢‎)⁩.
3
أثبت بالضرب الاتجاهي أن ⁦(−٢‎, ٦‎, −٤‎)⁩ يوازي ⁦(١‎, −٣‎, ٢‎)⁩.
4
أوجد ⁦m⁩ إذا كان ⁦(−٤‎, ١٠‎, ٦‎)⁩ يوازي ⁦(٢‎, m, −٣‎)⁩.
5
أوجد الضرب الاتجاهي للمتجهين المستويين ⁦(٥‎, −٢‎)⁩ و⁦(٣‎, ١‎)⁩.