☰ Year plan · Pure Mathematics (Arabic)

الإحداثيات في الفراغ والمسافة والمنتصف وأولى خطوات المتجهات

Week 8 · The three-dimensional coordinate system, the distance and the midpoint in space, and vectors in space: position vector, norm and addition · 3 lessons
2

المسافة بين نقطتين ومنتصف قطعة مستقيمة في الفراغ

Pure Mathematics Sec 3 Term 1, Unit 3, Lessons 1–2
Goalأوجد المسافة بين نقطتين في الفراغ ومنتصف القطعة المستقيمة الواصلة بينهما.
New words
قانون المسافة · ⁦AB = √((x₂ − x₁)² + (y₂ − y₁)² + (z₂ − z₁)²)⁩نقطة المنتصف · النقطة التي تقع في منتصف ⁦AB⁩؛ وكل إحداثي لها هو متوسط الإحداثيين المقابلينقطر الصندوق · القطعة الواصلة بين رأسين متقابلين في صندوق
Explanation

خذ صندوقًا أطوال أحرفه ⁦a, b, c⁩. قطر قاعدته طوله ⁦√(a² + b²)⁩ بنظرية فيثاغورث. وهذا القطر مع الحرف الرأسي ⁦c⁩ يصنعان زاوية قائمة، فطول قطر الصندوق ⁦√(a² + b² + c²)⁩. وفي صندوق الشكل ⁦√(٤‎ + ٩‎ + ٣٦‎) = ٧‎⁩. وأي نقطتين ⁦A(x₁, y₁, z₁)⁩ و⁦B(x₂, y₂, z₂)⁩ هما رأسان متقابلان لصندوق أطوال أحرفه فروق الإحداثيات، فيكون ⁦AB = √((x₂ − x₁)² + (y₂ − y₁)² + (z₂ − z₁)²)⁩. ولا يهم ترتيب النقطتين لأن الفروق تُربّع. أما منتصف ⁦AB⁩ فنجده بمتوسط كل إحداثي: ⁦M = ((x₁ + x₂)/٢‎, (y₁ + y₂)/٢‎, (z₁ + z₂)/٢‎)⁩. وإذا عُلمت ⁦M⁩ وأحد الطرفين فالطرف الآخر ⁦٢‎M − A⁩ (نضاعف إحداثيات ⁦M⁩ ثم نطرح إحداثيات ⁦A⁩). ولإثبات أن مثلثًا قائم الزاوية نربّع أطوال أضلاعه الثلاثة ونختبر علاقة فيثاغورث: أكبر المربعات يساوي مجموع المربعين الآخرين.

236
Worked examples
أوجد المسافة بين ⁦A(١‎, ٢‎, ٣‎)⁩ و⁦B(٤‎, ٦‎, ١٥‎)⁩. الفروق ٣ و٤ و١٢ فيكون ⁦AB = √(٩‎ + ١٦‎ + ١٤٤‎) = √١٦٩‎ = ١٣‎⁩.
أثبت أن النقاط ⁦A(٤‎, ٢‎, ١‎)⁩ و⁦B(٢‎, ١‎, −١‎)⁩ و⁦C(٣‎, −١‎, −١‎)⁩ رءوس مثلث قائم الزاوية، وأوجد مساحته. ⁦AB² = ٤‎ + ١‎ + ٤‎ = ٩‎⁩ و⁦BC² = ١‎ + ٤‎ + ٠‎ = ٥‎⁩ و⁦AC² = ١‎ + ٩‎ + ٤‎ = ١٤‎⁩. وبما أن ⁦٩‎ + ٥‎ = ١٤‎⁩ فالزاوية عند ⁦B⁩ قائمة. المساحة ⁦½ × AB × BC = ½ × ٣‎ × √٥‎ = ٣‎√٥‎/٢‎⁩.
المنتصفات. منتصف ⁦A(٣‎, −٤‎, ٧‎)⁩ و⁦B(−١‎, ٢‎, ١‎)⁩ هو ⁦((٣‎ − ١‎)/٢‎, (−٤‎ + ٢‎)/٢‎, (٧‎ + ١‎)/٢‎) = (١‎, −١‎, ٤‎)⁩. وإذا كانت ⁦M(٢‎, ١‎, −٣‎)⁩ منتصف ⁦AB⁩ و⁦A⁩ هي ⁦(٥‎, −٢‎, ٤‎)⁩ فإن ⁦B = ٢‎M − A = (٤‎ − ٥‎, ٢‎ + ٢‎, −٦‎ − ٤‎) = (−١‎, ٤‎, −١٠‎)⁩.
Class activity

صناديق حقيقية. قس طول كتاب أو خزانة وعرضه وارتفاعه بالسنتيمتر. احسب قطره بالقانون، ثم تحقق بخيط تشده من أحد الأركان إلى الركن المقابل.

Practice
1
أوجد المسافة بين ⁦(٢‎, −١‎, ٣‎)⁩ و⁦(−٢‎, ٣‎, ١‎)⁩.
2
أوجد منتصف ⁦(−٥‎, ٠‎, ٨‎)⁩ و⁦(٣‎, −٦‎, ٢‎)⁩.
3
⁦M(−٢‎, ٣‎, ٠‎)⁩ منتصف ⁦AB⁩ و⁦A⁩ هي ⁦(١‎, −١‎, ٤‎)⁩. أوجد ⁦B⁩.
4
أوجد النقطة ⁦P⁩ على محور ⁦y⁩ التي تبعد المسافة نفسها عن ⁦A(٣‎, ٢‎, −١‎)⁩ وعن ⁦B(١‎, ٦‎, ٣‎)⁩.
5
أثبت أن ⁦A(٢‎, ١‎, ٣‎)⁩ و⁦B(٥‎, ١‎, ٧‎)⁩ و⁦C(−١‎, ١‎, ٧‎)⁩ رءوس مثلث متساوي الساقين، وأوجد مساحته.