الرياضيات

الحساب الحرفي (الحساب الحرفي ( المتطابقات الشهيرة

اثبات صحة مساواة

🔊 المعلّمة تقرأ لك
يعطيك التمرين مساواة بين عبارتين حرفيتين طويلتين، و يطلب منك أن تثبت أنها صحيحة، دون أن يعطيك أي قيمة للحرف x. كيف نثبت أن مساواة صحيحة من أجل كل قيمة، و نحن لا نستطيع تجريب القيم كلها؟
🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:
  • معرفة الطرق الثلاث لإثبات صحة مساواة بين عبارتين
  • اختيار الطريقة التي يناسبها شكل المساواة المعطاة
  • إدراك أن التحقق على قيمة واحدة لا يقوم مقام البرهان
  • توظيف المتطابقات الشهيرة في إثبات صحة مساواة
🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:
  • نشر عبارة حرفية بالتوزيعية البسيطة و المضاعفة
  • المتطابقات الشهيرة الثلاث و قراءة a و b في عبارة
  • جمع و طرح الأعداد الناطقة و توحيد المقامات
اقرأ المطلوب جيدا: حين يطلب منك التمرين إثبات مساواة، فالنتيجة معطاة لك مسبقا في الطرف الثاني، و عملك هو الوصول إليها. أنت تعرف إذن إلى أين تذهب قبل أن تخطو، و هذا امتياز لا يوجد في تمارين الحساب العادية.
و قبل أن تبدأ أي برهان، انظر إلى المساواة و اسأل نفسك سؤالا واحدا: أي الطرفين أسهل نشرا؟ من هذا السؤال وحده تخرج الطريقة المناسبة، و يقصر البرهان إلى النصف.

معارف — ماذا يعني « إثبات صحة مساواة »؟

المساواة بين عبارتين حرفيتين تكون صحيحة إذا كان الطرفان يأخذان القيمة نفسها مهما كان العدد الذي نعوّض به الحرف. و إثباتها ليس تجريبها على قيمة أو قيمتين: فقد تصح المساواة من أجل قيمة و تخيب من أجل غيرها، و عندئذ لا تكون صحيحة.

المساواة المطلوب إثباتها
A = B
Aالعبارة الموجودة في الطرف الأولBالعبارة الموجودة في الطرف الثاني
لا تخلط بين التحقق و البرهان. تعويض قيمة واحدة و إيجاد الطرفين متساويين لا يثبت شيئا، لأن بقية القيم لم تجرّب. لكن العكس صحيح تماما: قيمة واحدة تجعل الطرفين مختلفين تكفي لهدم المساواة نهائيا، و لا حاجة إلى غيرها.

معارف — الطريقة الأولى: تبسيط الطرفين إلى عبارة واحدة

نبسط الطرف الأول وحده حتى نصل إلى عبارة، ثم نبسط الطرف الثاني وحده حتى نصل إلى العبارة نفسها. و متى وصل الطرفان إلى العبارة نفسها ثبتت المساواة بينهما.

الطريقة الأولى: تبسيط الطرفين

عبارتان تساويان عبارة ثالثة واحدة تتساويان فيما بينهما.

A = C , B = C ⟹ A = B
Cالعبارة المبسطة التي يؤول إليها الطرفان معا
هذه الطريقة هي الأنسب حين يكون في الطرفين معا أقواس تنشر: تشتغل على كل طرف على حدة، فلا تتداخل الإشارات.

معارف — الطريقة الثانية: إثبات أن الفرق معدوم

نحسب الفرق بين الطرفين، أي ⁦A − B⁩، و ننشره و نجمع حدوده المتشابهة. فإن وجدنا النتيجة معدومة كان الطرفان متساويين، لأن فرق عددين متساويين معدوم.

الطريقة الثانية: الفرق معدوم

إذا كان ما يفصل بين الطرفين معدوما فلا فرق بينهما أصلا.

A − B = 0 ⟹ A = B
خطر هذه الطريقة كله في قوس واحد: العبارة B توضع بين قوسين قبل طرحها، و إشارة الطرح تقلب إشارة كل حد فيها، لا إشارة الحد الأول وحده.

معارف — الطريقة الثالثة: الانتقال من طرف إلى الآخر

ننطلق من أحد الطرفين، و نحوّله خطوة بعد خطوة — بنشر أو بتحليل أو بمتطابقة — حتى نصل إلى الطرف الثاني كما هو مكتوب. و لنا أن ننطلق من أيهما شئنا؛ و العادة أن ننطلق من الطرف الأكثر تعقيدا، لأن التبسيط أسهل من التعقيد.

الطريقة الثالثة: الانتقال من طرف إلى الآخر

سلسلة من التحويلات المتساوية، كل واحدة منها لا تغير قيمة العبارة.

A ⟶ B
ثلاث طرق و هدف واحد. تختار الطريق حسب شكل المساواة المعطاة، لا حسب عادتك.
📌المعطى: أي طريقة أختار؟
شكل المساواة المعطاةالطريقة المناسبة
في الطرفين معا أقواس تنشرالأولى: نبسط الطرفين إلى عبارة واحدة
الطرفان متقاربان و الفرق بينهما قصيرالثانية: نثبت أن الفرق معدوم
طرف مكتوب جداء و الآخر مكتوب مجموعالثالثة: ننطلق من أحدهما و نصل إلى الآخر

طرائق — ما يجب أن تعرف كيف تفعله

طريقة 1: كيف نبين أن مساواة ليست صحيحة؟

لهدم مساواة لا نحتاج إلى برهان: يكفي عدد واحد يجعل الطرفين مختلفين. نختار قيمة سهلة، نحسب الطرفين، فإن اختلفا انتهى الأمر. و هذا هو الفرق بين البرهان و التحقق.

مثال 1: مساواة تصح من أجل قيمة و تخيب من أجل أخرى

نأخذ المساواة التي يكتبها كثير من التلاميذ خطأ بدل المتطابقة الأولى.

🎯المطلوب: بيّن أن المساواة ⁦(x + 1)² = x² + 1⁩ ليست صحيحة من أجل كل قيمة للعدد x

🔹الخطوة 1: حساب الطرفين من أجل ⁦x = 0⁩

نبدأ بأسهل قيمة، و نحسب الطرفين كلا على حدة: الطرفان متساويان هنا، و مع ذلك لا نستنتج شيئا، فقيمة واحدة لا تكفي. ننتقل إلى قيمة أخرى.

(0 + 1)² = 1 , 0² + 1 = 1
🔹الخطوة 2: حساب الطرفين من أجل ⁦x = 1⁩

نعيد الحساب نفسه من أجل قيمة أخرى، فنجد هذه المرّة عددين مختلفين.

(1 + 1)² = 4 , 1² + 1 = 2
✅النتيجة: المساواة ليست صحيحة

العددان مختلفان، فالمساواة خاطئة من أجل هذه القيمة، و يكفي ذلك لهدمها.

4 ≠ 2
لاحظ ما جرى في الخطوة 1: المساواة الخاطئة صمدت أمام القيمة 0. و لهذا لا يقوم التحقق مقام البرهان أبدا؛ أما الهدم فيكفيه مثال مضاد واحد.

طريقة 2: كيف نثبت مساواة بتبسيط الطرفين؟

نشتغل على كل طرف وحده، دون أن ننقل شيئا من طرف إلى آخر. ننشر و نجمع في الطرف الأول حتى نصل إلى أبسط كتابة، ثم نفعل الشيء نفسه في الطرف الثاني، ثم نقارن.

مثال 2: إثبات مساواة بتبسيط الطرفين

في الطرف الأول مربعان يجمعان، و في الطرف الثاني قوس يضرب في عدد.

🎯المطلوب: أثبت أن ⁦(2x + 1)² + (2x − 1)²⁩ يساوي ⁦2(4x² + 1)⁩

🔹الخطوة 1: نشر المربع الأول

ننشر المربع الأول بالمتطابقة الأولى.

(2x + 1)² = 4x² + 4x + 1
xعدد كيفما كان
🔹الخطوة 2: نشر المربع الثاني

ثم ننشر المربع الثاني بالمتطابقة الثانية: الحدود نفسها، و الحد الأوسط سالب.

(2x − 1)² = 4x² − 4x + 1
🔹الخطوة 3: تبسيط الطرف الأول

نجمع الناتجين: الحدان الأوسطان متعاكسان فيزولان، و يبقى ضعف كل من الحدين الآخرين.

4x² + 4x + 1 + 4x² − 4x + 1=8x² + 2
🔹الخطوة 4: تبسيط الطرف الثاني

ننتقل الآن إلى الطرف الثاني، و نوزع العدد 2 على حدي القوس.

2(4x² + 1) = 8x² + 2
✅النتيجة: المساواة مثبتة

الطرفان بلغا العبارة نفسها، فهما متساويان.

(2x + 1)² + (2x − 1)²=2(4x² + 1)
العبارة المشتركة هنا هي ⁦C = 8x² + 2⁩. اكتبها صراحة في ورقتك عند نهاية كل طرف: هي الدليل على أن الطريقة الأولى قد اكتملت.

طريقة 3: كيف نثبت مساواة بحساب الفرق؟

نكتب الفرق بين الطرفين مع وضع كل طرف بين قوسين، ثم ننشر، ثم نجمع الحدود المتشابهة. فإن انتهى كل شيء إلى الصفر فالمساواة صحيحة. و هذه أنسب طريقة حين يكون الطرفان متقاربين في الشكل.

مثال 3: إثبات مساواة بحساب الفرق بين الطرفين

الطرفان متقاربان: في كل واحد منهما مربع و عدد، فالفرق بينهما قصير.

🎯المطلوب: أثبت أن ⁦(x + 4)² − 8x⁩ يساوي ⁦x² + 16⁩ بحساب الفرق بين الطرفين

🔹الخطوة 1: كتابة الفرق بين الطرفين

نكتب الفرق مع وضع كل طرف بين قوسين: القوس هو ما يحفظ الإشارات.

A − B=((x + 4)² − 8x) − (x² + 16)
🔹الخطوة 2: نشر المربع

ننشر المربع بالمتطابقة الأولى قبل أي شيء آخر.

(x + 4)² = x² + 8x + 16
🔹الخطوة 3: التعويض و رفع القوسين

نعوّض ثم نرفع القوسين: إشارة الطرح تقلب إشارة الحدين معا في القوس الثاني.

A − B=x² + 8x + 16 − 8x − x² − 16
🔹الخطوة 4: تجميع الحدود المتشابهة

نجمع الحدود المتشابهة: كل حد يجد ما يقابله فيلغيه.

x² − x² + 8x − 8x + 16 − 16
✅النتيجة: الفرق معدوم

لم يبق شيء: الفرق معدوم، فالطرفان متساويان.

A − B = 0
لو نسيت القوس حول الطرف الثاني لكتبت « − ⁦x² + 16⁩ » بدل « − ⁦x² − 16⁩ »، و لوجدت الفرق يساوي 32 بدل الصفر. القوس ليس زينة: هو الذي يحمل إشارة الطرح إلى كل حد.

طريقة 4: كيف نثبت مساواة بالانطلاق من طرف؟

ننظر إلى الطرفين و نختار الأكثر تعقيدا، لأن تبسيط عبارة أسهل من تعقيدها. ثم نحوّله خطوة بعد خطوة حتى يصير هو الطرف الآخر حرفا بحرف.

مثال 4: الانطلاق من طرف فيه مربع و جداء

الطرف الأول فيه مربع و جداء و طرح، و الطرف الثاني ثلاثة حدود مرتبة: نبدأ إذن من الأول.

🎯المطلوب: أثبت أن ⁦(3x − 1)² − (x + 5)(2x − 1)⁩ يساوي ⁦7x² − 15x + 6⁩

🔹الخطوة 1: نشر المربع

ننشر المربع بالمتطابقة الثانية: a هو 3x و b هو 1.

(3x − 1)² = 9x² − 6x + 1
🔹الخطوة 2: نشر الجداء

ثم ننشر الجداء بالتوزيعية المضاعفة، و نترك حدوده الأربعة كما هي دون تجميع بعد.

(x + 5)(2x − 1)=2x² − x + 10x − 5
🔹الخطوة 3: توزيع إشارة الطرح

نطرح الثانية من الأولى: إشارة الطرح تقلب إشارة الحدود الأربعة كلها، لا الأول وحده.

(3x − 1)² − (x + 5)(2x − 1)=9x² − 6x + 1 − 2x² + x − 10x + 5
🔹الخطوة 4: تجميع الحدود المتشابهة

نجمع الحدود المتشابهة صنفا صنفا: المربعات معا، ثم حدود x معا، ثم الأعداد معا.

9x² − 2x² − 6x + x − 10x + 1 + 5
✅النتيجة: المساواة مثبتة

و هذه هي عبارة الطرف الثاني بالضبط، فالمساواة مثبتة.

(3x − 1)² − (x + 5)(2x − 1)=7x² − 15x + 6
تحقق من الخطوة 4 صنفا صنفا: ⁦7x²⁩ جاءت من 9 ناقص 2، و ⁦−15x⁩ جاءت من ⁦−6⁩ و ⁦+1⁩ و ⁦−10⁩، و العدد 6 جاء من 1 زائد 5. من جمع الأصناف مرة واحدة أخطأ غالبا في حد.
مثال 5: الانطلاق من طرف باستعمال فرق مربعين

الطرف الأول فرق بين مربع و عدد، و الطرف الثاني جداء قوسين: هذا شكل المتطابقة الثالثة، مقروءة من الفرق نحو الجداء.

🎯المطلوب: أثبت أن ⁦(x/2 − 3)² − 9/4⁩ يساوي ⁦(x/2 − 9/2)(x/2 − 3/2)⁩

🔹الخطوة 1: كتابة العدد على شكل مربع

العدد ⁦9/4⁩ مربع، لأنه جداء ⁦3/2⁩ في نفسه؛ و بهذا يصير الطرف الأول فرق مربعين.

94 = (32)²
🔹الخطوة 2: قراءة a و b

نسمي a العبارة التي تربّع أولا، و b العدد الذي يربّع ثانيا.

a = x2 − 3 , b = 32
aالعبارة التي تربّع أولا في فرق المربعينbالعدد الذي يربّع ثانيا في فرق المربعين
🔹الخطوة 3: كتابة المتطابقة الثالثة

نستحضر المتطابقة الثالثة مقروءة من الفرق نحو الجداء.

a² − b² = (a − b)(a + b)
🔹الخطوة 4: حساب القوسين

نحسب القوسين واحدا واحدا، بعد كتابة 3 على شكل ⁦6/2⁩ حتى يتوحد المقامان.

a − b = x2 − 92 , a + b = x2 − 32
✅النتيجة: المساواة مثبتة

نعوّض القوسين بقيمتيهما، فنصل إلى الطرف الثاني كما هو مكتوب.

(x2 − 3)² − 94=(x2 − 92)(x2 − 32)
الخطوة 4 هي كل الصعوبة: − ⁦3 − 3/2⁩ تعطي − ⁦9/2⁩، و − ⁦3 + 3/2⁩ تعطي − ⁦3/2⁩. وحّد المقامات على الورقة قبل أن تكتب القوسين، فالخطأ هنا لا يظهر إلا في النهاية.
🎓 نحو شهادة التّعليم المتوسّط. يأتي هذا الدرس في سؤال «بيّن أنّه من أجل كلّ عدد ⁦x: A = B⁩»، وقد يسبق سؤال نشر أو تحليل أو حلّ معادلة. ثلاثة عناصر جاهزة: ① الطرق الثلاث: بسّط الطرفين إلى عبارة واحدة C، أو أثبت أنّ الفرق ⁦A − B⁩ معدوم، أو انطلق من طرف حتّى تصل إلى الآخر ؛ ويختار بينها شكل المساواة ② الأداة الأولى: المتطابقات الشهيرة ③ النفي: قيمة واحدة تجعل الطرفين مختلفين تكفي لهدم المساواة نهائيّا. ⛔ والخطأ الشائع: الخلط بين التحقّق والبرهان ؛ تعويض قيمة واحدة وإيجاد الطرفين متساويين لا يثبت شيئا، لأنّ بقيّة القيم لم تجرَّب. وخطأ ثانٍ: في طريقة الفرق، طرح B دون قوسين ؛ إشارة الطرح تقلب إشارة كلّ حدّ فيها، لا إشارة الحدّ الأوّل وحده.
خلاصة: إثبات صحة مساواة معناه أن الطرفين يأخذان القيمة نفسها مهما كانت قيمة الحرف؛ و التحقق على قيمة واحدة لا يقوم مقام ذلك، بينما قيمة واحدة تكذّب المساواة تكفي لهدمها. و للإثبات ثلاث طرق: نبسط الطرفين إلى عبارة واحدة C، أو نثبت أن الفرق ⁦A − B⁩ معدوم، أو ننطلق من طرف حتى نصل إلى الآخر. و الطرق الثلاث صحيحة كلها؛ يختار بينها شكل المساواة المعطاة، و المتطابقات الشهيرة هي أداتها الأولى.

الصفحة 1/10

© مدرستي — هذا الدرس من تأليف مدرستي · madrassati.net