الرياضيات

الدوران — المضلعات المنتظمة — الزوايا — الهندسة في الفضاء الدوران-المضلعات المنتظمة- الزوايا

المضلعات المنتظمة

🔊 المعلّمة تقرأ لك
بلاط أرضية المسجد قطع سداسية متطابقة تتلاصق دون فراغ، و إشارة « قف » في الطريق شكل له ثمانية أضلاع متساوية. كيف نرسم شكلا كهذا بالمدور و المنقلة، رسما مضبوطا من أول مرة، دون تجريب و تصحيح؟
🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:
  • تعريف المضلع المنتظم و التعرف عليه بين المضلعات
  • تعيين مركز مضلع منتظم و دائرته المحيطة
  • حساب قيس الزاوية المركزية لمضلع منتظم
  • تعيين الدوران الذي يبقي مضلعا منتظما ثابتا
  • إنشاء مثلث متقايس الأضلاع و مربع و سداسي منتظم داخل دائرة
🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:
  • رسم دائرة و نقل طول بالمدور
  • إنشاء زاوية معلومة القيس بالمنقلة
  • معنى الدوران و مركزه و زاويته و اتجاهه
  • مجموع قياسات زوايا مثلث يساوي 180 درجة
لا تحاول رسم مضلع منتظم بالمسطرة وحدها: ستضبط الأضلاع و تخطئ الزوايا. كل هذا الدرس يقوم على فكرة واحدة، هي أن الدائرة تضبط الاثنين معا.

معارف — المضلع المنتظم: شرطان معا، لا شرط واحد

نقول عن مضلع إنه منتظم إذا تحقّق فيه شرطان في آن واحد: أن تكون كل زواياه متقايسة، و أن يكون لكل أضلاعه نفس الطول. و الشرطان ضروريان معا: تحقّق أحدهما دون الآخر لا يكفي، و هذا هو الخطأ الأكثر شيوعا في هذا الدرس.

الشرط الأول: كل الأضلاع لها نفس الطول
AB=BC=CD=DE=EF=FA
ABطول الضلع الأول للمضلعDEطول الضلع الواصل بين الرأسين المتتاليين D و EFAطول الضلع الأخير، العائد إلى نقطة الانطلاق
الشرط الثاني: كل الزوايا لها نفس القيس
ABC=BCD=CDE=DEF=EFA=FAB
ABCقيس زاوية المضلع عند الرأس BBCDقيس زاوية المضلع عند الرأس C
📌المعطى: الشرطان على أربعة أشكال مألوفة
الشكلكل الأضلاع متقايسة؟كل الزوايا متقايسة؟منتظم؟
المستطيل غير المربعلانعملا
المعين غير المربعنعملالا
المربعنعمنعمنعم
المثلث متقايس الأضلاعنعمنعمنعم
السطران الأولان هما الفخّان: في كل منهما شرط واحد محقّق، و شرط واحد لا يكفي.

طريقة 1: كيف نتحقّق من أن مضلعا منتظم؟

تحقّق من الشرطين واحدا بعد الآخر، و لا تتوقّف عند أولهما. و إن سقط أحدهما فقد انتهى الأمر: المضلع ليس منتظما، مهما كان الشرط الآخر محقّقا.

مثال 1: هل المستطيل مضلع منتظم؟

الرباعي ABCD مستطيل طوله 5 سنتيمترات و عرضه 3 سنتيمترات.

🎯المطلوب: بيّن هل هذا المستطيل مضلع منتظم أم لا.

المعطيات وحدها: طولان مختلفان، و أربع زوايا قائمة.
🔹الخطوة 1: شرط الزوايا

زوايا المستطيل الأربع قائمة بحكم تعريفه، فقيسها واحد.

DAB=ABC=BCD=CDA=90°
🔹الخطوة 2: شرط الأضلاع

أما الأضلاع فالطول يختلف عن العرض، و الشرط الأول لا يتحقّق.

AB = 5 cm , BC = 3 cm
✅النتيجة: المستطيل ليس مضلعا منتظما

شرط واحد محقّق، و الآخر لا: و التعريف يطلب الشرطين معا.

5 cm ≠ 3 cm
الفخّ المقابل هو المعين: كل أضلاعه متقايسة، لكن زواياه ليست كذلك، فهو أيضا ليس منتظما. و الشكل الوحيد الذي يجمع الشرطين بين الرباعيات هو المربع.

معارف — الدائرة المحيطة و مركز المضلع

لكل مضلع منتظم دائرة واحدة تشمل كل رؤوسه، تُسمّى الدائرة المحيطة بالمضلع. و مركز هذه الدائرة يُسمّى مركز المضلع المنتظم.

و ما دامت كل الرؤوس على هذه الدائرة، فإن بعد كل رأس عن المركز هو نصف القطر نفسه: هذا ما يجعل المدور كافيا لضبط كل المسافات في الشكل.

كل الرؤوس على بعد واحد من المركز
OA=OB=OC=OD=OE=OF=R
Oمركز المضلع المنتظم، و هو مركز دائرته المحيطةRنصف قطر الدائرة المحيطة
نصف قطر واحد يصل المركز بكل رأس: و منه تخرج كل خواص المضلع المنتظم.
كل مثلث تكوّنه نقطة المركز مع ضلع من أضلاع المضلع هو مثلث متساوي الساقين، لأن ساقيه نصفا قطر. هذه الملاحظة وحدها تحلّ أغلب تمارين هذا الدرس.

طريقة 2: كيف نستعمل الدائرة المحيطة في حساب الأطوال؟

كل ما يصل المركز برأس هو نصف قطر، فطوله معلوم بمجرد معرفة نصف القطر. و كل مثلث ساقاه نصفا قطر متساوي الساقين، فزاويتا قاعدته متقايستان.

مثال 2: أطوال في مضلع منتظم

ABCDE خماسي منتظم مركزه O، و نصف قطر دائرته المحيطة 4 سنتيمترات.

🎯المطلوب: احسب الطولين OA و OC، ثم بيّن أن المثلث OAB متساوي الساقين.

نصف القطر معطى مرة واحدة، و هو كل ما نحتاجه.
🔹الخطوة 1: الطول الأول

الرأس A ينتمي إلى الدائرة المحيطة التي مركزها O، فالقطعة ⁦[OA]⁩ نصف قطر.

OA = 4 cm
🔹الخطوة 2: الطول الثاني

و الرأس C ينتمي إلى نفس الدائرة، فالقطعة ⁦[OC]⁩ نصف قطر أيضا.

OC = 4 cm
🔹الخطوة 3: ساقا المثلث

و الرأس B كذلك على الدائرة، فالضلعان ⁦[OA]⁩ و ⁦[OB]⁩ لهما نفس الطول.

OA=OB=4 cm
✅النتيجة: المثلث متساوي الساقين

و مثلث له ضلعان متقايسان هو مثلث متساوي الساقين، و رأسه الرئيسي هو O.

OA=OB=4 cm
لا تحسب هذه الأطوال واحدا واحدا في التمرين: يكفي أن تكتب مرة واحدة أن كل رأس يبعد عن المركز بنصف القطر، ثم تستعمل ذلك حيثما احتجته.

معارف — قيس الزاوية المركزية لمضلع منتظم

نسمّي زاوية مركزية للمضلع المنتظم كل زاوية رأسها المركز و ضلعاها يمرّان برأسين متتاليين. و هذه الزوايا المركزية في مضلع منتظم متقايسة.

الزوايا المركزية متقايسة
AOB=BOC=COD
AOBالزاوية المركزية بين الرأسين المتتاليين A و BBOCالزاوية المركزية التي تليها

و منها نستنتج قيسها دون أن نقيس: هذه الزوايا تملأ الدور كله حول المركز، أي 360 درجة، و هي متقايسة و عددها هو عدد أضلاع المضلع. فقيس كل واحدة منها هو 360 مقسومة على عدد الأضلاع.

قيس الزاوية المركزية لمضلع منتظم له n ضلعا
α = 360°n
αقيس الزاوية المركزية بين رأسين متتاليينnعدد أضلاع المضلع المنتظم
لا تخلط بين الزاوية المركزية للمضلع و زاوية المضلع عند أحد رؤوسه: الأولى رأسها المركز، و الثانية رأسها على المحيط. الدستور أعلاه يخصّ الأولى وحدها.

طريقة 3: كيف نحسب الزاوية المركزية لمضلع منتظم؟

عدّ أضلاع المضلع، ثم اقسم 360 على هذا العدد. لا حاجة إلى رسم و لا إلى منقلة.

مثال 3: زاويتان مركزيتان بالحساب

نعتبر مضلعا منتظما له ثمانية أضلاع، ثم مضلعا منتظما آخر له خمسة أضلاع.

🎯المطلوب: احسب قيس الزاوية المركزية لكل من المضلعين.

🔹الخطوة 1: الدستور

نكتب الدستور قبل أن نعوّض.

α = 360°n
🔹الخطوة 2: حالة المضلع ذي ثمانية أضلاع

نعوّض n بالعدد 8 في حالة المضلع الأول.

α=360°8=45°
🔹الخطوة 3: حالة المضلع ذي خمسة أضلاع

ثم نعوّض n بالعدد 5 في حالة المضلع الثاني.

α=360°5=72°
✅النتيجة: الزاويتان المركزيتان

فتكون الزاويتان المركزيتان كما يلي.

45° , 72°
تحقّق بالضرب: ثمانية في 45 يساوي 360، و خمسة في 72 يساوي 360. و لاحظ العلاقة: كلما قلّ عدد أضلاع المضلع المنتظم كبرت زاويته المركزية، لأن الدور نفسه يُقسم على عدد أصغر.

معارف — المضلع المنتظم ثابت بالدوران

يبقى المضلع المنتظم ثابتا بالدوران الذي مركزه مركز المضلع، و الذي زاويته هي الزاوية المركزية بين رأسين متتاليين، في أي اتجاه كان. أي أن الدوران ينقل كل رأس إلى الرأس الذي يليه، فيقع الشكل على نفسه تماما.

زاوية الدوران التي تُبقي المضلع ثابتا
α = 360°n
αزاوية الدوران الذي يبقي المضلع ثابتاnعدد أضلاع المضلع المنتظم
هذه الخاصية هي بالضبط ما رأيته في زخرفة المسجد أول الدرس: النقش يقع على نفسه بعد كل إدارة. فالزخرفة المنتظمة و المضلع المنتظم شيء واحد، منظور إليه من جهتين.

طريقة 4: كيف نعيّن الدوران الذي يُبقي مضلعا منتظما ثابتا؟

عيّن مركز المضلع أولا، فهو مركز الدوران. ثم احسب الزاوية المركزية، فهي زاوية الدوران. و الاتجاه حرّ: الموجب و السالب يصلحان معا.

مثال 4: الدوران الذي يُبقي المربع ثابتا

ABCD مربع مركزه O، أي نقطة تقاطع قطريه.

🎯المطلوب: عيّن الدوران الذي مركزه O و الذي يبقي هذا المربع ثابتا.

المركز و الشكل معطيان، أما زاوية الدوران فهي المطلوب.
🔹الخطوة 1: عدد الأضلاع

المربع مضلع منتظم له أربعة أضلاع.

n = 4
🔹الخطوة 2: التعويض

نعوّض في دستور الزاوية المركزية.

α = 360°4
✅النتيجة: زاوية الدوران

فيكون الدوران الذي مركزه O و زاويته 90 درجة، في أي من الاتجاهين، ينقل كل رأس إلى الرأس الذي يليه، فيبقى المربع ثابتا.

α = 90°
جرّبها على ورقة شفافة: أدر المربع ربع دورة حول مركزه، ستجده ينطبق على نفسه تماما و إن تبادلت أسماء رؤوسه.

معارف — إنشاء المضلعات المنتظمة الثلاثة

من كل ما سبق تخرج طريقة إنشاء واحدة، تصلح للثلاثة: ارسم الدائرة المحيطة، ثم قسّم الدور حول مركزها إلى زوايا مركزية متقايسة قيس كل واحدة 360 على عدد الأضلاع، ثم صِل بين النقط المحصّل عليها على الدائرة.

✅النتيجة: الزوايا المركزية للمضلعات الثلاثة المطلوبة
المضلع المنتظمعدد الأضلاعقيس الزاوية المركزية
المثلث متقايس الأضلاع3⁦120°⁩
المربع4⁦90°⁩
السداسي المنتظم6⁦60°⁩
ثلاثة أعداد تُحفظ، أو يُعاد حسابها في ثانية بقسمة 360 على عدد الأضلاع.
نفس الطريقة ثلاث مرات: دائرة واحدة، و زوايا مركزية متقايسة.

طريقة 5: كيف ننشئ سداسيا منتظما داخل دائرة؟

احسب الزاوية المركزية أولا، ثم أنشئها ست مرات متتالية حول المركز. و في حالة السداسي بالذات، سنرى أن المدور وحده يكفي، دون منقلة.

مثال 5: إنشاء سداسي منتظم و حساب محيطه

دائرة مركزها O و نصف قطرها 3 سنتيمترات، و A نقطة منها.

🎯المطلوب: أنشئ سداسيا منتظما رؤوسه على هذه الدائرة و أحد رؤوسه النقطة A، ثم احسب محيطه.

نقطة انطلاق واحدة على الدائرة: هذا كل ما يلزم للإنشاء.
🔹الخطوة 1: الزاوية المركزية

السداسي له ستة أضلاع، فنحسب زاويته المركزية بالدستور.

α=360°6=60°
🔹الخطوة 2: ساقا المثلث المركزي

الرأسان المتتاليان A و B على الدائرة، فالقطعتان ⁦[OA]⁩ و ⁦[OB]⁩ نصفا قطر.

OA=OB=3 cm
🔹الخطوة 3: زاويتا القاعدة

المثلث متساوي الساقين و زاوية رأسه 60 درجة، فنحسب زاويتي قاعدته بطرح ثم قسمة.

180° − 60°2 = 60°
🔹الخطوة 4: طول ضلع السداسي

زواياه الثلاث قيس كل منها 60 درجة، فهو مثلث متقايس الأضلاع: و منه ضلع السداسي يساوي نصف القطر، و يكفي المدور لنقله ست مرات على الدائرة.

AB=OA=3 cm
🔹الخطوة 5: حساب المحيط

المحيط هو مجموع الأضلاع الستة، و هي متقايسة.

P = 6 × 3
Pمحيط السداسي المنتظم(cm)
✅النتيجة: محيط السداسي المنتظم

و نُجري الضرب الأخير.

P = 18 cm
ضلع السداسي المنتظم يساوي نصف قطر دائرته المحيطة: هذه الخاصية تخصّ السداسي وحده دون بقية المضلعات المنتظمة، و هي التي تجعل رسمه بالمدور وحده ممكنا.
🎓 نحو شهادة التّعليم المتوسّط. يأتي هذا الدرس في سؤال «أنشئ سداسيّا منتظما، أو مربّعا، أو مثلّثا متقايس الأضلاع، داخل دائرة»، أو «احسب قيس الزاوية المركزية لمضلّع منتظم». ثلاثة عناصر جاهزة: ① التعريف بشرطين معا: كلّ الأضلاع لها الطول نفسه، وكلّ الزوايا لها القيس نفسه ② الزاوية المركزية: ⁦α = 360°/n⁩ حيث n عدد الأضلاع: ⁦120°⁩ للمثلّث متقايس الأضلاع، و ⁦90°⁩ للمربّع، و ⁦60°⁩ للسداسي المنتظم ؛ وبها يبقى المضلّع ثابتا بالدوران حول مركزه ③ الإنشاء: ارسم الدائرة المحيطة، ثمّ انقل الزاوية المركزية حول المركز، فكلّ رأس يبعد عن المركز بنصف القطر. ⛔ والخطأ الشائع: الخلط بين الزاوية المركزية للمضلّع وزاويته عند أحد رؤوسه ؛ الأولى رأسها المركز، والدستور ⁦360°/n⁩ يخصّها وحدها. وخطأ ثانٍ: الاكتفاء بتساوي الأضلاع للحكم بأنّ المضلّع منتظم.
خلاصة: المضلع المنتظم هو مضلع كل أضلاعه لها نفس الطول و كل زواياه لها نفس القيس، و الشرطان لازمان معا. و لكل مضلع منتظم دائرة تشمل رؤوسه، مركزها هو مركز المضلع، فكل رأس يبعد عن المركز بنصف القطر. و زواياه المركزية متقايسة، و تملأ الدور كله، فقيس كل واحدة هو 360 درجة مقسومة على عدد الأضلاع. و بهذه الزاوية نفسها، و حول المركز نفسه، يبقى المضلع ثابتا بالدوران — و بها أيضا يُنشأ: 120 درجة للمثلث متقايس الأضلاع، و 90 درجة للمربع، و 60 درجة للسداسي المنتظم.

الصفحة 1/11

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