الرياضيات🎓 هدف البكالوريا

الأعداد المركبة والتحويلات النقطية

الطويلة و العمدة

🔊 المعلّمة تقرأ لك
على شاشة الرادار، لا يُعطى موقع طائرة بفاصلتها و ترتيبتها، بل ببعدها عن المرصد و بالاتجاه الذي تُرى فيه. فكيف نقرأ هذين العددين على عدد مركب؟

كل عدد مركب غير معدوم يُمثَّل بنقطة في المستوي المركب. الكتابة الجبرية تجيب عن السؤال « أين تقع هذه النقطة بالنسبة إلى المحورين؟ »، بينما هذان العددان الجديدان يجيبان عن سؤال آخر: « كم تبعد النقطة عن المبدأ، و في أي اتجاه نراها؟ ». الأول هو الطويلة، و الثاني هو العمدة.

🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:
  • أن تحسب طويلة عدد مركب انطلاقا من شكله الجبري
  • أن توظف خواص الطويلة في الجداء و القسمة و القوة
  • أن تفسر الطويلة على أنها مسافة في المستوي المركب
  • أن تعين عمدة لعدد مركب غير معدوم و تكتبها بالترديد
🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:
  • حساب الجذر التربيعي لعدد موجب
  • الدائرة المثلثية و قيم الجيب و التجيب
  • الزوايا الموجهة و قياساتها بالرديان
الطويلة هي البعد عن المبدأ، و العمدة هي الاتجاه: العددان معا يحددان النقطة تماما.

طويلة عدد مركب

نأخذ عددا مركبا مكتوبا على شكله الجبري، أي مجموع جزء حقيقي و جزء تخيلي. طويلة هذا العدد هي العدد الحقيقي الموجب الذي نحصل عليه بجمع مربعي الجزأين ثم أخذ الجذر التربيعي للمجموع.

الشكل الجبري لعدد مركب
z = x + i y
xالجزء الحقيقي للعدد المركبyالجزء التخيلي للعدد المركب
الطويلة
|z| = √(x² + y²)

الطويلة موجبة دائما لأنها جذر تربيعي لمجموع مربعين، و هي منعدمة في حالة واحدة فقط: عندما ينعدم الجزآن معا، أي عندما يكون العدد المركب نفسه معدوما.

مربع الطويلة
|z|² = x² + y²
انعدام الطويلة
|z| = 0 ⟺ z = 0
إذا كان العدد حقيقيا فإن جزأه التخيلي معدوم، و طويلته تصبح الجذر التربيعي لمربع العدد، أي قيمته المطلقة. الطويلة إذن تمديد للقيمة المطلقة من الأعداد الحقيقية إلى الأعداد المركبة.
مثال 1: طويلة العدد ⁦2 + 8i⁩

🎯المطلوب: احسب طويلة هذا العدد المركب ثم بسّط الجذر إلى أبسط صورة

📌المعطى
z = 2 + 8i
🔹الخطوة 1: مربع الطويلة

نبدأ بمربع الطويلة لأنه لا يحتوي على جذر، فيسهل حسابه.

|z|²=2² + 8²=4 + 64=68
🔹الخطوة 2: أخذ الجذر التربيعي
|z| = √68
🔹الخطوة 3: تحليل العدد تحت الجذر

لا نترك الجذر على حاله: نبحث عن أكبر مربع كامل يقسم 68.

68 = 4 × 17
🔹الخطوة 4: إخراج المربع الكامل
√68=√4 × √17=2√17
✅النّتيجة
|z| = 2√17
بسّط دائما الجذر في النهاية: كتابة الطويلة على شكل ⁦2√17⁩ تجعل المقارنة و الحساب اللاحق أسهل بكثير من ترك العدد 68 تحت الجذر.
مثال 2: طويلة عدد تخيلي صرف

🎯المطلوب: احسب طويلة هذا العدد التخيلي الصرف

📌المعطى
z = −7i
🔹الخطوة 1: مربع الطويلة

الجزء الحقيقي معدوم هنا، و الجزء التخيلي هو ⁦−7⁩.

|z|²=0² + (−7)²=49
🔹الخطوة 2: أخذ الجذر التربيعي
|z| = √49
✅النّتيجة
|z| = 7
طويلة عدد تخيلي صرف هي القيمة المطلقة لمعامل الوحدة التخيلية، لا غير: لا داعي لكتابة الجذر كاملا في كل مرة.

خواص الطويلة

الخواص الآتية هي التي تجعل الطويلة أداة حساب و ليست مجرد تعريف: فهي تسمح بحساب طويلة جداء أو حاصل قسمة أو قوة دون الحاجة إلى نشر العدد المركب و العودة إلى الشكل الجبري.

طويلة المرافق
|z| = |z|
طويلة المقابل
|−z| = |z|
طويلة الجداء
|z × z'| = |z| × |z'|
طويلة حاصل القسمة

بشرط أن يكون العدد الثاني غير معدوم، و إلا فالقسمة نفسها غير معرّفة.

|(zz')| = |z||z'|
طويلة القوة

من أجل كل عدد طبيعي n غير معدوم.

|zn| = |z|n
المتباينة الثلاثية
|z + z'| ≤ |z| + |z'|
انتبه إلى أن الخاصية الأخيرة متباينة و ليست مساواة: طويلة المجموع ليست مجموع الطويلتين إلا في حالات خاصة. خذ العددين ⁦1 + i⁩ و ⁦3 − 4i⁩: طويلة مجموعهما تساوي 5 بينما مجموع طويلتيهما أكبر من ذلك. و انتبه أيضا إلى أن خاصية القوة تُكتب من أجل عدد طبيعي غير معدوم.

الطويلة مسافة في المستوي

إذا كانت النقطة صورة العدد المركب في المستوي المركب، فإن المسافة بينها و بين المبدأ تساوي طويلة هذا العدد بالضبط. و من هنا نستنتج طريقة سريعة لحساب المسافة بين نقطتين: نحسب طويلة الفرق بين لاحقتيهما.

الطويلة و البعد عن المبدأ
OM = |z|
المسافة بين نقطتين
AB = |zB − zA|
مثال 3: مسافة بين نقطتين بواسطة اللواحق

🎯المطلوب: احسب المسافة بين النقطتين انطلاقا من لاحقتيهما

📌المعطى
zA = −i√3
📌المعطى الثاني
zB = 3 + 2i√3
🔹الخطوة 1: الفرق بين اللاحقتين

نطرح لاحقة النقطة الأولى من لاحقة النقطة الثانية، جزءا حقيقيا و جزءا تخيليا.

zB − zA=3 + 2i√3 + i√3=3 + 3i√3
🔹الخطوة 2: مربع الطويلة
|zB − zA|²=3² + (3√3)²=9 + 27=36
✅النّتيجة
AB=√36=6
لا تحسب إحداثيات النقطتين ثم تطبّق دستور المسافة: طرح اللاحقتين ثم أخذ الطويلة أقصر، و يقلّل فرص الخطأ في الإشارات.

توظيف الخواص في حساب الطويلة

في التمارين، نادرا ما يُعطى العدد على شكله الجبري مباشرة: يُعطى غالبا على شكل جداء أو حاصل قسمة أو قوة. الخواص السابقة تسمح بتفكيك الطويلة قطعة قطعة، دون أي نشر.

مثال 4: طويلة جداء

🎯المطلوب: عين طويلة العدد المركب المعطى على شكل جداء

📌المعطى
z = (2 + i)(−5 + 3i)
🔹الخطوة 1: تفكيك الطويلة

نطبّق خاصية طويلة الجداء بدل نشر العددين.

|z|=|2 + i| × |−5 + 3i|
🔹الخطوة 2: الطويلة الأولى
|2 + i|=√(2² + 1²)=√5
🔹الخطوة 3: الطويلة الثانية
|−5 + 3i|=√((−5)² + 3²)=√34
🔹الخطوة 4: الجداء
|z|=√5 × √34=√(5 × 34)
✅النّتيجة
|z| = √170
جداء جذرين هو جذر الجداء: احسب ⁦5 × 34⁩ تحت جذر واحد، فذلك أوضح من ترك جذرين متجاورين في النتيجة.
مثال 5: طويلة حاصل قسمة

🎯المطلوب: عين طويلة هذا الحاصل دون جعل المقام حقيقيا

📌المعطى
z=3 − 4i√3 − i
🔹الخطوة 1: تفكيك الطويلة

نطبّق خاصية طويلة الحاصل بدل جعل المقام حقيقيا.

|z|=|3 − 4i||√3 − i|
🔹الخطوة 2: طويلة البسط
|3 − 4i|=√(3² + (−4)²)=√25=5
🔹الخطوة 3: طويلة المقام
|√3 − i|=√(3 + 1)=√4=2
✅النّتيجة
|z| = 52
حساب الطويلة لا يحتاج إلى الضرب في مرافق المقام: هذا الطريق أقصر بكثير، و لا يترك مجالا لخطأ في النشر.
مثال 6: طويلة قوة

🎯المطلوب: احسب طويلة هذه القوة دون نشر القوة الرابعة

📌المعطى
z = (−3 + 4i)⁴
🔹الخطوة 1: تفكيك الطويلة

نطبّق خاصية طويلة القوة بدل حساب القوة الرابعة.

|z| = |−3 + 4i|⁴
🔹الخطوة 2: طويلة الأساس
|−3 + 4i|=√(9 + 16)=√25=5
🔹الخطوة 3: رفع إلى القوة الرابعة
|z| = 5⁴
✅النّتيجة
|z| = 625
نشر القوة الرابعة لعدد مركب يأخذ صفحة كاملة و يمرّ بعشرات الحدود: الخاصية تختصر كل ذلك في سطرين.
مثال 7: تركيب الخواص الثلاث في تمرين واحد

🎯المطلوب: احسب طويلة هذا العدد بتوظيف خواص الطويلة الثلاث

📌المعطى
z=((1 − i)⁶(−8 − 6i)²)³
🔹الخطوة 1: خاصية القوة الخارجية

العدد قوة لحاصل قسمة قوتين: نطبّق الخواص الثلاث واحدة تلو الأخرى.

|z|=(|(1 − i)⁶(−8 − 6i)²|)³
🔹الخطوة 2: خاصية الحاصل
|z|=(|(1 − i)⁶||(−8 − 6i)²|)³
🔹الخطوة 3: طويلة البسط
|(1 − i)⁶|=|1 − i|⁶=(√2)⁶=8
🔹الخطوة 4: طويلة المقام
|(−8 − 6i)²|=|−8 − 6i|²=(√100)²=100
🔹الخطوة 5: تعويض الطويلتين
|z| = (8100)³
🔹الخطوة 6: اختزال الكسر

نختزل الكسر قبل رفعه إلى القوة الثالثة: الأعداد تبقى صغيرة.

8100 = 225
🔹الخطوة 7: رفع الكسر إلى القوة الثالثة
(225)³=2³25³=815625
✅النّتيجة
|z| = 815625
اختزل الكسر قبل رفعه إلى القوة: لو رفعنا ⁦8/100⁩ مباشرة لوجدنا 512 على مليون، و لَاحتجنا بعدها إلى القسمة على 64 للوصول إلى النتيجة نفسها.

عمدة عدد مركب غير معدوم

الطويلة وحدها لا تكفي لتحديد النقطة: كل النقط التي تبعد المسافة نفسها عن المبدأ تقع على دائرة واحدة. ما ينقص هو الاتجاه، و هو ما تسميه العمدة. نشترط أن يكون العدد غير معدوم، لأن المبدأ نفسه لا يحدد أي اتجاه.

العمدة زاوية موجهة
arg(z) ≡ (OI , OM) [2π]

هذه الزاوية الموجهة ليست وحيدة: إذا درنا دورة كاملة عدنا إلى نصف المستقيم نفسه. لذلك يملك كل عدد مركب غير معدوم عددا غير منته من العمد، تختلف فيما بينها بمضاعفات الدورة الكاملة، و نكتب ذلك بالترديد.

العمدة زاوية موجّهة تُقاس من محور الفواصل، و قد تكون سالبة، كعمدة ⁦−7i⁩ في المثال 8؛ و دورة كاملة تعيد نصف المستقيم نفسه، فهي معرّفة بترديد ⁦2π⁩.
العمدة بالترديد
arg(z) ≡ θ [2π]
مجموعة العمد

حيث k عدد صحيح نسبي كيفما كان.

θ + 2kπ
العدد المعدوم ليس له عمدة: صورته هي المبدأ نفسه، و لا يوجد اتجاه نتكلم عنه. لهذا نكتب دائما « عدد مركب غير معدوم » قبل الكلام عن العمدة. و انتبه: الطويلة تُكتب بمساواة عادية، أما العمدة فتُكتب دائما بالترديد، لأن كتابتها بمساواة ساذجة تجعل الخاصية خاطئة.

كيف نعين عمدة

  1. نحسب أولا طويلة العدد، لأنها هي التي سنقسم عليها.
  2. نقسم الجزء الحقيقي على الطويلة، فنحصل على تجيب الزاوية المطلوبة.
  3. نقسم الجزء التخيلي على الطويلة، فنحصل على جيب الزاوية المطلوبة.
  4. نبحث عن الزاوية التي تحقق القيمتين معا: قيمة واحدة لا تكفي أبدا.
تجيب العمدة
cos θ = x|z|
جيب العمدة
sin θ = y|z|
مثال 8: عمدة عدد تخيلي صرف

🎯المطلوب: عين طويلة هذا العدد ثم عمدة له

📌المعطى
z = −7i
🔹الخطوة 1: الطويلة
|z|=√(0² + (−7)²)=7
🔹الخطوة 2: التجيب

نقسم الجزء الحقيقي، و هو معدوم، على الطويلة.

cos θ=07=0
🔹الخطوة 3: الجيب
sin θ=−77=−1
🔹الخطوة 4: تعيين الزاوية

الزاوية التي تجيبها معدوم و جيبها يساوي ⁦−1⁩ هي ربع دورة في الاتجاه السالب.

θ = −π2
✅النّتيجة
arg(z) ≡ −π2 [2π]
صور الأعداد التخيلية الصرفة تقع على محور التراتيب: عمدتها إما ربع دورة موجبة إذا كان المعامل موجبا، و إما ربع دورة سالبة إذا كان سالبا.
مثال 9: عمدة عدد في الربع الأول

🎯المطلوب: عين طويلة العدد ثم استنتج عمدة له

📌المعطى
z = √3 + i
🔹الخطوة 1: مربع الطويلة
|z|²=(√3)² + 1²=3 + 1=4
🔹الخطوة 2: الطويلة
|z| = 2
🔹الخطوة 3: التجيب
cos θ = √32
🔹الخطوة 4: الجيب
sin θ = 12
🔹الخطوة 5: تعيين الزاوية

القيمتان موجبتان معا، إذن الزاوية في الربع الأول، و هما قيمتا زاوية سدس الدورة النصفية.

θ = π6
✅النّتيجة
arg(z) ≡ π6 [2π]
احفظ إشارتي الجزأين قبل كل شيء: هما اللتان تعينان الربع، و الربع هو الذي يمنع الخلط بين زاوية و مقابلها.
اقرأ الربع من إشارتي الجزأين قبل أن تختار الزاوية: الجزآن موجبان معا في الربع الأول، الحقيقي سالب و التخيلي موجب في الربع الثاني، و هكذا. هذه القراءة تسبق الحساب و تصححه.
في البكالوريا، الطويلة و العمدة نادرا ما تُطلبان لذاتهما: تُطلبان تمهيدا لكتابة العدد على شكل آخر أو لتفسير هندسي. اكتبهما دائما في سطرين منفصلين و واضحين، فإن أخطأت في العمدة احتفظت بنقطة الطويلة. و لا تكتب أبدا مساواة بين عمدتين دون الترديد: التصحيح يعاقب ذلك.
الخلاصة: طويلة عدد مركب هي بعده عن المبدأ، تُحسب بالجذر التربيعي لمجموع مربعي الجزأين، و هي تتوزع على الجداء و القسمة و القوة. و عمدته هي اتجاهه، أي قيس الزاوية الموجهة بين محور الفواصل و نصف المستقيم الحامل لصورته، و هي معرّفة بترديد دورة كاملة لا غير. العددان معا يحددان العدد المركب تماما، كما تحدده الإحداثيتان الديكارتيتان.

الصفحة 1/15

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