الرياضيات🎓 هدف البكالوريا

الأعداد المركبة والتحويلات النقطية

الإحداثيات القطبية، الطويلة و العمدة و الشكل المثلثي

🔊 المعلّمة تقرأ لك
حين تدلّ صديقك على مكان في المدينة لا تقول له تقدّم 300 م نحو الشرق ثمّ 400 م نحو الشمال، بل تقول له إنّ المكان يبعد 500 م في هذا الاتّجاه. الوصفان يعيّنان المكان نفسه: الأوّل بفاصلة و ترتيب، و الثاني ببعد و زاوية. فكيف نصف نقطة من المستوي المركب ببعدها و اتّجاهها بدل إحداثييها؟ و ما الذي يربط هذا الوصف بالكتابة الجبرية للعدد المركب؟

الجواب في جملة واحدة: البعد هو الطويلة، و الاتّجاه هو العمدة. لكلّ عدد مركب غير معدوم عددان يعيّنانه تماما مثلما يعيّنه جزآه الحقيقي و التخيلي: مسافة صورته عن المبدأ، و الزاوية التي يصنعها الشعاع الواصل بينهما مع محور الفواصل. هذا الدرس يبني هذين العددين واحدا واحدا، ثمّ يجمعهما في كتابة واحدة اسمها الشكل المثلثي.

🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:
  • قراءة الإحداثيات القطبية لنقطة و الانتقال منها إلى الإحداثيات الديكارتية
  • حساب طويلة عدد مركب انطلاقا من كتابته الجبرية، و تبسيط الجذر دائما
  • استعمال خواصّ الطويلة في الجداء و القسمة و القوّة
  • تعيين عمدة لعدد مركب غير معدوم، و كتابتها بترديد 2π لا بمساواة جافّة
  • التعرّف على الشكل المثلثي لعدد مركب غير معدوم و على الشرط الذي يجعله صحيحا
🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:
  • الكتابة الجبرية لعدد مركب و تمثيله بنقطة في المستوي المركب
  • حساب مسافة بين نقطتين بمبرهنة فيثاغورس، و تبسيط الجذور التربيعية
  • القيم المضبوطة لتجيب و جيب الزوايا المألوفة
  • قيس زاوية موجهة بالرديان، و أنّ الزاوية الموجهة معرّفة بترديد 2π

1. الإحداثيات القطبية: بعد و زاوية بدل فاصلة و ترتيب

لتكن M نقطة من المستوي تختلف عن المبدأ O، في معلم متعامد و متجانس مباشر. نسمّي الإحداثيات القطبية للنقطة M الثنائية المكوّنة من المسافة r التي تفصل M عن O، و من قيس الزاوية الموجهة θ التي يصنعها محور الفواصل مع الشعاع الواصل من O إلى M. الأولى مسافة، فهي موجبة تماما ما دامت M تختلف عن O؛ و الثانية زاوية، فهي معرّفة بترديد 2π.

الإحداثيات القطبية للنقطة M

ترتيب الكتابة مهمّ: البعد أوّلا، ثمّ الزاوية. و الفاصل بينهما فاصلة منقوطة، لا فاصلة عادية، حتّى لا تختلط الزاوية الكسرية بالإحداثية الثانية.

(r ; θ)
rالمسافة بين المبدأ و النقطة، أي البعدθقيس بالرديان للزاوية الموجهة من محور الفواصل إلى الشعاع، أي الاتّجاه

و الانتقال من الوصف القطبي إلى الوصف الديكارتي ليس اصطلاحا، بل هو قراءة مباشرة للمثلث القائم الذي تحدّده النقطة مع محور الفواصل: الفاصلة هي الضلع المجاور للزاوية، و الترتيبة هي الضلع المقابل لها، و الوتر هو البعد r.

فاصلة النقطة بدلالة إحداثييها القطبيين

في المثلث القائم، تجيب الزاوية يساوي الضلع المجاور على الوتر، أي x على r. نضرب الطرفين في r فنحصل على هذه المساواة.

x = r cos θ
ترتيبة النقطة بدلالة إحداثييها القطبيين

و جيب الزاوية يساوي الضلع المقابل على الوتر، أي y على r. الضرب في r يعطي المساواة.

y = r sin θ
الوصفان يعيّنان النقطة نفسها: ما يتغيّر هو السؤال الذي يجيب عنه كلّ منهما.
⚠️ الزاوية ليست وحيدة، و هذا ليس عيبا في التعريف. إذا كانت θ تصلح زاوية للنقطة M فإنّ θ زائد دورة كاملة تصلح كذلك، و كذلك θ ناقص دورة كاملة، و هكذا إلى ما لا نهاية. لهذا لا نقول أبدا « الزاوية » بأداة التعريف كأنّها واحدة، بل نقول قيس للزاوية، و نكتب الترديد.
مثال 1: من الإحداثيات القطبية إلى الإحداثيات الديكارتية

في معلم متعامد و متجانس مباشر، النقطة A إحداثياتها القطبية هي الثنائية المكوّنة من البعد 2 و الزاوية ربع π.

🎯المطلوب: عيّن الإحداثيات الديكارتية للنقطة A.

🔹الخطوة 1: فاصلة النقطة A

نطبّق المساواة التي تعطي الفاصلة، بعد أن نتذكّر أنّ تجيب ربع π يساوي جذر 2 على 2.

x = 2 cos(π4)
🔹الخطوة 2: حساب الفاصلة

نعوّض القيمة المضبوطة و نبسّط: الجداء في 2 يحذف المقام.

x=2 × √22=√2
🔹الخطوة 3: ترتيبة النقطة A

ثمّ الترتيبة، و جيب ربع π يساوي كذلك جذر 2 على 2.

y=2 sin(π4)=√2
✅النّتيجة: الإحداثيات الديكارتية للنقطة A

نجمع الإحداثيتين في ثنائية واحدة.

(√2 ; √2)
⭐ تحقّق مجّاني في سطر واحد: احسب مجموع مربّعي ما وجدت، فيجب أن يعود إليك مربّع البعد. هنا مربّع جذر 2 زائد مربّع جذر 2 يساوي 4، و 4 هو مربّع 2.
مثال 2: نقطة في الربع الثاني، و الإشارة التي تأتي من الزاوية

في المعلم نفسه، النقطة B إحداثياتها القطبية هي الثنائية المكوّنة من البعد نصف و الزاوية ثلثا π.

🎯المطلوب: احسب الإحداثيات الديكارتية للنقطة B ثمّ حدّد الربع الذي تقع فيه.

🔹الخطوة 1: فاصلة النقطة B

تجيب ثلثي π يساوي ناقص نصف: الزاوية منفرجة، فالتجيب سالب.

x=12 × cos(2π3)
🔹الخطوة 2: حساب الفاصلة

نعوّض و نضرب الكسرين.

x=12 × (−12)=−14
🔹الخطوة 3: ترتيبة النقطة B

و جيب ثلثي π يساوي جذر 3 على 2، و هو موجب لأنّ النقطة فوق محور الفواصل.

y=12 × √32
🔹الخطوة 4: حساب الترتيبة

نضرب.

y = √34
✅النّتيجة: الإحداثيات الديكارتية للنقطة B

نجمع الإحداثيتين.

(−14 ; √34)
⭐ البعد موجب دائما، و مع ذلك خرجت الفاصلة سالبة. هذا هو الدرس كلّه: الإشارة لا تأتي من البعد، بل من الزاوية. زاوية بين نصف π و π تعطي فاصلة سالبة و ترتيبة موجبة، أي نقطة في الربع الثاني.

2. طويلة عدد مركب: البعد، بالحساب

ننتقل الآن من النقطة إلى العدد. إذا كان z عددا مركبا كتابته الجبرية x زائد i y حيث x و y عددان حقيقيان، فإنّ صورته في المستوي المركب هي النقطة ذات الفاصلة x و الترتيبة y. و طويلة العدد z هي بالضبط بعد هذه الصورة عن المبدأ.

طويلة عدد مركب

⭐ هي مبرهنة فيثاغورس، لا أكثر: المسافة من المبدأ إلى النقطة هي وتر مثلث قائم ضلعاه x و y. و لهذا كانت الطويلة عددا حقيقيا موجبا دائما.

|z| = √(x² + y²)
xالجزء الحقيقي للعدد المركبyالجزء التخيلي للعدد المركب
🔍التفسير الهندسي للطويلة

M صورة العدد z. الطويلة ليست عددا مجرّدا: هي طول قابل للقياس على الرسم.

OM = |z|
مربّع الطويلة

⭐ الشكل الذي تستعمله في الحساب فعلا: يتخلّص من الجذر، فلا تحمل الجذور معك في كلّ سطر. تعود إلى الجذر في السطر الأخير وحده.

|z|² = x² + y²
طويلة عدد حقيقي

إذا كان الجزء التخيلي معدوما فالجذر يصير جذر مربّع x، و هو القيمة المطلقة. فالطويلة تعميم للقيمة المطلقة، لا مفهوم جديد يزاحمها.

|z| = |x|
الطويلة المعدومة

مجموع مربّعين معدوم يفرض أن يكون كلّ مربّع معدوما، أي x معدوما و y معدوما معا. و هذه هي النقطة الوحيدة التي تنطبق على المبدأ.

|z| = 0 ⟺ z = 0
المسافة بين نقطتين بواسطة لاحقتيهما

⭐ سطر واحد يحوّل كلّ سؤال عن مسافة إلى حساب طويلة. تطرح اللاحقتين، ثمّ تحسب طويلة الفرق: انتهى.

AB = |zB − zA|
zAلاحقة النقطة الأولىzBلاحقة النقطة الثانية
⭐ بسّط الجذر دائما، و لا تتركه كما خرج. طويلة العدد 2 زائد 8i هي جذر 68، و جذر 68 يساوي 2 في جذر 17 لأنّ 68 يساوي 4 في 17. الجذر غير المبسّط ليس خطأ، لكنّه يخفي عنك المقارنات و التبسيطات التي تأتي بعده. قاعدتنا في كلّ هذا الباب: الجذر يُبسَّط.

خواصّ الطويلة: لماذا نفضّلها على الجزأين

الجزء الحقيقي و الجزء التخيلي يتصرّفان جيّدا مع الجمع و سيّئا مع الجداء. الطويلة تفعل العكس تماما: هي ضربية، أي تعبر الجداء و القسمة و القوّة كما لو أنّ العدد المركب عدد حقيقي موجب. و هذا هو سبب وجودها في الحساب.

طويلة المرافق

المرافق يغيّر إشارة الجزء التخيلي فقط، و التربيع يمحو هذه الإشارة: y و ناقص y لهما المربّع نفسه. هندسيا: نقطة و نظيرتها بالنسبة إلى محور الفواصل على المسافة نفسها من المبدأ.

|z| = |z|
طويلة المقابل

المقابل يغيّر إشارة الجزأين معا، و المربّعان لا يتغيّران. هندسيا: نظيرة النقطة بالنسبة إلى المبدأ تبعد عنه المسافة نفسها.

|−z| = |z|
طويلة جداء

⭐ هذه هي الخاصية التي تشتغل بها فعلا: طويلة جداء هي جداء الطويلتين. بها تحسب طويلة عبارة طويلة دون أن تنشرها.

|z z'| = |z| |z'|
طويلة حاصل قسمة

بشرط أن يكون z' غير معدوم، و إلّا لما كانت القسمة ممكنة أصلا. تُبرهن بضرب الطرفين في طويلة z' و استعمال خاصية الجداء.

|zz'| = |z||z'|
طويلة قوّة

⭐ هي خاصية الجداء مطبّقة n مرّة. ⚠️ و الشرط على n ليس زينة: من أجل أسّ نسبي سالب يجب زيادة الشرط z غير معدوم، لأنّ القوّة السالبة قسمة مقنّعة.

|zn| = |z|n
nعدد طبيعي غير معدوم
المتباينة الثلاثية

⭐ الجمع هو الوحيد الذي لا تعبره الطويلة بمساواة، بل بمتباينة. و القراءة الهندسية تجعلها بديهية: الطريق المستقيم من المبدأ إلى نهاية المجموع أقصر من المرور بنقطة وسطى. لا نبرهنها هنا، و نقبلها.

|z + z'| ≤ |z| + |z'|
⛔ الخطآن اللذان يقعان في كلّ فرض. ① الطويلة لا تعبر الجمع: طويلة المجموع ليست مجموع الطويلتين إلّا في حالة خاصّة. خذ العددين 3 و 4i: طويلة مجموعهما تساوي 5 بينما مجموع الطويلتين يساوي 7. ② و في المقابل، إذا كان العددان في الاتّجاه نفسه فالمساواة تتحقّق: طويلة مجموع 3 و 6 تساوي 9 و هي نفسها مجموع الطويلتين. فالمتباينة واسعة، لا صارمة.
مثال 3: طويلة جداء، دون نشر الجداء

نضع z جداء العددين المركبين 2 زائد i و ناقص 5 زائد 3i.

🎯المطلوب: احسب طويلة العدد المركب z دون أن تنشر الجداء.

🔹الخطوة 1: فصل الطويلتين

نطبّق خاصية طويلة الجداء: نفصل الطويلتين بدل أن ننشر.

|z|=|2 + i| × |−5 + 3i|
🔹الخطوة 2: مربّع الطويلة الأولى

نحسب مربّع الطويلة الأولى: مجموع مربّعي 2 و 1.

|2 + i|²=4 + 1=5
🔹الخطوة 3: مربّع الطويلة الثانية

و مربّع الطويلة الثانية: مجموع مربّعي ناقص 5 و 3، و المربّع يمحو الإشارة.

|−5 + 3i|²=25 + 9=34
🔹الخطوة 4: جداء الطويلتين

نأخذ الجذرين ثمّ نضربهما، و جداء جذرين هو جذر الجداء.

|z|=√5 × √34=√170
✅النّتيجة

نتأكّد أنّ 170 لا يقبل عاملا مربّعا: عوامله الأوّلية 2 و 5 و 17، و كلّها بأسّ واحد.

|z| = √170
⭐ قارن بالطريق الآخر لتقتنع: لو نشرت الجداء لوجدت عددا مركبا واحدا، ثمّ لحسبت طويلته بمجموع مربّعين كبيرين. الخاصية الضربية توفّر عليك النشر كلّه. ⛔ و لا تنس تبسيط الجذر في الأخير — هنا 170 لا يُبسَّط، و هذا في حدّ ذاته جواب على السؤال.
مثال 4: طويلة حاصل قسمة

نضع z حاصل قسمة العدد 3 ناقص 4i على العدد جذر 3 ناقص i.

🎯المطلوب: احسب طويلة العدد المركب z.

🔹الخطوة 1: فصل الطويلتين

نفصل طويلة البسط عن طويلة المقام.

|z|=|3 − 4i||√3 − i|
🔹الخطوة 2: طويلة البسط

مربّع طويلة البسط: مجموع مربّعي 3 و ناقص 4.

|3 − 4i|=√(9 + 16)=5
🔹الخطوة 3: طويلة المقام

و مربّع طويلة المقام: مربّع جذر 3 يساوي 3، و مربّع ناقص 1 يساوي 1.

|√3 − i|=√(3 + 1)=2
✅النّتيجة

نقسم.

|z| = 52
⭐ الطويلة تعبر القسمة، فلا تجعل المقام حقيقيا قبلها. الطريق الطويل يبدأ بضرب البسط و المقام في مرافق المقام، ثمّ ينشر، ثمّ يحسب مجموع مربّعين بكسور — و ينتهي إلى الجواب نفسه. الخاصية تختصر ذلك كلّه في سطرين.
مثال 5: طويلة عبارة فيها قوى، من الخارج إلى الداخل

نضع z الكسر الذي بسطه 1 ناقص i مرفوعا إلى القوّة 6 و مقامه ناقص 8 ناقص 6i مربّعا، و العبارة كلّها مرفوعة إلى القوّة 3.

🎯المطلوب: احسب طويلة العدد المركب z و أعط النتيجة على شكل كسر غير قابل للاختزال.

🔹الخطوة 1: إخراج القوّة الخارجية

العبارة كلّها مرفوعة إلى القوّة 3: نبدأ بإخراج هذه القوّة بخاصية طويلة القوّة.

|z|=(|(1 − i)⁶(−8 − 6i)²|)³
🔹الخطوة 2: فصل البسط عن المقام

ثمّ نفصل البسط عن المقام بخاصية طويلة الحاصل.

|z|=(|(1 − i)⁶||(−8 − 6i)²|)³
🔹الخطوة 3: إخراج القوّتين الداخليتين

ثمّ نُخرج القوّتين الداخليتين، كلّ واحدة على طويلتها.

|z|=(|1 − i|⁶|−8 − 6i|²)³
🔹الخطوة 4: البسط

طويلة 1 ناقص i هي جذر 2، و رفعها إلى القوّة 6 يعطي 2 مرفوعا إلى القوّة 3.

|1 − i|⁶=(√2)⁶=2³=8
🔹الخطوة 5: المقام

و طويلة ناقص 8 ناقص 6i هي جذر 100 أي 10، و مربّعها 100.

|−8 − 6i|²=10²=100
🔹الخطوة 6: الكسر قبل الرفع

نعوّض في الشكل المختزل.

|z|=(8100)³=(225)³
🔹الخطوة 7: رفع الكسر إلى القوّة 3

نرفع البسط و المقام إلى القوّة 3 كلّا على حدة.

(225)³=2³25³=815625
✅النّتيجة

و هذا هو الجواب في شكله المختزل.

|z| = 815625
⭐ لاحظ الخطوة 6: اختزلنا الكسر قبل رفعه إلى القوّة، لا بعده. لو رفعت 8 على 100 كما هو لوجدت 512 على مليون، و لاحتجت بعدها إلى قسمة الطرفين على 64 لتصل إلى الجواب نفسه. الاختزال قبل الرفع يقيك حسابا بعدد من ستّة أرقام.

3. عمدة عدد مركب غير معدوم: الاتّجاه، بالحساب

بقي الاتّجاه. ليكن z عددا مركبا غير معدوم و M صورته في المستوي المركب. نسمّي عمدة العدد z كلّ قيس بالرديان للزاوية الموجهة التي يصنعها محور الفواصل مع الشعاع الواصل من المبدأ إلى M. و ما دامت الزاوية الموجهة معرّفة بترديد دورة كاملة، فللعدد الواحد عدد غير منته من العمد، تختلف الواحدة عن الأخرى بمضاعف لدورة كاملة.

عمدة عدد مركب غير معدوم

⭐ اقرأ الرمز الأوسط « يوافق »، لا « يساوي »، و اقرأ ما بين القوسين المعقوفين « بترديد دورة كاملة ». هذه الكتابة هي عقد الدرس كلّه.

arg(z) ≡ θ [2π]
θقيس بالرديان لإحدى عمد العدد المركب
مجموعة كلّ العمد

من عمدة واحدة تخرج كلّ العمد: يكفي أن تضيف أو تطرح دورات كاملة. و لهذا نقول عمدة بالتنكير، لا العمدة بالتعريف.

θ + 2kπ
kعدد صحيح نسبي كيفما كان
⛔⛔ العدد صفر ليس له عمدة، و السؤال عنها بلا معنى. صورته هي المبدأ نفسه، فلا يوجد شعاع و لا اتّجاه نتكلّم عنه. لهذا يبدأ كلّ تمرين على العمدة بشرط z غير معدوم، و لهذا يجب أن تكتبه أنت أيضا قبل أن تحسب.

و للعمدة قراءة هندسية تجعلها أداة في الهندسة لا في الحساب فقط: فرق عمدتين هو قيس زاوية. فإذا كانت A و B نقطتين لاحقتاهما غير معدومتين، فإنّ قيس الزاوية الموجهة من الشعاع الأوّل إلى الشعاع الثاني يوافق فرق العمدتين بترديد دورة كاملة.

الزاوية بين شعاعين بدلالة العمدتين

⚠️ الترديد ضروري هنا و ليس زخرفا: الطرفان زاويتان، و الزوايا لا تتساوى إلّا بترديد دورة كاملة.

(OA , OB) ≡ arg(zB) − arg(zA) [2π]
عمدة فرق لاحقتين

⭐ الصيغة التي تحوّل مستقيما إلى عدد: عمدة الفرق هي اتّجاه الشعاع الواصل بين النقطتين، مقيسا من محور الفواصل.

arg(zB − zA) ≡ (OI , AB) [2π]

خواصّ العمدة: ما تفعله الطويلة بالضرب، تفعله العمدة بالجمع

لاحظ التقابل، فهو مفتاح الباب كلّه: عند ضرب عددين تُضرب الطويلتان و تُجمع العمدتان. الطويلة تضاعف، و العمدة تدير. هاتان الخاصيتان معا هما ما يجعل الشكل المثلثي أنفع من الشكل الجبري في كلّ ما يتعلّق بالجداء و القوى.

عمدة جداء

⭐ تُبرهن بنشر جداء الشكلين المثلثيين ثمّ تطبيق دستوري جمع الزوايا في تجيب و جيب المجموع. الحساب كامل في الدرس الموالي.

arg(z z') ≡ arg(z) + arg(z') [2π]
عمدة حاصل قسمة

بضرب البسط و المقام في مرافق المقام z'، فيصير المقام مجموع مربّعي تجيب و جيب عمدة z' أي 1. ⚠️ انتبه: المرافق مرافق المقام، فالعمدة التي تظهر في المقام هي عمدة z' لا عمدة z.

arg(zz') ≡ arg(z) − arg(z') [2π]
مقام الحاصل بعد الضرب في المرافق

⭐ هذا هو السطر الذي يُخطئ فيه أغلب التلاميذ، و الذي يجب أن تكتبه بعناية: العمدة هنا عمدة المقام، لأنّ المرافق الذي ضربنا به هو مرافق المقام. لو كتبت عمدة البسط لصار السطر غير مفهوم، حتّى و إن كان الناتج 1 في الحالتين.

cos²θ' + sin²θ' = 1
عمدة قوّة

بالاستدلال بالتراجع انطلاقا من عمدة الجداء: كلّ ضرب جديد في z يضيف عمدة واحدة.

arg(zn) ≡ n arg(z) [2π]
nعدد طبيعي غير معدوم
⛔ لا تكتب أبدا مساواة جافّة بين العمد. خذ عددا عمدته 5π على 6 و ارفعه إلى القوّة السادسة: ستّة أمثال هذه العمدة تساوي 5π، و هي ليست عمدة مقبولة في المجال المألوف، لكنّها توافق π بترديد دورة كاملة. بالمساواة الجافّة يصير السطر خاطئا، و بالموافقة يبقى صحيحا.
مثال 6: عمدة عدد تخيلي صرف، تُقرأ دون حساب

نعتبر العدد المركب z الذي كتابته الجبرية هي ناقص 7i.

🎯المطلوب: عيّن طويلة العدد z و عمدة له، دون استعمال أيّ دستور.

📌المعطى: كتابة العدد

الجزء الحقيقي معدوم، فالصورة تقع على محور التراتيب.

z = −7i
🔹الخطوة 1: مربّع الطويلة

نحسب مربّع الطويلة: مجموع مربّعي 0 و ناقص 7.

|z|²=0 + 49=49
🔹الخطوة 2: الطويلة

نأخذ الجذر، و الطويلة موجبة.

|z| = 7
🔹الخطوة 3: قراءة الاتّجاه

الجزء التخيلي سالب، فالصورة على الجزء السالب من محور التراتيب، أي على ربع دورة في الاتّجاه المعاكس للاتّجاه المباشر.

arg(z) ≡ −π2 [2π]
✅النّتيجة: طويلة العدد

نكتب النتيجة الأولى: البعد.

|z| = 7
✅النّتيجة: عمدة العدد

ثمّ النتيجة الثانية: الاتّجاه، بترديد دورة كاملة.

arg(z) ≡ −π2 [2π]
⭐ الأعداد التي على المحورين تُقرأ، لا تُحسب. عدد حقيقي موجب عمدته معدومة، و عدد حقيقي سالب عمدته π، و عدد تخيلي صرف عمدته نصف π أو ناقص نصف π حسب إشارة الجزء التخيلي. ⛔ و لا تكتب أبدا ناقص نصف π كأنّها العمدة الوحيدة: اكتب الموافقة بترديد دورة كاملة، فهي أيضا ثلاثة أرباع دورة في الاتّجاه المباشر.

4. الشكل المثلثي: الطويلة و العمدة في كتابة واحدة

جمعنا الآن كلّ ما يلزم. لنعوّض في الكتابة الجبرية الفاصلة و الترتيبة بقيمتيهما بدلالة البعد و الزاوية: يصير العدد جداء عدد موجب في عبارة لا تحمل إلّا الزاوية. هذه هي الكتابة التي نسمّيها الشكل المثلثي.

🔹الخطوة 1: الكتابة الجبرية

نقطة الانطلاق، و لا شيء آخر.

z = x + i y
🔹الخطوة 2: تعويض الفاصلة و الترتيبة

نستعمل المساواتين اللتين أثبتناهما في الفقرة الأولى، كلّ واحدة في موضعها.

z = r cos θ + i r sin θ
الشكل المثلثي لعدد مركب غير معدوم

⭐ بعامل مشترك r. و لاحظ ما يقوله هذا الشكل: العدد المركب غير المعدوم هو تمدّد بالنسبة r يليه دوران بالزاوية θ. المعامل يحمل البعد، و القوسان يحملان الاتّجاه.

z = r (cos θ + i sin θ)
rطويلة العدد المركب، عدد موجب تماماθعمدة للعدد المركب، بالرديان
قراءة الطويلة على الشكل المثلثي

المعامل الذي أمام القوسين ليس عاملا كيفما اتّفق: هو الطويلة بعينها.

r = |z|
قراءة العمدة على الشكل المثلثي

و الزاوية التي تظهر في التجيب و في الجيب ليست زاوية كيفما اتّفقت: هي عمدة للعدد.

arg(z) ≡ θ [2π]

و للشكل المثلثي خاصيتان تُستعملان في كلّ تمرين تقريبا. الأولى تقول متى يتساوى عددان مكتوبان على هذا الشكل، و الثانية تقول متى يحقّ لنا أن نقرأ الطويلة و العمدة مباشرة على كتابة وجدناها.

الشرط الأوّل للتساوي: الطويلتان. عددان مكتوبان على الشكل المثلثي لا يتساويان إلّا إذا كانت لهما الطويلة نفسها — و هذا معقول، فالطويلة مسافة و المسافة لا تحتمل كتابتين.

الشرط الأوّل للتساوي: الطويلتان

الطويلتان عددان حقيقيان موجبان، فالتساوي بينهما تساو عادي، بلا ترديد و بلا شرط.

r = r'
الشرط الثاني للتساوي: العمدتان

⭐ أمّا العمدتان فلا يلزم أن تتساويا، بل يكفي أن تتوافقا بترديد دورة كاملة: دورة كاملة زائدة لا تغيّر الاتّجاه. و الشرطان معا ضروريان و كافيان.

θ ≡ θ' [2π]

و الخاصية الثانية هي عكس التعريف، و هي التي تُستعمل فعلا في التمارين: هي التي تسمح لك بأن تقرأ الطويلة و العمدة مباشرة على كتابة وجدتها، دون إعادة حساب. لكنّها مشروطة.

شرط الخاصية العكسية

⭐ هذا الشرط وحده هو الذي يحمل الخاصية كلّها: بدونه تصير القراءة خاطئة، كما يبيّن التنبيه الموالي.

λ > 0
λالمعامل الظاهر أمام القوسين
الخاصية العكسية: قراءة الطويلة

إن كان المعامل موجبا تماما فهو الطويلة، و ليس عاملا كيفما اتّفق.

z = λ (cos θ + i sin θ) ⟹ λ = |z|
الخاصية العكسية: قراءة العمدة

و الزاوية التي تظهر في القوسين هي عمدة للعدد، بالشرط نفسه على المعامل.

z = λ (cos θ + i sin θ) ⟹ arg(z) ≡ θ [2π]
⛔ لماذا الشرط على المعامل ليس تفصيلا؟ خذ العدد المكتوب بمعامل ناقص 2 و زاوية π على 3. طويلته ليست ناقص 2 — الطويلة مسافة و لا تكون سالبة أبدا. هذا العدد يساوي في الحقيقة العدد المكتوب بمعامل 2 و زاوية 4π على 3: الإشارة السالبة ليست في الطويلة، بل هي نصف دورة زائدة في العمدة. فكلّ معامل سالب يجب أن يُدخَل في الزاوية قبل أيّ قراءة.
الطويلة موجبة دائما، و مع ذلك يمكن أن يكون r في تجيب العمدة سالبا: الإشارة تأتي من الزاوية، لا من البعد.
⛔ في الباكالوريا لا يُسأل عن الطويلة و العمدة لذاتهما إلّا نادرا: يُسأل عنهما لأنّهما المدخل إلى القوى و إلى التحويلات النقطية و إلى طبيعة مثلّث. اكتب الطويلة و العمدة في سطرين منفصلين، فإن أخطأت في إحداهما احتفظت بنقطة الأخرى. و اكتب دائما شرط z غير معدوم قبل أن تتكلّم عن عمدة: نصف علامة السؤال في هذا الشرط. و لا تكتب مساواة جافّة بين عمدتين، بل موافقة بترديد دورة كاملة — المصحّح ينقّط هذه الكتابة بعينها.
الخلاصة: النقطة تُعرَّف بوصفين متكافئين، فاصلة و ترتيبة، أو بعد و زاوية — و الانتقال بينهما مثلّث قائم واحد: الفاصلة هي البعد في تجيب الزاوية، و الترتيبة هي البعد في جيبها. الطويلة هي هذا البعد محسوبا من الكتابة الجبرية بمبرهنة فيثاغورس؛ هي موجبة دائما، تعبر الجداء و القسمة و القوّة بمساواة، و لا تعبر الجمع إلّا بمتباينة. و العمدة هي هذا الاتّجاه؛ لا وجود لها إن كان العدد معدوما، و ليست وحيدة أبدا، فتُكتب بترديد دورة كاملة — و ما تفعله الطويلة بالضرب تفعله العمدة بالجمع. و باجتماعهما تُكتب الطويلة معاملا و العمدة زاوية في كتابة واحدة هي الشكل المثلثي، بشرط أن يكون المعامل موجبا تماما، و إلّا فالإشارة السالبة نصف دورة مخبوءة يجب ردّها إلى الزاوية.

الصفحة 1/13

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