Mathématiques🎓 objectif bac

الأعداد المركبة والتحويلات النقطية

الشكل المثلثي و الانتقال من الشكل الجبري إليه و العكس

🔊 La maîtresse lit pour toi
لتعيين موقع مدينة على خريطة نستعمل خطي الطول و العرض، و لتوجيه هوائي نحوها نستعمل بدل ذلك بعدها و الزاوية التي نديره بها. فهل يمكن أن نكتب العدد المركب نفسه بهاتين اللغتين، و أن ننتقل من إحداهما إلى الأخرى؟

تعلم النقطة في المستوي إما بإحداثييها الديكارتيتين، أي فاصلتها و ترتيبتها، و إما بإحداثييها القطبيتين، أي بعدها عن المبدأ و الزاوية الموجهة التي يصنعها نصف المستقيم الحامل لها مع محور الفواصل. و بين الكتابتين علاقة بسيطة تعطيها المثلثات.

🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:
  • أن تكتب عددا مركبا غير معدوم على الشكل المثلثي
  • أن تنتقل من الشكل الجبري إلى الشكل المثلثي في خطوات مضبوطة
  • أن تعود من الشكل المثلثي إلى الشكل الجبري
  • أن توظف خواص العمدة في الجداء و الحاصل و القوة
🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:
  • حساب طويلة عدد مركب و تعيين عمدة له
  • دساتير جمع الجيب و التجيب
  • قراءة الربع انطلاقا من إشارتي الجزأين

من الإحداثيات الديكارتية إلى القطبية

الفاصلة بدلالة الطويلة و العمدة
x = r cos θ
rطويلة العدد المركب، أي بعد صورته عن المبدأθعمدة للعدد المركب، بالرديان
الترتيبة بدلالة الطويلة و العمدة
y = r sin θ
البعد عن المبدأ موجب دائما، بينما الفاصلة قد تكون سالبة: إشارة التجيب هي التي تحملها.

نعوض الفاصلة و الترتيبة في الشكل الجبري بقيمتيهما، ثم نضع الطويلة عاملا مشتركا. فنحصل على كتابة جديدة للعدد نفسه، تظهر فيها الطويلة و العمدة بدل الجزأين.

الشكل المثلثي
z = r(cos θ + i sin θ)

في هذه الكتابة، العامل الموضوع أمام القوس هو الطويلة، و الزاوية الموجودة داخل التجيب و الجيب هي العمدة. و لاحظ أن الجيب مضروب في الوحدة التخيلية: بدونها يصبح الطرف الأيمن عددا حقيقيا، و تنهار المساواة.

لا يملك العدد المعدوم شكلا مثلثيا: طويلته منعدمة و ليست له عمدة، فالكتابة تفقد معناها. لهذا نشترط دائما أن يكون العدد غير معدوم قبل الكلام عن شكله المثلثي.

متى يكون شكلان مثلثيان لعدد واحد

عددان مكتوبان على الشكل المثلثي يتساويان إذا و فقط إذا كانت لهما الطويلة نفسها و كانت عمدتاهما متوافقتين بترديد دورة كاملة. الشرطان معا، لا واحد منهما.

الشرط الأول: تساوي الطويلتين
r = r'
الشرط الثاني: توافق العمدتين
θ ≡ θ' [2π]

و العكس صحيح أيضا، و هو الأنفع في التمارين: إذا كُتب العدد على شكل عامل موجب تماما مضروب في قوس من الشكل السابق، فإن ذلك العامل هو الطويلة، و الزاوية هي عمدة للعدد. تُقرأ الطويلة و العمدة إذن مباشرة، دون أي حساب.

الطويلة تُقرأ مباشرة

بشرط أن يكون العامل λ موجبا تماما: الطويلة لا تكون سالبة أبدا.

|z| = λ
العمدة تُقرأ مباشرة
arg(z) ≡ θ [2π]
الشرط على إشارة العامل هو الذي يحمل كل شيء. إذا كان العامل الموضوع أمام القوس سالبا فالكتابة ليست شكلا مثلثيا، و قراءة الطويلة منها تعطي عددا سالبا، و هذا مستحيل. سنرى في المثال الرابع كيف نصلح هذه الكتابة بدل رفضها.

من الشكل الجبري إلى الشكل المثلثي

  1. نحسب الطويلة انطلاقا من الجزأين الحقيقي و التخيلي.
  2. نقسم الجزء الحقيقي على الطويلة فنحصل على تجيب العمدة.
  3. نقسم الجزء التخيلي على الطويلة فنحصل على جيب العمدة.
  4. نعين الزاوية التي تحقق القيمتين معا، مستعينين بإشارتي الجزأين لمعرفة الربع.
  5. نكتب الطويلة أمام القوس، و الزاوية داخل التجيب و الجيب، دون نسيان الوحدة التخيلية.
مثال 1: الشكل المثلثي للعدد ⁦1 + i⁩

🎯المطلوب: اكتب هذا العدد المركب على الشكل المثلثي

📌المعطى
z = 1 + i
🔹الخطوة 1: مربع الطويلة
|z|²=1² + 1²=2
🔹الخطوة 2: الطويلة
|z| = √2
🔹الخطوة 3: التجيب

نقسم كل جزء على الطويلة، ثم ننطق المقام بالضرب في الجذر.

cos θ=1√2=√22
🔹الخطوة 4: الجيب
sin θ=1√2=√22
🔹الخطوة 5: تعيين الزاوية

القيمتان متساويتان و موجبتان: الزاوية في منتصف الربع الأول، أي ثمن الدورة.

θ = π4
✅النّتيجة
z=√2(cos(π4) + i sin(π4))
عندما يتساوى الجزآن الحقيقي و التخيلي و يكونان موجبين، العمدة هي ثمن الدورة مباشرة: هذه حالة تتكرر كثيرا و يحسن حفظها.
مثال 2: الشكل المثلثي للعدد ⁦√2 − i√6⁩

🎯المطلوب: اكتب هذا العدد على الشكل المثلثي بعد تعيين طويلته و عمدة له

📌المعطى
z = √2 − i√6
🔹الخطوة 1: مربع الطويلة
|z|²=(√2)² + (−√6)²=2 + 6=8
🔹الخطوة 2: الطويلة

لا نترك الجذر على حاله: ⁦8 = 4 × 2⁩، و الجذر يُخرج المربع الكامل.

|z|=√8=2√2
🔹الخطوة 3: التجيب
cos θ=√22√2=12
🔹الخطوة 4: الجيب
sin θ=−√62√2=−√32
🔹الخطوة 5: تعيين الزاوية

التجيب موجب و الجيب سالب: الزاوية في الربع الرابع، إذن هي سالبة.

θ = −π3
✅النّتيجة
z=2√2(cos(−π3) + i sin(−π3))
العامل الذي تكتبه أمام القوس هو الطويلة التي حسبتها، حرفا بحرف: تحقّق دائما من التطابق بين السطرين قبل أن تنتقل إلى السؤال التالي.

من الشكل المثلثي إلى الشكل الجبري

الاتجاه المعاكس أسهل: نعوض التجيب و الجيب بقيمتيهما المعروفتين على الدائرة المثلثية، ثم ننشر الجداء. النتيجة هي الشكل الجبري، أي جزء حقيقي و جزء تخيلي.

مثال 3: العودة إلى الشكل الجبري

🎯المطلوب: اكتب هذا العدد المعطى على الشكل المثلثي على شكله الجبري

📌المعطى
z=2(cos(4π3) + i sin(4π3))
🔹الخطوة 1: قيمة التجيب

الزاوية تتجاوز نصف الدورة: صورتها في الربع الثالث، إذن التجيب و الجيب سالبان معا.

cos(4π3) = −12
🔹الخطوة 2: قيمة الجيب
sin(4π3) = −√32
🔹الخطوة 3: التعويض
z=2(−12 + i(−√32))
🔹الخطوة 4: نشر الجداء
z=2 × (−12) + i × 2 × (−√32)
✅النّتيجة
z = −1 − i√3
لا تنس ضرب كلا الحدين في الطويلة: نسيان ضرب الجزء التخيلي هو الخطأ الأكثر تكرارا في هذا الاتجاه.
مثال 4: كتابة عاملها سالب، و كيف نصلحها

🎯المطلوب: اكتب هذا العدد على شكل مثلثي صحيح، أي بعامل موجب تماما

📌المعطى
z=−2(cos(π6) + i sin(π6))
🔹الخطوة 1: قراءة العائق

العامل سالب، إذن هذه ليست كتابة مثلثية: الطويلة لا تكون سالبة أبدا.

−2 < 0
🔹الخطوة 2: تجيب الزاوية المضافة

نستعمل أن مقابل عدد صورته النقطة المقابلة بالنسبة إلى المبدأ، أي دوران بنصف دورة.

cos(π6 + π) = −cos(π6)
🔹الخطوة 3: جيب الزاوية المضافة
sin(π6 + π) = −sin(π6)
🔹الخطوة 4: إدخال الإشارة في الزاوية
z=2(cos(π6 + π) + i sin(π6 + π))
🔹الخطوة 5: حساب الزاوية الجديدة
π6 + π = 7π6
✅النّتيجة
z=2(cos(7π6) + i sin(7π6))
إشارة سالبة أمام القوس لا تُشطب: تُنقل إلى الزاوية بإضافة نصف دورة. الطويلة تصبح القيمة المطلقة للعامل، و العمدة تزداد بنصف دورة.

خواص العمدة

الشكل المثلثي ليس كتابة أخرى فحسب: هو الذي يجعل الجداء و القسمة و القوة سهلة. فعند الضرب تُضرب الطويلتان و تُجمع العمدتان، و عند القسمة تُقسم الطويلتان و تُطرح العمدتان.

عمدة الجداء
arg(z × z') ≡ arg(z) + arg(z') [2π]
عمدة الحاصل
arg(zz') ≡ arg(z) − arg(z') [2π]
عمدة القوة

من أجل كل عدد طبيعي n غير معدوم، و العددان غير معدومين.

arg(zn) ≡ n arg(z) [2π]
هذه الخواص تُكتب بالترديد، لا بمساواة ساذجة. خذ العدد ⁦1 + i⁩ و عمدته ثمن الدورة: قوته الثامنة تساوي 16، و هو عدد حقيقي موجب عمدته معدومة، بينما ثمانية أمثال ثمن الدورة تساوي دورة كاملة. المساواة السعة خاطئة، و التوافق بترديد الدورة صحيح.

من أين تأتي هذه الخواص

نأخذ عددين مكتوبين على الشكل المثلثي و نضربهما. بعد نشر الجداء نجد بين قوسين تعبيرين نعرفهما جيدا: هما بالضبط طرفا دستوري جمع التجيب و جمع الجيب.

جداء عددين على الشكل المثلثي
z × z' = r r'(cos θ + i sin θ)(cos θ' + i sin θ')
بعد النشر
z × z'=r r'[(cos θ cos θ' − sin θ sin θ') + i(sin θ cos θ' + sin θ' cos θ)]
دستور جمع التجيب
cos(θ + θ') = cos θ cos θ' − sin θ sin θ'
دستور جمع الجيب
sin(θ + θ') = sin θ cos θ' + cos θ sin θ'
✅النّتيجة
z × z'=r r'(cos(θ + θ') + i sin(θ + θ'))

أما الحاصل فنضرب فيه البسط و المقام في مرافق المقام. و لاحظ جيدا: المرافق هو مرافق المقام، أي الذي عمدته مقابل عمدة المقام، لذلك يظهر في المقام مجموع مربعي تجيب و جيب زاوية المقام، و هو يساوي واحدا.

جداء المقام في مرافقه
(cos θ' + i sin θ')(cos θ' − i sin θ') = cos²θ' + sin²θ'
المقام يساوي الواحد
cos²θ' + sin²θ' = 1
✅النّتيجة
zz'=(rr')(cos(θ − θ') + i sin(θ − θ'))
مثال 5: الشكل المثلثي لجداء

🎯المطلوب: اكتب هذا الجداء على الشكل المثلثي دون نشره

📌المعطى
Z = (1 + i)(−1 − i√3)
🔹الخطوة 1: العامل الأول

نكتب كل عامل على شكله المثلثي أولا، ثم نطبّق الخاصيتين.

1 + i=√2(cos(π4) + i sin(π4))
🔹الخطوة 2: العامل الثاني
−1 − i√3=2(cos(4π3) + i sin(4π3))
🔹الخطوة 3: طويلة الجداء
|Z|=√2 × 2=2√2
🔹الخطوة 4: جمع العمدتين
π4 + 4π3=3π12 + 16π12=19π12
✅النّتيجة
Z=2√2(cos(19π12) + i sin(19π12))
وحّد المقامات قبل جمع العمدتين: هنا 4 و 3 مقاماهما، و المقام المشترك 12. هذه الخطوة الحسابية الصغيرة هي مصدر أغلب الأخطاء في هذا النوع من الأسئلة.
مثال 6: الشكل المثلثي لحاصل قسمة

🎯المطلوب: اكتب هذا الحاصل على الشكل المثلثي دون جعل مقامه حقيقيا

📌المعطى
Z=1 + i−1 − i√3
🔹الخطوة 1: طويلة الحاصل

نستعمل الشكلين المثلثيين نفسيهما، لكن بالخاصية الخاصة بالحاصل.

|Z| = √22
🔹الخطوة 2: طرح العمدتين
π4 − 4π3=3π12 − 16π12=−13π12
✅النّتيجة
Z=(√22)(cos(−13π12) + i sin(−13π12))
انتبه إلى ترتيب الطرح: عمدة البسط ناقص عمدة المقام، لا العكس. عكس الترتيب يعطي الزاوية المقابلة، أي عددا آخر تماما.
الشكل المثلثي هو الجسر بين الأعداد المركبة و الهندسة: الضرب في عدد طويلته واحد ليس إلا دورانا حول المبدأ. ستعود إلى هذه القراءة في درس التحويلات النقطية.
أسئلة البكالوريا تطلب الشكل المثلثي تمهيدا لحساب قوة أو لتعيين طبيعة مثلث. اكتب الطويلة و العمدة في سطرين قبل أن تجمعهما في الكتابة النهائية، و لا تنس الوحدة التخيلية أمام الجيب: نسيانها يحوّل عددا مركبا إلى عدد حقيقي و يُفقد السؤال كله.
الخلاصة: كل عدد مركب غير معدوم يُكتب بطويلته و عمدة له، بوضع الطويلة أمام قوس يحوي تجيب العمدة و جيبها مضروبا في الوحدة التخيلية. الانتقال من الشكل الجبري يمرّ بالطويلة ثم بالتجيب و الجيب ثم بالربع، و العودة تمرّ بتعويض القيمتين ثم النشر. و في هذه الكتابة يصبح الجداء جمعا للعمد و القسمة طرحا لها، بترديد الدورة الكاملة.

Page 1/11

© Madrassati — leçon rédigée par Madrassati · madrassati.net