الهندسة في الفضاء › التمثيل الوسيطي لمستقيم و مستوى
الانتقال بين جملة معادلتين ديكارتيتين و تمثيل وسيطي
الفكرة كلّها في سطر واحد: نختار أحد المجاهيل الثلاثة و نسمّيه وسيطا، ثمّ نعبّر عن المجهولين الآخرين بدلالته. المعادلتان تصيران عندئذ جملة عادية بمجهولين، من تلك التي تحلّها منذ سنوات. و ما نحصل عليه في النهاية هو تمثيل وسيطي للمستقيم.
- إدراك أنّ جملة معادلتين ديكارتيتين لمستويين متقاطعين تعرّف مستقيما
- اختيار الوسيط المناسب و الانتقال من جملة معادلتين إلى تمثيل وسيطي
- استعمال الشعاعين الناظميين لإيجاد شعاع توجيه لمستقيم التقاطع
- الانتقال في الاتّجاه العكسي: من تمثيل وسيطي إلى جملة معادلتين ديكارتيتين
- قراءة نقطة و شعاع توجيه على التمثيل الوسيطي المحصّل عليه
- المعادلة الديكارتية لمستو، و الشعاع الناظمي المقروء على معاملاتها
- التمثيل الوسيطي لمستقيم، و قراءة نقطة و شعاع توجيه عليه
- شرط تواز مستويين: ارتباط شعاعيهما الناظميين خطّيا
- حلّ جملة معادلتين من الدرجة الأولى بمجهولين، بالتعويض أو بالجمع
1. مستقيم مكتوب بمعادلتين
رأيت أنّ مستويا في الفضاء يُكتب بمعادلة ديكارتية واحدة من الشكل a x + b y + c z + d = 0. فماذا تعني معادلتان معا؟ تعني أنّ النقطة يجب أن تكون على المستوي الأوّل و على المستوي الثاني في آن واحد: أي أنّها من تقاطعهما.
2. الطريقة الأولى: نختار وسيطا و نحلّ
هذه الطريقة هي الأسرع لمّا تكون المعاملات بسيطة. نتّبع فيها ثلاث خطوات، دائما بنفس الترتيب.
- نتحقّق من أنّ الشعاعين الناظميين غير مرتبطين خطّيا: عندئذ المستويان متقاطعان فعلا.
- نختار أحد المجاهيل و نجعله وسيطا، فتصير الجملة بمجهولين اثنين.
- نحلّ الجملة ذات المجهولين، ثمّ نكتب المعادلات الثلاث مع شرط الوسيط.
نعتبر المستويين (P₁) و (P₂) اللذين معادلتاهما الديكارتيتان على الترتيب 2 x − y − 2 z − 1 = 0 و −x + 4 y + z − 3 = 0.
🎯المطلوب: بيّن أنّ المستويين يتقاطعان، ثمّ عيّن تمثيلا وسيطيا لمستقيم تقاطعهما ( D ).
نقرأ الشعاع الناظمي الأوّل مباشرة على معاملات المعادلة الأولى.
و الشعاع الناظمي الثاني على معاملات الثانية.
⭐ نتحقّق من عدم الارتباط الخطّي: لو كانا مرتبطين لكانت النسب الثلاث متساوية. هنا النسبة الأولى تخالف الثانية، فالشعاعان غير مرتبطين، و المستويان متقاطعان.
نختار الراقم وسيطا.
نعوّض في المعادلة الأولى و ننقل الحدّ الذي يحمل الوسيط إلى الطرف الأيمن.
و نفعل نفس الشيء بالمعادلة الثانية.
نحلّ الجملة: نضرب المعادلة الثانية في 2 ثمّ نجمعها إلى الأولى، فتُحذف الفاصلة.
نبسّط الطرفين: الحدود التي تحمل الوسيط تتلاشى هي أيضا.
نقسم على 7: الترتيبة ثابتة على المستقيم كلّه.
نعوّض هذه القيمة في المعادلة الأولى بمجهولين.
ننقل ثمّ نقسم على 2.
نجمع السطور الثلاثة، و لا ننسى شرط الوسيط.
⭐ نتحقّق: نعوّض السطور الثلاثة في المعادلة الأولى، فيجب أن ينعدم الطرف الأيسر مهما كان الوسيط.
و في المعادلة الثانية كذلك.
نقرأ الآن على الجملة ما تعلّمناه في الدرس السابق: الحدود الثابتة تعطي نقطة، و معاملات الوسيط تعطي شعاع توجيه.
المعاملات هي 1 أمام الوسيط في الفاصلة، و 0 في الترتيبة الثابتة، و 1 في الراقم. فالمستقيم محتوى في المستوي ذي المعادلة y = 1.
نعتبر المستويين (P₁) و (P₂) اللذين معادلتاهما الديكارتيتان على الترتيب 4 x + y + z + 10 = 0 و 2 x + y + 3 = 0.
🎯المطلوب: عيّن تمثيلا وسيطيا للمستقيم ( D ) تقاطع المستويين.
نقرأ الشعاعين الناظميين على المعاملات.
الشعاع الناظمي الثاني: انتبه إلى أنّ الراقم غائب، فمركّبته معدومة.
الشعاعان غير مرتبطين خطّيا، لأنّ المركّبة الثالثة معدومة في أحدهما دون الآخر. فالمستويان متقاطعان.
⭐ هنا نختار الفاصلة وسيطا، لا الراقم. و السبب حسابيّ محض: المعادلة الثانية لا تحوي الراقم، فبأخذ الفاصلة وسيطا تعطينا الترتيبة مباشرة، بلا كسور.
نعوّض في المعادلة الثانية: تصير معادلة بمجهول واحد هو الترتيبة.
نعزل الترتيبة.
نعوّض الآن في المعادلة الأولى بالفاصلة و الترتيبة معا.
نجمع الحدود المتشابهة.
نعزل الراقم.
نضيف شرط الوسيط، فتكتمل الجملة.
نقرأ نقطة على الجملة بأخذ الوسيط معدوما.
و نقرأ شعاع التوجيه على معاملات الوسيط.
3. الطريقة الثانية: من الشعاعين الناظميين
توجد طريقة ثانية، أقصر لمّا نملك نقطة من المستقيم مسبقا. مستقيم التقاطع محتوى في المستويين معا، فشعاع توجيهه عمودي على الشعاعين الناظميين في آن واحد. فنكتب الشرطين بالجداء السلّمي، و نحلّ الجملة التي يعطيانها في مركّبات هذا الشعاع، باختيار إحداها كما في الطريقة الأولى.
شعاع التوجيه غير معدوم، و هو عمودي على الشعاعين الناظميين لأنّ المستقيم محتوى في المستويين معا: الشرطان أدناه يعطيان معادلتين في مركّباته الثلاث.
نعتبر المستويين (P₁) و (P₂) بالمعادلتين x − 2 y + 2 z − 1 = 0 و x − 3 y + 2 z + 2 = 0، و نسمّي ( Δ ) تقاطعهما. و نعتبر النقطة C(1 ; 3 ; 3).
🎯المطلوب: بيّن أنّ المستويين يتقاطعان، تحقّق من أنّ C على ( Δ )، ثمّ استنتج تمثيلا وسيطيا لـ ( Δ ).
نقرأ الشعاعين الناظميين على معاملات المعادلتين.
الثاني يختلف عن الأوّل في المركّبة الثانية وحدها.
المركّبتان الأولى و الثالثة متساويتان و الثانية مختلفة: لا نسبة واحدة تربطهما، فهما غير مرتبطين خطّيا و المستويان متقاطعان.
نبحث عن شعاع توجيه u(a ; b ; c): نكتب u.n1 = 0 و u.n2 = 0 بالإحداثيات.
نطرح المعادلتين فتنعدم b، و تصير الأولى a = −2c: نختار c = −1 فنحصل على شعاع غير معدوم.
نحتاج الآن إلى نقطة. نجرّب النقطة C المعطاة في المعادلة الأولى.
و في الثانية.
النقطة في المستويين معا، إذن هي على مستقيم تقاطعهما.
نكتب الجملة: الثوابت إحداثيات C، و معاملات الوسيط مركبات شعاع التوجيه.
المركّبة الثانية للشعاع معدومة، فالترتيبة ثابتة.
و المركّبة الثالثة هي ناقص واحد.
و شرط الوسيط، بنفس الحرف المستعمل في السطور الثلاثة.
نعتبر المستويين ( P ) و ( R ) بالمعادلتين x + y = −1 و 2 x + y + 2 z = 0.
🎯المطلوب: تحقّق من أنّ المستويين يتقاطعان وفق مستقيم ( D ) يشمل النقطة A(1 ; −2 ; 0) و يوجّهه الشعاع u(−2 ; 2 ; 1).
نقرأ الشعاعين الناظميين. لاحظ غياب الراقم في المعادلة الأولى.
و الشعاع الناظمي للمستوي الثاني.
نسبتا المركّبتين الأوليين مختلفتان: الشعاعان الناظميان غير مرتبطين خطّيا، فالمستويان متقاطعان وفق مستقيم.
⭐ نتحقّق بالجداء السلّمي: −2 + 2 + 0 = 0 و −4 + 2 + 2 = 0. الشعاع المعلن عمودي على الشعاعين الناظميين معا، فهو يوجّه مستقيم التقاطع.
نجعل الراقم وسيطا.
المعادلة الأولى لا تحوي الراقم أصلا، فهي تعطي الترتيبة بدلالة الفاصلة.
نعوّض في المعادلة الثانية.
نجمع الحدود المتشابهة.
نعزل الفاصلة.
نعود إلى السطر السادس بهذه القيمة.
نضيف الراقم و شرط الوسيط.
⭐ نقرأ الآن الثوابت: هي بالضبط إحداثيات النقطة المعلنة في النصّ.
و معاملات الوسيط هي بالضبط مركبات الشعاع المعلن.
4. الاتّجاه العكسي: من التمثيل الوسيطي إلى معادلتين
و العكس ممكن كذلك: أن ننتقل من تمثيل وسيطي إلى جملة معادلتين ديكارتيتين. و الحركة أبسط ممّا تظنّ: نحذف الوسيط.
- نعزل الوسيط انطلاقا من إحدى المعادلات الثلاث، تلك التي معامله فيها أبسط.
- نعوّض بهذه العبارة في المعادلتين الأخريين.
- نرتّب كلّ واحدة منهما على شكل معادلة ديكارتية لمستو، فنحصل على معادلتين.
نعتبر المستقيم ( D ) الذي تمثيله الوسيطي x = t + 1 و y = 1 و z = t، مع t حقيقي — و هو مستقيم التقاطع الذي حصلنا عليه في المثال الأوّل.
🎯المطلوب: اكتب جملة معادلتين ديكارتيتين تعرّف المستقيم ( D ).
نبدأ بالمعادلة التي لا وسيط فيها: هي جاهزة، و هي معادلة مستو.
نبحث الآن عن الثاني. نعزل الوسيط من السطر الذي معامله فيه هو 1 بالضبط.
نعوّض بهذه العبارة في السطر الباقي.
نرتّب على شكل معادلة ديكارتية بنقل كلّ شيء إلى طرف واحد.
نقرأ الشعاع الناظمي للمستوي x − z − 1 = 0 الذي حصلنا عليه في الخطوة 4.
و الشعاع الناظمي للمستوي y − 1 = 0 الذي حصلنا عليه في الخطوة 1.
⭐ التحقّق الواجب: هل هما غير مرتبطين خطّيا؟ نعم، فالمركّبة الأولى معدومة في الثاني دون الأوّل، و الجملة تعرّف فعلا مستقيما.
و شعاع التوجيه الذي انطلقنا منه، u(1 ; 0 ; 1)، عمودي على الشعاعين الناظميين معا: الدائرة تُغلق.
نتحقّق أخيرا بتعويض السطور الثلاثة في المعادلة الثانية.
Page 1/10
© Madrassati — leçon rédigée par Madrassati · madrassati.net