المناهج الدراسية
تسجيل الدخول

المناهج الدراسية

الرياضيات

الفصل الأول - التفاضل والتكامل (Calculus)

0/86

الفصل الثاني - الجبر والهندسة الفراغية (Algebra & Solid Geometry)

0/50

الفصل الثالث - الاستاتيكا (Statics)

0/21

الفصل الرابع - الديناميكا (Dynamics)

0/35

الفصل الخامس - الجبر الأساسي وحساب المثلثات والإحصاء والاحتمال

0/40

دروس إضافية

0/193
نص الدرس

الدرس الرابع: المتجهات في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الخط المستقيم والمستوى

الرياضيات

الدرس الرابع: المتجهات في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الخط المستقيم والمستوى

مقدمة

مقدمة

🌳 شجرة المفاهيم

الدرس الرابع←المتجهات في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الخط المستقيم والمستوى

├── المصطلحات العلمية

├── القوانين والعلاقات
├── أولاًالهندسة الإحداثية في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الكرة
├── ثانياًجبر المتجهات في الفراغ: الضرب القياسي والضرب الاتجاهي والضرب الثلاثي
├── ثالثاًمعادلة الخط المستقيم في الفراغ ثلاثي الأبعاد والعلاقات بين المستقيمات
├── رابعاًمعادلة المستوى في الفراغ والمسافات وتقاطع المستويات

├── أمثلة محلولة

├── تكات وملاحظات امتحانية

└── تطبيقات حياتية

الدرس الرابع: المتجهات في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الخط المستقيم والمستوى · 1 / 16
المصطلحات العلمية

المصطلحات العلمية

🧊 رسم فراغي ثلاثي الأبعاد لحاصل الضرب الاتجاهي للمتجهات ومتجه العمودي (A × B)

D Scientific Render

  • يوضح الرسم الفراغي اتجاه المتجه A × B العمودي على المستوى الذي يحدده المتجهان A وB، ويتحدد اتجاهه بقاعدة اليد اليمنى.
  • كما يبيّن أن طول هذا المتجه يساوي مساحة متوازي الأضلاع المبني على A وB، وهو ما يربط الضرب الاتجاهي بحساب المساحات في الفراغ.
  • توضيح اتجاه المتجه العمودي على المستوى المحدد بالمتجهين A و B بقاعدة اليد اليمنى، مع إبراز مساحة متوازي الأضلاع الناتجة عن معيار الضرب الاتجاهي.
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
•
  • النظام الإحداثي المتعامد في الفراغ ثلاثي الأبعاد (3D Cartesian Coordinates): نظام يتألف من ثلاثة محاور متعامدة مثنى مثنى تتقاطع في نقطة الأصل و(0
  • 0): محور السينات ومحور الصادات ومحور العينات
  • وتحدد موقع أي نقطة بثلاثي مرتب (س
  • ع). ومعادلة المستوى س ص هي ع = 0
  • ومعادلة المستوى س ع هي ص = 0
  • ومعادلة المستوى ص ع هي س = 0
النظامالإحداثيالمتعامدالفراغ
معادلة الكرة في الفراغ (Sphere Equation)
  • المحل الهندسي لنقطة تتحرك في الفراغ بحيث تظل على بعد ثابت نق من نقطة ثابتة هي المركز م(د
  • ومعادلتها القياسية: (س – د)2 + (ص – هـ)2 + (ع – و)2 = نق2
  • ومعادلتها العامة: س2 + ص2 + ع2 + 2ل س + 2ك ص + 2ن ع + د = 0
  • نق = √(ل2 + ك2 + ن2 – د)
المحلالهندسيلنقطةتتحرك
المتجهات وجيوب تمام الاتجاه (Direction Cosines)متجه الموضع للنقطة أ(س، ص، ع) هو و→أ = س س̂ + ص ص̂ + ع ع̂، ومعياره ||و→أ|| = √(س2 + ص2 + ع2). وزوايا الاتجاه للمتجه هي الزوايا التي يصنعها مع الاتجاهات الموجبة للمحاور، وجيوب تمامها تمثل متجهات الوحدة في اتجاه المتجه: û = (cos θx, cos θy, cos θz)، وتحقق القانون المحوري:

cos 2 θ x + cos 2 θ y + cos 2 θ z = 1

.
الموضعللنقطةومعيارهوزوايا
الضرب القياسي والضرب الاتجاهي للمتجهات
  • الضرب القياسي: أ→ · ب→ = ||أ→|| ||ب→|| cos θ = أس بس + أص بص + أع بع
  • وشرط تعامدهما هو أ→ · ب→ = 0. والضرب الاتجاهي: أ→ × ب→ = متجه عمودي على مستواهما يتعين بمحدد الرتبة الثالثة
  • ومعياره يساوي مساحة متوازي الأضلاع المنشأ عليهما
  • وشرط توازيهما هو أ→ × ب→ = و→ أو تناسب الإحداثيات
وشرطتعامدهماعموديمستواهما
معادلة الخط المستقيم في الفراغ (Equation of a Line in 3D)يتحدد الخط المستقيم بنقطة واقعة عليه ق(س₁، ص₁، ع₁) ومتجه اتجاه له هـ→ = (أ، ب، جـ)؛ وله 3 صور: 1) الصورة المتجهة: ر→ = ق→ + ك هـ→. 2) المعادلات البارامترية: س = س₁ + ك أ، ص = ص₁ + ك ب، ع = ع₁ + ك جـ. 3) المعادلات الإحداثية (الكارتيزية): (س – س1) / أ = (ص – ص1) / ب = (ع – ع1) / جـ.يتحددبنقطةواقعةعليه
معادلة المستوى في الفراغ (Equation of a Plane in 3D)
  • يتحدد المستوى بنقطة واقعة فيه أ(س₁
  • ع₁) ومتجه عمودي عليه ن→ = (أ
  • جـ)
  • وصورته المتجهة: ن→ · ر→ = ن→ · أ→
  • وصورته القياسية: أ(س – س₁) + ب(ص – ص₁) + جـ(ع – ع₁) = 0
  • وصورته العامة: أ س + ب ص + جـ ع + د = 0. والمسافة العمودية من نقطة م(س₀
  • ع₀) إلى المستوى هي: ل = |أ س₀ + ب ص₀ + جـ ع₀ + د| / √(أ2 + ب2 + جـ2)
يتحددبنقطةواقعةومتجه
الدرس الرابع: المتجهات في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الخط المستقيم والمستوى · 2 / 16
القوانين والعلاقات

القوانين والعلاقات

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
قانون الزوايا والمساقط في الفراغ ثلاثي الأبعاد[ الصيغة: cos θ = (أ→ · ب→) / (||أ→|| · ||ب→||) | مسقط أ→ على ب→ = (أ→ · ب→) / ||ب→|| ] يُستخدم لحساب الزاوية الحادة بين متجهين أو خطين مستقيمين في الفراغ وحساب المركبة الجبرية لمتجه في اتجاه آخرالصيغةمسقطستخدملحساب
قانون الضرب الثلاثي القياسي وحجم متوازي السطوح[ الصيغة: حجم متوازي السطوح = | أ→ · (ب→ × جـ→) | = | محدد المصفوفة 3×3 لأحداثيات المتجهات الثلاثة | ] إذا كان الناتج يساوي صفراً فإن هذا يثبت أن المتجهات الثلاثة والنقاط الأربع تقع جميعها في مستوى واحدالصيغةمحددالمصفوفةلأحداثيات
الدرس الرابع: المتجهات في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الخط المستقيم والمستوى · 3 / 16
أولاً: الهندسة الإحداثية في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الكرة

أولاً: الهندسة الإحداثية في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الكرة

  • تُمثل الهندسة الفراغية الامتداد الرياضي الطبيعي من المستوى ثنائي الأبعاد إلى الفضاء الحقيقي: 1) المحاور والمستويات الإحداثية: تقسم المستويات الإحداثية الثلاثة المتعامدة الفراغ إلى ثمانية أثمان؛
  • وأي نقطة أ(س، ص، ع) تتعين بإسقاطاتها على المحاور؛
  • فبعد النقطة عن المستوى س ص هو |ع|، وبعدها عن المستوى س ع هو |ص|، وبعدها عن المستوى ص ع هو |س|.
  • وبعد النقطة عن محور السينات هو √(ص2 + ع2)، وبعدها عن محور الصادات هو √(س2 + ع2)، وبعدها عن محور العينات هو √(س2 + ص2).
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
المسافة وإحداثيات نقطة التقسيم
  • المسافة بين نقطتين أ(س₁
  • ع₁) وب(س₂
  • ع₂) تتعين بنظرية فيثاغورس المجسمة: ل = √[(س₂ – س₁)2 + (ص₂ – ص₁)2 + (ع₂ – ع₁)2]. وإحداثيات نقطة المنتصف جـ هي: [ (س₁ + س2) / 2
  • (ص₁ + ص2) / 2
  • (ع₁ + ع2) / 2 ]
نقطتينتتعينبنظريةفيثاغورس
معادلة الكرة الفراغية
  • الكرة هي مجسم منتظم يبعد سطحه مسافة ثابتة نق عن المركز م(د
  • ومعادلتها القياسية: (س – د)2 + (ص – هـ)2 + (ع – و)2 = نق2. وعند فك الأقواس تنتج الصورة العامة: س2 + ص2 + ع2 + 2ل س + 2ك ص + 2ن ع + د = 0
  • وشروطها الرياضية الصارمة: 1- معاملات س2 وص2 وع2 متساوية وموجبة وتساوي 1. 2- خالية تماماً من الحدود المشتملة على س ص أو س ع أو ص ع. 3- المقدار (ل2 + ك2 + ن2 – د) > 0 ليكون نصف القطر نق = √(ل2 + ك2 + ن2 – د) عدداً حقيقياً موجباً. ويكون المركز هو م(-ل
  • -ن)
مجسممنتظميبعدسطحه
الدرس الرابع: المتجهات في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الخط المستقيم والمستوى · 4 / 16
ثانياً: جبر المتجهات في الفراغ: الضرب القياسي والضرب الاتجاهي والضرب الثلاثي

ثانياً: جبر المتجهات في الفراغ: الضرب القياسي والضرب الاتجاهي والضرب الثلاثي

كابلان من ركن الغرفة إلى نقطتين يمثلان المتجهات في الفراغ ثلاثي الأبعاد: |أ| = 3 و|ب| = 3 والجداء القياسي صفر.
كابلان من ركن الغرفة إلى نقطتين يمثلان المتجهات في الفراغ ثلاثي الأبعاد: |أ| = 3 و|ب| = 3 والجداء القياسي صفر.
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةمثالكلمات مفتاحية
المتجهات وجيوب تمام الاتجاه
  • إذا كان المتجه أ→ يصنع زوايا اتجاه θx و θy و θz مع الاتجاهات الموجبة للمحاور
  • فإن: cos θx = أس / ||أ→||
  • cos θy = أص / ||أ→||
  • cos θz = أع / ||أ→||. ومتجه الوحدة في اتجاه أ→ هو û = أ→ / ||أ→|| = (cos θx
  • cos θy
  • cos θz). وتتحقق المتطابقة الهندسية الحاكمة: cos 2 θ x + cos 2 θ y + cos 2 θ z = 1 دائماً
—يصنعزواياالاتجاهاتالموجبة
الضرب القياسي (Dot Product)
  • ينتج كمية قياسية عددية
  • ويعرف بـ: أ→ · ب→ = ||أ→|| ||ب→|| cos θ = أس بس + أص بص + أع بع. وشرط تعامد متجهين غير صفريين هو أ→ · ب→ = 0. والمسقط الجبري (المركبة الجبرية) لمتجه أ→ في اتجاه المتجه ب→ هو: (أ→ · ب→) / ||ب→||. والمركبة الاتجاهية هي المسقط الجبري مضروباً في متجه الوحدة في اتجاه ب→
—ينتجكميةقياسيةعددية
الضرب الاتجاهي (Cross Product)
  • ينتج متجهاً جديداً عمودياً على المستوى الحاوي للمتجهين
  • ويحسب بمحدد الرتبة الثالثة: أ→ × ب→ = [ (أص بع – أع بص) س̂ – (أس بع – أع بس) ص̂ + (أس بص – أص بس) ع̂ ]. وشرط توازي متجهين هو أ→ × ب→ = و→
  • أو تناسب الإحداثيات: أس / بس = أص / بص = أع / بع. ومعيار الضرب الاتجاهي ||أ→ × ب→|| ي
  • هندسياً ‘مساحة متوازي الأضلاع’ المنشأ على المتجهين
  • ونصف المعيار يمثل ‘مساحة المثلث’
ينتجمتجهاجديداعموديا
الضرب الثلاثي القياسي (Scalar Triple Product)
  • يكتب بصورة: أ→ · (ب→ × جـ→)
  • ويحسب بوضع مركبات المتجهات الثلاثة كصفوف في محدد رتبة ثالثة 3×3
  • وقيمته المطلقة ت
  • هندسياً ‘حجم متوازي السطوح’ المتولد من المتجهات الثلاثة
  • وإذا كانت القيمة صفراً
  • دل ذلك على أن المتجهات الثلاثة تقع في مستوى واحد وتفقد حجمها الفراغي
يكتببصورةويحسببوضع
شكل 1: رسم فراغي ثلاثي الأبعاد لحاصل الضرب الاتجاهي للمتجهات ومتجه العمودي (A × B)
شكل 1: رسم فراغي ثلاثي الأبعاد لحاصل الضرب الاتجاهي للمتجهات ومتجه العمودي (A × B)
  • 🧊 رسم فراغي ثلاثي الأبعاد لحاصل الضرب الاتجاهي للمتجهات ومتجه العمودي (A × B)
الدرس الرابع: المتجهات في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الخط المستقيم والمستوى · 5 / 16
ثالثاً: معادلة الخط المستقيم في الفراغ ثلاثي الأبعاد والعلاقات بين المستقيمات

ثالثاً: معادلة الخط المستقيم في الفراغ ثلاثي الأبعاد والعلاقات بين المستقيمات

  • يتحدد أي خط مستقيم في الفراغ بمعرفة نقطة واقعة عليه ومتجه اتجاه يوازيه: 1) صور معادلة الخط المستقيم: إذا كان المستقيم يمر بالنقطة ق(س₁، ص₁، ع₁) وله متجه اتجاه هـ→ = (أ، ب، جـ): أ- الصورة المتجهة: ر→ = ق→ + ك هـ→ (حيث ك هو البارامتر أو المعامل القياسي).
  • ب- المعادلات البارامترية س = س₁ + ك أ، ص = ص₁ + ك ب، ع = ع₁ + ك جـ.
  • ج- المعادلات الكارتيزية (الإحداثية) (س – س1) / أ = (ص – ص1) / ب = (ع – ع1) / جـ؛
  • فإذا كان أحد جيوب الاتجاه صفراً (مثلاً جـ = 0)، تكتب المعادلة: (س – س1) / أ = (ص – ص1) / ب، ع = ع₁.
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
الزاوية بين مستقيمين
  • تتعين جيب تمام الزاوية الحادة θ بين مستقيمين لهما متجها اتجاه هـ₁→ و هـ₂→ من القانون: cos θ = |هـ₁→ · هـ2→ | / [ ||هـ₁→|| · ||هـ₂→|| ]. ويكون المستقيمان متعامدين إذا كان هـ₁→ · هـ₂→ = 0
  • ويكونان متوازيين إذا كان هـ₁→ = م هـ₂→ أو هـ₁→ × هـ₂→ = و→
تتعينتمامالحادةلهما
الأوضاع النسبية لمستقيمين في الفراغ
  • قد يكون المستقيمان: متوازيين (متجهي اتجاههما متناسبان ولا يتقاطعان)
  • أو منطبقين
  • أو متقاطعين في نقطة واحدة (يجمعهما مستوى واحد)
  • أو ‘متخالفين’ (Skew Lines: لا يتوازيان ولا يتقاطعان ولا يجمعهما مستوى واحد إطلاقاً)
يكونالمستقيمانمتوازيينمتجهي
طول العمود الساقط من نقطة على مستقيم
  • لتعيين بعد نقطة أ عن مستقيم ل: نحدد نقطة ب على المستقيم ومتجه اتجاهه هـ→
  • فيكون طول العمود: ل = ||ب→أ × هـ→|| / ||هـ→||
لتعييننحددالمستقيمومتجه
الدرس الرابع: المتجهات في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الخط المستقيم والمستوى · 6 / 16
رابعاً: معادلة المستوى في الفراغ والمسافات وتقاطع المستويات

رابعاً: معادلة المستوى في الفراغ والمسافات وتقاطع المستويات

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
معادلة المستوى
  • يتعين المستوى في الفراغ بنقطة واقعة فيه أ(س₁
  • ع₁) ومتجه عمودي على المستوى ن→ = (أ
  • جـ): أ- الصورة المتجهة: ن→ · ر→ = ن→ · أ→ (أو ن→ · ر→ = د). ب- الصورة القياسية: أ(س – س₁) + ب(ص – ص₁) + جـ(ع – ع₁) = 0. ج- الصورة العامة: أ س + ب ص + جـ ع + د = 0 (حيث معاملات س وص وع هي مركبات المتجه العمودي على المستوى ن→). د- معادلة المستوى بدلالة أجزائه المقطوعة من المحاور: س/أ + ص/ب + ع/جـ = 1 (حيث أ
  • جـ هي أطوال الأجزاء المقطوعة من محاور السينات والصادات والعينات على الترتيب)
يتعينالفراغبنقطةواقعة
الزاوية بين مستويين والزاوية بين خط ومستوى
  • الزاوية الحادة بين مستويين متعامدي اتجاههما ن₁→ و ن₂→ هي: cos θ = |ن₁→ · ن2→ | / [ ||ن₁→|| · ||ن₂→|| ]. ويتعامد المستويان إذا كان ن₁→ · ن₂→ = 0
  • ويتوازيان إذا كان ن₁→ = ك ن₂→. أما الزاوية بين مستقيم متجه اتجاهه هـ→ ومستوى عموديه ن→ فتتعين من: sin α = |هـ→ · ن→| / [ ||هـ→|| · ||ن→|| ]
الحادةمتعامدياتجاههماويتعامد
طول العمود الساقط من نقطة على مستوى
  • يتعين البعد العمودي ل من النقطة م(س₀
  • ع₀) إلى المستوى أ س + ب ص + جـ ع + د = 0 من القانون المطلق: ل = |أ س₀ + ب ص₀ + جـ ع₀ + د| / √(أ2 + ب2 + جـ2)
يتعينالبعدالعموديالنقطة
تقاطع المستويات
  • خط تقاطع مستويين غير متوازيين هو خط مستقيم
  • ويكون متجه اتجاه هذا الخط هـ→ عمودياً على كلا العموديين على المستويين
  • فيتعين بالضرب الاتجاهي لهما: هـ→ = ن₁→ × ن₂→
مستويينمتوازيينمستقيمويكون
الدرس الرابع: المتجهات في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الخط المستقيم والمستوى · 7 / 16
أمثلة محلولة

أمثلة محلولة

✍️ أمثلة محلولة←مسألة ضرب اتجاهي ومساحة مثلث وحجم متوازي سطوح
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
نص المسألة / السؤال
  • إذا كانت المتجهات: أ→ = (2
  • ب→ = (1
  • -2)
  • جـ→ = (3
كانتالمتجهات
احسب1) أ→ × ب→ ومساحة متوازي الأضلاع المنشأ عليهما ومساحة المثلثومساحةمتوازيالأضلاعالمنشأ
•
  • 2) حجم متوازي السطوح المتولد من المتجهات أ→
  • جـ→
متوازيالسطوحالمتولدالمتجهات
خطوات الحل والشرح النموذجي1) حساب الضرب الاتجاهي أ→ × ب→ باستخدام محدد الرتبة الثالثة:أ→ × ب→ = | س̂ ص̂ ع̂ | |حسابالضربالاتجاهيباستخدام

2 -1 3 | | 1 2 -2 |=

  • س̂ [ (-1)(-2) – (3)(2) ] – ص̂ [ (2)(-2) – (3)(1) ] + ع̂ [

(2)(2) – (-1)(1) ]=

  • س̂ [ 2 – 6 ] – ص̂ [ -4 – 3 ] + ع̂ [ 4 + 1 ]= -4 س̂ + 7 ص̂ + 5 ع̂ = (-4، 7، 5).معيار الضرب الاتجاهي ||أ→ × ب→|| =
  • √([(-4)2 + 72 + 52]) = √([16 + 49 + 25]) = √90 = 3√10
  • وحدة طول.إذن مساحة متوازي الأضلاع المنشأ عليهما = 3√10 وحدة مساحة مربعة (حوالي 9.487 وحدة مربعة).مساحة المثلث الناتج عنهما = (1 / 2) مساحة متوازي الأضلاع = (3 / 2) √10 وحدة مساحة مربعة.2) حساب حجم متوازي السطوح (الضرب الثلاثي القياسي أ→ · (ب→ × جـ→)):الحجم = القيمة المطلقة للمحدد المكون من المتجهات الثلاثة:|
  • 2 -1 3 || 1 2 -2 || 3 1 1 |= 2 [ (2)(1) – (-2)(1) ] – (-1) [ (1)(1) – (-2)(3) ] + 3 [ (1)(1) – (2)(3) ]= 2 [ 2 + 2 ] + 1 [ 1 + 6 ] + 3 [ 1 – 6 ]= 2(4) + 1(7) + 3(-5) = 8 + 7 – 15 = 0
  • .بما أن ناتج الضرب الثلاثي القياسي = 0، فإن حجم متوازي السطوح = صفر وحدة حجم، وهذا يثبت هندسياً أن المتجهات الثلاثة أ→ و ب→ و جـ→ تقع جميعها في مستوى واحد.

✍️ أمثلة محلولة

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
مثال نموذجي 2إيجاد معادلة الخط المستقيم ومعادلة المستوى والبعد العموديإيجادمعادلةالخطالمستقيم
نص المسألة / السؤال
  • أوجد: 1) معادلة المستوى المار بالنقطة أ(1
  • 3) والعمودي على المتجه ن→ = (2
  • 1). 2) طول العمود الساقط من النقطة ب(3
  • -1) على هذا المستوى
أوجدمعادلةالمستوىالمار
خطوات الحل والشرح النموذجي
  • 1) إيجاد معادلة المستوى:المتجه العمودي ن→ = (2
  • والنقطة أ(1
  • 3).الصورة القياسية: أ(س – س₁) + ب(ص – ص₁) + جـ(ع – ع₁) = 02(س – 1) – 3(ص – 2) + 1(ع – 3) = 02س – 2 – 3ص + 6 + ع – 3 = 02س – 3ص + ع + 1 = 0 (الصورة العامة لمعادلة المستوى).2) حساب طول العمود الساقط من النقطة ب(3
  • -1) على المستوى 2س – 3ص + ع + 1 = 0:ل = |أ س₀ + ب ص₀ + جـ ع₀ + د| / √(أ2 + ب2 + جـ2)ل = | 2(3) – 3(0) + 1(-1) + 1 | / √([ 22 + (-3)2 + 12 ])ل = |
إيجادمعادلةالمستوىالمتجه
  • 6 – 0 – 1 + 1 | / √([ 4 + 9 + 1 ]) = |6| / √14 = 6 / √14

وحدة طول.بإنطاق المقام: ل =

6√14 / 14 = (3 / 7) √14

  • وحدة طول (حوالي 1.6 وحدة طول).
الدرس الرابع: المتجهات في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الخط المستقيم والمستوى · 8 / 16
تكات وملاحظات امتحانية

تكات وملاحظات امتحانية

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
متطابقة جيوب تمام الاتجاهاحفظ دائماً أن مجموع مربعات جيوب تمام الاتجاه لأي متجه يساوي 1 صحيحاً:

cos 2 θ x + cos 2 θ y + cos 2 θ z = 1

، بينما مجموع مربعات الجيوب يساوي 2:

sin 2 θ x + sin 2 θ y + sin 2 θ z = 2

.
احفظدائمامجموعمربعات
الفرق بين المستقيمين المتوازيين والمتخالفين
  • المستقيمان المتوازيان لهما نفس نسبة متجهات الاتجاه ويجمعهما مستوى واحد
  • بينما المستقيمان المتخالفان لا يتوازيان ولا يتقاطعان ولا يمكن أن يجمعهما مستوى واحد أبداً
المستقيمانالمتوازيانلهمانسبة
الزاوية بين خط ومستوى
  • لحساب الزاوية بين خط مستقيم ومستوى
  • احذر من استخدام cos
  • فالقانون يعطي جيب الزاوية sin α = |هـ→ · ن→| / (||هـ→|| ||ن→||) لأن ن→ عمودي على المستوى وليس موازياً له
لحسابمستقيماحذراستخدام
الدرس الرابع: المتجهات في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الخط المستقيم والمستوى · 9 / 16
تطبيقات حياتية

تطبيقات حياتية

  • الرسوميات الحاسوبية وألعاب الفيديو ثلاثية الأبعاد (3D Computer Graphics): استخدام جبر المتجهات والضرب الاتجاهي لحساب المتجهات العمودية على أسطح المجسمات (Surface Normals) لتحديد انعكاسات الضوء والظلال وتصيير المشاهد الواقعية في محركات الألعاب.
  • نظم الملاحة الفضائية والأقمار الصناعية (GPS) استخدام معادلات الكرة وتقاطع المستويات الكروية لحساب الإحداثيات المدارية وتحديد المواقع الجغرافية بدقة مليمترية بناءً على إشارات أربعة أقمار صناعية على الأقل.
  • .egp-ex{margin:18px 0;border:1px solid rgba(79,63,224,.2);border-radius:16px;overflow:hidden;background:#fff}.egp-ex-h{padding:10px 16px;font-weight:800;background:linear-gradient(90deg,#4f3fe0,#22c1c3);color:#fff}.egp-ex-tabs{display:flex;flex-wrap:wrap;gap:6px;padding:10px 12px;background:#f7f6ff}.egp-ex-b{border:1px solid rgba(79,63,224,.3);background:#fff;border-radius:20px;padding:5px 14px;font-weight:700;cursor:pointer}.egp-ex-b.on{background:#4f3fe0;color:#fff}.egp-ex-p{padding:12px 16px}function egpEx(b,k){var w=b.closest(‘.egp-ex’);w.querySelectorAll(‘.egp-ex-b’).forEach(function(x,i){x.classList.toggle(‘on’,i===k)});w.querySelectorAll(‘.egp-ex-p’).forEach(function(x,i){x.hidden=i!==k})}
الدرس الرابع: المتجهات في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الخط المستقيم والمستوى · 10 / 16
الجداول والمخططات التوضيحية المستخرجة من أصول المنهج

الجداول والمخططات التوضيحية المستخرجة من أصول المنهج

💡 بيانات وجداول قياسية←تم استخراج كافة البيانات والجداول والمخططات التشريحية من أصول المنهج المعتمد بدقة عالية لتثبيت الفهم وربط النظري بالعملي.

🔬 شكل 1 – نظام الإحداثيات المتعامد ثلاثي الأبعاد ومعادلة الكرة

  • التفاصيل العلمية والملاحظات الدقيقة المأخوذة من الرسم التوضيحي:

مديرية. الت التعليم

! 0

  • لم2[ أسئلة الاختيار من متعدد (كل سؤال بدرجة واحدة) )
  • (0) قطعت سيارة مسافة 40 كم على طريق مستقيم فى زمن قدره 1/0, ‎٠‏ ساعة ثم عاد
  • فقطع مسافة ‎١0‏ كم فى الاتجاه المعاكس فى زمن قدره نصف ساعة فإن متجه السرعة

140 (ب) 13 (ج) ‏ )6

  • 5) يتحرك جسم فى اتجاه ثابت بسرعة ابتدائية ‎٠١‏ سم/ث وعجلة منتظمة / سم/رث”
  • فى اتجاه سرعته الابتدائية فإن المسافة التى قطعها الجسم خلال الثانية الخامسة

ليق (ب) 48 (ج) 7ه )ع3

  • (5) قذف جسم رأسيًا إلى أعلى من نقطة على سطح الأرض فعاد إلى نقطة القذف بعد ” ثوانى

🔬 شكل 2 – الضرب القياسي والاتجاهي والمحددات وحجم متوازي السطوح

  • التفاصيل العلمية والملاحظات الدقيقة المأخوذة من الرسم التوضيحي:
  • ع التاتى
  • ع التثانوى
  • الهعاصر فى القسم العلمر
  • الفصل الدراسى الثانى
  • © الرياضيات البحتة (علمى)
  • » الرياضيات العامة (أدبى)
  • «اللغ ةالإنجسيزية
  • الصف الثانى الثانوى

🔬 شكل 3 – معادلات الخط المستقيم والمستوى والأوضاع النسبية في الفراغ

  • التفاصيل العلمية والملاحظات الدقيقة المأخوذة من الرسم التوضيحي:
  • ع التاتى
  • ع التثانوى
  • الهعاصر فى القسم العلمر
  • الفصل الدراسى الثانى
  • © الرياضيات البحتة (علمى)
  • » الرياضيات العامة (أدبى)
  • «اللغ ةالإنجسيزية
  • الصف الثانى الثانوى

🔬 prep3_coordinate_geometry_and_lines

  • التفاصيل العلمية والملاحظات الدقيقة المأخوذة من الرسم التوضيحي:
  • , 8-14 دمءه متفصرمل عط” ..

((+عد-1()22 +ع

ت رع

34 نت

  • 18-101 دمغه سمتقصمل عط .:.

لض – رمن م,

وسح ودسمم

رودي دي – (6ت دلتتا

  • [18-4253ت مه ستقهصمل عط ..

2+)-

الدرس الرابع: المتجهات في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الخط المستقيم والمستوى · 11 / 16
الشرح الموسوعي المعتمد والمصطلحات الكاملة (كتب الوزارة + الامتحان + المعاصر + الوسام)

الشرح الموسوعي المعتمد والمصطلحات الكاملة (كتب الوزارة + الامتحان + المعاصر + الوسام)

  • 📖
الدرس الرابع: المتجهات في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الخط المستقيم والمستوى · 12 / 16
📌 قاموس المصطلحات والمفاهيم العلمية الدقيقة:

📌 قاموس المصطلحات والمفاهيم العلمية الدقيقة:

  • النظام الإحداثي المتعامد في الفراغ ثلاثي الأبعاد (3D Cartesian Coordinates):
  • نظام يتألف من ثلاثة محاور متعامدة مثنى مثنى تتقاطع في نقطة الأصل و(0، 0، 0): محور السينات ومحور الصادات ومحور العينات؛ وتحدد موقع أي نقطة بثلاثي مرتب (س، ص، ع).
  • ومعادلة المستوى س ص هي ع = 0، ومعادلة المستوى س ع هي ص = 0، ومعادلة المستوى ص ع هي س = 0.
  • معادلة الكرة في الفراغ (Sphere Equation):
  • المحل الهندسي لنقطة تتحرك في الفراغ بحيث تظل على بعد ثابت نق من نقطة ثابتة هي المركز م(د، هـ، و)؛ ومعادلتها القياسية: (س – د)2 + (ص – هـ)2 + (ع – و)2 = نق2؛ ومعادلتها العامة: س2 + ص2 + ع2 + 2ل س + 2ك ص + 2ن ع + د = 0 حيث نق = √(ل2 + ك2 + ن2 – د).
  • المتجهات وجيوب تمام الاتجاه (Direction Cosines):
  • متجه الموضع للنقطة أ(س، ص، ع) هو و→أ = س س̂ + ص ص̂ + ع ع̂، ومعياره ||و→أ|| = √(س2 + ص2 + ع2).
  • وزوايا الاتجاه للمتجه هي الزوايا التي يصنعها مع الاتجاهات الموجبة للمحاور، وجيوب تمامها تمثل متجهات الوحدة في اتجاه المتجه: û = (cos θx, cos θy, cos θz)، وتحقق القانون المحوري: cos2 θx + cos2 θy + cos2 θz = 1.
  • الضرب القياسي والضرب الاتجاهي للمتجهات:
  • الضرب القياسي أ→ · ب→ = ||أ→|| ||ب→|| cos θ = أس بس + أص بص + أع بع؛ وشرط تعامدهما هو أ→ · ب→ = 0. والضرب الاتجاهي: أ→ × ب→ = متجه عمودي على مستواهما يتعين بمحدد الرتبة الثالثة؛ ومعياره يساوي مساحة متوازي الأضلاع المنشأ عليهما، وشرط توازيهما هو أ→ × ب→ = و→ أو تناسب الإحداثيات.
  • معادلة الخط المستقيم في الفراغ (Equation of a Line in 3D):
  • يتحدد الخط المستقيم بنقطة واقعة عليه ق(س₁، ص₁، ع₁) ومتجه اتجاه له هـ→ = (أ، ب، جـ)؛ وله 3 صور: 1) الصورة المتجهة: ر→ = ق→ + ك هـ→. 2) المعادلات البارامترية: س = س₁ + ك أ، ص = ص₁ + ك ب، ع = ع₁ + ك جـ. 3) المعادلات الإحداثية (الكارتيزية): (س – س₁) / أ = (ص – ص₁) / ب = (ع – ع₁) / جـ.
  • معادلة المستوى في الفراغ (Equation of a Plane in 3D):
  • يتحدد المستوى بنقطة واقعة فيه أ(س₁، ص₁، ع₁) ومتجه عمودي عليه ن→ = (أ، ب، جـ)؛ وصورته المتجهة: ن→ · ر→ = ن→ · أ→؛ وصورته القياسية: أ(س – س₁) + ب(ص – ص₁) + جـ(ع – ع₁) = 0؛ وصورته العامة: أ س + ب ص + جـ ع + د = 0.
  • والمسافة العمودية من نقطة م(س₀، ص₀، ع₀) إلى المستوى هي: ل = |أ س₀ + ب ص₀ + جـ ع₀ + د| / √(أ2 + ب2 + جـ2).
الدرس الرابع: المتجهات في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الخط المستقيم والمستوى · 13 / 16
⚖️ القوانين والعلاقات الرياضية والفيزيائية الحاكمة:

⚖️ القوانين والعلاقات الرياضية والفيزيائية الحاكمة:

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
قانون الزوايا والمساقط في الفراغ ثلاثي الأبعاد[ الصيغة: cos θ = (أ→ · ب→) / (||أ→|| · ||ب→||) | مسقط أ→ على ب→ = (أ→ · ب→) / ||ب→|| ] يُستخدم لحساب الزاوية الحادة بين متجهين أو خطين مستقيمين في الفراغ وحساب المركبة الجبرية لمتجه في اتجاه آخرالصيغةمسقطستخدملحساب
قانون الضرب الثلاثي القياسي وحجم متوازي السطوح[ الصيغة: حجم متوازي السطوح = | أ→ · (ب→ × جـ→) | = | محدد المصفوفة 3×3 لأحداثيات المتجهات الثلاثة | ] إذا كان الناتج يساوي صفراً فإن هذا يثبت أن المتجهات الثلاثة والنقاط الأربع تقع جميعها في مستوى واحدالصيغةمحددالمصفوفةلأحداثيات
الدرس الرابع: المتجهات في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الخط المستقيم والمستوى · 14 / 16
🔍 الشرح والتحليل المستفيض وتفسيرات علل والاستنتاجات:

🔍 الشرح والتحليل المستفيض وتفسيرات علل والاستنتاجات:

★ كتاب الشرح والتفصيل العلمي الشامل المعتمد ★

  • كتاب الشرح المفصل الهندسة الفراغية التحليلية: الإحداثيات المتعامدة ثلاثية الأبعاد، المتجهات، الضرب القياسي والاتجاهي، ومعادلات الخط المستقيم والمستوى
  • الرياضيات | الصف الثالث الثانوي (الثانوية العامة) | 2026/2027 | الوحدة السادسة – الهندسة الفراغية والميكانيكا المتقدمة
  • 🎯 أهداف التعلم والمخرجات التعليمية المقررة بالتفصيل:
  • • إتقان الإحداثيات المتعامدة ثلاثية الأبعاد ومعادلة الكرة في الفراغ وشروطها.
  • • استيعاب جبر المتجهات الفراغية والضرب القياسي والاتجاهي والثلاثي القياسي.
  • • فهم الصور المختلفة لمعادلات الخط المستقيم والمستوى في الفراغ والمسافات والتقاطع.
  • ◄ أولاً الهندسة الإحداثية في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الكرة
  • تُمثل الهندسة الفراغية الامتداد الرياضي الطبيعي من المستوى ثنائي الأبعاد إلى الفضاء الحقيقي: 1) المحاور والمستويات الإحداثية: تقسم المستويات الإحداثية الثلاثة المتعامدة الفراغ إلى ثمانية أثمان؛ وأي نقطة أ(س، ص، ع) تتعين بإسقاطاتها على المحاور؛ فبعد النقطة عن المستوى س ص هو |ع|، وبعدها عن المستوى س ع هو |ص|، وبعدها عن المستوى ص ع هو |س|.
  • وبعد النقطة عن محور السينات هو √(ص2 + ع2)، وبعدها عن محور الصادات هو √(س2 + ع2)، وبعدها عن محور العينات هو √(س2 + ص2).
2) المسافة وإحداثيات نقطة التقسيمالمسافة بين نقطتين أ(س₁، ص₁، ع₁) وب(س₂، ص₂، ع₂) تتعين بنظرية فيثاغورس المجسمة: ل = √[(س₂ – س₁)2 + (ص₂ – ص₁)2 + (ع₂ – ع₁)2].
وإحداثيات نقطة المنتصف جـ هي[ (س₁ + س₂) / 2، (ص₁ + ص₂) / 2، (ع₁ + ع₂) / 2 ].
  • 3) معادلة الكرة الفراغية الكرة هي مجسم منتظم يبعد سطحه مسافة ثابتة نق عن المركز م(د، هـ، و)؛ ومعادلتها القياسية: (س – د)2 + (ص – هـ)2 + (ع – و)2 = نق2.
  • وعند فك الأقواس تنتج الصورة العامة س2 + ص2 + ع2 + 2ل س + 2ك ص + 2ن ع + د = 0؛ وشروطها الرياضية الصارمة: 1- معاملات س2 وص2 وع2 متساوية وموجبة وتساوي 1.
  • 2- خالية تماماً من الحدود المشتملة على س ص أو س ع أو ص ع.
  • 3- المقدار (ل2 + ك2 + ن2 – د) > 0 ليكون نصف القطر نق = √(ل2 + ك2 + ن2 – د) عدداً حقيقياً موجباً.
  • ويكون المركز هو م(-ل، -ك، -ن).
  • شكل توضيحي (شكل 1 – نظام الإحداثيات المتعامد ثلاثي الأبعاد ومعادلة الكرة): المخطط المجسم للمحاور الفراغية س وص وع والمستويات الإحداثية ومركز ونصف قطر الكرة
◄ ثانياً←جبر المتجهات في الفراغ: الضرب القياسي والضرب الاتجاهي والضرب الثلاثي
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
1) المتجهات وجيوب تمام الاتجاه
  • إذا كان المتجه أ→ يصنع زوايا اتجاه θx و θy و θz مع الاتجاهات الموجبة للمحاور
  • فإن: cos θx = أس / ||أ→||
  • cos θy = أص / ||أ→||
  • cos θz = أع / ||أ→||
يصنعزواياالاتجاهاتالموجبة
•
  • ومتجه الوحدة في اتجاه أ→ هو û = أ→ / ||أ→|| = (cos θx
  • cos θy
  • cos θz)
ومتجهالوحدةاتجاه
وتتحقق المتطابقة الهندسية الحاكمةcos2 θx + cos2 θy + cos2 θz = 1 دائماًcos2دائما
  • 2) الضرب القياسي (Dot Product) ينتج كمية قياسية عددية؛ ويعرف بـ: أ→ · ب→ = ||أ→|| ||ب→|| cos θ = أس بس + أص بص + أع بع.
  • وشرط تعامد متجهين غير صفريين هو أ→ · ب→ = 0.
  • والمسقط الجبري (المركبة الجبرية) لمتجه أ→ في اتجاه المتجه ب→ هو: (أ→ · ب→) / ||ب→||.
  • والمركبة الاتجاهية هي المسقط الجبري مضروباً في متجه الوحدة في اتجاه ب→.
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةمثالكلمات مفتاحية
3) الضرب الاتجاهي (Cross Product)
  • ينتج متجهاً جديداً عمودياً على المستوى الحاوي للمتجهين
  • ويحسب بمحدد الرتبة الثالثة: أ→ × ب→ = [ (أص بع – أع بص) س̂ – (أس بع – أع بس) ص̂ + (أس بص – أص بس) ع̂ ]
—ينتجمتجهاجديداعموديا
وشرط توازي متجهين هو أ→ × ب→ = و→، أو تناسب الإحداثياتأس / بس = أص / بص = أع / بع—
•ومعيار الضرب الاتجاهي ||أ→ × ب→|| ي
  • هندسياً 'مساحة متوازي الأضلاع' المنشأ على المتجهين
  • ونصف المعيار يمثل 'مساحة المثلث'
ومعيارالضربالاتجاهييمثل
4) الضرب الثلاثي القياسي (Scalar Triple Product)
  • يكتب بصورة: أ→ · (ب→ × جـ→)
  • ويحسب بوضع مركبات المتجهات الثلاثة كصفوف في محدد رتبة ثالثة 3×3
  • وقيمته المطلقة ت
  • هندسياً 'حجم متوازي السطوح' المتولد من المتجهات الثلاثة
  • وإذا كانت القيمة صفراً
  • دل ذلك على أن المتجهات الثلاثة تقع في مستوى واحد وتفقد حجمها الفراغي
يكتببصورةويحسببوضع
  • شكل توضيحي (شكل 2 – الضرب القياسي والاتجاهي والمحددات وحجم متوازي السطوح): رسم توضيحي لمتجهات الضرب القياسي والاتجاهي وقاعدة اليد اليمنى ومساحة متوازي الأضلاع
  • ◄ ثالثاً معادلة الخط المستقيم في الفراغ ثلاثي الأبعاد والعلاقات بين المستقيمات
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
•
  • يتحدد أي خط مستقيم في الفراغ بمعرفة نقطة واقعة عليه ومتجه اتجاه يوازيه: 1) صور معادلة الخط المستقيم: إذا كان المستقيم يمر بالنقطة ق(س₁
  • ع₁) وله متجه اتجاه هـ→ = (أ
  • جـ): أ- الصورة المتجهة: ر→ = ق→ + ك هـ→ (حيث ك هو البارامتر أو المعامل القياسي)
يتحددمستقيمالفراغبمعرفة
ب- المعادلات البارامترية
  • س = س₁ + ك أ
  • ص = ص₁ + ك ب
  • ع = ع₁ + ك جـ
ج- المعادلات الكارتيزية (الإحداثية)
  • (س – س₁) / أ = (ص – ص₁) / ب = (ع – ع₁) / جـ
  • فإذا كان أحد جيوب الاتجاه صفراً (مثلاً جـ = 0)
  • تكتب المعادلة: (س – س₁) / أ = (ص – ص₁) / ب
  • ع = ع₁
فإذاجيوبالاتجاهصفرا
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
2) الزاوية بين مستقيمينتتعين جيب تمام الزاوية الحادة θ بين مستقيمين لهما متجها اتجاه هـ₁→ و هـ₂→ من القانون: cos θ = |هـ₁→ · هـ₂→| / [ ||هـ₁→|| · ||هـ₂→|| ]تتعينتمامالحادةلهما
•
  • ويكون المستقيمان متعامدين إذا كان هـ₁→ · هـ₂→ = 0
  • ويكونان متوازيين إذا كان هـ₁→ = م هـ₂→ أو هـ₁→ × هـ₂→ = و→
ويكونالمستقيمانمتعامدينويكونان
3) الأوضاع النسبية لمستقيمين في الفراغ
  • قد يكون المستقيمان: متوازيين (متجهي اتجاههما متناسبان ولا يتقاطعان)
  • أو منطبقين
  • أو متقاطعين في نقطة واحدة (يجمعهما مستوى واحد)
  • أو 'متخالفين' (Skew Lines: لا يتوازيان ولا يتقاطعان ولا يجمعهما مستوى واحد إطلاقاً)
يكونالمستقيمانمتوازيينمتجهي
4) طول العمود الساقط من نقطة على مستقيم
  • لتعيين بعد نقطة أ عن مستقيم ل: نحدد نقطة ب على المستقيم ومتجه اتجاهه هـ→
  • فيكون طول العمود: ل = ||ب→أ × هـ→|| / ||هـ→||
لتعييننحددالمستقيمومتجه
  • شكل توضيحي (شكل 3 – معادلات الخط المستقيم والمستوى والأوضاع النسبية في الفراغ): الأشكال الهندسية للمستقيمات المتقاطعة والمتخلفة والمتوازية والعمود الساقط على المستوى
  • ◄ رابعاً معادلة المستوى في الفراغ والمسافات وتقاطع المستويات
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
1) معادلة المستوى
  • يتعين المستوى في الفراغ بنقطة واقعة فيه أ(س₁
  • ع₁) ومتجه عمودي على المستوى ن→ = (أ
  • جـ): أ- الصورة المتجهة: ن→ · ر→ = ن→ · أ→ (أو ن→ · ر→ = د)
يتعينالفراغبنقطةواقعة
ب- الصورة القياسيةأ(س – س₁) + ب(ص – ص₁) + جـ(ع – ع₁) = 0
ج- الصورة العامةأ س + ب ص + جـ ع + د = 0 (حيث معاملات س وص وع هي مركبات المتجه العمودي على المستوى ن→)معاملاتمركباتالمتجهالعمودي
د- معادلة المستوى بدلالة أجزائه المقطوعة من المحاور
  • س/أ + ص/ب + ع/جـ = 1 (حيث أ
  • جـ هي أطوال الأجزاء المقطوعة من محاور السينات والصادات والعينات على الترتيب)
أطوالالأجزاءالسيناتوالصادات
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
2) الزاوية بين مستويين والزاوية بين خط ومستوىالزاوية الحادة بين مستويين متعامدي اتجاههما ن₁→ و ن₂→ هي: cos θ = |ن₁→ · ن₂→| / [ ||ن₁→|| · ||ن₂→|| ]الحادةمتعامدياتجاههما
•
  • ويتعامد المستويان إذا كان ن₁→ · ن₂→ = 0
  • ويتوازيان إذا كان ن₁→ = ك ن₂→
ويتعامدالمستويانويتوازيان
•أما الزاوية بين مستقيم متجه اتجاهه هـ→ ومستوى عموديه ن→ فتتعين من: sin α = |هـ→ · ن→| / [ ||هـ→|| · ||ن→|| ]الزاويةمستقيممتجهاتجاهه
3) طول العمود الساقط من نقطة على مستوى
  • يتعين البعد العمودي ل من النقطة م(س₀
  • ع₀) إلى المستوى أ س + ب ص + جـ ع + د = 0 من القانون المطلق: ل = |أ س₀ + ب ص₀ + جـ ع₀ + د| / √(أ2 + ب2 + جـ2)
يتعينالبعدالعموديالنقطة
4) تقاطع المستويات
  • خط تقاطع مستويين غير متوازيين هو خط مستقيم
  • ويكون متجه اتجاه هذا الخط هـ→ عمودياً على كلا العموديين على المستويين
  • فيتعين بالضرب الاتجاهي لهما: هـ→ = ن₁→ × ن₂→
مستويينمتوازيينمستقيمويكون
  • 🧮 التطبيقات والمسائل النموذجية المحلولة بالخطوات (Step-by-Step Worked Examples):
  • مثال نموذجي 1 مسألة ضرب اتجاهي ومساحة مثلث وحجم متوازي سطوح
  • نص المسألة / السؤال إذا كانت المتجهات: أ→ = (2، -1، 3)، ب→ = (1، 2، -2)، جـ→ = (3، 1، 1)؛ احسب: 1) أ→ × ب→ ومساحة متوازي الأضلاع المنشأ عليهما ومساحة المثلث.
  • 2) حجم متوازي السطوح المتولد من المتجهات أ→، ب→، جـ→.
  • خطوات الحل والشرح النموذجي 1) حساب الضرب الاتجاهي أ→ × ب→ باستخدام محدد الرتبة الثالثة: أ→ × ب→ = | س̂ ص̂ ع̂ | | 2 -1 3 | | 1 2 -2 | = س̂ [ (-1)(-2) – (3)(2) ] – ص̂ [ (2)(-2) – (3)(1) ] + ع̂ [ (2)(2) – (-1)(1) ] = س̂ [ 2 – 6 ] – ص̂ [ -4 – 3 ] + ع̂ [ 4 + 1 ] = -4 س̂ + 7 ص̂ + 5 ع̂ = (-4، 7، 5).
  • معيار الضرب الاتجاهي ||أ→ × ب→|| = √[(-4)2 + 72 + 52] = √[16 + 49 + 25] = √90 = 3√10 وحدة طول.
  • إذن مساحة متوازي الأضلاع المنشأ عليهما = 3√10 وحدة مساحة مربعة (حوالي 9.487 وحدة مربعة).
  • مساحة المثلث الناتج عنهما = (1/2) مساحة متوازي الأضلاع = (3/2) √10 وحدة مساحة مربعة.
  • 2) حساب حجم متوازي السطوح (الضرب الثلاثي القياسي أ→ · (ب→ × جـ→)):
    الحجم = القيمة المطلقة للمحدد المكون من المتجهات الثلاثة:
    | 2 -1 3 |
    | 1 2 -2 |
    | 3 1 1 |
    = 2 [ (2)(1) – (-2)(1) ] – (-1) [ (1)(1) – (-2)(3) ] + 3 [ (1)(1) – (2)(3) ]
    = 2 [ 2 + 2 ] + 1 [ 1 + 6 ] + 3 [ 1 – 6 ]
    = 2(4) + 1(7) + 3(-5) = 8 + 7 – 15 = 0.
  • بما أن ناتج الضرب الثلاثي القياسي = 0، فإن حجم متوازي السطوح = صفر وحدة حجم، وهذا يثبت هندسياً أن المتجهات الثلاثة أ→ و ب→ و جـ→ تقع جميعها في مستوى واحد.
مثال نموذجي 2←إيجاد معادلة الخط المستقيم ومعادلة المستوى والبعد العمودي
  • نص المسألة / السؤال أوجد: 1) معادلة المستوى المار بالنقطة أ(1، 2، 3) والعمودي على المتجه ن→ = (2، -3، 1).
  • 2) طول العمود الساقط من النقطة ب(3، 0، -1) على هذا المستوى.
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
خطوات الحل والشرح النموذجي
  • 1) إيجاد معادلة المستوى: المتجه العمودي ن→ = (2
  • والنقطة أ(1
إيجادمعادلةالمستوىالمتجه
الصورة القياسيةأ(س – س₁) + ب(ص – ص₁) + جـ(ع – ع₁) = 0 2(س – 1) – 3(ص – 2) + 1(ع – 3) = 0 2س – 2 – 3ص + 6 + ع – 3 = 0 2س – 3ص + ع + 1 = 0 (الصورة العامة لمعادلة المستوى)العامةلمعادلةالمستوى
•
  • 2) حساب طول العمود الساقط من النقطة ب(3
  • -1) على المستوى 2س – 3ص + ع + 1 = 0: ل = |أ س₀ + ب ص₀ + جـ ع₀ + د| / √(أ2 + ب2 + جـ2) ل = | 2(3) – 3(0) + 1(-1) + 1 | / √[ 22 + (-3)2 + 12 ] ل = | 6 – 0 – 1 + 1 | / √[ 4 + 9 + 1 ] = |6| / √14 = 6 / √14 وحدة طول
حسابالعمودالساقطالنقطة
بإنطاق المقامل = (6√14) / 14 = (3/7) √14 وحدة طول (حوالي 1.6 وحدة طول)وحدةحوالي
•💡 أسرار وتكات التفوق وملاحظات خبير المادة (Expert Notes & Exam Secrets)أسراروتكاتالتفوقوملاحظات
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
★ متطابقة جيوب تمام الاتجاه
  • احفظ دائماً أن مجموع مربعات جيوب تمام الاتجاه لأي متجه يساوي 1 صحيحاً: cos2 θx + cos2 θy + cos2 θz = 1
  • بينما مجموع مربعات الجيوب يساوي 2: sin2 θx + sin2 θy + sin2 θz = 2
احفظدائمامجموعمربعات
★ الفرق بين المستقيمين المتوازيين والمتخالفين
  • المستقيمان المتوازيان لهما نفس نسبة متجهات الاتجاه ويجمعهما مستوى واحد
  • بينما المستقيمان المتخالفان لا يتوازيان ولا يتقاطعان ولا يمكن أن يجمعهما مستوى واحد أبداً
المستقيمانالمتوازيانلهمانسبة
★ الزاوية بين خط ومستوى
  • لحساب الزاوية بين خط مستقيم ومستوى
  • احذر من استخدام cos
  • فالقانون يعطي جيب الزاوية sin α = |هـ→ · ن→| / (||هـ→|| ||ن→||) لأن ن→ عمودي على المستوى وليس موازياً له
لحسابمستقيماحذراستخدام
•🌍 التطبيقات الحياتية والصناعية والتكنولوجية (Real-World Applications)التطبيقاتالحياتيةوالصناعيةوالتكنولوجية
  • ✔ الرسوميات الحاسوبية وألعاب الفيديو ثلاثية الأبعاد (3D Computer Graphics): استخدام جبر المتجهات والضرب الاتجاهي لحساب المتجهات العمودية على أسطح المجسمات (Surface Normals) لتحديد انعكاسات الضوء والظلال وتصيير المشاهد الواقعية في محركات الألعاب.
  • ✔ نظم الملاحة الفضائية والأقمار الصناعية (GPS) استخدام معادلات الكرة وتقاطع المستويات الكروية لحساب الإحداثيات المدارية وتحديد المواقع الجغرافية بدقة مليمترية بناءً على إشارات أربعة أقمار صناعية على الأقل.
الدرس الرابع: المتجهات في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الخط المستقيم والمستوى · 15 / 16
ملخص الدرس

ملخص الدرس

  • ★ الملخص الشامل وخريطة المفاهيم وجداول المقارنة ★
  • 🗺️ الخريطة الذهنية والمفاهيم الجوهرية (Mind Map Outline):
  • ✔ 1. الإحداثيات الفراغية: س وص وع، المسافة بين نقطتين، المنتصف، ومعادلة الكرة القياسية (س-د)2+(ص-هـ)2+(ع-و)2 = نق2 والعامة.
  • ✔ 2. جبر المتجهات: معيار، جيوب تمام الاتجاه (cos2θx+cos2θy+cos2θz = 1)، ضرب قياسي للتعامد، وضرب اتجاهي للمساحات ومحددات 3×3.
  • ✔ 3. معادلة المستقيم: متجهة ر→ = ق→ + ك هـ→، بارامترية، وإحداثية، وزاوية ومستقيمات متوازية ومتقاطعة ومتخالفة.
  • ✔ 4. معادلة المستوى: أ س + ب ص + جـ ع + د = 0 بالمتجه العمودي ن→، وزاوية بين مستويين، والبعد العمودي ل = |المعادلة|/√(أ2+ب2+جـ2).
  • 📊 جداول المقارنة والتصنيف والتلخيص الشامل:
  • جدول مصفوفة المقارنة الشاملة بين الضرب القياسي والضرب الاتجاهي للمتجهات في الفراغ
وجه المقارنة الضرب القياسي (Dot Product) الضرب الاتجاهي (Cross Product)
الصيغة الرياضية أ→ · ب→ = ||أ→|| ||ب→|| cos θ أ→ × ب→ = ||أ→|| ||ب→|| sin θ ي̂
طبيعة الناتج كمية قياسية (عدد حقيقي موجب أو سالب أو صفر) كمية متجهة عمودية على مستوى المتجهين
طريقة الحساب بالإحداثيات أس بس + أص بص + أع بع محدد الرتبة الثالثة [س̂، ص̂، ع̂]
شرط العلاقة الهندسية أ→ · ب→ = 0 (شرط تعامد المتجهين) أ→ × ب→ = و→ (شرط توازي المتجهين)
المدلول والتطبيق الهندسي حساب الشغل وإيجاد الزوايا والمساقط مساحة متوازي الأضلاع ومساحة المثلث وعزم القوة
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
•💡 كبسولة المراجعة السريعة وأهم فنيات الامتحانكبسولةالمراجعةالسريعةوأهم
★ كبسولة فراغية 1مجموع مربعات جيوب تمام الاتجاه يساوي دائماً 1: cos2 θx + cos2 θy + cos2 θz = 1مجموعمربعاتجيوبتمام
★ كبسولة فراغية 2
  • يكون المتجهان متعامدين إذا كان ضربهما القياسي صفراً
  • ومتوازيين إذا كان ضربهما الاتجاهي صفراً
يكونالمتجهانمتعامدينضربهما
★ كبسولة فراغية 3حجم متوازي السطوح يعين بالقيمة المطلقة للضرب الثلاثي القياسي لأحداثيات متجهات أحرفه الثلاثةمتوازيالسطوحيعينبالقيمة
الدرس الرابع: المتجهات في الفراغ ثلاثي الأبعاد ومعادلة الخط المستقيم والمستوى · 16 / 16