الرياضيات — الصف الثالث الإعدادي — الفصل الدراسي الأول (دروس الوحدة: 3-1 تشابه المضلعات، 3-2 تشابه المثلثات، 3-3 التمدد، 3-4 النسب المثلثية للزاوية الحادة، 3-5 النسب المثلثية لبعض الزوايا الخاصة، 3-6 العلاقة بين ميلي المستقيمين المتوازيين والمتعامدين، 3-7 معادلة الخط المستقيم)
🌳 شجرة المفاهيم
01 الدرس 3-1: تشابه المضلعات
3-1-1 شرطا تشابه مضلعين
يتشابه مضلعان إذا تحقق شرطان معًا.
- الزوايا المتناظرة متساوية في القياس.
- أطوال الأضلاع المتناظرة متناسبة.
يُرمز للتشابه بالرمز ~ فنكتب ABCD ~ XYZW. ترتيب الحروف مهم، لأنه يحدد الرؤوس المتناظرة: A تناظر X و B تناظر Y وهكذا.
لاحظ: يكفي لتشابه مضلعين أن يتحقق الشرطان معًا، فلا يكفي تساوي الزوايا فقط (المستطيل والمربع زواياهما قوائم لكنهما غير متشابهين).
نسبة التشابه هي النسبة بين طولي ضلعين متناظرين:
نسبة التشابه = طول ضلع في المضلع الأول ÷ طول الضلع المناظر في المضلع الثاني
تذكر: إذا كانت نسبة التشابه 1 : 1 فالمضلعان متطابقان.
مثال 1: هل المستطيلان بُعدا الأول 4 سم و 6 سم وبُعدا الثاني 6 سم و 9 سم متشابهان؟
الحل:
الزوايا جميعها قوائم فهي متساوية.
نسبة الأطوال المتناظرة:
\(4 \div 6 = \dfrac{2}{3}\)
\(6 \div 9 = \dfrac{2}{3}\)
النسبتان متساويتان.
إذن المستطيلان متشابهان ونسبة التشابه 2 : 3.
مثال 2: هل المستطيلان بُعدا الأول 3 سم و 5 سم وبُعدا الثاني 6 سم و 9 سم متشابهان؟
الحل:
\(3 \div 6 = \dfrac{1}{2}\)
\(\dfrac{5 \div 9 \neq 1}{2}\)
الأضلاع المتناظرة غير متناسبة.
إذن المستطيلان غير متشابهين.
مثال 3: المضلع ABCD ~ XYZW حيث AB = 6 سم و XY = 9 سم و BC = 8 سم. أوجد YZ.
الحل:
نسبة التشابه = \[\begin{gathered}\,\text{AB} \div \,\text{XY} = 6 \div 9 = \dfrac{2}{3}\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}\,\text{BC} \div \,\text{YZ} = \dfrac{2}{3}\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}8 \div \,\text{YZ} = \dfrac{2}{3}\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}\,\text{YZ} = \dfrac{8 \times 3}{2} = 12\end{gathered}\] سم
تذكر: الأخطاء الشائعة: مقارنة ضلعين غير متناظرين؛ اعتبار تساوي الزوايا كافيًا؛ عكس النسبة (ضلع الثاني ÷ الأول) في جزء من الحل دون الآخر.
3-1-2 العلاقة بين المحيطين والمساحتين
في المضلعين المتشابهين: نسبة المحيطين = نسبة التشابه، ونسبة المساحتين = مربع نسبة التشابه.
محيط الأول ÷ محيط الثاني = k
مساحة الأول ÷ مساحة الثاني = k²
لاحظ: المحيط طول فتتأثر نسبته بالنسبة k نفسها، أما المساحة فهي بُعدان فتتأثر بمربع النسبة.
مثال 1: مضلعان متشابهان محيطاهما 24 سم و 36 سم. أوجد نسبة التشابه ونسبة مساحتيهما.
الحل:
نسبة التشابه = \[\begin{gathered}24 \div 36 = \dfrac{2}{3}\end{gathered}\]
نسبة المساحتين = \[\begin{gathered}\left(\dfrac{2}{3}\right)^{2} = \dfrac{4}{9}\end{gathered}\]
مثال 2: مستطيلان متشابهان نسبة التشابه 1 : 3 ومساحة الأصغر 20 سم². أوجد مساحة الأكبر.
الحل:
نسبة المساحتين = 1² : 3² = 1 : 9
مساحة الأكبر = \[\begin{gathered}20 \times 9 = 180\end{gathered}\] سم²
مثال 3: مثلثان متشابهان مساحتاهما 16 سم² و 49 سم². ما نسبة التشابه؟
الحل:
نسبة المساحتين = 16 ÷ 49
نسبة التشابه = \[\begin{gathered}\sqrt{16 \div 49} = \dfrac{4}{7}\end{gathered}\]
تذكر: الأخطاء الشائعة: استعمال نسبة التشابه لنسبة المساحتين دون تربيعها؛ نسيان الجذر عند الرجوع من نسبة المساحتين إلى نسبة التشابه.
02 الدرس 3-2: تشابه المثلثات
3-2-1 حالات تشابه مثلثين
يتشابه المثلثان في أي من الحالات الآتية.
- حالة الزاويتين: إذا تساوت زاويتان في أحدهما مع نظيرتيهما في الآخر.
- حالة الأضلاع الثلاثة: إذا تناسبت أطوال الأضلاع المتناظرة.
- حالة الضلعين والزاوية المحصورة: إذا تناسب ضلعان في أحدهما مع نظيريهما في الآخر وتساوت الزاويتان المحصورتان بينهما.
لاحظ: تساوي زاويتين يكفي، لأن الزاوية الثالثة تساوي 180° مطروحًا منها مجموع الأخريين.
مثال 1: هل المثلثان ABC و DEF متشابهان إذا كان AB = 3 و BC = 4 و AC = 5 وكان DE = 6 و EF = 8 و DF = 10؟
الحل:
\(3 \div 6 = \dfrac{1}{2}\)
\(4 \div 8 = \dfrac{1}{2}\)
\[\begin{gathered}5 \div 10 = \dfrac{1}{2}\end{gathered}\]
الأضلاع متناسبة.
إذن ABC ~ DEF ونسبة التشابه 1 : 2.
مثال 2: مثلثان فيهما m(∠A) = 50° و m(∠B) = 60° في الأول، و m(∠D) = 50° و m(∠F) = 70° في الثاني. هل يتشابهان؟
الحل:
في الأول: m(∠\[\begin{gathered}C) = 180{}^{\circ} - 50{}^{\circ} - 60{}^{\circ} = 70{}^{\circ}\end{gathered}\]
في الثاني: m(∠\[\begin{gathered}E) = 180{}^{\circ} - 50{}^{\circ} - 70{}^{\circ} = 60{}^{\circ}\end{gathered}\]
الزوايا (50° و 60° و 70°) موجودة في المثلثين.
إذن المثلثان متشابهان.
مثال 3: المثلث ABC فيه AB = 4 و AC = 6 والزاوية A = 40°، والمثلث DEF فيه DE = 6 و DF = 9 والزاوية D = 40°. هل يتشابهان؟
الحل:
\(4 \div 6 = \dfrac{2}{3}\)
\(6 \div 9 = \dfrac{2}{3}\)
الضلعان متناسبان والزاوية المحصورة متساوية.
إذن المثلثان متشابهان.
تذكر: الأخطاء الشائعة: ترتيب الرؤوس غير المتناظرة؛ استعمال زاوية غير محصورة بين الضلعين المتناسبين.
3-2-2 المستقيم الموازي لأحد أضلاع المثلث
إذا رُسم في مثلث ABC مستقيم DE يوازي BC حيث D ∈ AB و E ∈ AC فإن المثلث ADE ~ ABC.
\[\begin{gathered}\,\text{AD} \div \,\text{AB} = \,\text{AE} \div \,\text{AC} = \,\text{DE} \div \,\text{BC}\end{gathered}\]
لاحظ: الزاوية A مشتركة، والزاويتان المتناظرتان عند D و B متساويتان لأن DE ∥ BC.
مثال 1: في المثلث ABC النقطة D ∈ AB والنقطة E ∈ AC و DE ∥ BC. إذا كان AB = 9 و AD = 3 و BC = 12. أوجد DE.
الحل:
\[\begin{gathered}\,\text{AD} \div \,\text{AB} = 3 \div 9 = \dfrac{1}{3}\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}\,\text{DE} \div \,\text{BC} = \dfrac{1}{3}\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}\,\text{DE} = \dfrac{12 \times 1}{3} = 4\end{gathered}\] سم
مثال 2: في المثلث نفسه إذا كان AE = 4 و AC = 10 و DE ∥ BC و AD = 6. أوجد AB.
الحل:
\[\begin{gathered}\,\text{AD} \div \,\text{AB} = \,\text{AE} \div \,\text{AC}\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}6 \div \,\text{AB} = 4 \div 10\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}\,\text{AB} = 6 \times 10 \div 4 = 15\end{gathered}\] سم
مثال 3: إذا كانت نسبة التشابه بين ADE و ABC هي 2 : 5 ومساحة ADE تساوي 12 سم². أوجد مساحة ABC.
الحل:
نسبة المساحتين = 2² : 5² = 4 : 25
مساحة \[\begin{gathered}\,\text{ABC} = 12 \times 25 \div 4 = 75\end{gathered}\] سم²
تذكر: الأخطاء الشائعة: كتابة AD ÷ DB بدل AD ÷ AB في الحالة الأولى؛ استخدام نسبة التشابه بدل مربعها في المساحة.
3-2-3 تطبيقات حياتية على تشابه المثلثات
يمكن قياس الأطوال التي يصعب الوصول إليها باستخدام الظلال والمثلثات المتشابهة.
- أشعة الشمس متوازية فتصنع زوايا متساوية مع الأرض.
- يتكون مثلثان قائمان متشابهان من الجسم وظله ومن شخص وظله.
مثال 1: عصا طولها 1.5 م ظلها 2 م. شجرة ظلها في الوقت نفسه 12 م. ما ارتفاع الشجرة؟
الحل:
ارتفاع الشجرة ÷ طول الظل = 1.5 ÷ 2
ارتفاع الشجرة = \[\begin{gathered}12 \times 1.5 \div 2 = 9\end{gathered}\] م
مثال 2: عمود إنارة ارتفاعه 6 م يلقي ظلًا طوله 4 م. ما طول ظل شخص طوله 1.8 م في الوقت نفسه؟
الحل:
\[\begin{gathered}6 \div 4 = 1.8 \div \end{gathered}\] الظل
الظل = \[\begin{gathered}1.8 \times 4 \div 6 = 1.2\end{gathered}\] م
مثال 3: نموذج مجسم لمسلة ارتفاعه 20 سم وقاعدته 2 سم، والمسلة الحقيقية قاعدتها 4 م. أوجد ارتفاع المسلة الحقيقية.
الحل:
نسبة التكبير = 4 م ÷ 2 سم = \[\begin{gathered}400 \div 2 = 200\end{gathered}\]
الارتفاع = \[\begin{gathered}20 \times 200 = 4000\end{gathered}\] سم = 40 م
تذكر: الأخطاء الشائعة: خلط الوحدات (م مع سم) قبل المقارنة؛ تناسب الظل مع الارتفاع في وقتين مختلفين.
03 الدرس 3-3: التمدد
3-3-1 مفهوم التمدد
التمدد تحويل هندسي يعتمد على مركز ثابت O ومعامل تمدد موجب k، فيُحوِّل كل نقطة P إلى نقطة P′ تقع على الشعاع OP بحيث \[\begin{gathered}\,\text{OP}' = k \times \,\text{OP}\end{gathered}\].
- إذا كان k > 1 فهو تكبير.
- إذا كان 0 < k < 1 فهو تصغير.
- إذا كان k = 1 فالصورة تنطبق على الأصل.
لاحظ: صورة الشكل بالتمدد تشابه الشكل الأصلي، ونسبة التشابه هي معامل التمدد k، وكل ضلع في الصورة يوازي نظيره في الأصل.
معامل التمدد = طول ضلع في الصورة ÷ طول الضلع المناظر في الأصل
معامل التمدد = بعد صورة نقطة عن المركز ÷ بعد النقطة نفسها عن المركز
مثال 1: قطعة AB طولها 4 سم تتمدد بمعامل 2.5. أوجد طول صورتها.
الحل:
\[\begin{gathered}A'B' = 2.5 \times 4 = 10\end{gathered}\] سم
مثال 2: المركز O والنقطة P تبعد عنه 6 سم. صورتها P′ تبعد 15 سم. أوجد معامل التمدد ونوعه.
الحل:
\[\begin{gathered}k = 15 \div 6 = 2.5\end{gathered}\]
k > 1 فالتمدد تكبير.
مثال 3: المثلث ADE صورة المثلث ABC بتمدد مركزه A حيث AD = 3 سم و AB = 9 سم و BC = 12 سم. أوجد DE.
الحل:
الأصل ABC والصورة ADE.
معامل التمدد = \[\begin{gathered}\,\text{AD} \div \,\text{AB} = 3 \div 9 = \dfrac{1}{3}\end{gathered}\] (تصغير).
\[\begin{gathered}\,\text{DE} = \dfrac{12 \times 1}{3} = 4\end{gathered}\] سم
تذكر: الأخطاء الشائعة: قلب النسبة بين الأصل والصورة؛ اعتبار التمدد لا يغيّر الأطوال.
3-3-2 التمدد في المستوى الإحداثي
صورة النقطة (x ، y) بتمدد مركزه نقطة الأصل ومعامله k هي النقطة (kx ، ky).
(x ، y) → (kx ، ky)
لاحظ: إذا كان المركز نقطة M(a ، b) فصورة P هي: \[\begin{gathered}P' = M + k \times (P - M)\end{gathered}\]، أي نحسب متجه المركز إلى النقطة ثم نضرب في k ونضيفه للمركز.
مثال 1: أوجد صورة النقطة A(2 ، 3) بتمدد مركزه الأصل ومعامله 2.
الحل:
A′ = (2 × 2 ، 2 × 3) = (4 ، 6)
مثال 2: أوجد صورة المثلث A(1 ، 2) و B(3 ، 2) و C(3 ، 5) بتمدد مركزه الأصل ومعامله 2.
الحل:
A′ = (2 ، 4)
B′ = (6 ، 4)
C′ = (6 ، 10)
أطوال الأضلاع تضاعفت: AB = 2 و A′B′ = 4.
مثال 3: أوجد صورة (4 ، 8) و (6 ، 2) بتمدد معامله \(\dfrac{1}{2}\) ومركزه الأصل.
الحل:
(4 ، 8) → (2 ، 4)
(6 ، 2) → (3 ، 1)
مثال 4: صورة النقطة (3 ، 6) بتمدد مركزه الأصل هي (1 ، 2). أوجد المعامل.
الحل:
\[\begin{gathered}k = 1 \div 3 = \dfrac{1}{3}\end{gathered}\]
التحقق: \(2 \div 6 = \dfrac{1}{3}\) ✓
مثال 5: أوجد صورة النقطة P(2 ، 3) بتمدد مركزه M(1 ، 1) ومعامله 3.
الحل:
P − M = (1 ، 2)
3 × (1 ، 2) = (3 ، 6)
P′ = (1 + 3 ، 1 + 6) = (4 ، 7)
تذكر: الأخطاء الشائعة: ضرب إحداثي واحد فقط في k؛ استخدام قاعدة المركز الأصل عندما يكون المركز نقطة أخرى.
04 الدرس 3-4: النسب المثلثية للزاوية الحادة
3-4-1 أضلاع المثلث القائم بالنسبة لزاوية
في المثلث القائم الزاوية نسمي الأضلاع بالنسبة لزاوية حادة θ كما يلي.
- الوتر: الضلع المقابل للزاوية القائمة وهو أطول الأضلاع.
- المقابل: الضلع الذي يقابل الزاوية θ.
- المجاور: الضلع الذي يحتوي الزاوية θ (غير الوتر).
لاحظ: يتغير المقابل والمجاور عند الانتقال من زاوية حادة إلى الأخرى، أما الوتر فلا يتغير.
3-4-2 تعريف الجيب وجيب التمام والظل
النسب المثلثية للزاوية الحادة θ.
sin θ = المقابل ÷ الوتر
cos θ = المجاور ÷ الوتر
tan θ = المقابل ÷ المجاور
تذكر: لا تعتمد قيمة النسبة على حجم المثلث بل على قياس الزاوية فقط، لأن المثلثات القائمة التي لها نفس الزاوية الحادة متشابهة.
مثال 1: المثلث ABC قائم في B فيه AB = 8 سم و BC = 6 سم. أوجد النسب المثلثية للزاوية A.
الحل:
\[\begin{gathered}\,\text{AC}^{2} = 8^{2} + 6^{2} = 64 + 36 = 100\end{gathered}\]
AC = 10 سم
بالنسبة للزاوية A: المقابل BC = 6 والمجاور AB = 8 والوتر 10.
\[\begin{gathered}\sin A = 6 \div 10 = \dfrac{3}{5}\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}\cos A = 8 \div 10 = \dfrac{4}{5}\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}\tan A = 6 \div 8 = \dfrac{3}{4}\end{gathered}\]
مثال 2: إذا كان \[\begin{gathered}\sin \theta = \dfrac{5}{13}\end{gathered}\] فأوجد cos θ و tan θ حيث θ حادة.
الحل:
المقابل = 5 والوتر = 13.
المجاور = \[\begin{gathered}\sqrt{13^{2} - 5^{2}} = \sqrt{169 - 25} = \sqrt{144} = 12\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}\cos \theta = \dfrac{12}{13}\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}\tan \theta = \dfrac{5}{12}\end{gathered}\]
مثال 3: في المثلث ABC القائم في B إذا كان cos C = 0.6 وكان AC = 20 سم. أوجد BC و AB.
الحل:
\[\begin{gathered}\cos C = \,\text{BC} \div \,\text{AC}\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}\,\text{BC} = 0.6 \times 20 = 12\end{gathered}\] سم
\[\begin{gathered}\,\text{AB} = \sqrt{20^{2} - 12^{2}} = \sqrt{400 - 144} = \sqrt{256} = 16\end{gathered}\] سم
تذكر: الأخطاء الشائعة: قسمة المقابل على المجاور في الجيب؛ تحديد المقابل والمجاور لزاوية غير المطلوبة؛ نسيان إيجاد الضلع الثالث بفيثاغورس.
3-4-3 إيجاد أطوال الأضلاع واستخدام زاويتين متتامتين
نستخدم النسبة المناسبة للمعطيات لإيجاد ضلع مجهول.
- معلوم الوتر وزاوية والمطلوب المقابل: نستخدم الجيب.
- معلوم الوتر وزاوية والمطلوب المجاور: نستخدم جيب التمام.
- معلوم أحد الضلعين القائمين والمطلوب الآخر: نستخدم الظل.
الزاويتان المتتامتان: إذا كانت A و B زاويتين حادتين في مثلث قائم فإن A + B = 90° وتتحقق العلاقة:
\[\begin{gathered}\sin A = \cos B\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}\cos A = \sin B\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}\tan A \times \tan B = 1\end{gathered}\]
مثال 1: سلم طوله 5 م يستند إلى حائط ويصنع زاوية قياسها θ مع الأرض حيث sin θ = 0.8. ما ارتفاع النقطة التي يلمس بها الحائط؟
الحل:
sin θ = الارتفاع ÷ طول السلم
الارتفاع = 0.8 × 5 = 4 م
مثال 2: إذا كان \(\sin A = \dfrac{4}{5}\) وكانت A و B متتامتين فما cos B؟
الحل:
\[\begin{gathered}\cos B = \sin A\end{gathered}\] لأن الزاويتين متتامتان.
\(\cos B = \dfrac{4}{5}\)
مثال 3: مثلث قائم فيه \(\tan A = \dfrac{3}{4}\) وطول الضلع المجاور للزاوية A هو 20 سم. أوجد المقابل والوتر.
الحل:
المقابل = \[\begin{gathered}\dfrac{20 \times 3}{4} = 15\end{gathered}\] سم
الوتر = \[\begin{gathered}\sqrt{20^{2} + 15^{2}} = \sqrt{400 + 225} = \sqrt{625} = 25\end{gathered}\] سم
تذكر:
- الأخطاء الشائعة: اختيار نسبة غير مناسبة للمعطيات؛
- نسيان أن \[\begin{gathered}\sin A = \cos B\end{gathered}\] تنطبق على الزاويتين المتتامتين فقط.
05 الدرس 3-5: النسب المثلثية لبعض الزوايا الخاصة
3-5-1 نسب الزوايا 30° و 45° و 60°
يمكن استنتاج هذه النسب من مثلثين خاصين.
- مثلث متساوي الأضلاع طول ضلعه 2: عند رسم الارتفاع ينتج مثلث قائم أضلاعه 1 و √3 و 2 وزواياه 30° و 60° و 90°.
- مثلث قائم متساوي الساقين طول كل ساق فيه 1: وتره √2 وزواياه 45° و 45° و 90°.
\[\begin{gathered}\sin 30{}^{\circ} = \dfrac{1}{2}\end{gathered}\] ، \[\begin{gathered}\cos 30{}^{\circ} = \dfrac{\sqrt{3}}{2}\end{gathered}\] ، \[\begin{gathered}\tan 30{}^{\circ} = \dfrac{1}{\sqrt{3}}\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}\sin 45{}^{\circ} = \dfrac{1}{\sqrt{2}}\end{gathered}\] ، \[\begin{gathered}\cos 45{}^{\circ} = \dfrac{1}{\sqrt{2}}\end{gathered}\] ، tan 45° = 1
\[\begin{gathered}\sin 60{}^{\circ} = \dfrac{\sqrt{3}}{2}\end{gathered}\] ، \[\begin{gathered}\cos 60{}^{\circ} = \dfrac{1}{2}\end{gathered}\] ، \[\begin{gathered}\tan 60{}^{\circ} = \sqrt{3}\end{gathered}\]
لاحظ: المقابل للزاوية 30° هو أقصر ضلع ويساوي نصف الوتر. وفي المثلث ذي 45° الضلعان القائمان متساويان.
مثال 1: أوجد قيمة sin² 30° + cos² 30°.
الحل:
\[\begin{gathered}\sin ^{2} 30{}^{\circ} = \left(\dfrac{1}{2}\right)^{2} = \dfrac{1}{4}\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}\cos ^{2} 30{}^{\circ} = \left(\dfrac{\sqrt{3}}{2}\right)^{2} = \dfrac{3}{4}\end{gathered}\]
المجموع = \[\begin{gathered}\dfrac{1}{4} + \dfrac{3}{4} = 1\end{gathered}\]
مثال 2: أوجد قيمة 2 sin 30° × cos 60° + tan 45°.
الحل:
\[\begin{gathered}\dfrac{\dfrac{2 \times 1}{2} \times 1}{2} = \dfrac{1}{2}\end{gathered}\]
tan 45° = 1
الناتج = \[\begin{gathered}\dfrac{1}{2} + 1 = \dfrac{3}{2}\end{gathered}\]
مثال 3: أوجد قيمة sin 60° × cos 30° − cos 60° × sin 30°.
الحل:
\[\begin{gathered}\sin 60{}^{\circ} \times \cos 30{}^{\circ} = \left(\dfrac{\sqrt{3}}{2}\right)\left(\dfrac{\sqrt{3}}{2}\right) = \dfrac{3}{4}\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}\cos 60{}^{\circ} \times \sin 30{}^{\circ} = \left(\dfrac{1}{2}\right)\left(\dfrac{1}{2}\right) = \dfrac{1}{4}\end{gathered}\]
الناتج = \[\begin{gathered}\dfrac{3}{4} - \dfrac{1}{4} = \dfrac{1}{2}\end{gathered}\]
تذكر:
- الأخطاء الشائعة: عكس قيم 30° و 60°؛
- نسيان تربيع الجذر \[\begin{gathered}\left(\dfrac{\sqrt{3}}{2}\right)^{2} = \dfrac{3}{4}\end{gathered}\] وليس \(\dfrac{\sqrt{3}}{4}\).
3-5-2 تطبيقات على الزوايا الخاصة
نستخدم النسب الخاصة لإيجاد أطوال دون آلة حاسبة.
مثال 1: مثلث قائم فيه إحدى الزوايا 30° ووتره 12 سم. أوجد الضلعين القائمين.
الحل:
المقابل للزاوية \[\begin{gathered}30{}^{\circ} = 12 \times \sin 30{}^{\circ} = \dfrac{12 \times 1}{2} = 6\end{gathered}\] سم
المجاور = \[\begin{gathered}12 \times \cos 30{}^{\circ} = \dfrac{12 \times \sqrt{3}}{2} = 6\sqrt{3} \approx 10.39\end{gathered}\] سم
مثال 2: أشعة الشمس تصنع زاوية 45° مع الأرض. ما طول ظل مسلة ارتفاعها 40 م؟
الحل:
tan 45° = الارتفاع ÷ الظل
1 = 40 ÷ الظل
الظل = 40 م
مثال 3: برج ظله 20 م عندما تصنع الشمس زاوية 60° مع الأرض. أوجد ارتفاع البرج.
الحل:
tan 60° = الارتفاع ÷ 20
الارتفاع = \[\begin{gathered}20 \times \sqrt{3} = 20\sqrt{3} \approx 34.64\end{gathered}\] م
تذكر: الأخطاء الشائعة: استخدام الجيب بدل الظل في مسائل الظل؛ نسيان تقريب √3 ≈ 1.732 عند طلب القيمة التقريبية.
3-5-3 استخدام الآلة الحاسبة
نستخدم الآلة الحاسبة لإيجاد النسبة لزاوية معلومة، وإيجاد الزاوية إذا عُلمت نسبتها.
- اضبط الآلة على نظام الدرجات (Degree).
- لإيجاد sin 25° اضغط sin ثم 25 ثم =.
- لإيجاد الزاوية نستخدم المفتاح الثاني shift ثم sin⁻¹ (أو cos⁻¹ أو tan⁻¹).
لاحظ: القيم التقريبية: \[\begin{gathered}\sin 25{}^{\circ} \approx 0.4226\end{gathered}\] و \[\begin{gathered}\cos 40{}^{\circ} \approx 0.7660\end{gathered}\] و \[\begin{gathered}\tan 70{}^{\circ} \approx 2.7475\end{gathered}\].
مثال 1: أوجد قيمة sin 25° و cos 40° لأقرب أربعة أرقام عشرية.
الحل:
\[\begin{gathered}\sin 25{}^{\circ} \approx 0.4226\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}\cos 40{}^{\circ} \approx 0.7660\end{gathered}\]
مثال 2: أوجد قياس الزاوية θ حيث sin θ = 0.8 لأقرب درجة.
الحل:
\[\begin{gathered}\theta = \sin ^{-1} (0.8) \approx 53.13{}^{\circ}\end{gathered}\]
θ ≈ 53°
مثال 3: مثلث قائم ضلعاه القائمان 3 سم و 4 سم. أوجد قياس الزاوية الحادة المقابلة للضلع 3 سم.
الحل:
\[\begin{gathered}\tan \theta = 3 \div 4 = 0.75\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}\theta = \tan ^{-1} (0.75) \approx 36.87{}^{\circ}\end{gathered}\]
مثال 4: سلم طوله 6 م يصنع زاوية 70° مع الأرض. ما ارتفاع النقطة التي يلمس بها الحائط؟
الحل:
الارتفاع = 6 × sin 70°
\[\begin{gathered}\sin 70{}^{\circ} \approx 0.9397\end{gathered}\]
الارتفاع ≈ 5.64 م
تذكر: الأخطاء الشائعة: ترك الآلة على نظام الراديان؛ استخدام النسبة المباشرة بدل معكوسها عند البحث عن الزاوية.
06 الدرس 3-6: العلاقة بين ميلي المستقيمين المتوازيين والمتعامدين
3-6-1 ميل المستقيم
ميل المستقيم المار بالنقطتين (x₁ ، y₁) و (x₂ ، y₂) هو النسبة بين التغير الرأسي والتغير الأفقي.
\[\begin{gathered}m = (y_{2} - y_{1}) \div (x_{2} - x_{1})\end{gathered}\] حيث x₁ ≠ x₂
- المستقيم الأفقي ميله 0.
- المستقيم الرأسي ميله غير معرف.
- ميل المستقيم = ظل زاوية ميله مع الاتجاه الموجب لمحور السينات: m = tan θ.
مثال 1: أوجد ميل المستقيم المار بالنقطتين A(1 ، 2) و B(5 ، 10).
الحل:
\[\begin{gathered}m = (10 - 2) \div (5 - 1) = 8 \div 4 = 2\end{gathered}\]
مثال 2: أوجد ميل المستقيم المار بالنقطتين (−2 ، 3) و (4 ، −3).
الحل:
\[\begin{gathered}m = (-3 - 3) \div (4 - (-2)) = -6 \div 6 = -1\end{gathered}\]
زاوية ميله 135° لأن \[\begin{gathered}\tan 135{}^{\circ} = -1\end{gathered}\].
مثال 3: أوجد ميل مستقيم يصنع زاوية 60° مع محور السينات.
الحل:
\[\begin{gathered}m = \tan 60{}^{\circ} = \sqrt{3}\end{gathered}\]
تذكر: الأخطاء الشائعة: طرح الإحداثيات بترتيبين مختلفين في البسط والمقام؛ الخلط بين ميل مستقيم أفقي (صفر) ورأسي (غير معرف).
3-6-2 المستقيمان المتوازيان
المستقيمان غير الرأسيين يتوازيان إذا وفقط إذا تساوى ميلاهما.
m₁ = m₂
مثال 1: هل AB ∥ CD حيث A(1 ، 2) و B(5 ، 10) و C(0 ، 1) و D(2 ، 5)؟
الحل:
ميل \[\begin{gathered}\,\text{AB} = (10 - 2) \div (5 - 1) = 2\end{gathered}\]
ميل \[\begin{gathered}\,\text{CD} = (5 - 1) \div (2 - 0) = 2\end{gathered}\]
الميلان متساويان.
إذن AB ∥ CD.
مثال 2: أوجد قيمة k إذا كان المستقيم المار بـ (1 ، 2) و (3 ، k) يوازي مستقيمًا ميله 3.
الحل:
\[\begin{gathered}(k - 2) \div (3 - 1) = 3\end{gathered}\]
k − 2 = 6
k = 8
مثال 3: برهن أن النقاط A(0 ، 0) و B(2 ، 1) و C(4 ، 2) على استقامة واحدة.
الحل:
ميل AB = 1 ÷ 2
ميل \[\begin{gathered}\,\text{BC} = (2 - 1) \div (4 - 2) = \dfrac{1}{2}\end{gathered}\]
الميلان متساويان والنقطة B مشتركة.
إذن النقاط على استقامة واحدة.
تذكر: الأخطاء الشائعة: الحكم على التوازي بمرور المستقيمين بنقطتين متقاربتين؛ نسيان أن المستقيمين الرأسيين متوازيان رغم عدم تعريف ميليهما.
3-6-3 المستقيمان المتعامدان
المستقيمان غير الرأسيين وغير الأفقيين يتعامدان إذا وفقط إذا كان حاصل ضرب ميليهما يساوي −1.
\[\begin{gathered}m_{1} \times m_{2} = -1\end{gathered}\]
أي إن ميل أحدهما هو سالب مقلوب ميل الآخر:
\[\begin{gathered}m_{2} = -1 \div m_{1}\end{gathered}\]
مثال 1: برهن أن المثلث A(1 ، 1) و B(3 ، 5) و C(7 ، 3) قائم الزاوية في B.
الحل:
ميل \[\begin{gathered}\,\text{AB} = (5 - 1) \div (3 - 1) = 2\end{gathered}\]
ميل \[\begin{gathered}\,\text{BC} = (3 - 5) \div (7 - 3) = -\dfrac{2}{4} = -\dfrac{1}{2}\end{gathered}\]
حاصل الضرب = \[\begin{gathered}2 \times \left(-\dfrac{1}{2}\right) = -1\end{gathered}\]
إذن AB ⊥ BC والمثلث قائم في B.
مثال 2: أوجد ميل المستقيم العمودي على مستقيم ميله \(\dfrac{3}{4}\).
الحل:
\[\begin{gathered}m_{2} = -1 \div \left(\dfrac{3}{4}\right) = -\dfrac{4}{3}\end{gathered}\]
مثال 3: ميل المستقيم 2x + 3y = 6 هو؟ وما ميل العمودي عليه؟
الحل:
\[\begin{gathered}3y = -2x + 6\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}y = -\left(\dfrac{2}{3}\right)x + 2\end{gathered}\]
الميل = \(-\dfrac{2}{3}\)
ميل العمودي = \(\dfrac{3}{2}\)
تذكر: الأخطاء الشائعة: تغيير الإشارة فقط دون قلب الكسر؛ قلب الكسر فقط دون تغيير الإشارة.
07 الدرس 3-7: معادلة الخط المستقيم
3-7-1 معادلة المستقيم المار بنقطة الأصل
معادلة المستقيم المار بنقطة الأصل وميله m هي:
y = mx
مثال 1: اكتب معادلة المستقيم المار بنقطة الأصل وميله 3.
الحل:
y = 3x
مثال 2: مستقيم يمر بنقطة الأصل والنقطة (4 ، 10). أوجد معادلته.
الحل:
\[\begin{gathered}m = 10 \div 4 = \dfrac{5}{2}\end{gathered}\]
\(y = \left(\dfrac{5}{2}\right)x\)
مثال 3: هل النقطة (6 ، 15) تقع على المستقيم \(y = \left(\dfrac{5}{2}\right)x\)؟
الحل:
\[\begin{gathered}\left(\dfrac{5}{2}\right) \times 6 = 15\end{gathered}\]
إذن النقطة تقع على المستقيم.
تذكر: الأخطاء الشائعة: إضافة مقطع للمستقيم المار بالأصل.
3-7-2 صورة الميل والمقطع الصادي
معادلة المستقيم الذي ميله m ويقطع محور الصادات عند النقطة (0 ، c) هي:
y = mx + c
- c هو المقطع الصادي.
- المقطع السيني يُوجد بوضع y = 0.
مثال 1: اكتب معادلة المستقيم الذي ميله 2 ومقطعه الصادي −3.
الحل:
y = 2x − 3
مثال 2: أوجد الميل والمقطع الصادي والسيني للمستقيم y = −3x + 6.
الحل:
الميل = −3
المقطع الصادي = 6
نضع y = 0: 0 = −3x + 6 فإن x = 2
المقطع السيني = 2
مثال 3: خدمة توصيل تتقاضى 20 جنيهًا ثابتة و 5 جنيهات لكل كيلومتر. اكتب العلاقة وأوجد تكلفة 12 كم.
الحل:
y = 5x + 20
عند x = 12: \[\begin{gathered}y = 60 + 20 = 80\end{gathered}\] جنيهًا
الميل 5 يمثل تكلفة الكيلومتر والمقطع 20 هو الرسم الثابت.
تذكر: الأخطاء الشائعة: الخلط بين الميل والمقطع؛ نسيان إشارة المقطع.
3-7-3 معادلة المستقيم بدلالة الميل ونقطة
معادلة المستقيم المار بالنقطة (x₁ ، y₁) وميله m هي:
\[\begin{gathered}y - y_{1} = m(x - x_{1})\end{gathered}\]
مثال 1: أوجد معادلة المستقيم المار بالنقطة (1 ، 4) وميله −2.
الحل:
\[\begin{gathered}y - 4 = -2(x - 1)\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}y - 4 = -2x + 2\end{gathered}\]
y = −2x + 6
بالصورة القياسية: \[\begin{gathered}2x + y - 6 = 0\end{gathered}\]
مثال 2: أوجد معادلة المستقيم المار بالنقطتين (−1 ، 2) و (3 ، 10).
الحل:
\[\begin{gathered}m = (10 - 2) \div (3 - (-1)) = 8 \div 4 = 2\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}y - 2 = 2(x + 1)\end{gathered}\]
y = 2x + 4
بالصورة القياسية: \[\begin{gathered}2x - y + 4 = 0\end{gathered}\]
مثال 3: أوجد معادلة المستقيم المار بالنقطة (2 ، −1) وعمودي على y = 2x + 5.
الحل:
ميل المعلوم = 2 فميل العمودي = \(-\dfrac{1}{2}\)
\[\begin{gathered}y + 1 = -\left(\dfrac{1}{2}\right)(x - 2)\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}y = -\left(\dfrac{1}{2}\right)x + 1 - 1\end{gathered}\]
\(y = -\left(\dfrac{1}{2}\right)x\)
بالصورة القياسية: x + 2y = 0
مثال 4: أوجد معادلة المستقيم المار بالنقطة (0 ، −2) ويوازي المستقيم \[\begin{gathered}3x - y + 1 = 0\end{gathered}\].
الحل:
ميل المعلوم: y = 3x + 1 فالميل 3
المستقيم المطلوب ميله 3 ومقطعه الصادي −2.
y = 3x − 2
تذكر: الأخطاء الشائعة: وضع الإحداثيين في المكان الخطأ في y − y₁؛ نسيان توزيع الميل على القوس بالكامل.
3-7-4 الصورة القياسية للمعادلة والمقطعان
الصورة القياسية لمعادلة الخط المستقيم هي:
\[\begin{gathered}\,\text{ax} + \,\text{by} + c = 0\end{gathered}\]
- الميل = −a ÷ b
- المقطع الصادي = −c ÷ b
- المقطع السيني = −c ÷ a
مثال 1: أوجد الميل والمقطعين للمستقيم \[\begin{gathered}3x + 2y - 12 = 0\end{gathered}\].
الحل:
الميل = \[\begin{gathered}-3 \div 2 = -\dfrac{3}{2}\end{gathered}\]
المقطع الصادي: x = 0 فإن 2y = 12 ومنه y = 6
المقطع السيني: y = 0 فإن 3x = 12 ومنه x = 4
مثال 2: اكتب معادلة المستقيم الذي مقطعه السيني 3 ومقطعه الصادي 4 بالصورة القياسية.
الحل:
يمر بالنقطتين (3 ، 0) و (0 ، 4).
\[\begin{gathered}m = (4 - 0) \div (0 - 3) = -\dfrac{4}{3}\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}y = -\left(\dfrac{4}{3}\right)x + 4\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}3y = -4x + 12\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}4x + 3y - 12 = 0\end{gathered}\]
مثال 3: برهن أن المستقيمين \[\begin{gathered}2x - 3y + 1 = 0\end{gathered}\] و \[\begin{gathered}3x + 2y - 5 = 0\end{gathered}\] متعامدان.
الحل:
ميل الأول = \(\dfrac{2}{3}\)
ميل الثاني = \(-\dfrac{3}{2}\)
الضرب: \[\begin{gathered}\left(\dfrac{2}{3}\right)\left(-\dfrac{3}{2}\right) = -1\end{gathered}\]
إذن المستقيمان متعامدان.
تذكر: الأخطاء الشائعة: نسيان الإشارة السالبة في قانون الميل؛ الخلط بين المقطع السيني والصادي عند إيجادهما.