الانتقال إلى المحتوى

ت.10 · الهندسة الشعاعية، الإسقاطات والمساحة الموجهة

GRE Subject Test · GRE Mathematics · الموضوع 24

24

النطاق والشروط المسبقة

تحضير GRE للطلاب الجامعيين. أهداف محلية ضمن نطاق ETS المراجَع؛ هذا تعليم أصلي، وليس اختباراً رسمياً أو تنبئاً بالدرجات.

المُستلزمات: متجهات الإحداثيات، والجداء السلمي/المتجهي، والأطوال.

  • استخدم الجداء السلمي لتصنيف الزوايا وحساب الإسقاطات
  • احسب مساحة المثلث وتوجهه باستخدام الجداء المتجهي
  • قم بإنشاء أو استبعاد تكوينات إشارات الجداء السلمي المستوي

متعامد: يمتلك جداء سلمياً يساوي صفرًا في فضاء داخلي حقيقي.

الجداء المتجهي: متجه عمودي موجه في ثلاثة أبعاد تكون طوله مساويًا لمساحة متوازي الأضلاع الذي يمثله.

مفردات تدريب
English العربية
orthogonal/ɔːˈθɒɡənl/ متعامد
cross product/krɒs ˈprɒdʌkt/ ضرب الاتجاه
24

اختيار وتبرير طريقة

بالنسبة لمتجهات حقيقية غير صفرية u,v، فإن u·v=|u||v| cos θ. الجداء السلمي الموجب أو الصفري أو السالب يقابل زاوية حادة أو قائمة أو منفرصة أصغر. الإسقاط السلمي لـ v على طول u هو (v·u)/|u|؛ الإسقاط المتجهي هو ((v·u)/(u·u))u. الفرق عن هذا الإسقاط يكون متعامدًا مع u. لا تخلط بين متجه مسقط ومكونه السلمي المسبوق بالإشارة. المتجه الصفري متعامد مع كل متجه لكنه ليس له اتجاه زاوية مُعرَّف.

بالنسبة للمتجهات ثلاثية الأبعاد، u×v عمودي على كليهما بطول |u||v| sin θ. الحساب الإحداثي يستخدم (u₂v₃−u₃v₂, u₃v₁−u₁v₃, u₁v₂−u₂v₁). هذا الطول هو مساحة متوازي الأضلاع، لذا فإن مثلثًا مكونًا من متجهي حافة له نصف تلك المساحة. عكس ترتيبهما يعكس الجداء المتجهي لكنه يحافظ على المساحة. بِنِ كلتا متجهي الحافة من نفس الرأس؛ تقاطع متجهي موقعين غير مرتبطين يقيس عادةً مثلثًا خاطئًا.

المستوى المار بنقطة p بعامل طبيعي n له معادلة n·(x−p)=0. المسافة من q إلى المستوى هي |n·(q−p)|/|n|؛ المقام يطوّر مقياس المعادلة. الجداء الثلاثي السلمي u·(v×w) يعطي حجم متوازي الأسطح الموجه؛ قيمته المطلقة هي الحجم الهندسي. الجداء الثلاثي الصفري يعني اعتماد متجهي الحافة الثلاثة، وليس بالضرورة أن كل زوج منها متعامد أو موازٍ.

بالنسبة لأربعة متجهات مستوية، هناك ستة حاصل ضرب نقط غير مرتبة. التكوين e₁,−e₁,e₂,−e₂ له حاصلان ضرب سلبيان وأربع أصفار؛ e₁,e₁,e₂,e₂ له حاصلان ضرب موجبان وأربع أصفار. لا يمكن لأربعة متجهات غير صفرية أن يكون كل حاصل ضرب نقطي مزدوج سلبي. رتب اتجاهاتها حول الدائرة: يجب أن يتجاوز كل فجوة زاوية متعاقبة 90°، مما يجبر مجموع أربع فجوات فوق 360°. لا يمكن للمتجه الصفري إنقاذ شرط السالب الصارم، لأن حاصلضبه النقطي يتلاشى.

24

استنتاج محلول

مع p=(0,0,0), q=(2,0,0), r=(0,3,0)، الحواف هي u=(2,0,0), v=(0,3,0). حاصل ضربهم الاتجاهي هو (0,0,6)، مما يعطي مساحة المثلث 3. بالنسبة لـ w=(3,4) وu=(1,0)، الإسقاط المتجهي هو (3,0) والباقي المتعامد هو (0,4). المستوى 2x−y+2z=6 له طول ناظم 3، لذا مسافته عن الأصل هي 6/3=2.

يسار: المثلث بأضلاع u = (2, 0, 0) و v = (0, 3, 0)، مساحته 3. يمين: المتجهات الوحدة ±e₁ و ±e₂
مساحة المثلث = |u × v| / 2 = 6 / 2 = 3
24

شروط وضد الأمثلة

مقدار الضرب الاتجاهي يساوي مساحة متوازي الأضلاع، لذا قسّمه على نصف للحصول على مساحة المثلث. الصفر في الضرب القياسي هو بيان للتعامد الجبري حتى بالنسبة للمتصفّر. مسافة المستوى يجب أن تُقسم على طول المتجه العمودي.

24

تطبيق موجه

اسقط $v=(2,3,6)$ على $u=(1,0,2)$. أوجد مساحة المثلث ذي الرؤوس O و u و v. تحقق من أن بقية الإسقاط عمودية على u.

حل نموذجي

$v\cdot u=14$ و $u\cdot u=5$، لذا فإن إسقاط المتجه هو $(14/5)u=(14/5,0,28/5)$. والباقي هو $(-4/5,3,2/5)$، حاصل ضربها القياسي مع u يساوي صفرًا. الضرب الاتجاهي هو $u\times v=(-6,-2,3)$ بطول سبعة. مساحة المثلث تساوي نصف مساحة متوازي الأضلاع، أو $7/2$. كلا متجهي الحافة ينطلقان من O؛ وكان تقاطع متجهات موقع غير مرتبطة لا يحسب المثلث المطلوب بشكل عام.

24

النقل المستقل

هل يمكن لأربعة متجهات غير صفرية في $\mathbb R^2$ أن يكون جميع ضرباتها القياسية الثنائية سالبة تمامًا؟ قدم برهانًا. كيف يغير السماح بالمنتجات الصفرية الاحتمالات؟

تحقق بعد المحاولة

رتب اتجاهاتها حول الدائرة. يجب أن يتجاوز كل فراغ متتالي $\pi/2$: إذا كان الفراغ أصغر من أو يساوي $\pi/2$، فستكون تلك الزوجية ذات ضرب قياسي غير سالب. سيجمع أربعة مثل هذه الفراغات أكثر من $2\pi$، وهو أمر مستحيل. لذلك لا يمكن أن تكون جميع المنتجات الستة سالبة تمامًا. مع المنتجات غير الموجبة، يعمل $e_1,e_2,-e_1,-e_2$: أزواج متتالية عمودية وأزواج متقابلة لها منتجات سالبة. لا يمكن لمتجه صفري أن يحقق السلبية المطلقة.

دروس تفاعلية حول هذا الموضوع

ا-working عليه خطوة بخطوة، مع تمارين تحقق فوري.

المزيد من المواضيع في GRE Subject Test · GRE Mathematics

تسجيل الدخول أو إنشاء حساب

IGCSE, A-Level & AP