ملخص
يكتب هذا الدرس كل عدد مركب غير معدوم بدلالة مقياسه وعمدة له، هي الزاوية القطبية للنقطة التي تمثّله، فيحصل بذلك على شكله القطبي أو المثلثي، . ويصف جميع عمد العدد المركب، ويعرّف العمدة الرئيسية ويحسبها بقوس الظل مصحَّحًا بحسب الربع، ويبرهن متى يمثّل شكلان قطبيان العدد نفسه. وبصيغ المجموع والفرق يبرهن المبرهنة المركزية: عند ضرب عددين مركبين تُضرب مقاييسهما وتُجمع عمدتاهما، وعند قسمتهما تُقسم المقاييس وتُطرح العمد؛ ومنها تُستنتج عمدة المرافق وعمدة المقلوب، ويُنبَّه إلى أن العمدة الرئيسية لجداء لا تساوي مجموع العمد الرئيسية إلا بفارق دورة واحدة. وأخيرًا، يفسّر الضرب في عدد مركب بأنه دوران مركَّب مع تمديد، وهو ما يعمّم الدوران بربع دورة الناتج عن الضرب في ، ويبرهن أن المثلثين اللذين رؤوسهما ، ، و، ، متشابهان.
أهداف التعلم
- كتابة عدد مركب غير معدوم في الشكل القطبي، وحساب عمدته الرئيسية بحسب الربع، والحكم متى يمثّل شكلان قطبيان العدد نفسه.
- البرهنة بصيغ المجموع والفرق على أن المقاييس في الجداء تُضرب والعمد تُجمع، واستنتاج قواعد خارج القسمة والمرافق والمقلوب.
- تفسير الضرب في عدد مركب بأنه دوران مركَّب مع تمديد، والبرهنة على تشابه المثلثين اللذين رؤوسهما ، ، و، ، .
- تطبيق الشكل القطبي على القيم المضبوطة للنسب المثلثية، وعلى متطابقات بين أقواس الظل، وعلى معادلات تحوي ومرافقه، وعلى محلات هندسية معرَّفة بالعمد.
الشكل القطبي لعدد مركب
في دورة الجبر والهندسة 1، وفي درسها الخاص بـالأعداد المركبة، مُثِّل كل عدد مركب بالنقطة من المستوى، وعُرِّف مقياسه بأنه بُعد تلك النقطة عن الأصل، وبُرهن على أن الضرب في يدير كل نقطة بربع دورة. وبقي معلّقًا الضرب في عدد مركب كيفي، إذ لا يُقرأ أثره في الشكل الجبري: فالجزء الحقيقي لـ هو ، وهي عبارة لا تكشف أي هندسة. غير أن نقطة المستوى يمكن أن تُعيَّن أيضًا ببُعدها عن الأصل وبالاتجاه الذي تُرى فيه منه، كما في درس الإحداثيات القطبية. وإذا صحّ هذا في النقاط صحّ في الأعداد المركبة؛ وفي هذا الوصف الثاني، كما سيُبرهن، يصير الضرب شفّافًا.
ليكن عددًا مركبًا غير معدوم. عمدة هي كل عدد حقيقي بحيث و. وإذا كان وكان عمدةً لـ، فإن العبارة الآتية شكل قطبي، أو شكل مثلثي، لـ.
لكل عدد مركب غير معدوم عمد. ذلك أنه، بمبرهنة الانتقال من الإحداثيات الديكارتية إلى القطبية، التي بُرهنت في درس الإحداثيات القطبية، للنقطة ، المختلفة عن القطب، تمثيل قطبي مع ، ونصف قطرها ، أي مقياس ؛ فتدلّ المساواتان و حينئذ على أن الزاوية القطبية عمدة لـ. فعمدة إذن هي الزاوية التي تصنعها مع نصف المحور الحقيقي الموجب القطعةُ المستقيمة الواصلة بين الأصل و، مقيسةً بالراديان. أما الصفر فلا عمدة له: فالمساواة تتحقق لكل ، ولا تميّزه أي زاوية. وللدلالة على أي عمدة من عمد يُكتب ، ويُقرأ «عمدة ».
تنصّ المبرهنة الآتية على أن المقياس والعمدة، بخلاف الإحداثيات القطبية ذات نصف القطر السالب، يعيّنان العدد المركب دون لبس، بصرف النظر عن الدورات الكاملة. وعليها يتوقف كل حساب بالأشكال القطبية: فللبرهنة على تساوي عددين مركبين يكفي أن تُقارن مقاييسهما وعمدهما.
لتكن و و أعدادًا حقيقية موجبة، و و و أعدادًا حقيقية. للعدد المركب المقياس والعمدة . وفضلًا عن ذلك، فإن العددين المركبين و متساويان إذا وفقط إذا كان و لعدد صحيح ما . تُستعمل المتطابقة الفيثاغورية، ودورية الجيب وجيب التمام، ووصف الزوايا المشتركة في الضلع النهائي من درس الزوايا وقياسها: تعطي زاويتان النقطة نفسها من دائرة الوحدة تمامًا عندما يختلفان بمضاعف صحيح لـ.
البرهان
ليكن ، مع . جزؤه الحقيقي هو وجزؤه التخيلي ؛ وبالمتطابقة الفيثاغورية، مربع مقياسه هو .
العددان و موجبان ولهما المربع نفسه؛ لذلك هما متساويان، وجزءا هما ما يقتضيه التعريف: عمدة لـ. فكل عبارة من هذا الشكل مع هي إذن شكل قطبي.
إذا تساوى العددان المركبان اللذان مقياساهما و كان لهما المقياس نفسه، وبما ثبت للتو أعلاه مقياساهما هما و.
نساوي بين الجزأين الحقيقيين وبين الجزأين التخيليين ونقسم على ، وهو غير معدوم: فالزاويتان و تعطيان النقطة نفسها من دائرة الوحدة، ومن ثمّ فهما مشتركتان في الضلع النهائي.
وبالعكس، إذا كان و، فبدورية الجيب وجيب التمام يكون للعبارتين الجزءان أنفسهما، ويكون العددان المركبان متساويين.
ويترتب على ذلك أنه إذا كان عمدة لـ، فإن عمد هي بالضبط الأعداد ، حيث عدد صحيح: فعمدتان للعدد المركب نفسه تختلفان دائمًا بدورات كاملة. فالمساواة تعني إذن أن إحدى عمد ، ولا تحدّد الباقية. ويجدر التنبيه كذلك إلى أن المبرهنة تشترط : فالعبارة ليست شكلًا قطبيًا، لأن ليس مقياسًا؛ ولمّا كان و، فإن العدد نفسه يُكتب في الشكل القطبي على الصورة .
العمدة الرئيسية
بين عمد عدد مركب غير معدوم توجد عمدة واحدة بالضبط في الفترة ، لأن طول هذه الفترة وهي تحوي ممثّلًا وحيدًا من كل عائلة . وتسمّى هذه العمدة العمدة الرئيسية لـ، وتُكتب وتُقرأ «العمدة الرئيسية لـ». وبمبرهنة درس الإحداثيات القطبية، مع وضع و موضع و، تُحسب بقوس الظل من درس الدوال المثلثية العكسية، الذي لا يرى إلا الربعين الأول والرابع ويجب تصحيحه في الربعين الآخرين:
نكتب العدد المركب في الشكل القطبي ونصف جميع عمده. ويتتبّع الرسم الحساب في المستوى المركب.
البرهان
المقياس هو بُعد النقطة عن الأصل.
قوس الظل لخارج قسمة الجزء التخيلي على الجزء الحقيقي يعطي زاوية من الربع الرابع: هي عمدة النقطة المقابلة، ، لا عمدة .
لمّا كان الجزء الحقيقي سالبًا والتخيلي موجبًا، فالنقطة في الربع الثاني، والصيغة تضيف .
نتحقق من الشكل القطبي بقيمتي جيب التمام والجيب لـ، اللتين تُستخرجان من قيمتيهما لـ بتناظر الزاوية المكمّلة.
تختلف العمد الأخرى عن الرئيسية بدورات كاملة: فمثلًا و هما أيضًا عمدتان لـ، لكنهما لا تنتميان إلى .
للأعداد المركبة الواقعة على المحورين أشكال قطبية يحسن التعرف عليها فورًا. فالأعداد الحقيقية الموجبة عمدتها الرئيسية ، والسالبة ؛ والأعداد التخيلية البحتة مع عمدتها الرئيسية ، ومع هي . فمثلًا:
الفترة اصطلاح، هو اصطلاح درس الإحداثيات القطبية نفسه؛ وتستعمل نصوص أخرى . وما لا يتوقف على الاصطلاح هو مجموعة كل العمد، ولذلك تُصاغ مبرهنات هذا الدرس بعمد كيفية، إلا حيث يُصرَّح بخلاف ذلك.
جارٍ تحميل المحتوى…