ملخص
يفتتح هذا الدرس وحدة علم المثلثات التحليلي بتقييم دخول يقيس نقطة البداية. وتحوّل هذه الوحدة الدوال المثلثية، التي دُرست في الوحدة الأولى بوصفها دوال لزاوية، إلى حساب جبري له قواعده الخاصة: متطابقات تصح لكل زاوية، وصيغ تعبّر عن النسب المثلثية لمجموع بدلالة نسب حدّيه، وتحويلات للمجاميع إلى جداءات، ومعادلات ومتراجحات، واستعمال ذلك كله في قياس الزوايا بين المستقيمات وفي التعرّف على القطوع المخروطية ذات المحاور المائلة. ويعرض الدرس دروس الوحدة الستة بترتيبها المنطقي، ويتتبّع تاريخ هذه الأفكار من جداول الأوتار في الفلك اليوناني إلى الصياغة التحليلية عند أويلر، ويصوغ المسألة التي نشأت منها، وهي حساب وتر أي قوس انطلاقًا من أوتار قليلة معلومة، ويحلّها في مثال بالأدوات التي ستبرهنها الوحدة. ويختم ببيان المواضع التي تعود فيها هذه الأفكار في بقية الدورة، وفي دورات أخرى على الموقع، وفي العلم والتقنية.
أهداف التعلم
- وصف محتوى كل درس من دروس الوحدة وشرح كيف يستند كل منها إلى ما قبله.
- وضع جداول الأوتار، والانتقال من الوتر إلى الجيب، والصياغة التحليلية للدوال المثلثية في سياقها التاريخي.
- صياغة مسألة حساب وتر انطلاقًا من أوتار أخرى معلومة، والتعرّف في حلها على صيغتي الفرق ونصف الزاوية.
- تحديد تطبيقات علم المثلثات التحليلي في التفاضل والتكامل، وفي الميكانيكا، وفي البرمجة، وفي الجبر الخطي.
تقييم الدخول
قبل اجتياز الوحدة يحسن قياس نقطة البداية. وهذا الاختبار الذاتي لا يمنح درجة: إنما يفيد في معرفة مواضع التوقف. فالأسئلة التسعة الأولى تتناول دروس الوحدة الستة، سؤالان لكل من دروس المتطابقات وصيغ المجموع والمعادلات، وهي التي تقوم عليها الدروس الأخرى، وسؤال واحد لكل من الدروس الثلاثة الباقية؛ والسؤال العاشر مسألة نمذجة تطلب صياغة وضعية في سياق بصيغة ضعف الزاوية. وتُقاس المهارات نفسها مرة أخرى في النهاية، في درس الخلاصة، بمعطيات أخرى. أما الأسئلة الثلاثة الأخيرة فتتحقق مما تعدّه الوحدة معلومًا من الوحدة الأولى ومن دورة الجبر والهندسة 1: قيم دائرة الوحدة، والدوال العكسية، والجداء السلمي.
قبل أن تبدأ الوحدة، قِس نقطة انطلاقك. إنه تقييم ذاتي قصير: لا يُمنح عليه درجة، وتُحفظ نتيجته في متصفحك فقط.
السؤال 1أيّ المساواة الآتية متطابقة على مجال تعريفها المشترك؟
الجذر التربيعي لـ هو ، لا : عند تكون قيمة الطرف الأول وقيمة الطرف الثاني . ويكفي مثال مضاد واحد لدحض متطابقة.تتحقق عند وعند ، لكنها لا تتحقق عند ، حيث تكون قيمة الطرف الأول . ولا يبرهن أي عدد منتهٍ من الاختبارات الموافقة متطابقةً.قُلب خارج القسمة: ، وقيمته عند هي لا .بالتوحيد على مقام مشترك، ، وهذا صحيح في كل نقطة يكون فيها ، وهي مجال التعريف المشترك للطرفين.راجِع: المتطابقات المثلثية الأساسية
السؤال 2إذا كان وكانت في الربع الثاني، فاحسب .
الإجابة الصحيحة:
بالمتطابقة الفيثاغورية، ، ومن ثمّ ؛ وفي الربع الثاني يكون جيب التمام سالبًا، فيكون . ومن يحصل على فقد نسي الإشارة التي يحددها الربع، ومن يحصل على فقد حسب الجيب، ، وأعطاه إشارة جيب التمام.راجِع: المتطابقات المثلثية الأساسية
السؤال 3احسب ، بكتابة .
هذا مجموع الظلين. والظل لا يتوزع على مجموع الزاويتين: يجب القسمة على .إشارة المقام معكوسة: استُعمل بدلًا من . والزاوية في الربع الثاني وظلها سالب.هذا ظل : طُبّقت صيغة الفرق بدلًا من صيغة المجموع.بصيغة ظل المجموع، ، وبإنطاق المقام ينتج . وهي سالبة، كما يناسب زاوية في الربع الثاني.السؤال 4إذا كان و، فاحسب .
الإجابة الصحيحة:
في الربع الثاني يكون جيب التمام سالبًا، وبالمتطابقة الفيثاغورية ؛ وبصيغة ضعف الزاوية، . ومن يحصل على فقد أخذ جيب التمام موجبًا، ومن يحصل على فقد ضاعف الجيب، وهذا مستحيل لأن الناتج يتجاوز .السؤال 5احسب القيمة العظمى للدالة .
الإجابة الصحيحة:
بالشكل التوافقي، ، حيث ؛ ومداه ، والقيمة العظمى للدالة هي . ومن يحصل على فقد جمع القيمتين العظميين للحدين، وهما لا تُبلغان عند النقطة نفسها، ومن يحصل على فقد نسي الثابت.السؤال 6كم حلًّا للمعادلة في ؟
الإجابة الصحيحة:
تتحلل ثلاثية الحدود إلى . وللمعادلة حلان في الدورة الواحدة، هما و، وللمعادلة حل واحد فقط، هو ، لأن . ومن يحصل على فقد عدّ حل المعادلة مرتين.السؤال 7عند حل المعادلة بالتربيع نحصل على القيم المرشحة . فما الحلول في ؟
التربيع ليس تكافؤًا: فالقيم المرشحة تتضمن الحلول، لكنها تتضمن أيضًا حلول المعادلة . ويجب التحقق منها.هذان حلا المعادلة . وعند تكون قيمة الطرف الأول للمعادلة الأصلية، ، هي .هذان هما الحلان الدخيلان، أي حلا المعادلة ؛ وقد استُبعد الحلان الحقيقيان.بالتربيع تُضاف حلول المعادلة ، ولذلك يجب التحقق من كل قيمة مرشحة في المعادلة الأصلية: عند وعند تكون قيمة الطرف الأول ، وعند وعند تكون .السؤال 8ما الزاوية التي يصنعها المستقيمان و؟
هذه مكمّلة الزاوية بين المستقيمين. والزاوية بين مستقيمين لا تتجاوز ، ولذلك تتضمن الصيغة قيمة مطلقة.تنقص القسمة على : ففرق الميلين ليس ظل الفرق بين زاويتي الميل.لا يكفي أن تكون إشارتا الميلين متعاكستين ليتعامد المستقيمان: يلزم ، وهنا .بمبرهنة الزاوية بين مستقيمين، ، والزاوية بين مستقيمين تنتمي إلى .السؤال 9ماذا تمثّل المعادلة ؟
معاملا و موجبان، لكن الحد الذي يحوي يغيّر طبيعة القطع المخروطي: فالحاسم هو إشارة ، وهي هنا موجبة.لا يكفي أن يكون : فالدائرة تتطلب أيضًا . وهنا .القطوع المكافئة مميزها منعدم؛ وهنا .المميز هو ، والمعادلة من النوع الزائدي؛ والدوران بزاوية يحوّلها إلى ، وهي قطع زائد لا مستقيمان.السؤال 10يُراد أن تُقتطع من جذع شجرة مقطعه العرضي دائري وقطره سنتيمترًا عارضةٌ مقطعها العرضي مستطيل، بحيث تقع رؤوس هذا المستطيل الأربعة على دائرة الجذع. إذا كانت الزاوية التي يصنعها قطر من قطري المستطيل مع أحد ضلعيه، فما أكبر مساحة ممكنة للمقطع العرضي، بالسنتيمترات المربعة؟
الإجابة الصحيحة:
قطرا المستطيل المحاط بدائرة هما قطران للدائرة، ولذلك يكون طولا ضلعيه و، وبصيغة ضعف الزاوية تكون المساحة . ولما كان ، مع المساواة عند ، فالقيمة العظمى هي ، وهي مساحة المقطع العرضي المربع. ومن يحصل على فقد نسي العامل في ، ومن يحصل على فقد أخذ نصف القطر قطرًا للمستطيل.السؤال 11من وحدات سابقةما إحداثيات النقطة من دائرة الوحدة؟
هذه هي : فقد قُطع القوس عكس اتجاه عقارب الساعة. والزاوية السالبة تُقطع في اتجاه عقارب الساعة.هذه قيم ، الزاوية المرجعية، دون إشارة الربع: فالنقطة في الربع الثاني، حيث الإحداثي السيني سالب.تبادل الجيب وجيب التمام موضعيهما: هذه هي النقطة .الزاوية مشتركة في الضلع النهائي مع ، وهي من الربع الثاني، وجيب تمامها وجيبها .راجِع: النسب المثلثية ودائرة الوحدة
السؤال 12من وحدات سابقةاحسب .
قوس جيب التمام لا يلغي أثر جيب التمام خارج : فقيمته تقع دائمًا في هذه الفترة، و لا تقع فيها.جيب تمامها صحيح، لكنها لا تنتمي إلى ، مدى قوس جيب التمام؛ أما القيمة الرئيسية التي يمكن أن تكون سالبة فهي قيمة قوس الجيب أو قوس الظل.هذه الزاوية المرجعية، وجيب تمامها لا .جيب تمام هو ، وقوس جيب التمام يعيد الزاوية الوحيدة في التي لها جيب التمام هذا، وهي .راجِع: الدوال المثلثية العكسية
السؤال 13من وحدات سابقةاحسب جيب تمام الزاوية التي يصنعها المتجهان و.
الإجابة الصحيحة:
الجداء السلمي هو ، ونظيم كل من المتجهين ؛ وجيب التمام هو . ومن يحصل على فقد نسي القسمة على النظيمين، ومن يحصل على فقد قسم على أحدهما فقط.
جارٍ تحميل المحتوى…