Saturday, March 28, 2009

مبرهنة فيثاغورس

مبرهنة فيثاغورس


الصيغة الهندسية لمبرهنة فيثاغورس
مبرهنة فيثاغورس هي مبرهنة في الهندسة الإقليدية، تقول أنه في أي مثلث قائم الزاوية يكون مجموع مربعي طولي الضلعين المحاذيين للزاوية القائمة يساوي مربع طول الوتر. سميت هذه المبرهنة على العالم فيثاغورس الذي كان رياضيا، و فيلسوفا، و عالم فلك في اليونان القديمة.
//
المبرهنة
مبرهنة فيثاغورس المباشرة
وهي الشكل الأكثر شهرة لمبرهنة فيثاغورس:
« في مثلث قائم الزاوية، مربع طول الوتر يساوي مجموع مربعي طولي الضلعين المحاذيين للزاوية القائمة. »

في مثلث ABC قائم الزاوية في C، أي أن [AB] هو الوتر، نضع AB=c و AC=b و BC=a. لدينا:


مثلوث ثلاثة أعداد صحيحة تمثل أطوال أضلاع مثلث قائم الزاوية، مثل (5 ،4 ،3)، يسمى مثلوث فيثاغورس.

مبرهنة فيثاغورس العكسية
نص مبرهنة فيثاغورس العكسية (العبارة 47 من الجزء الأول من كتاب العناصر لإقليدس):
« في مثلث، إذا كان مربع طول أطول ضلع يساوي مجموع مربعي طولي الضلعين الآخرين، فإن هذا المثلث قائم الزاوية. الزاوية القائمة هي الزاوية المقابلة لأطول ضلع، و الضلع الأطول هو الوتر. »
مبرهنة فيثاغورس هي خاصية مميزة للمثلث القائم الزاوية.
بتعبير آخر:
« في مثلث ABC، إذا كان AC²+BC²=AB² فإن هذا المثلث قائم الزاوية في C .»
تاريخ المبرهنة
عرفت خاصية فيثاغورس في العصور القديمة، والدلائل على ذلك ما زالت موجودة إلى الآن. يكفي مثلا أن نلاحظ الحبل ذا ثلاث عشرة عقدة الذي كان المسّاحون المصريون يستعملونه والذي نجد له صورا في عدة تصاوير للأعمال الزراعية. يسمح هذا الحبل، علاوة على قياس المسافات، بإنشاء زوايا قائمة دون الحاجة إلى الكوس، إذ تسمح العقد الثلاث عشرة (والمسافات الاثنتي عشرة الفاصلة بين العقد) من إنشاء مثلث أبعاده (5 ،4 ،3)، مثلث يتضح أنه قائم الزاوية. ظل هذا الحبل أداة هندسية طيلةالعصور الوسطى.
أقدم تمثيل لمثلوثات فيثاغورس (مثلث قائم الزاوية وأطوال أضلاعه أعداد صحيحة طبيعية) نجده في الميغاليثات (2500 سنة قبل الميلاد). كما أظهرت آثار البابليين (لوحة Plimpton، حوالي سنة 1800 قبل الميلاد) أنه قبل ظهور فيثاغورس بأكثر من 1000 سنة، عرف المهندسون وجود مثلوثات فيثاغورس.
لكن بين اكتشاف الخاصية «نلاحظ أن بعض المثلثات القائمة الزاوية تحقق هذه الخاصية»، تعميمها «يبدو أن كل المثلثات القائمة الزاوية تحقق هذه الخاصية» وإثباتها «كل المثلثات القائمة الزاوية (فقط) في المستوى الإقليدي تحقق هذه الخاصية» عدة أجيال.


برهان بصري لمثلث أطوال أضلاعه (3، 4، 5) في كتاب Chou Pei Suan Ching (القرن الثاني-القرن الخامس قبل الميلاد)
ندرة الدلائل التاريخية تجعلنا غير قادرين على نسب المبرهنة إلى فيثاغورس بشكل قاطع، مع أننا على يقين بأنه صاحبها. أول برهان مكتوب نجده في كتاب العناصر لإقليدس بالصيغة التالية:
« في المثلثات القائمة الزاوية، مربع طول الضلع المقابل للزاوية القائمة يساوي مجموع مربعي طولي الضلعين الآخرين. »
مع صيغتها العكسية: « إذا كان مربع طول ضلع في مثلث يساوي مجموع مربعي طولي الضلعين الآخرين، فإن الزاوية المحصورة بين هذين الضلعين قائمة. »
و مع ذلك، فتعليقات Proclus على كتاب العناصر لإقليدس (حوالي 400 سنة بعد الميلاد) تشير إلى أن إقليدس لم يقم سوى بإعادة تدوين برهان قديم نسبه Proclus إلى فيثاغورس.
إذن، يمكننا أن نؤرخ البرهان على هذه الخاصية ما بين القرن الثالث والقرن السادس قبل الميلاد. يحكى أنه في تلك الفترة اكتشفت الأعداد اللاجذرية. بالفعل، يمكن بسهولة إنشاء مثلث قائم الزاوية و متساوي الساقين طول أحدهما 1، فيكون مربع طول الوتر هو 2. برهان بسيط أيام فيثاغورس يثبت أن العدد 2 ليس مربعا لعدد جذري. يقال أن هذا الإكتشاف تم إبقاؤه سرا من طرف المدرسة الفيثاغورسية تحت تهديد بالقتل.
إلى جانب هذه الإكتشافات، يبدو أن هذه المبرهنة عرفت في الصين أيضا. نجد إشارة إلى وجود هذه المبرهنة في واحد من أقدم المؤلفات الصينية في الرياضيات، كتاب Zhoubi suanjing. هذا المؤلف، كتب على الأغلب في Han Dynasty (أعظم الفترات في تاريخ الصين)، (206 قبل الميلاد، 220 سنة بعد الميلاد) يضم التقنيات المستعملة في فترة Zhou Dynasty. (القرن العاشر قبل الميلاد، 256 قبل الميلاد). نجد برهان هذه الخاصية، التي تحمل في الصين اسم مبرهنة جوجو Gougu (القاعدة والإرتفاع)، في كتاب Jiuzhang suanshu (الفصول التسعة في فن الرياضيات، 100 سنة قبل الميلاد، 50 سنة بعده)، برهان مختلف كليا عن برهان إقليدس.
كما نجد في الهند برهانا عدديا للخاصية يعود إلى القرن الثالث قبل الميلاد (برهان بإستعمال أعداد خاصة، لكن يمكن تعميمه بسهولة).
رغم أنها خاصية هندسية، إلا أنها أخذت منحى حسابيا عند البحث عن جميع مثلوثات أعداد صحيحة طبيعية تمثل أطوال أضلاع مثلث قائم الزاوية: أي مثلوثات فيثاغورس. هذا البحث فتح الباب لبحث آخر: البحث عن المثلوثات التي تحقق an + bn = cn، بحث قاد إلى مظنونة فيرما التي تم حلها سنة 1994 على يد الرياضي Andrew Wiles.
توجد في الحقيقة العديد من البراهين على هذه الخاصية، مثل برهان إقليدس، و برهان الصينيين، مرورا ببرهان الهنود، و برهان دا فينشي و حتى برهان الرئيس الأمريكي James Abram Garfield. كما لا يفوتنا ذكر الكاشي الذي عمم هذه المبرهنة على كل المثلثات: مبرهنة الكاشي.
براهين
بلا شك، هذه المبرهنة لديها أكبر عدد معروف من الإثباتات (كما هو الحال بالنسبة لخاصية Quadratic reciprocity). ها هي بعض منها:
برهان إقليدس

قبل البرهنة على خاصية فيثاغورس، يجب إثبات عبارتين. العبارة الأولى التي يجب إثباتها (العبارة 35 من الجزء الأول من كتاب العناصر) هي تساوي مساحتي متوازيي أضلاع لهما نفس القاعدة و نفس الإرتفاع:
« متوازيات الأضلاع التي لها قاعدة مشتركة، و محصورة بين نفس المستقيمين المتوازيين، لها نفس المساحة. »
لنعتبر متوازيي الأضلاع ABCD و BCFE، لديهما قاعدة مشتركة [BC]، و محصوران بين المتوازيين (BC) و (AF)، لاحظ أن AD=BC (لأنهما قاعدتا متوازي الأضلاع ABCD)، و BC=EF (لأنهما قاعدتا متوازي الأضلاع BCFE)، و بالتالي AD=EF.
توجد ثلاثة حالات فقط (مبينة في الشكل جانبه) لموضع النقطة E بالنسبة إلى D : يمكن أن توجد E على يسار D، منطبقة على D أو على يمين D. سندرس كل حالة:
1. إذا كانت E على يسار D فإن [ED] مشتركة بين كل من [AD] و [EF]، و منه نستطيع التحقق من أن المسافتين AD و EF متساويتين. لاحظ أن الضلعين [AB] و [DC] متقايسان (لأنهما قاعدتان متقابلتان في متوازي الأضلاع ABCD)، و النقط D، E، A و F مستقيمية، الزاويتان و متقايستان. كنتيجة لهذا فالمثلثان BAE و CDF متقايسان، لأن لهما ضلعان متقايسان و الزاويتان المحصورتان متقايستان. إذن، متوازيي الأضلاع ABCD و CBEF ليسا سوى ترتيبين مختلفين من شبه المنحرف BEDC و المثلث BAE (أو CDF).
2. إذا كانت E منطبقة على D، سنجد بطريقة مشابهة أن المثلثين BAE و CDF متقايسان، و أنه من الممكن الحصول على متوازيي الأضلاع ABCD و BCFE بإضافة المثلث BAE (أو CDF) إلى المثلث المشترك BCD.
3. إذا كانت E على يمين D، لدينا AD=EF، و بإضافة DE لكل منهما نجد أن AE=DF. و بطريقة مشابهة لتلك التي إستعملناها في 1 و 2، يمكن أن نبين أن المثلثين BAE و CDF، و أيضا شبهي المنحرف BADG و CGEF، متقايسان. إذن من الواضح أنه يمكن الحصول على متوازيي الأضلاع ABCD و CBEF عن طريق إضافة المثلث المشترك BCG إلى شبه المنحرف BADG (أو CGEF).
استبدال متوازي أضلاع بمتوازي أضلاع آخر له نفس القاعدة و الإرتفاع يعرف في الرياضيات بإسم القص. هذا الأخير مهم جدا في إثبات العبارة التالية:

« إذا كان لمتوازي أضلاع و لمثلث نفس القاعدة، و محصورين بين مستقيمين متوازيين، فإن مساحة متوازي الأضلاع هي ضعف مساحة المثلث. »
لنعتبر متوازي أضلاع ABCD، و لتكن E نقطة من نصف المستقيم (AD] و لا تنتمي إلى القطعة [AD]. نريد إثبات أن مساحة ABCD هي ضعف مساحة BEC. بعد رسم القطر [AC]، نلاحظ أن مساحة ABCD هي ضعف مساحة ABC. و لدينا مساحة ABC تساوي مساحة BEC (لأن لهم نفس القاعدة). إذن ضعف مساحة BEC هي ضعف مساحة ABC، أي ABCD. . و منه مساحة ABCD هي ضعف مساحة BEC المثلث.

نستطيع الآن متابعة البرهان:
نعتبر مثلثا ABC قائم الزاوية في A. لتكن ABFG ،ACIH و BCED مربعات الأضلاع AB ،AC و BC على التوالي. لتكن J نقطة تقاطع (BC) و (AK). نريد إثبات أن مساحة BCED تساوي مجموع مساحتي ABFG و ACIH. يمكننا هذا عن طريق إثبات أن مساحة المربع ABFG تساوي مساحة المستطيل BJKD، و أن مساحة المربع ACIH تساوي مساحة المستطيل CEKJ.
لإثبات المتساوية الأولى، يمكن أن نلاحظ أن المسافتين FB و BC تساويان AB و BD على التوالي. لأن الزاويتان و متقايستان، و الزاويتان (لاحظ أن ) و (لاحظ أن ) متقايستان. كنتيجة، لدينا المثلثان FBC و ABD متقايسان. لاحظ أيضا أنه حسب العبارة XLI، مساحة المربع ABFG هي ضعف مساحة المثلث FBC و أن مساحة المستطيل BJKD هي ضعف مساحة المثلث ABD. بما أن المثلثين ABD و FBC متقايسان، فإن مساحة ABFG تساوي مساحة BJKD.
نحصل على المتساوية الثانية بطريقة مشابهة: بملاحظة أن IC و CB يساويان AC و CE على التوالي، و أن الزاوية تقايس الزاوية ، نحصل على أن المثلثين ICB و ACE متقايسان. و علما أن مساحة المربع ACIH هي ضعف مساحة المثلث ICB و أن مساحة المستطيل CEKJ هي ضعف مساحة ACE، و بما أن المثلثين ICB و ACE متقايسان، فإن مساحة ACIH تساوي مساحة CEKJ.
و بالتالي، مساحة BCED تساوي مساحة مجموع مساحتي BJKD و CEKJ، أي مجموع مساحتي ABFG و ACIH.
و تكون مبرهنة فيثاغورس حالة خاصة لمبرهنة كليرو.
برهان جوجو


لغز جوجو
تمت إعادة صياغة مبرهنة جوجو Gougu إنطلاقا من تعليقات و ملاحظات الرياضي الصيني Liu Hui (القرن الثالث بعد الميلاد) على كتاب « الفصول التسعة في فن الرياضيات » (206 قبل الميلاد، 220 بعده) و على كتاب Zhoubi Suanjian « ظل الدوائر، كتاب في Calculus » (كتاب في علم الفلك).
هذا البرهان يعتمد على مبدأ لعبة اللغز Puzzle: مساحتان متساويتان بعد تقطيع و تركيب. يذكر أن إقليدس استعمل نفس المبدأ (القص) تقريبا.
في الشكل جانبه، المثلث القائم الزاوية مرسوم بلون غامق، مربع أطول ضلع من ضلعي الزاوية القائمة رسم خارج المثلث، بينما نقوم بالعكس بالنسبة للضلعين الآخرين.
المثلث الأحمر يقايس المثلث البدئي. طول أطول ضلع من ضلعي الزاوية القائمة في المثلث الأصفر يساوي طول أصغر ضلع في المثلث البدئي، و زوايا هذين المثلثين متقايسة. طول أطول ضلع من ضلعي الزاوية القائمة في المثلث الأزرق يساوي فرق طولي ضلعي الزاوية القائمة للمثلث البدئي و زواياهما متقايسة أيضا.
برهان حديث

لنعتبر مثلثا قائم الزاوية حيث قياسات أضلاعه هي b ،a و c. نقوم بنسخ المثلث ثلاث مرات بحيث يشكل كل ضلع طوله a مستقيما مع ضلع طوله b لمثلث آخر. نحصل في الأخير على مربع طول ضلعه a+b، كما في الصورة.
لنحسب مساحة المربع المحدد بالأضلاع ذات الطول c. بالطبع المساحة هي c²، و تساوي أيضا فرق مساحة المربع الكبير ذو الضلع a+b و مجموع مساحات المثلثات الأربع. مساحة المربع الكبير هي ²(a+b) لأن طول ضلعه هو a+b. و مجموع مساحات المثلثات هي أربع مرات مساحة مثلث واحد، أي 4(ab/2)، إذن الفرق هو (a+b)²-4(ab/2) بالتبسيط a²+b²+2ab-2ab أي a²+b². بهذا نكون قد برهنا على أن مساحة المربع ذو الضلع c تساوي a²+b²، أي a²+b²=c².
توجد طرق عديدة أخرى لإثبات مبرهنة فيثاغورس، حتى الرئيس الأمريكي الواحد و العشرون جيمس جارفيلد James Garfield برهن، بطريقة قريبة من الطريقة السابقة، على مبرهنة فيثاغورس.
تعميم على أشكال هندسية أخرى غير المربعات


مبرهنة الهلالين

عمم إقليدس مبرهنة فيثاغورس في كتابه العناصر (العبارة 31، الجزء VI من كتاب العناصر):
« في المثلثات القائمة الزاوية، مساحة شكل مرسوم على الوتر، يساوي مجموع مساحتي الشكلين المشابهين له المرسومين على ضلعي الزاوية القائمة. »
بتعبير آخر:
« إذا أنشأنا أشكالا متشابهة على أضلاع مثلث قائم الزاوية، فإن مساحتي الشكلين الصغيرين تساوي مساحة الشكل الكبير. »
هذه الخاصية تسمح لنا بالبرهنة على أن مساحة مثلث تساوي مجموع مساحتي الهلالين المرسومين على ضلعي الزاوية القائمة: مبرهنة الهلالين.
استعمالاتها
تسمح مبرهنة فيثاغورس بحساب المسافة بين نقطتين في معلم متعامد بدلالة إحداثياتهما الديكارتية، إذا كانت A(xa,ya) و B(xb,yb) نقطتان من المستوي الإقليدي، فإن المسافة بينهما هي:
إذا كانت (xb,ya) إحداثيتا نقطة C في نفس المعلم، فإن المثلث ACB قائم الزاوية في C. المسافتان CA و CB معلومتان:
CA = xb − xa
CB = yb − ya
بينما تمثل المسافة AB طول وتر المثلث ACB.
بشكل عام، في فضاء إقليدي (أو فضاء تآلفي إقليدي)، المسافة من إلى تساوي:
يمكن أن نعتبر مبرهنة Parseval تعميما لمبرهنة فيثاغورس في فضاء الجداء الداخلي.
تعمم مبرهنة فيثاغورس على التبسيطات ذات الأبعاد الكبيرة. إذا كان لرباعي أوجه ركن قائم (ركن من مكعب)، فإن مربع مساحة الوجه المقابل للركن، يساوي مجموع مربعات مساحات الأوجه الثلاثة الأخرى. تعرف هذه المبرهنة أيضا بإسم مبرهنة

تعرف على الرياضيات الهندسية (2)

متوازي أضلاع



متوازي الأضلاع هو شكل رباعي الأضلاع فيه كل ضلعين متقابلين متوازيان. حيث يكون فيه كل ضلعين متوازيين متساويين بالطول و كل زاويتين متقابلتين متساويتين، وقطراه ينصفان بعضهما.
خصائص
تعطى مساحة متوازي الأضلاع بالعلاقة A = BH حيث B هو طول القاعدة، A طول الارتفاع.
مساحة متوازي الأضلاع تساوي ضعف مساحة المثلث المشكل بضلعين ووتر.
يكون كل قطر متوازي الأضلاع منصف للقطر الآخر.
كل ضلعين متقابلين متساويان.
كل زاويتين متقابلتين متساويتان.





زاوية قائمة


في الهندسة الرياضية وعلم المثلثات، الزاوية القائمة هي زاوية قياسها 90 درجة. وتعادل ربع دورة (زاوية قوس ربع دائرة).
عند وجود زاوية قائمة في أي مثلث، يدعى هذا المثلث بالمثلث القائم.
وحدات قياس الزاوية القائمة
من الممكن التعبير عن الزاوية القائمة بعدة واحدات:
90°
π/2 راديان
100 غراد
∞% درجة على مقياس الظل
100% درجة على مقياس الجيب.
أمثلة
الحرف L يكون زاوية قائمة واحدة بين الخط العمودي والخط الأفقي للحرف، والحرف T يكون زاويتيين قائمتين بين الخط الأفقي والخط العمودي للحرف.
زوايا المربع والمستطيل الأربعة هي زوايا قائمة.
جدران الغرفة تشكل زاوية قائمة مع أرضية الغرفة، أي أن أي جسمين يشكلان زاوية قائمة فيما بينهما يكونان جسمين متعامدين.



الكرة




الكرة سطح هندسي ثنائي تام التناظر، ينتج عن دوران دائرة حول أحد أقطارها. في الهندسة الإقليدية ثلاثية الأبعاد تعرف الكرة على أنها المحل الهندسي لمجموعة النقاط التي تبعد البعد نفسه وليكن r من نقطة معينة في الفضاء حيث r رقم موجب (ليس بالضرورة صحيح دائما)ويسمى نصف القطر. تسمى النقطة المعينة بمركز الكرة. كرة الوحدة هي الكرة التي يكون نصف قطرها = 1.
معادلات
في الهندسة التحليلية أي كرة بمركز (x0, y0, z0) ونصف قطر r تعرف على أنها جميع النقاط (x, y, z) التي تحقق المعادلة التالية:
هذه النقاط يمكن تمثيلها من خلال المعادلات القطبية التالية:
أي كرة ذات أي قيمة لنصف قطرها ومركزها في نقطة الأصل تأخذ المعادلة التفاضلية التالية:
تبين هذه المعادلة أن متجه السرعة ومتجه الموقع لأي نقطة تتحرك على سطح الكرة دائما ما يكونا متعامدين.
المساحة السطحية لكرة ذات نصف قطر r هي:
وحجمها هو:
التعميم للأبعاد الأخرى - طوبولوجيا
الكرة-0 هي زوج من النقاط تحدد قطعة مستقيمة طولها 2r
الكرة-1، هي دائرة نصف قطرها r
الكرة-2 هي الكرة الإعتيادية في الفضاء الثلاثي الأبعاد
الكرة-3 هي كرة في الفضاء الرباعي الأبعاد.

المربع


في الهندسة الرياضية، المربع هو مضلع منتظم يتكون من المساحة المحصورة بين أربع أضلاع متساوية في الطول ومتعامدة تشكل أربع زوايا قائمة كما يمكن تشكيل المربع عن طريق جمع مثلثين قائمي الزاوية ومتساويا الساقين عند الوتر.
وللمربع أهمية كبيرة في عموم المفاهيم الهندسية وعليه يبنى تعريف المساحة لمختلف الوحدات المربعة.
علاقته مع الأشكال الأخرى
المربع هو مستطيل به كل ضلعان متجاوران متساويان أو هو معين زواياه قائمة.
خصائص المربع
جميع اضلاعه متساوية.
الاقطار متساوية، تنصف بعضها البعض.
القطران متعامدان.
جميع زواياه قائمة.
يعطى محيط المربع بالعلاقة: الضلع × 4
تعطى مساحة المربع بالعلاقة: طول الضلع × طول الضلع



المضلع


مضلعات
المضلع هو خط بسيط مغلق يتكون من اتحاد عدة قطع مستقيمة. وهو شكل هندسي يقع في المستوي.
ضلع المضلع، هي كل قطعة مستقيمة من محيط المضلع.
زوايا المضلع، هي الزوايا المحصورة بين أضلاع المضلع.



القطعة المستقيمة


التعريف الهندسي للقطعة المستقيمة
في الهندسة الرياضية،القطعة المستقيمة (Line segment) تُعرف على أنها جزء من الخط المستقيم محددة بنقطتين تسميان نقطتي النهاية (end points) وتضم جميع النقاط الواقعة على المستقيم بين هاتين النقطتين.
عندما نقطتي النهاية يحددوا خط منحنى (Curve)،القطعة المستقيمة التي تمر بهما تسمى وتر (Chord).
عندما نقطتي النهاية ينتمون إلى مضلع،كل قطعة مستقيمة تسمى ضلع إذا تلك النقط هم متجاورتين، وإلا فيسمى قطر (Diagonal).
من الأمثلة على القطع المستقيمة تتضمن أضلاع المستطيل أو المربع.
خصائص
القطعة المستقيمة هي مجموعة غير خالية متصلة.

تعرف على الرياضيات الهندسية (1)

المستطيل.........



المستطيل في الهندسة الرياضية هو شكل ثنائي الأبعاد، وهو رباعي أضلاع بحيث تكون زواياه الأربعة قائمة. ينبع من هذا أنّ للمستطيل زوجين من الضلعين المتقابلين والمتساويين؛ أي أنّ المستطيل هو حالة خاصة من متوازي أضلاع تكون جميع الزوايا به قائمة. كما ويعتبر المربع حالة خاصة من المستطيل تكون فيها أطوال الأضلاع الأربعة متساوية.
تعريف وخواص
عمومًا ما يطلق على الضلع الأطول في المستطيل أسم الطول، وعلى الضلع الأقصر أسم العرض. وتكون مساحة المستطيل حاصل ضرب طوله وعرضه.
في المستطيل تكون جميع الزوايا قائمة، وكل ضلعين متقابلين متوازيين ومتساويين. لأنّه نوع خاص من متوازي أضلاع، فإنّ أقطار المستطيل متساوية الطول وتنصّف بعضها البعض. بعكس المربع والمعين فإنّ أقطار المستطيل غير متعامدة ولا تنصف زواياه.
لأنّ زوايا المستطيل قائمة، بالإمكان إيجاد طول قطره، من عرضه، وطوله، بواسطة قانون فيثاغورس:




في حساب التكامل، قد يستخدم المستطيل أيضًا في حساب تكامل ريمان التقريبي لتكامل دالّة، بواسطة تحويل المساحة الموجودة تحت الرسم البياني للدالة إلى سلسلة من المستطيلات ذات عرض صغير، Δx، وطول يساوي معدّل قيمة الدالة في الجوار Δx.







التوازي

المستقيمان a و b هما مستقيمان متوازيان
في الهندسة الرياضية، يعبر التوازي عن علاقة ثنائية بين كائنين هندسيين مثل خطين مستقيمين أو مستويين، و تشترط هذه العلاقة استحالة التقاء هذين الكائنين في جميع نقاط الفضاء. يرمز لعملية التوازي بخطين عموديين متوازيين بالشكلABCDEF






الدوال المثلثية




في الرياضيات، تعتبر التوابع مثلثية أو الدوال المثلثية دوال لزاوية هندسية، و هي دوال مهمة عندما نريد دراسة مثلث أوعرض ظواهرِ دورية. يمكن تعريف هذه الدوال كنسبة لأضلاع مثلث قائم الذي يَحتوي تلك الزاويةَ أَو بشكل أكثر عمومية كإحداثيات على دائرة مثلثية أو دائرة واحدية (unit circle) .
الدوال المثلثية هي دوال ترتبط بالزاوية، وهي مهمة في دراسة المثلثات وتمثيل الظواهر المتكررة (كالموجات). ويمكن تعريف الدوال المثلثية على أنهم نسب بين ضلعين في مثلث قائم فيه الزاوية المعنية، أو ، وبشكل أوسع. كنسبة بين إحداثيات نقاط على دائرة الوحدة، ويعتبر دوما عند الإشارة إلى المثلثات أن الحديث يدور حول مثلث في سطح مستوي (مستوى إحداثي أو إقليدي) ، وذلك ليكون مجموع الزوايا 180 درجة دائما. وهناك ثلاثة دوال مثلثية أساسية هي:
• جا(sin) الجيب ، ويساوي النسبة بين الضلع المقابل للزاوية مقسوما على الوتر.
• جتا(cos) جيب التمام ، ويساوي النسبة بين الضلع المجاور للزاوية مقسوما على الوتر.
• ظا(tan=sin/cos) الظل ، ويساوي النسبية بين الضلع المقابل للزاوية والضلع المجاور لها.
• ظل التمام(cotan) ، ويساوي النسبية بين الضلع المجاور للزاوية والضلع المقابل لها.
تمثيل مبياني لدالة جيب التمام

في الدائرة المثلثية
يعتبر جيب تمام راوية في الدائرة المثلثية هو الاسقاط العمودي على محور الافاصيل.
وهو دالة زوجية حيث ان
Cos(-x)=Cos(x)






خط مستقيم


ثلاث خطوط مستقيمة في المستوي الديكارتي
من الممكن وصف المستقيم على أنه خط مستقيم له طول لانهائي و عرض يتناهي للصفر يحتوي عدد لا نهائي من النقاط. في الهندسة الإقليدية يوجد مستقيم وحيد يمر من نقطتين متمايزتين، ويعطي المستقيم أقصر مسافة بين أي نقطتين. المستقيم يمتد إلى ما لا نهاية من جهتيه. من الممكن لمستقيمين في المستوي أن يكونا متوازيين، أو متقاطعين عند نقطة واحدة. في الفراغ من الممكن لمستقيمين أيضاً أن يكونا متخالفين، أي أنهما لا يجتمعان أبداً ولكن أيضاً لا يقعان في مستوي واحد








الدائرة


رسم توضيحي للدائرة يوضح القطر، نصف القطر، الوتر، قوس منها، والمحيط
الدائرة هي شكل هندسي بسيط يتكون من عدة نقاط تتباعد نفس المسافة من مركز الدائرة ، وإذا تم الوصل يسمى بخط نصف القطر ، فالدائرة قطاع مخروطي ينتج من قطع مخروط بمستو مواز لقاعدته, وهي المحل الهندسي لنقطة تتحرك بحيث تظل المسافة بينها وبين نقطة ثابتة أخرى (تسمى بالمركز)ثابتة.وهي مجموعة من النقاط تبعد بعدًا ثابتًا ( نصف القطر )عن نقطة ثابته ( المركز ).
قطر الدائرة هو الخط المار في مركز الدائرة ويصل بين نقطتين متقابلتين على محيط الدائرة, وقطر الدائرة (ق) يساوي 2* نق و (نق) هو نصف قطر الدائرة.
وتر الدائرة:هو الخط الذي يصل بين نقطتيين تقعان على محيط الدائرة وليس بالضرورة أن تمر في المركز، فكل قطر وتر ولكن ليس كل وتر قطر
الرقم الثابت (ط Pi)ويساوي 22/7 ويساوي 3,14159.
محيط الدائرة: هي طول المسافة حول محيط الدائرة وتساوي حاصل ضرب فطر الدائرة في النسبة الثابتة, أي ( ق*ط).
مساحة الدائرة: هي مساحة المنطقة المحصورة ضمن محيط الدائرة وتساوي حاصل ضرب نصف قطر الدائرة مضروب في نفسه مضروب في النسبة الثابتة, أي (نق*نق*ط).
قطر الدائرة


قطر الدائرة



القُطْر هو في الدائرة أو في الكرة أو في الإهليلج، القطعة المستقيمة الواصلة بين نقطتين على الدائرة (أو الكرة أو الإهليلج) والمارة بالمركز، وهو بذلك الوتر المار بالمركز.
وتر الدائرة


وتر الدائرة هو القطعة المستقيمة الواصلة بين نقطتين على الدائرة. وأطول وتر في الدائرة هو قطرها.




نقطة
في الهندسة الرياضية، النقطة الفراغية (بالإنجليزية: spatial point) عبارة عن كائن رياضي عديم الأبعاد و المساحة و الحجم يمثل مفهوما أساسيا في الهندسة الرياضية و العديد من فروع الرياضيات و الفيزياء و الرسوميات الشعاعية vector graphics (ثنائية و ثلاثية الأبعاد). تتميز النقطة بأنها تملك موقعا في الفراغ لكن بدون حجم و مساحة و لا أبعاد فهي تمثل معلومات عن الموقع فقط دون أي خواص رياضية أخرى .
في الرياضيات خاصة في الطوبولوجيا ، يعتبر الفضاء عبارة عن مجموعة ضخمة من النقاط .
النقاط في الهندسة الإقليدية


مجموعة من النقاط في الفضاء الإقليدي
النقطة في الهندسة الإقليدية لا تملك أي قياسات ، توجه و لا أي ميزة سوى تحديد الموقع . بدهيات إقليدس أو افتراضاته تؤكد في العديد من الحالات على وجود النقاط : فمثلا تؤكد بديهيات إقليدس أنه إذا كان مستقيمين غير متوازيين فهما حتما يشتركان بنقطة واحدة .
يرمز للنقطة في الفضاء الإقليدي الثنائي الأبعاد بثنائية مرتبة (x,y) من الأعداد، حيث يكون العدد الأول يمثل الإحداثيات الأفقية يرمز له عادة بـ x، والعدد الثاني الإحداثيات الشاقولية ويرمز له بـ y. وتعمم هذه الفكرة إلى الفضاء الثلاثي الأبعاد بالثلاثية المرتبة (x,y,z).

Friday, March 27, 2009

مساحات و حجوم


الهرم القائم

تمهيد : لا بد وأنك تعرف أهرام مصر ، فهي إحدى عجائب الدنيا السبع ، ولا بد أنك تعرف شكلها الهندسي ومما تتكون فهو عبارة عن قاعدة مربعة الشكل وأوجهه مثلثات متساوية الساقين ، ولو أردنا تعريف الهرم القائم ، لقلنا إنه عبارة عن شكل له قاعدة منتظمة وله أوجه جانبية عبارة عن مثلثات متساوية الساقين عددها عدد أضلاع القاعدة وتلتقي رؤوسها في نقطة واحدة هي رأس الهرم ، يسمى ارتفاع المثلث المتساوي الساقين بالارتفاع الجانبي للهرم أما ارتفاع الهرم فهو الخط العمودي النازل من رأسه على قاعدته . ولتوضيح صورة الهرم لديك انظر الأشكال التالية :




وهناك هرم ثلاثي وسداسي والذي يحدد نوع الهرم هو عدد أضلاع قاعدته .
وسوف نبحث معاً في إيجاد مساحة سطح الهرم الخارجية وكذلك حجم الهرم القائم ؟
أولاً : مساحة سطح الهرم الخارجية :
لاحظ أن المساحة الجانبية للهرم عبارة عن مثلثات أي أن المساحة الجانبية للهرم = عدد المثلثات × مساحة المثلث
حيث أن عدد المثلثات هو نفسه عدد أضلاع القاعدة .
أي أنّ : المساحة الجانبية للهرم = مجموع مساحة المثلثات التي هي أوجه الهرم
لكن قواعد هذه المثلثات ليست سوى أضلاع قاعدته .
× محيط قاعدة الهرم × الارتفاع الجانبي للهرم .
=
أمثلة :
1.هرم رباعي قائم مساحة أحد أوجهه 20 سم2 ، فما مساحته الجانبية ؟
الحل :
الأوجه هنا 4 مثلثات متطابقة ، وبما أن مساحة الواحدة منها = 20 سم2 إذن :
مساحة الهرم الجانبية = مساحة أحد الأوجه × عدد الأوجه
= 20 × 4 = 80 سم2 .

2. هرم خماسي طول ضلع قاعدته 3 سم وارتفاعه الجانبي 6 سم احسب مساحة سطحه الخارجية ؟
محيط القاعدة × الارتفاع
الحل : مساحة سطح الهرم الخارجية =
( 5 × 3 ) × 6
=
= 15 × 3 = 45 سم2 .

3. هرم سداسي ارتفاعه الجانبي 16 سم ، وطول قاعدته 14 سم . أوجد مساحته الجانبية
× ( محيط القاعدة ) × الارتفاع الجانبي
الحل: المساحة الجانبية للهرم =
× ( 6 × 14 ) × 16
=
= 3 × 14 × 16 = 672 سم2 .




الاسطوانة الدائرية القائمة

تمهيد :سؤال : ماذا نسمي كل من هذه الأشكال ؟؟

إن جميع الأشكال السابقة تتكون من قاعدتين دائريتين متقابلتين متطابقتين ومستطيل يصل بين الدائرتين وتكون الشبكة على الشكل التالي :
ويسمى هذا الشكل بالأسطوانة الدائرية القائمة .

والآن قد عرفت ما هي الأسطوانة الدائرية القائمة سوف نبحث ( في إيجاد مساحة سطحها الخارجي ومن ثم إيجاد حجمها ) .
أولاً : مساحة سطح الأسطوانة :
لكي نتمكن من حساب مساحة سطح الأسطوانة الخارجي ، نأخذ أسطوانة من الورق الرقيق على شكل أسطوانة دائرية قائمة كما في الشكل المجاور .
قص السطح الجانبي للأسطوانة على طول الخط أ ب ، ماذا تلاحظ ؟ سوف يكون عندك الشكل التالي :

الشكل الناتج بعد القص هو عبارة عن مستطيل و دائرتين متقابلتين متطابقتين حيث يمثل المستطيل المساحة الجانبية للأسطوانة وتمثل الدائرتان مساحة القاعدتين .والمستطيل الناتج يكون أحد أبعاده ارتفاع الأسطوانة والبعد الآخر هو محيط قاعدة الأسطوانة .


تمهيد : ذهب علي مع عائلته إلى حديقة الألعاب ، وعندما رأى علي بائع البوشار طلب منه أبوه أن يذهب ويشتري من بائع البوشار ، فأخذ من أبيه ( 100 فلس ) وذهب إلى بائع البوشار ليشتري منه ، وعندما ذهب علي إلى البائع ، وطلب منه أن يعطيه البوشار ، وضع له البائع البوشار في لفافة ورقية على الشكل التالي .
ما اسم هذا الشكل ؟ وما هو مكوناته ؟
إن هذا الشكل يدعى بالمخروط الدائري القائم . وللتعرف على مكوناته دعنا نقوم بالنشاط التالي :
1. أحضر قطعة من الورق على شكل دائرة .
2. اقتطع من تلك الورقة قطاع دائري كما في الشكل .
3. لف القطاع حتى ينطبق م أ على م ب ثم ألصق م أ مع م ب .
افتح الشكل واجعل قاعدته دائرية تحصل على شكل حجمي هو المخروط .

مفاهيم ومصطلحات خاصة بالمخروط :
1. م رأس المخروط .
2. أ م راسم المخروط وطوله (ل) .
3. القوس أ ب جـ قاعدة المخروط الدائري وطوله = محيط القاعدة .
4.م د ارتفاع المخروط ويرمز له بالرمز (ع) حيث د مركز الدائـرة التي هي قاعدة المخروط


تمهيد : لا بد وأنك تعرف الكرة فالكرات الرياضية ، ككرة القدم وكرة السلة والتنس ... الخ ، وأي شكل يماثلها يسمى جسم كروي .
فالكرة : جسم محدود بسطح منحنٍ مغلق ، كل نقطة على سطحه تبعد بعداً ثابتاً من نقطة ثابتة داخل الكرة تسمى مركز الكرة . ويسمى البعد الثابت بين مركز الكرة وأي نقطة تقع على سطحها نصف قطر الكرة ، وتسمى القطعة المستقيمة التي تمر بمركز الكرة وطرفاها يقعان على سطح الكرة بقطر الكرة .وسوف نتطرق إلى إيجاد مساحة سطح الكرة الخارجي ومن ثم إيجاد حجمها .
أولاً : حساب مساحة سطح الكرة الخارجي
ولإيجاد مساحة سطح الكرة الخارجي ستقوم بالتجربة التالية :
1. خذ كرة بلاستيكية سهلة القطع .
2. اقطع الكرة إلى نصفين متطابقين .
3. أوجد نصف قطر الكرة ( بالقياس ) .
4. أحضر ورقة على شكل دائرة طول نصف قطرها يساوي طول نصف قطر الكرة .
5. اقطع الورقة التي على شكل دائرة إلى أربع أقسام .
6. ألصق القطع الأربع على سطح نصف الكرة .
7. كرر العملية حتى تتم تغطية نصف الكرة بالكامل .
سؤال : إلى كم ورقة احتجت كي تغطي نصف الكرة بالكامل .
سوف تلاحظ أنك احتجت إلى ورقتين أي أن
مساحة سطح نصف الكرة = 2 × ( مساحة الدائرة )
مساحة سطح الكرة = 4 × نق2× p
= 4 نق2 p

الجبر


الجَــبْــر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم.

ويُرمَز للأعداد المجهولة في الجبر بحروف مثل س أو ص. وفي بعض المسائل يمكن استبدال عدد واحد فقط بالرمز. وكمثال بسيط نلاحظ أنه حتى تصبح الجملة س + 3 = 8 صحيحة فيجب أن نعوّض عن س بالعدد 5 وذلك لأن 5 + 3 = 8.
أمّا في بعض المسائل الأخرى فإنه يمكن التعويض عن الرمز بعدد أو أكثر. على سبيل المثال، حتى نحقق صحة الجملة الجبرية س + ص = 12 قد نضع س تساوي 6 وص تساوي 6، أو س تساوي 4، و ص تساوي 8. في مثل هذه الجمل الجبرية، تستطيع الحصول على قيم عديدة لـ س تجعل الجمل صحيحة إذا أعطيْتَ لـ ص قيمًا مختلفة.
ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط. فعلى سبيل المثال لنفرض أن طائرة تقطع مسافة 1,710كم في أربع ساعات إذا كان الطيران في اتجاه هبوب الريح ولكنها تقطع 1,370 كم في خمس ساعات إذا كان الطيران بعكس اتجاه هبوب الريح. باستخدام الجبر نستطيع أن نجد سرعة الطائرة وسرعة الريح.
مصطلحات مستخدمة في الجبر

الأس
عدد يوضع فوق عدد أو متغير من الجهة اليسرى ليدل على عدد المرات التي يُستخدم فيها كعامل.
إشارات التجميع
الهلالان ( )، الحاصرتان { }، المعقوفان [ ]. وتستخدم في الجبر لحصر الصيغ الجبرية.
التربيعي أو من الدرجة الثانية
متغير مضروب في نفسه ¸أي مستخدم كعامل مرتين·.
ثنائي الحد
عبارة في الجبر تتكون من حدين بينهما الرمز + أو الرمز -.
الثابــــت
عدد أو متغير مجاله مجموعة مكونة من عنصر واحد.
جذور المعادلة
الأعداد التي تجعل المعادلة تقريراً صائبًا عند إحلالها محل المتغيرات في المعادلة.
الحـــد
جزء من صيغة رياضية يرتبط مع حدود أخرى باستخدام عملية الجمع أو الطرح.
الصيغة
عدد أو متغير أو أعداد ومتغيرات مرتبطة مع بعضها بعمليات مثل الجمع، الطرح، الضرب، القسمة.
العوامل
صيغتان أو أكثر مضروبة ببعضها.
القيمة المطلـقة
لعدد ما هي مقدار العدد موجبا كان أو سالبًا.
متعدد الحدود
عبارة مكونة من حدين أو أكثر.
المعادلة
جملة رياضية تعبر عن صيغتين متساويتين.
المعامل
ما يضرب به متغير أو عدد وعادة يكتب قبل المتغير.
المتغـير
رمز جبري عادة ما يكون رمزا ويمكن التعويض عنه بعدد أو أكثر.
وحيد الحد
عبارة مكونة من حاصل ضرب عدد بمتغير.

نبذة تاريخية
استخدم الصينيون والفرس والهنود الجبر قبل آلاف السنين، ومن المحتمل أيضا أن يكون البابليون قد عرفوا شيئًا من الجبر. وأول دليل على استخدام الجبر يعود للرياضي المصري أحمس الذي عاش نحو عام 1700 ق.م، أو قبل ذلك. وبعد ذلك بقرون طويلة ساهم الإغريق في تطور الجبر، حيث استخدم الرياضي الإغريقي ديوفانتوس الذي عاش في القرن الثالث الميلادي معادلات الدرجة الثانية ورموزاً لكميات غير معلومة. ولقد أطلق على ديوفانتوس لقب أبي الجبر.
لقد كان للعرب مساهمة كبيرة في تطور الجبر، حيث استخدموا الإشارات الموجبة والسالبة، وطوروا الكسور بصورة مقاربة جداً لما هي عليه الآن. فقد اخترع العرب الصفر في القرن التاسع الميلادي، ويعتبر ذلك من أعظـم التطورات في تاريخ الرياضيات. وبين عامي 813 و 833م جمع العالم الرياضي الخوارزمي الذي كان مدرساً للرياضيات في بغداد أعمال الرياضيين الهنود والعرب في مادة الجبر وطورها. وقد أخذت كلمة الجبر التي تعني التعويض بمفهوم حل المعادلات من عنوان كتاب الخوارزمي المشهور الجبر والمقابلة. وقدم الخوارزمي في هذا الكتاب حلولاً هندسية وجبرية لمسائل طرحها الإغريق، وقد قصد الخوارزمي بالجبر ¸نقل الحدود من أحد طرفي المعادلة إلى الطرف الآخر، وقصد بالمقابلة اختصار ما يمكن اختصاره بعد عملية الجبر ثم إيجاد نتيجة المعادلة·. وقد أطلق على المجهول س اسم الجذر وعلى س² اسم مال وعلى س§ اسم كعاب وعلى س4 مال المال. انظر: الخوارزمي، أبو جعفر؛ العلوم عند العرب والمسلمين (الرياضيات). وقد كتب عمر الخيام الشاعر والعالم الفلكي الفارسي الذي عاش في الفترة بين 1050 م و 1123 م كتاباً في الجبر. انظر: عمر الخيام.
وخلال العصور الوسطى كان التقدم في الجبر بطيئاً. وبدأ اهتمام الأوروبيين بالجبر في القرن السادس عشر الميلادي حين بدأ العلماء يقتنعون بأهميته. وقد ساهم بعد ذلك كثير من علماء الرياضيات في تطور الجبر.
ونتج عن اكتشاف الحاسوب تغيرات مهمة في دراسة واستخدامات الجبر؛ لأنّ بإمكان برامج الحاسوب القيام بمعظم خطوات حل المسائل الجبرية. فمثلا نستطيع استخدام هذه البرامج لحل المعادلات الخطية ومعادلات الدرجة الثانية بسهولة تامة. ونتيجة لذلك فمن المتوقع أن يتغبر أسلوب تدريس مادة الجبر؛ فبدلاً من تدريس المهارات الأساسية التي تساعد على حل المسألة الجبرية فمن الممكن التركيز على مفاهيم مادة الجبر..

الهندسة التحليلية


الهندسة التحليلية و تدعى أيضا الهندسة الأحداثية أو التنسيقية و سابقا الهندسة الديكارتية, هي فرع المعرفة الرياضية الذي تم من خلاله الربط بين فرعي الهندسة والجبر وهي طريقة
وتهتم الهندسة التحليلية بالمواضيع ذاتها التي تهتم بها الهندسة التقليدية غير أنها تتيح طرقا أيسر لبرهان
العديد من النظريات وتلعب دورا مهما في حساب المثلثات وحساب التفاضل والتكامل، و تهتم أيضا بدراسة
الخواص الهندسية للأشكال باستخدام الوسائل الجبرية عادة تستخدم جمل إحداثيات ديكارتية لوصف نقاط الفراغ
بدلالة أرقام هي الإحداثيات ثم يتم إيجاد المعادلة الجبرية التي تصف كلا من الدائرة أو
القطع الناقص أو القطع المكافيء ... .
تقوم الهندسة التحليلية على وصف الأشكال الهندسية بطريقة جبرية عددية ، و استخراج معلومات رقمية من تمثيلات هندسية . مثال الشكل الجبري للدائرة هي : (x^2-2)+(y^2-2)=0) حيث نصف قطر الدائرة هنا هو (2) و بشكل عام : (س^2-أ)+(ع^2-أ)=0 و نصف قطر الدائرة هنا هو (أ)
تستخدم الهندسة التحليلية نطاقا إحداثيا يسمى النظام الديكارتي نسبة إلى العالم الفرنسي
رينيه ديكارت ( 1596 – 1650 ) صاحب الفكرة الأساسية للربط بين الهندسة والجبر وهي تمثيل كل نقطة في المستوى ببعديها عن مستقيمين متعامدين يلتقيان في نقطة تسمى نقطة الأصل ( 0 ، 0 ). يسمي المستقيمان المتعامدان محوري الإحداثيات 0 المحور الأفقي هو المحور السيني والمحور الراسي هو المحو الصادي ويحدد موقع النقاط في المستوى بإعطائها احداثيين على خطى الأعداد.
س ، ص ويسمي س الاحداثي السيني وهو يحدد موقع النقطة بالنسبة لمحور السينات بينما يحدد ص الاحداثي
الصادي موقع النقطة بالنسبة لمحور الصادات ويكتب هذان الإحداثيان على صورة زوج مرتب (س ، ص ) .
- ترتبط كل نقطة في المستوى بزوج مرتب وحيد من الأعداد (س ، ص )وأيضا كل زوج مرتب يرتبط بنقطة واحدة وواحدة فقط في المستوى. - محوري الإحداثيات يقسمان المستوى الاحداثي إلى أربعة أرباع :
الربع الأول = ة ( س، ص) : س <> 0 ، ص <0>. , ص > 0 : س ، ص ي ح’
الربع الرابع = ة ( س ، ص : س <> 0 : س ، ص ي ح’
كذلك يمكن وصف المحور السيني والمحور الصادي كمجموعة من النقاط كالتالي :- المحور السيني = ة( س،ص) : س ي ح ، ص = 0 ’ المحور الصادي = ة (س،ص) : ص ح ، س= 0 ’

المسافة بين نقطتين في مستوى الإحدثيات :-
لتكن أ ب قطعة مستقيمة أ ( س1،ص1 ) ، ب ( س2 ، ص2 ) فان المسافة بين النقطتين ا ، ب هي
(أب)^2 =(س1-س2)^2+(ص1-ص2)^2
إحداثيا نقطة المنتصف للقطعة المستقيمة أ ب هي
[ ( س1 + س2)/2 ، (ص1 + ص2)/2 ]

ميل الخط المستقيم

تعرف : هي الزاوية المحصورة بين محور السينات الموجب و المتستقيم
الميل يساوي فرق الصادات على فرق السينات
م= (ص2-ص1)/(س2-س1):حيث أن س1 لا تساوي س2
ملاحظة : المستقيم الذي يوازي محور الصادات ليس له ميل و المستقيم الذي يوازي محور السينات ميله يساوي صفر
و الميل يساوي ظل الزاوية المحصورة بين محور السينات الموجب و المستقيم
م= ظاه

المثلث

المثلث هو أحد الاشكال الاساسية في الهندسة.و هو شكل ثنائي الأبعاد مكون من ثلاثة رؤوس تصل بينها ثلاثة اضلاع، التي هي عبارة عن قطع مستقيمة.




أنواع المثلثات
من الممكن تصنيف المثلثات تبعا لاطوال اضلاعها كما يلي:
مثلث متساوي الأضلاع: هو مثلث أضلاعه متساوية. جميع زوايا المثلث متساوي الاضلاع متساوية أيضا، وقيمتها 60 درجة.
مثلث متساوي الضلعين: هو مثلث فيه ضلعان متساويان. الزاويتان المقابلتان لهذين الضلعين تكونان متساويتان أيضا.
مثلث مختلف الأضلاع: هو مثلث أطوال أضلاعه مختلفة. زوايا هذا المثلث تكون مختلفة القيم أيضا.
.




متساوي الاضلاع
متساوي الساقين
مختلف الاضلاع
كما يمكن تصنيف المثلثات تبعا لقياس أكبر زاوية في المثلث:
مثلث قائم: له زاوية قياسها 90 درجة (زاوية قائمة)، يدعى الضلع المقابل للزاوية القائمة بالوتر، وهو أطول أضلاع هذا المثلث.
مثلث منفرج الزاوية: له زاوية قياسها أكبر من 90 درجة واصغر من 180 درجة(زاوية منفرجه)
مثلث حاد الزوايا: كل زواياه قياسها أصغر من 90 درجة (زاوية حادة).



منفرج
حاد

حقائق عن المثلثات
تشابه مثلثين
يقال عن مثلثين انهما متشابهين اذا كانت الزوايا المتقابلة من كل منهما متساوية، اي عندما ينتج احدهما عن الاخر بتكبيره او تصغيره. ان اطوال اضلاع المثلثين المتشابهين متناسبة، اي انه اذا كان طول أقصر اضلاع المثلث الاول هو ضعفا طول أقصر اضلاع المثلث الثاني، فان طول كل من الضلعين الأطول و المتوسط من المثلث الاول هو ضعفا طولي لضلعين الأطول و المتوسط من المثلث الثاني ايضا، و بالتالي فان النسبة بين طولي الضلعين الأقصر و الأطول في المثلث الاول مساوية للنسبة بين طولي الضلعين الأقصر و الأطول في المثلث الثاني.وهناك عدة حالات للتشابه منها زاوتين ويرمز للتشابه بالرمز (~) يتشابه مثلثان اذا تطابقتزواياهما المتناظرة ___ اذا تطابقت زاويتان في مثلث مع زاويتان في مثلث اخر كان المثلثان متشابهين.
نظرية فيثاغورث
واحدة من النظريات الاساسية في المثلثات هي نظرية فيثاغورث و التي تنص على انه في المثلث القائم، مربع طول الوتر (ا َ) يساوي إلى مجموع مربعي طولي الضلعين القائمين (ب َ، ج َ)، اي:
د َ² = ب َ² + ج َ²
مما يعني ان معرفة طولي ضلعين من المثلث القائم، كاف لمعرفة طول الضلع الثالث:
من الممكن تعميم نظرية فيثاغورث لتشمل اي مثلث عبر قانون التجيب:
د َ² = ب َ² + ج َ² - 2 ب َ ج َ تجب د
و هو صحيح من اجل كل المثلثات حتى و لو لم تكن د قائمة.
سؤال:هل تبقى النظرية صحيحة في حالة ان تكون الاشكال المقامة مضلعات منتظمة اخرى مثل مضلع ثلاثي:أو خماسي أو سداسي،...الخ ماهو تعريف علم المثلثات
مساحة المثلث
تعطى مساحة المثلث بالقانون التالي:
سط = ق × ع / 2
حيث ان ق هي طول احدى اضلاع المثلث (القاعدة)، و ع هو طول العمود النازل على هذا الضلع من الرأس المقابل له (الارتفاع).
من الممكن البرهان على ذلك من خلال الشكل التالي:

يحول المثلث اولا لمتوازي اضلاع مساحته ضعف مساحة المثلث، ثم إلى مستطيل.
مثلث أحد الأشكالِ الأساسيةِ في هندسة: شكل ثنائي الأبعاد بثلاثة قِمَم وثلاثة جوانبِ بشكل خطوط مستقيمة . عرف المثلثات
أنواع المثلثاتِ
المثلثات يُمْكِنُ أَنْ تُصنّفَ طبقاً للأطوالِ النسبيةِ مِنْ جوانبِها:
في مثلث متساوي الأضلاع كُلّ الجوانب ذات طولِ متساو. مثلث متساوي الأضلاع أيضاً متساوي الزوايا ، أي أن كل زاوية هي 60 درجة؛ * في مثلث متطابق الضلعين جانبان متساويان في الطول. مثلث متساوي الساقين لَهُ زاويتان داخليتانُ متساويتانُ أيضاً.
في مثلث مختلف الأضلاع كُلّ الجوانب لَها أطوالُ مختلفةُ. إنّ الزوايا الداخليةَ في مثلث مختلف الزوايا هي مختلفة أيضا.
المثلثات يُمْكِنُ أيضاً أَنْ تُصنّفَ طبقاً لحجمِ زاويتِهم الداخليةِ الأكبرِ، وَصفَ تحت استعمال درجة مِنْ القوسِ.
أي مثلث قائم (أَو مثلث قائم الزاوية ) عِنْدَهُ 90 واحد &deg؛ الزاوية الداخلية (a زاوية قائمة). الجانب قبالة الزاوية القائمة وتر زاوية قائمة ؛ هو الجانبُ الأطولُ في المثلث القائمِ. إنّ الجانبانَ الآخرَ سيقان المثلثِ.
مثلث منفرج عِنْدَهُ زاويةُ داخليةُ واحدة أكبرُ مِنْ 90 &deg؛ ( زاوية منفرجة).
مثلث حادّ عِنْدَهُ زوايا داخليةُ التي جميعاً أصغر مِنْ 90 &deg؛ (ثلاثة زاوية حادة ).
نقاط و مستقيمات و دوائر متصلة بالمثلث
الموسط العمودي لمثلث هو مستقيم يمر من أحد اضلاع المثلث في منتصفه و يكون عموديّا عليه و تتلاقى الوسطات العمودية لمثلث في نقطة تسمى مركز الدائرة المحيطة بمثلث و يكون لهذه النقطة نفس البعد عن رؤوس المثلث الثلاث و يكون تقاطع موسطين عموديين فقط كافيا لمعرفة مركز هذه الدائرة.

الدائرة المحيطة بمثلث يمرّ من رؤوس المثلث الثلاث.
تقول مبرهنة طالس انّه اذا مركز الدائرة المحيطة بالمثلث توجد على ضلع من أضلاع المثلث فانّ الزاوية المقابلة لهذا الضلع تكون قائمة.

نقطة تقاطع الارتفاعات في مثلث تسمى المركز القائم
.
الارتفاع هو قطعة مستقيم تكون صادرة من راّس من رؤوس المثلث و تكون عمودية غلى الضلع المقابل و يمثل الارتفاع البعد بين الراس و الضلغ المقابل كما تتقاطع الارتفاعات في نقطة تسمى المركز القائم.

تقاطع منصفات الزوايا في مركز الدائرة المحيطة بالمثلث
.
منصف الزاوية هو مستقيم يمرّ من راس من رؤوس المثلث و يقسم الزاوية إلى نصفين و تتقاطع المنصفات الثلاثة في مركز الدائرة المحاطة بالمثلث وهي الدائرة التي تمسّ اضلاع المثلث الثلاث.
الموسّط هو قطعة مستقيم تنطلق من رأس من رؤوس المثلث و تمر من منتصف الضلع المقابل و تتقاطع الموسطات الثلاث في نقطة تسمى مركز ثقل المثلث و يكون تقاطع موسطين فقط كافيا لمعرفة مركز الثقل. كما يكون البعد بين راس المثلث و مركز الثقل مساويا ل 2/3 الموسط الصادر من ذلك الراس.

الوسطات و مركز الثقل.
منتصفات الاضلاع الثلاث و نقطة تقاطع الارتفاع و الضلع المقابل له موجودة كلها على نفس المثلث دائرة النقاط التسع للمثلث و النقاط الثلاثة المتبقية هي منتصف البعد بين راس المثلث والمركز القائم و شعاع دائرة النقاط التسع هي نصف شعاع الدائرة المحيطة بالمثلث .

تسع نقاط من هذه الدائرة موجودة على المثلث.
حساب مساحة المثلث
أبسط طريقة لحساب مساحة المثلث و أكثرها شهرة هي
S:مساحة المثلث
b:طول قاعدة المثلث
h:ارتفاع المثلث
. قاعدة المثلث تمثل ايّ ضلع من أضلاع المثلث و الارتفاع هو المستقيم الصادر من الراس المقابل للضلع و العموديّ عليه

أهم قوانين الرياضيات الهندسية