تصویر هندسی جلد
رندو مکس • رایگان

نکات ناب
هندسه

پایهٔ ۱۲ • فصل ۳: بردارها

نقشهٔ فصل

فصل ۳: بردارها

این فصل ۲ درس و ۸ نکتهٔ منتخب دارد. ترتیب زیر کمک می‌کند هر فرمول را همراه شرط و دلیلش مرور کنی.

درس‌های این فصل

  1. فضای سه‌بعدی و بردار — پیش‌نیاز: مختصات دوبعدی، فیثاغورس
  2. ضرب داخلی و خارجی — پیش‌نیاز: بردار، دترمینان، مثلثات
بودجه‌بندی پیشنهادی مرور
۵۰ دقیقه
  1. یک دور قضیه‌ها را همراه شرط کاربرد بخوان.
  2. راه‌حل‌ها را با پوشاندن سطر آخر، خودت کامل کن.
  3. دام‌ها را به صورت یک پرسش کوتاه برای خودت بازگو کن.
  4. سنجش‌های ناب را بدون نگاه به پاسخ حل و سپس کنترل کن.
uvO

درس ۱: فضای سه‌بعدی و بردار

پیش‌نیاز: مختصات دوبعدی، فیثاغورس
نکتهٔ ۱

قضیه را با معنایش به خاطر بسپار

برای u=(a,b,c)، طول ||u||=√(a۲+b۲+c۲) است و فاصلهٔ دو نقطهٔ P و Q برابر طول بردار Q−P است. دو بردار ناصفر موازی‌اند اگر یکی مضرب حقیقیِ ناصفر دیگری باشد.

چرا مهم است؟
بردار با مؤلفه‌ها جابه‌جایی را مستقل از محل آغاز ثبت می‌کند؛ در سه‌بعد مؤلفهٔ z افزوده می‌شود.
نکتهٔ ۲

ردّ پای راه‌حل و خط کمکی

برای هندسهٔ فضایی، مبدأ را در یک رأس مناسب و محورها را روی سه یال عمود بگذار.

دلیل و مسیر برهان
بردار u=(a,b,c) را قطر جعبه‌ای قائم با سه یال جهت‌دار a,b,c در نظر بگیرید؛ طول یال‌ها |a|,|b|,|c| است. در کف جعبه، فیثاغورس می‌دهد d۲=a۲+b۲. قطر فضا، قطر کف و یال عمودی یک مثلث قائم می‌سازند؛ پس ||u||۲=d۲+c۲=a۲+b۲+c۲ و چون طول نامنفی است، ||u||=√(a۲+b۲+c۲). برای نقاط P,Q، بردار جابه‌جایی مؤلفه‌های Q−P را دارد؛ اعمال همین فرمول، فاصلهٔ دو نقطه را می‌دهد.

کاربرد و دام • فضای سه‌بعدی و بردار

پایهٔ ۱۲
نکتهٔ ۳

دامی که جواب را عوض می‌کند

برابری طول‌ها موازی بودن نمی‌دهد: (۱,۰,۰) و (۰,۱,۰) هر دو طول ۱ ولی عمودند.

نمونهٔ کنترل‌شده
P=(۱,−۲,۳)، Q=(۴,۲,−۱): PQ=(۳,۴,−۴) و فاصله √(۹+۱۶+۱۶)=√۴۱.
نکتهٔ ۴

سنجش ناب

مکان هندسی نقاط P=(x,y,z) را که از A=(۱,۰,۰) و B=(−۱,۰,۰) هم‌فاصله‌اند، به دست آور و تفسیر هندسی کن.

پاسخ تشریحی
شرط PA=PB است. با مربع‌کردن فاصله‌های نامنفی: (x−۱)۲+y۲+z۲=(x+۱)۲+y۲+z۲. حذف جمله‌های مشترک می‌دهد −۲x=۲x، پس x=۰. برعکس هر نقطه با x=۰ دو فاصلهٔ مربع برابر دارد. بنابراین مکان، صفحهٔ yz و همان صفحهٔ عمودمنصف AB است.

درس ۲: ضرب داخلی و خارجی

پیش‌نیاز: بردار، دترمینان، مثلثات
نکتهٔ ۵

قضیه را با معنایش به خاطر بسپار

برای دو بردار ناصفر u,v و زاویهٔ ۰≤θ≤π میان آن‌ها: u·v=Σuᵢvᵢ=||u||||v||cosθ و u×v=(u۲v۳−u۳v۲,u۳v۱−u۱v۳,u۱v۲−u۲v۱)، با ||u×v||=||u||||v||sinθ. اگر یکی صفر باشد، فرمول‌های جبری برقرارند اما زاویه تعریف نمی‌شود.

چرا مهم است؟
ضرب داخلی مؤلفهٔ هم‌جهت و زاویه را می‌سنجد؛ ضرب خارجی برداری عمود و مساحت جهت‌دار می‌سازد.
نکتهٔ ۶

ردّ پای راه‌حل و خط کمکی

برای عمود بودن، ضرب داخلی؛ برای بردار نرمال صفحه یا مساحت، ضرب خارجی را انتخاب کن.

دلیل و مسیر برهان
از ||u−v||۲=(u−v)·(u−v)=||u||۲+||v||۲−۲u·v و قضیهٔ کسینوس برای مثلثِ ضلع‌های u,v,u−v، داریم ||u−v||۲=||u||۲+||v||۲−۲||u||||v||cosθ؛ مقایسه دو رابطه فرمول ضرب داخلی را می‌دهد. برای w=u×v، جایگذاری مؤلفه‌ها در u·w و v·w جمله‌ها را دوتادوتا حذف می‌کند، پس w بر هر دو عمود است. اتحاد لاگرانژ ||u×v||۲=||u||۲||v||۲−(u·v)۲ با جایگذاری u·v=||u||||v||cosθ می‌دهد ||u×v||۲=||u||۲||v||۲sin۲θ؛ چون ۰≤θ≤π و sinθ≥۰، با ریشه‌گیری فرمول اندازه حاصل می‌شود.

کاربرد و دام • ضرب داخلی و خارجی

پایهٔ ۱۲
نکتهٔ ۷

دامی که جواب را عوض می‌کند

u×v=v×u غلط است؛ مثال i×j=k ولی j×i=−k. همچنین u·v=۰ با بردار صفر زاویهٔ ۹۰° تعریف نمی‌کند.

نمونهٔ کنترل‌شده
u=(۱,۲,۰)،v=(۲,−۱,۰): u·v=۰ پس عمودند. u×v=(۰,۰,−۵)، پس مساحت متوازی‌الاضلاع ۵ و مثلث ۵/۲ است.
نکتهٔ ۸

سنجش ناب

برای u=(۱,۰,۱)، v=(۰,۱,۱) و w=(۱,۱,t)، مقدارهای t را بیاب که سه بردار هم‌صفحه باشند؛ حجم متوازی‌السطوح ساخته‌شده را نیز برحسب t تعیین کن.

پاسخ تشریحی
ابتدا u×v=(−۱,−۱,۱). ضرب سه‌تایی اسکالر w·(u×v)=−۱−۱+t=t−۲ است. سه بردار دقیقاً زمانی هم‌صفحه‌اند که این ضرب صفر باشد؛ پس t=۲. قدرمطلق ضرب سه‌تایی حجم متوازی‌السطوح است، بنابراین حجم |t−۲| است. در t=۲ نیز w=u+v، پس نتیجهٔ جبری با تفسیر هندسی سازگار است.
جمع‌بندی فصل

حالا خودت را بسنج

هر گزاره را با شرط کاربرد و یک دلیل کوتاه برای خودت توضیح بده؛ بعد فقط نکته‌هایی را دوباره بخوان که هنوز در توضیحشان مکث می‌کنی.

□ شرط اصلی «فضای سه‌بعدی و بردار» را می‌توانم پیش از فرمول بگویم.
□ شرط اصلی «ضرب داخلی و خارجی» را می‌توانم پیش از فرمول بگویم.

اگر لازم شد، سریع برگرد

یک یادآوری از رندو

از ظاهر شکل، تساوی یا توازی نتیجه نگیر. دادهٔ صورت سؤال یا قضیه‌ای که شرط‌هایش برقرار است باید هر نتیجه را پشتیبانی کند.

جزوه رایگان و نکات ناب رندو مکس

این صفحه برای جست‌وجوی «جزوه هندسه دوازدهم فصل ۳»، «نکات ناب هندسه» و مرور سریع کنکور و امتحان نهایی آماده شده است.