تخيّل أنك بدك توصف مكان طرد لزميلك: يمين، للخلف، وفوق. كل معلومة منها تصف محورًا؛ ثلاثة أعداد مرتّبة تحدد المكان.
ثلاث صور: البداية، الأرض، الرف
نختار نقطة البداية
x · يمينy · للخلفz = 0
O=(0,0,0)
هذا مكان البداية الذي سمّيناه الأصل O. الصفر هنا مرجع اختَرناه، وليس أن المستودع كله بلا أبعاد. الصورة لتوضيح المكان والحركة. الوحدات في النموذج الرياضي؛ منظور الصورة ليس مقياسًا منتظمًا للأطوال.
نغيّر المكان على الأرض
x = 2y = 3z = 0
P=(2,3,0)
في نموذجنا: تحرك الطرد وحدتين على x وثلاثًا على y. ما زال على الأرض، لذلك z=0. الرقم الأول ثم الثاني ثم الثالث؛ الترتيب مهم. الصورة لتوضيح المكان والحركة. الوحدات في النموذج الرياضي؛ منظور الصورة ليس مقياسًا منتظمًا للأطوال.
نرفعه دون تغيير موضعه الأرضي
x = 2y = 3z = 4
Q=(2,3,4)
رفعنا الطرد إلى الرف فوق موضعه نفسه. بقي x=2 وy=3، وتغيّر z وحده إلى4. الإحداثيان الأولان لا يكفيان لتمييز الطرد على الأرض عن الطرد فوقه. الصورة لتوضيح المكان والحركة. الوحدات في النموذج الرياضي؛ منظور الصورة ليس مقياسًا منتظمًا للأطوال.
توقّع: لو رفعنا الطرد فقط، شو بتغيّر؟
جرّب محورًا واحدًا كل مرة
ابدأ(2،3،0)، ثم ارفع z إلى4. بعدها جرّب إحداثيًا سالبًا أو نصف وحدة. السالب جهة مقابلة، والصفر يعني أننا لم نبتعد على ذلك المحور عن الأصل.
المحاور الثلاثة متعامدة في الفراغ. الرسم إسقاط على الشاشة؛ لا نقيس الزوايا أو الأطوال منه. كل علامة تمثل وحدة على محورها؛ الجزء الأخضر من المستوى z=0.
الموقع الحالي: (2, 3, 0)
المسافة من الأصل: 3.6056 وحدة طول.
المنتصف بين الأصل والطرد: (1, 1.5, 0).
الطرد في مستوى z=0.
نكتب الفكرة بالرموز
نثبت الأصل واتجاه كل محور ووحدة القياس. نقرأ x ثم y ثم z. الإحداثي موقع، بينما الفرق بين إحداثيين حركة من البداية إلى النهاية.
P=(x,y,z),AB=(xB−xA,yB−yA,zB−zA)
لماذا المربعات؟ في الأرض نكوّن مثلثًا قائمًا، ثم نضم الارتفاع بمثلث قائم آخر. فتدخل المربعات الثلاثة في الطول المباشر.
AB=(xB−xA)2+(yB−yA)2+(zB−zA)2
وللمنتصف نأخذ نصف التغيّر من البداية؛ هذا يساوي متوسط الإحداثيين على كل محور.
M=(2xA+xB,2yA+yB,2zA+zB)
اكشف الخطأ: هل(2،3،4) و(2،4،3) نفس المكان؟
ثلاثة أمثلة، وسبب كل خطوة
المسافة: الطريق المباشر غير مجموع الحركات
الصورة تقرّب الفكرة؛ هذه معطيات المثال الجديد
A=(1,1,1),B=(3,4,7)
الصورة تقرّب الفكرة؛ هذه معطيات المثال الجديد
B−A=(2,3,6)
نطرح البداية من النهاية على كل محور؛ نعرف مقدار التغيّر الحقيقي.
d2=22+32+62=49
المحاور متعامدة؛ نستخدم فيثاغورس بدل جمع أجزاء الطريق.
d=49=7
المسافة طول غير سالب. مجموع الحركات على المحاور11، وهو مسار مختلف.
المنتصف: نصف الطريق على كل محور
الصورة تقرّب الفكرة؛ هذه معطيات المثال الجديد
A=(−2,2,0),B=(4,6,8)
الصورة تقرّب الفكرة؛ هذه معطيات المثال الجديد
xM=(−2+4)/2=1
نحافظ على السالب ونحسب متوسط الإحداثيين الأولين.
yM=(2+6)/2=4,zM=(0+8)/2=4
نكرر الفكرة لكل محور؛ لا نخلط x مع y أو z.
M=(1,4,4)
فروق M−A هي(3،2،4)، وفروق B−M نفسها؛ إذن هو المنتصف.
الصفر: مستوى كامل وليس نقطة واحدة
الصورة تقرّب الفكرة؛ هذه معطيات المثال الجديد
P=(−2,3,0)
الصورة تقرّب الفكرة؛ هذه معطيات المثال الجديد
z=0
النقطة في المستوى xy الذي اخترناه أرضًا.
x=−2,y=3
ليس شرطًا أن تكون عند الأصل. السالب يحدد الجهة المقابلة للمحور.
O=(0,0,0)=P
الأصل نقطة واحدة، أما z=0 فيحتوي نقاطًا كثيرة. وبالمثل x=0 هو المستوى yz وy=0 هو المستوى xz.
ستة تدريبات من القراءة إلى التحليل
اكتب محاولة أولًا، ثم راجع السبب. الحل التفصيلي يفتح بعد إدخال عدد وفحصه؛ الخطأ فرصة لفهم المحور أو القانون.
التدريب 1
نفس فكرة المستودع، لكن أرقام جديدة؛ اتبع المعطيات المكتوبة
P=(2,3,4)
نفس فكرة المستودع، لكن أرقام جديدة؛ اتبع المعطيات المكتوبة
الطرد عند P=(2،3،4). ما ارتفاعه؟
التدريب 2
نفس فكرة المستودع، لكن أرقام جديدة؛ اتبع المعطيات المكتوبة
A=(−2,5,0)
نفس فكرة المستودع، لكن أرقام جديدة؛ اتبع المعطيات المكتوبة
نقطة A=(−2،5،0). ما قيمة z التي تجعلها في المستوى الأرضي؟
التدريب 3
نفس فكرة المستودع، لكن أرقام جديدة؛ اتبع المعطيات المكتوبة
O=(0,0,0),P=(2,3,6)
نفس فكرة المستودع، لكن أرقام جديدة؛ اتبع المعطيات المكتوبة
من الأصل إلى P=(2،3،6)، ما المسافة المستقيمة؟
التدريب 4
نفس فكرة المستودع، لكن أرقام جديدة؛ اتبع المعطيات المكتوبة
A=(1,2,1),B=(4,6,13)
نفس فكرة المستودع، لكن أرقام جديدة؛ اتبع المعطيات المكتوبة
من A=(1،2،1) إلى B=(4،6،13)، ما المسافة؟
التدريب 5
نفس فكرة المستودع، لكن أرقام جديدة؛ اتبع المعطيات المكتوبة
A=(0,2,4),B=(4,6,8)
نفس فكرة المستودع، لكن أرقام جديدة؛ اتبع المعطيات المكتوبة
A=(0،2،4)، B=(4،6،8). ما الإحداثي z لمنتصفهما؟
التدريب 6
نفس فكرة المستودع، لكن أرقام جديدة؛ اتبع المعطيات المكتوبة
A=(−2,0,0),B=(2,0,0)
نفس فكرة المستودع، لكن أرقام جديدة؛ اتبع المعطيات المكتوبة
A=(−2،0،0)، B=(2،0،0). ما الإحداثي x للمنتصف؟
أشرح بكلماتي
ثلاثة أعداد تصف المكان. نحسب الحركة بطرح البداية من النهاية، والمسافة بجذر مجموع المربعات، والمنتصف بمتوسط كل محور. الموقع قد يكون سالبًا لكن المسافة لا تكون سالبة.