Mathématiques du secondaire qualifiant

الجداء المتجهي (1)

1- توجيه الفضاء الجداء المتجهي

1.1 توجيه الفضاء

1.1.1 تقديم

i و j متجهتان متعامدتان منظمهما يساوي 1
في الفضاء الاعتيادي هناك امكانيتان لاضافة متجهة ثالثة لهما من اجل الحصول على اساس ممتعامد ممنظم في V3
لذلك هناك اساسان B(i;j;k) و B'(i;j;-k)

repère dans l'espace

رجل امبير , هو رجل خيالي راسه في K; وقدماه في O وينظر الى النقطة I, (OIJK) رباعي الوجوه, OI=i; OJ=j و OK=k
اذا كانت الزاوية (i;j) موجبة, فان الاساس B مباشر وكل مثلوث من متجهات غير مستوائية (u;v;w) موجهة

1.1.2 خاصية

(i;j;k) اساس مباشر و O نقطة من الفضاء المربوع (O;i;j;k) معلم متعامد ممنظم مباشر
وبالتالي الفضاء موجه.

1.1.3 امثلة

(O;i;j;k) معلم متعامد ممنظم مباشر
(i;j;k) اساس مباشر
(j;i;k) اساس غير مباشر
(j;k;i) اساس مباشر

1.2 الجداء المتجهي

1.2.1 تعريف:

الجداء المتجهي لمتجهتين u و v في الفضاء V3 ونكتب u∧v, هو متجهة معرفة بما يلي
(1) اذا كانت u و v مستقيميتين فان :
u ∧ v = O
(2) اذا كانت u و v غير مستقيميتين فان :
(a) (u ∧ v) ⊥ u
و (u ∧ v) ⊥ v
(b) الاساس (u ; v ; u ∧ v) مباشر
(c) ||u ∧ v|| =||u||×||v||sin(u;v)

1.2.2 نتائج

مساحة المثلث (ABC) هي :

S = 1 ||AB∧AC||
2
= 1 AB×AC×sin(AB;AC)
2
1.2.3 امثلة

i∧j=k
k∧j=-i
k∧i=j
i∧i=j∧j=k∧k=O

1.2.4 التخالفية والتماثلية الخطية

لتكن u و v و w متجهات القضاء V3 و k عدد حقيقي غير منعدم
التخالفية
u∧v=- v∧u
تنائية الخطية
u∧(v+w)=u ∧ v + u ∧ w
و ku∧v = u∧(kv) = (ku)∧v


ملاحظة:
التجميعية غير محققة على العموم
اي u∧(v∧w)≠(u∧v)∧w

2- الصيغة التحليلية للجداء المتجهي

2.1 احداتيات الجداء المتجهي لمتجهتين

2.1.1 خاصية

الفضاء منسوب الى معلم متعامد ممنظم مباشر (O;i;j;k)
u(x;y;z) ; v(x';y';z') ∈V3
u ∧v=
(yz'-zy')i-(xz'-zx')j+(xy'-yx')k

برهان

u ∧ v=
(xi+yj+zk)∧(x'i+y'j+z'k)
=xx'i∧i+xy'i∧j+xz'i∧k
+yx'j∧i+yy'j∧j+yz'j∧k
+zx'k∧i+zy'k∧j+zz'k∧k
=xx'O+xy'k-xz'j
-yx'k+yy'O+yz'i
+zx'j-zy'i+zz'O

=(yz'-zy')i-(xz'-zx')j+(xy'-yx')k

اذن
u∧v=
(yz'-zy')i-(xz'-zx')j+(xy'-tx')k

ملاحظة:

يمكن استعمال جداول المحددات لتذكر الصيغة

u∧v=ixx'
jyy'
kzz'
= yy' i
zz'
- xx'j
zz'
+ xx' k
yy'
=(yz'-zy')i-(xz'-zx')j+(xy'-yx')k
2.1.2 مثال

لتكن u(2;1;0) و v(1,2,4) متجهتين.
نحدد u∧v.

u∧v =i21
j12
k04
= 12 i - 21 j
0404
+ 21 k
12

=(1x4-0x2)i-(2x4-0x1)j+(2x2-1x1)k
=4i-8j+3k

ومنه فان u∧v(4;-8;3).

2.1.3 مثال

لتكن u(5;-2;1) و v(2,7,-4) متجهتين من V3.

u∧v =i52
j-27
k1-4

=((-2)x(-4)-1x7)i - (5x(-4)-1x2)j
+ (5x7-(-2)x2)k
= i + 22j + 39k

ومنه فان u∧v(1 ; 22 ; 39).

2.1.4 خاصية 1

ثلاث نقط غير مستقيمية A و B و C من الفضاء تحدد مستوى متجهته المنظمية AB∧AC.

2.1.5 خاصية 2

لتكن A و B و C ثلاث نقط من الفضاء.
AB∧AC=0 ⇔ A و B و C مستقيمية.

2.2 مسافة نقطة عن مستقيم

2.2.1 خاصية

B نقطة من الفضاء و D(A;u) مستقيم.
لدينا AB ∧ u=(AH + HB)∧ u
= HB ∧ u

لان AH و u مستقيميتان اذن

HB = || AB ∧ u ||
|| u ||
2.2.2 امثلة

D(A;u) مستقيم حيث u(2;2;-1) و A(2;0;1). نعتبر نقطة B(-2;1;2) من الفضاء.
لدينا AB∧u=-3i-2j-10k و ||u||=3
اذن

d(B;(D))= √(9+4+100) = √113
3 3