📐 بطاقة الدرس
| المستوى | السنة الثانية ثانوي – جميع الشعب العلمية |
| المادة | الرياضيات |
| الوحدة | الهندسة التحليلية – الجداء السلمي في المستوى |
| الأهمية | 🔴 أساسي جداً — يؤسس لفهم الهندسة التحليلية في المستوى والفضاء، ويُستخدم بكثافة في بكالوريا جميع الشعب العلمية |
| المدة التقديرية | 3 حصص (حصتان للشرح + حصة تمارين) |
🎯 الأهداف التعليمية
في نهاية هذا الدرس، سيكون التلميذ قادراً على:
- ✅ تعريف الجداء السلمي لمتجهين في المستوى
- ✅ حساب الجداء السلمي باستخدام معيارَي المتجهين وجيب تمام الزاوية بينهما
- ✅ حساب الجداء السلمي في معلم متعامد متجانس باستعمال الإحداثيات
- ✅ تطبيق خواص الجداء السلمي (التبادل، التوزيع، التجميع)
- ✅ تحديد تعامد متجهين باستخدام الجداء السلمي
- ✅ حساب المساقط العمودية والزوايا بين المتجهات
- ✅ حل مسائل هندسية متنوعة باستعمال الجداء السلمي
📖 تمهيد
في الهندسة المستوية، كثيراً ما نحتاج إلى ربط مفهومَي الطول والزاوية بطريقة جبرية تسمح لنا بالحساب الدقيق. هذا الربط يتحقق بواسطة الجداء السلمي (Scalar Product / Produit Scalaire)، وهو عملية رياضية تأخذ متجهين وتُعيد عدداً حقيقياً (قيمة سلمية). للجداء السلمي تطبيقات واسعة في الفيزياء (الشغل، الاستطاعة) والهندسة والاقتصاد، وهو حجر الزاوية للهندسة التحليلية في جميع الأبعاد.
📌 تعريف: الجداء السلمي
ليكن \\(\\vec{u}\\) و \\(\\vec{v}\\) متجهين غير منعدمين في المستوى. نسمي الجداء السلمي للمتجهين \\(\\vec{u}\\) و \\(\\vec{v}\\) العددَ الحقيقي الذي نرمز له بـ \\(\\vec{u} \\cdot \\vec{v}\\) (أو \\(\\langle \\vec{u}, \\vec{v} \\rangle\\)) والمعرَّف كما يلي:
حيث \\(\\theta\\) هي الزاوية بين المتجهين \\(\\vec{u}\\) و \\(\\vec{v}\\) (0 ≤ θ ≤ π)
حالات خاصة:
- إذا كان أحد المتجهين معدوماً \\(\\vec{u} = \\vec{0}\\) أو \\(\\vec{v} = \\vec{0}\\) فإن \\(\\vec{u} \\cdot \\vec{v} = 0\\)
- إذا كان \\(\\vec{u} = \\vec{v}\\) فإن \\(\\vec{u} \\cdot \\vec{u} = \\|\\vec{u}\\|^2\\) (يُسمى المربع السلمي)
🔑 خواص الجداء السلمي
1. التبادلية (Symétrie / Commutativité)
أي أن ترتيب المتجهين لا يؤثر على قيمة الجداء السلمي. وهذا واضح من التعريف لأن \\(\\cos(\\theta)\\) دالة زوجية.
2. الخطية (Bilinéarité)
الجداء السلمي خطي بالنسبة لكل متجه (خطي ثنائي / Bilinéaire):
3. التوزيعية (Distributivité)
4. الهوية الأساسية (Identité fondamentale)
🧮 نظرية: الجداء السلمي بالإحداثيات
ليكن لدينا معلم متعامد متجانس \\((O; \\vec{i}, \\vec{j})\\) في المستوى. إذا كان:
فإن:
أي أن الجداء السلمي هو مجموع جداء المركبات المتناظرة.
📌 استنتاجات مهمة:
- المعيار (الطول) من الإحداثيات: \\(\\|\\vec{u}\\| = \\sqrt{x_1^2 + y_1^2}\\)
- المسافة بين نقطتين: \\(AB = \\sqrt{(x_B – x_A)^2 + (y_B – y_A)^2}\\)
- جيب تمام الزاوية: \\(\\cos(\\theta) = \\dfrac{x_1 x_2 + y_1 y_2}{\\sqrt{x_1^2 + y_1^2} \\times \\sqrt{x_2^2 + y_2^2}}\\)
📋 شرط التعامد (Orthogonalité)
المتجهان \\(\\vec{u}\\) و \\(\\vec{v}\\) يكونان متعامدين (Perpendiculaires / Orthogonaux) إذا وفقط إذا كان جداؤهما السلمي معدوماً:
في الإحداثيات: \\(x_1 x_2 + y_1 y_2 = 0 \\iff \\vec{u} \\perp \\vec{v}\\)
🧩 تطبيقات الجداء السلمي
🔹 1. المسقط العمودي (Projection orthogonale)
المسقط العمودي لمتجه \\(\\vec{v}\\) على اتجاه متجه \\(\\vec{u}\\) يُعطى بالعلاقة:
والطول المسقط (المركبة) هو:
🔹 2. معادلة مستقيم بدلالة متجه منظم
إذا كان \\(\\vec{n}(a, b)\\) متجهاً منظماً (عمودياً) على مستقيم \\((D)\\)، فإن معادلة \\((D)\\) تكتب:
حيث \\(M_0(x_0, y_0)\\) نقطة من \\((D)\\).
🔹 3. المسافة من نقطة إلى مستقيم
المسافة من نقطة \\(A(x_A, y_A)\\) إلى مستقيم \\((D): ax + by + c = 0\\) هي:
وهذه من أهم التطبيقات في الهندسة التحليلية.
🔹 4. مساحة متوازي الأضلاع
مساحة متوازي الأضلاع المُحوَّر بمتجهين \\(\\vec{u}\\) و \\(\\vec{v}\\):
✨ مثال 1: حساب الجداء السلمي من المعايير والزاوية
ليكن \\(\\vec{u}\\) و \\(\\vec{v}\\) متجهين حيث \\(\\|\\vec{u}\\| = 3\\)، \\(\\|\\vec{v}\\| = 4\\)، والزاوية بينهما \\(\\theta = \\frac{\\pi}{3}\\). أحسب \\(\\vec{u} \\cdot \\vec{v}\\).
الحل:
✨ مثال 2: حساب الجداء السلمي من الإحداثيات
في معلم متعامد متجانس، لدينا \\(\\vec{u}(2, -3)\\) و \\(\\vec{v}(4, 5)\\). أحسب \\(\\vec{u} \\cdot \\vec{v}\\).
الحل:
لاحظ أن الجداء السلمي سالب — وهذا يعني أن الزاوية بين المتجهين منفرجة (\\(\\frac{\\pi}{2} < \\theta < \\pi\\)).
✨ مثال 3: تعامد متجهين
هل المتجهان \\(\\vec{u}(3, -2)\\) و \\(\\vec{v}(4, 6)\\) متعامدان؟
الحل:
بما أن الجداء السلمي صفر، فإن \\(\\vec{u} \\perp \\vec{v}\\). ✓
✨ مثال 4: حساب الزاوية بين متجهين
أحسب الزاوية المحصورة بين المتجهين \\(\\vec{u}(1, \\sqrt{3})\\) و \\(\\vec{v}(-\\sqrt{3}, 1)\\).
الحل:
بما أن الجداء السلمي صفر والزاوية بين 0 و π، فإن \\(\\theta = \\frac{\\pi}{2}\\). أي أن المتجهين متعامدان. ✓
✨ مثال 5: إيجاد معادلة مستقيم
أوجد معادلة المستقيم \\((D)\\) الذي يشمل النقطة \\(A(3, -2)\\) ويملك متجهاً منظماً \\(\\vec{n}(4, 1)\\).
الحل:
معادلة المستقيم تكتب: \\(a(x – x_0) + b(y – y_0) = 0\\)
وهذه هي معادلة المستقيم المطلوب.
🏆 تمارين بكالوريا محلولة — نماذج من بكالوريا الجزائر
🏆 تمرين بكالوريا 1: الجداء السلمي في الهندسة
في معلم متعامد متجانس \\((O; \\vec{i}, \\vec{j})\\)، نعتبر النقط التالية:
1) أحسب \\(\\overrightarrow{AB} \\cdot \\overrightarrow{AC}\\).
2) استنتج طبيعة المثلث \\(ABC\\).
3) أحسب مساحة المثلث \\(ABC\\).
4) أوجد إحداثيات النقطة \\(H\\) مسقط \\(A\\) على \\((BC)\\).
الحل:
1) حساب الجداء السلمي \\(\\overrightarrow{AB} \\cdot \\overrightarrow{AC}\\):
2) طبيعة المثلث:
بما أن \\(\\cos(\\hat{A}) < 0\\) فإن الزاوية \\(\\hat{A}\\) منفرجة، إذن المثلث \\(ABC\\) منفرج الزاوية في \\(A\\).
3) مساحة المثلث:
إذن مساحة المثلث \\(ABC\\) هي 3 وحدات مربعة.
🏆 تمرين بكالوريا 2: تطبيق على معادلة مستقيم ومتعامدات
في معلم متعامد متجانس، نعتبر المستقيمين:
1) أوجد متجهاً منظماً لكل مستقيم.
2) بيّن أن \\((D_1)\\) و \\((D_2)\\) غير متعامدين.
3) أحسب المسافة بين النقطة \\(P(1, -2)\\) والمستقيم \\((D_1)\\).
الحل:
1) المتجهان المنظمان:
2) التعامد:
بما أن الجداء السلمي غير معدوم، فإن المتجهين المنظمين غير متعامدين، وبالتالي المستقيمان غير متعامدين.
3) المسافة من \\(P\\) إلى \\((D_1)\\):
إذن المسافة تساوي \\(\\sqrt{13}\\) وحدة طول.
📊 جدول ملخص خواص الجداء السلمي
| الخاصية | الصيغة الرياضية |
|---|---|
| التعريف بالزاوية | \\(\\vec{u} \\cdot \\vec{v} = \\|\\vec{u}\\|\\,\\|\\vec{v}\\|\\,\\cos\\theta\\) |
| التعريف بالإحداثيات | \\(\\vec{u} \\cdot \\vec{v} = x_1x_2 + y_1y_2\\) |
| التبادلية | \\(\\vec{u} \\cdot \\vec{v} = \\vec{v} \\cdot \\vec{u}\\) |
| الخطية | \\((a\\vec{u})\\cdot\\vec{v} = a(\\vec{u}\\cdot\\vec{v})\\) |
| التوزيعية | \\(\\vec{u}\\cdot(\\vec{v}+\\vec{w}) = \\vec{u}\\cdot\\vec{v} + \\vec{u}\\cdot\\vec{w}\\) |
| المربع السلمي | \\(\\vec{u}\\cdot\\vec{u} = \\|\\vec{u}\\|^2\\) |
| هوية المتجهات | \\(\\|\\vec{u}+\\vec{v}\\|^2 = \\|\\vec{u}\\|^2 + 2\\vec{u}\\cdot\\vec{v} + \\|\\vec{v}\\|^2\\) |
| شرط التعامد | \\(\\vec{u} \\perp \\vec{v} \\iff \\vec{u}\\cdot\\vec{v} = 0\\) |
| جيب تمام الزاوية | \\(\\cos\\theta = \\dfrac{\\vec{u}\\cdot\\vec{v}}{\\|\\vec{u}\\|\\,\\|\\vec{v}\\|}\\) |
| المسافة من نقطة لمستقيم | \\(d(A, D) = \\dfrac{|ax_A+by_A+c|}{\\sqrt{a^2+b^2}}\\) |
💡 ملخص الدرس
- الجداء السلمي هو عملية بين متجهين تُعطي عدداً حقيقياً. يُستخدم لربط الأطوال بالزوايا بطريقة جبرية.
- التعريف الأساسي: \\(\\vec{u} \\cdot \\vec{v} = \\|\\vec{u}\\| \\times \\|\\vec{v}\\| \\times \\cos(\\theta)\\)
- في معلم متعامد متجانس: \\(\\vec{u} \\cdot \\vec{v} = x_1x_2 + y_1y_2\\)
- المتجهان متعامدان إذا وفقط إذا كان جداؤهما السلمي معدوماً.
- للجداء السلمي تطبيقات عديدة: حساب المسافات، الزوايا، معادلات المستقيمات، المساقط، والمساحات.
- القوانين الأساسية: التبادلية، الخطية، التوزيعية، وهوية المتجهات.
✏️ تمارين إضافية (مع الإجابات)
📝 التمرين 1
في معلم متعامد متجانس، لدينا \\(A(2, 1)\\)، \\(B(-1, 4)\\)، \\(C(3, -2)\\). أحسب \\(\\overrightarrow{AB} \\cdot \\overrightarrow{AC}\\) ثم استنتج \\(\\cos(\\widehat{BAC})\\).
🔍 انقر للحل
📝 التمرين 2
أوجد العدد الحقيقي \\(m\\) بحيث يكون المتجهان \\(\\vec{u}(m, 3)\\) و \\(\\vec{v}(2, -6)\\) متعامدين.
🔍 انقر للحل
📝 التمرين 3
أحسب المسافة من النقطة \\(A(3, -3)\\) إلى المستقيم \\((D): 5x – 12y + 1 = 0\\).
🔍 انقر للحل
📝 التمرين 4 (تحدي)
\\(ABC\\) مثلث حيث \\(A(0, 0)\\)، \\(B(4, 0)\\)، \\(C(1, 3)\\). أوجد إحداثيات النقطة \\(H\\) مسقط \\(B\\) على \\((AC)\\) باستخدام الجداء السلمي.
🔍 انقر للحل
نفرض \\(H \\in (AC)\\)، إذن يوجد \\(t\\) بحيث \\(\\overrightarrow{AH} = t \\cdot \\overrightarrow{AC}\\).
\\[ \\overrightarrow{AC} = (1, 3), \\quad \\overrightarrow{AB} = (4, 0) \\]
الشرط: \\(BH \\perp AC\\) أي \\(\\overrightarrow{BH} \\cdot \\overrightarrow{AC} = 0\\).
\\[ \\overrightarrow{BH} = \\overrightarrow{BA} + \\overrightarrow{AH} = (-4, 0) + t(1, 3) = (t – 4, 3t) \\] \\[ \\overrightarrow{BH} \\cdot \\overrightarrow{AC} = (t – 4) \\times 1 + 3t \\times 3 = t – 4 + 9t = 10t – 4 = 0 \\] \\[ \\implies t = \\frac{2}{5} \\] \\[ H\\left(\\frac{2}{5}, \\frac{6}{5}\\right) \\]
⚠️ تنبيهات وأخطاء شائعة
- ⚠️ الخلط بين الجداء السلمي والجداء الاتجاهي: الجداء السلمي يُعطي عدداً وليس متجهاً. لا تخلط بين \\(\\vec{u} \\cdot \\vec{v}\\) (عدد) و \\(\\vec{u} \\times \\vec{v}\\) (متجه).
- ⚠️ نسيان القيمة المطلقة: عند حساب المسافة من نقطة إلى مستقيم، لا تنسَ القيمة المطلقة في البسط!
- ⚠️ الشرطان معاً للتعامد: \\(\\vec{u} \\cdot \\vec{v} = 0\\) شرط ضروري وكافٍ للتعامد، لكن فقط إذا كان المتجهان غير منعدمين.
- ⚠️ المعيار: تذكر أن \\(\\|\\vec{u}\\|^2 = \\vec{u} \\cdot \\vec{u}\\)، لذلك لا تربع المتجه بنفسك!
- ⚠️ الجداء السلمي السالب: لا تعتبر الجداء السلمي السالب خطأً — إنه يعني أن الزاوية بين المتجهين منفرجة (\\(\\frac{\\pi}{2} < \\theta \\leq \\pi\\)).
💎 نصائح للنجاح في البكالوريا
- 📌 احفظ التعريفين: بالزاوية وبالإحداثيات — كل مسألة تحتاج واحداً منهما.
- 📌 تدرب على التحويل: من الشكل الهندسي (متجهات مرسومة) إلى الإحداثيات وبالعكس.
- 📌 الجداء السلمي أداة قوية: استخدمه لإثبات التعامد، حساب المسافات، وإيجاد الزوايا.
- 📌 في البكالوريا: غالباً ما يأتي الجداء السلمي ضمن أسئلة الهندسة التحليلية — تأكد من إتقان الطرق الثلاث: بالمعايير والزاوية، بالإحداثيات، وباستخدام الخواص.
📍 دروس مشابهة:
- دراسة الدوال العددية: دليل شامل لمجموعة التعريف والنهايات والاشتقاق – الثالثة ثانوي (بكالوريا) رياضيات
- النهايات والاستمرارية: شرح شامل مع تمارين بكالوريا محلولة – الثالثة ثانوي (بكالوريا) رياضيات
- الدوال المرجعية: الدوال الخطية والتآلفية والتربيعية – الأولى ثانوي (رياضيات) – المنهاج الجزائري
- الهندسة في الفضاء: المستقيمات والمستويات مع تمارين بكالوريا محلولة – الثالثة ثانوي (بكالوريا) رياضيات
- الأعداد الحقيقية: درس شامل مع تمارين محلولة – الأولى ثانوي – المنهاج الجزائري
- الأعداد المركبة: تمثيلها وعملياتها مع تمارين بكالوريا محلولة – الثالثة ثانوي (بكالوريا) رياضيات
مدونة التربية و التعليم في الجزائر – دروس، فروض، نتائج امتحانات مدونة التربية والتعليم في الجزائر | تحضير الدروس، فروض واختبارات، نتائج البكالوريا وBEM، مسابقات التوظيف، والتوجيه المدرسي للطلاب وأولياء الأمور.