הגדרת מעגל היחידה והתאמת מספר ממשי לנקודה

30%
📖שיעור
50 דקות

הגדרת מעגל היחידה והתאמת מספר ממשי לנקודה

בשיעור זה נכיר את מעגל היחידה ואת הדרך הגאומטרית להתאים כל מספר ממשי לנקודה עליו באמצעות ליפוף קשת, ונבין מדוע לכל נקודה מתאימים אינסוף מספרים מהצורה x+2πkx+2\pi k.

הגדרת מעגל היחידה והתאמת מספר ממשי לנקודה

מבוא

עד היום הכרתם פונקציות שמוגדרות על ידי פעולות חשבון: לוקחים מספר, מעלים בריבוע, מחברים, כופלים וכדומה. בפרק זה נפגוש משפחה חדשה של פונקציות שמוגדרות באופן גאומטרי ולא אלגברי. הצעד הראשון, והחשוב ביותר, הוא ללמוד כיצד להתאים כל מספר ממשי לנקודה על מעגל מיוחד הנקרא מעגל היחידה.

מטרות השיעור

  • להגדיר את מעגל היחידה ולזכור שהיקפו .
  • להתאים מספר ממשי לנקודה על המעגל באמצעות ליפוף קשת: חיובי נגד כיוון השעון, שלילי עם כיוון השעון.
  • להבין שלכל מספר ממשי מתאימה נקודה יחידה, אך לכל נקודה מתאימים אינסוף מספרים.
  • לזהות שכל המספרים המתאימים לאותה נקודה הם מהצורה .

הרעיון המרכזי

מעגל היחידה והליפוף

מעגל היחידה הוא המעגל שמרכזו בראשית הצירים ורדיוסו 1. משוואתו היא .

מכיוון שהיקף מעגל הוא וכאן r = 1, היקף מעגל היחידה הוא .

ההתאמה בין מספר ממשי לנקודה: נתחיל תמיד בנקודה (1,0).

  • אם המספר הממשי חיובי, מלפפים על המעגל נגד כיוון השעון קשת שאורכה כמידת המספר.
  • אם המספר הממשי שלילי, מלפפים את אותו אורך אבל עם כיוון השעון.

הנקודה שאליה מגיעים היא הנקודה המתאימה למספר.

בדיקה מהירה

מהו אורך ההיקף של מעגל היחידה (מעגל שרדיוסו 1 שמרכזו בראשית הצירים)?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם

קשתות מיוחדות

היות שההיקף הוא :

  • רבע מעגל הוא .
  • חצי מעגל הוא .
  • שלושה רבעי מעגל הם .
  • מעגל שלם הוא — ומחזיר אותנו לנקודת ההתחלה (1,0).

איננו חייבים את המילה "רדיאן" בשלב זה — די לחשוב על אורך הקשת כחלק היחסי מההיקף.


דוגמאות מפורטות

דוגמה 1: מהמספר לנקודה (רבע מעגל)

לאיזו נקודה מתאים המספר π2\frac{\pi }{2}?

1

שלב 1 — מתחילים מ-(1,0)(1,0)

נקודת ההתחלה היא תמיד (1,0)(1,0), הנקודה הימנית של המעגל.
בדיקה מהירה

מלפפים על מעגל היחידה, החל בנקודה (1,0)(1,0), קשת שאורכה π2\frac{\pi }{2} בכיוון החיובי. לאיזו נקודה נגיע?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 2: חצי מעגל

לאיזו נקודה מתאים המספר π\pi?

1

שלב 1 — כמה זה π\pi מההיקף?

π\pi הוא בדיוק חצי מההיקף 2π2\pi.

דוגמה 3: מספר שלילי (כיוון השעון)

לאיזו נקודה מתאים המספר π2-\frac{\pi }{2}?

שימו לב: ו- מגיעים לאותה נקודה — כי .

1

שלב 1 — אורך הקשת

הערך המוחלט הוא π2\frac{\pi }{2}, כלומר רבע מעגל.
בדיקה מהירה

מלפפים על מעגל היחידה קשת שאורכה π2\frac{\pi }{2} אך הפעם המספר שלילי: π2-\frac{\pi }{2}. לאיזו נקודה נגיע?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 4: אינסוף מספרים לאותה נקודה

כתבו שלושה מספרים שונים המתאימים לנקודה (0,1)(0, 1)

1

שלב 1 — מספר בסיס

ראינו ש-π2\frac{\pi }{2} מתאים ל-(0,1)(0,1).
תשובה קצרה

נקודה P על מעגל היחידה מתאימה למספר הממשי x. כתבו ביטוי כללי לכל המספרים הממשיים שמתאימים לאותה נקודה P (השתמשו ב-k כמספר שלם).

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


טעויות נפוצות

טעות נפוצה: חושבים שההתאמה חד-חד-ערכית בשני הכיוונים

הנקודה (1,0) מתאימה ל-0, אבל גם ל-, ל-, ל- וכן הלאה.

למה זה קורה?

תלמידים מניחים שכמו פונקציה רגילה, לכל נקודה מתאים מספר אחד בלבד.

איך מתקנים?

לכל מספר ממשי מתאימה נקודה יחידה, אבל לכל נקודה מתאימים אינסוף מספרים מהצורה x+2πkx+2\pi k.

טעות נפוצה: מבלבלים בין כיוון הליפוף לסימן המספר

המספר מגיע ל-(0,1), ואילו מגיע ל-(0,-1) — כיוונים הפוכים!

למה זה קורה?

תלמידים מלפפים מספר חיובי עם כיוון השעון, או להפך.

איך מתקנים?

חיובי = נגד כיוון השעון (הכיוון החיובי). שלילי = עם כיוון השעון.

טעות נפוצה: מבלבלים בין אורך הקשת לשיעורי הנקודה

המספר הוא אורך הקשת (חצי היקף), אבל הנקודה המתאימה היא (-1,0) — שיעורים שאינם .

למה זה קורה?

תלמידים חושבים שהמספר עצמו הוא שיעור x או y של הנקודה.

איך מתקנים?

המספר הוא אורך הקשת לאורך המעגל, לא שיעור על הציר. את השיעורים מקבלים מהמיקום הסופי על המעגל.

טעות נפוצה: שוכחים שההיקף הוא 2π2\pi

רבע מעגל , ולא .

למה זה קורה?

תלמידים מחשבים רבע מעגל כ-π4\frac{\pi }{4} במקום π2\frac{\pi }{2}.

איך מתקנים?

ההיקף הוא 2π2\pi. רבע ממנו הוא 2π4=π2\frac{2\pi }{4} = \frac{\pi }{2}, וחצי הוא π\pi.

סיכום

מה למדנו?

  • מעגל היחידה: מרכזו בראשית, רדיוסו 1, היקפו .
  • מתחילים תמיד מ-(1,0) ומלפפים קשת שאורכה כמידת המספר: חיובי נגד כיוון השעון, שלילי עם כיוון השעון.
  • קשתות מיוחדות: (רבע), (חצי), (שלושה רבעים), (שלם, חזרה להתחלה).
  • לכל מספר ממשי נקודה יחידה; לכל נקודה אינסוף מספרים מהצורה .

מצוין! הבנתם את הבסיס הגאומטרי שעליו נבנה את הפונקציות הטריגונומטריות בשיעורים הבאים.


תרגול נוסף

עברו לתרגול כדי להתאמן על התאמת מספרים ממשיים לנקודות על מעגל היחידה!

תרגול