מערכת צירים במרחב והצגה אלגברית של וקטור
מבוא
מטרות השיעור
- להכיר את מערכת הצירים במרחב (שלושה צירים: x, y, z) ולזהות שיעורי נקודה
- לזהות מתי נקודה מונחת על אחד הצירים או באחד ממישורי הצירים xy, xz, yz
- להגדיר את ההצגה האלגברית של וקטור כשלשה סדורה של רכיבים מעל וקטורי היחידה
- למצוא את רכיבי הווקטור בין שתי נקודות כהפרש שיעורים: B-A
- להבחין בין שיעורי נקודה (מיקום) לבין רכיבי וקטור (תזוזה)
הרעיון המרכזי
מערכת הצירים במרחב ושיעורי נקודה
במרחב התלת-ממדי מציבים שלושה צירים הניצבים זה לזה ונחתכים בראשית O: ציר x, ציר y וציר z. כל נקודה במרחב מתוארת על ידי שלשה סדורה של מספרים ממשיים P(x, y, z):
- x — המרחק (עם סימן) בכיוון ציר ה-x
- y — המרחק (עם סימן) בכיוון ציר ה-y
- z — המרחק (עם סימן) בכיוון ציר ה-z
הראשית היא O(0,0,0).
נקודות על צירים ובמישורי הצירים
מיקום מיוחד של נקודה מזוהה לפי השיעורים שמתאפסים:
- נקודה על ציר x: שני השיעורים האחרים מתאפסים — (x, 0, 0). בדומה על ציר y: (0, y, 0), ועל ציר z: (0, 0, z).
- נקודה במישור xy: השיעור החסר מתאפס — z = 0, כלומר (x, y, 0). בדומה במישור xz: y=0, ובמישור yz: x=0.
ההצגה האלגברית של וקטור
וקטורי היחידה של הצירים הם , , . כל וקטור במרחב נכתב באופן יחיד כצירוף לינארי שלהם:
ובקיצור, ההצגה האלגברית של הווקטור היא השלשה הסדורה של הרכיבים:
וקטור בין שתי נקודות = הפרש שיעורים
אם ו- שתי נקודות, אז רכיבי הווקטור מ-A אל B הם הפרש השיעורים — סוף פחות התחלה:
שימו לב לכיוון: . החלפת הסדר הופכת את סימני כל הרכיבים.
דוגמאות מפורטות
דוגמה 1: זיהוי מיקום נקודות
לאיזה ציר או מישור צירים שייכות הנקודות ?
שלב 1 —
דוגמה 2: רכיבי וקטור בין שתי נקודות
נתונות ו-. מצאו את רכיבי הווקטור AB⃗.
שלב 1 — הכלל
דוגמה 3: כיוון הווקטור הפוך — BA⃗
עבור אותן ו-, מצאו את BA⃗ והשוו ל-AB⃗.
שלב 1 — הכלל לכיוון ההפוך
דוגמה 4: מנקודת התחלה ורכיבים אל נקודת הסיום
נתונה ווקטור . מצאו את נקודת הסיום B כך ש-.
שלב 1 — הקשר
בדיקה מהירה
איזו מהנקודות הבאות מונחת על ציר ה-x במרחב?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
נתונות הנקודות ו-. מהו הרכיב השלישי (רכיב z) של הווקטור AB⃗?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
נתון כי . מהי ההצגה האלגברית של הווקטור ההפוך BA⃗?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
טעויות נפוצות
טעות נפוצה: מחברים את שיעורי הנקודות במקום לחסר
טעות: עבור A(3,-4,1), B(4,1,8) לכתוב (חיבור).
נכון: .
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: הופכים את כיוון הווקטור
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: טעות בזיהוי נקודה על ציר
(שניים אפס), אבל (רק z=0) — במישור, לא על ציר.
למה זה קורה?
איך מתקנים?
סיכום
מה למדנו?
מערכת צירים והצגה אלגברית במרחב:
- כל נקודה במרחב מתוארת בשלשה סדורה P(x,y,z); הראשית היא O(0,0,0).
- על ציר — שני שיעורים אפס; במישור צירים — שיעור אחד אפס.
- וקטור נכתב כשלשה .
- וקטור בין נקודות: (סוף פחות התחלה), ו-.
זכרו: שיעור = מיקום, רכיב = תזוזה. וקטור בין נקודות מחושב תמיד כהפרש (לא כסכום).
בשיעור הבא נלמד פעולות בווקטורים — חיבור, חיסור, כפל בסקלר ואורך — בעזרת הרכיבים.
תרגול נוסף
עברו לתרגול כדי להתאמן על שיעורי נקודה, זיהוי מיקום ומציאת רכיבי וקטור בין שתי נקודות במרחב!