מערכת צירים במרחב והצגה אלגברית של וקטור

30%
📖שיעור
50 דקות

מערכת צירים במרחב והצגה אלגברית של וקטור

נכיר את מערכת הצירים התלת-ממדית ואת שיעורי הנקודה במרחב, נגדיר את ההצגה האלגברית של וקטור כשלשה סדורה של רכיבים, ונלמד למצוא את רכיבי הווקטור בין שתי נקודות כהפרש שיעורים.

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 A(5,0,0),B(0,3,4),C(2,7,0)A(5,0,0), B(0,-3,4), C(2,7,0)?

1

שלב 1 — A(5,0,0)A(5,0,0)

שני השיעורים y ו-z מתאפסים, רק x שונה מאפס. לכן הנקודה מונחת על ציר ה-x.

דוגמה 2: רכיבי וקטור בין שתי נקודות

נתונות A(3,4,1)A(3,-4,1) ו-B(4,1,8)B(4,1,8). מצאו את רכיבי הווקטור AB⃗.

1

שלב 1 — הכלל

AB=BAAB⃗ = B - A, כלומר מחסירים שיעור-שיעור: סוף פחות התחלה.

דוגמה 3: כיוון הווקטור הפוך — BA⃗

עבור אותן A(3,4,1)A(3,-4,1) ו-B(4,1,8)B(4,1,8), מצאו את BA⃗ והשוו ל-AB⃗.

1

שלב 1 — הכלל לכיוון ההפוך

BA=AB(BA⃗ = A - B (ההתחלה עכשיו היא B והסוף הוא A).

דוגמה 4: מנקודת התחלה ורכיבים אל נקודת הסיום

נתונה A(2,0,7)A(2,0,7) ווקטור v=(1,3,2)v⃗=(-1,3,-2). מצאו את נקודת הסיום B כך ש-AB=vAB⃗=v⃗.

1

שלב 1 — הקשר

אם AB=BAAB⃗ = B - A, אז B=A+AB=A+vB = A + AB⃗ = A + v⃗.

בדיקה מהירה

בדיקה מהירה

איזו מהנקודות הבאות מונחת על ציר ה-x במרחב?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם

תשובה מספרית

נתונות הנקודות A(1,2,3)A(1, 2, -3) ו-B(4,2,5)B(4, -2, 5). מהו הרכיב השלישי (רכיב z) של הווקטור AB⃗?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם

בדיקה מהירה

נתון כי AB=(2,5,7)AB⃗ = (2, -5, 7). 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?

בלבול בין מיקום הנקודה לבין התזוזה (הווקטור) ביניהן.

איך מתקנים?

וקטור הוא תזוזה: AB=BAAB⃗ = B - A. תמיד מחסירים — סוף פחות התחלה, רכיב מול רכיב.

טעות נפוצה: הופכים את כיוון הווקטור

למה זה קורה?

לא שמים לב מי ההתחלה ומי הסוף בסימון AB⃗.

איך מתקנים?

האות הראשונה היא ההתחלה והשנייה היא הסוף: AB=BAAB⃗ = B - A. החלפת סדר הופכת את כל הסימנים.

טעות נפוצה: טעות בזיהוי נקודה על ציר

(שניים אפס), אבל (רק z=0) — במישור, לא על ציר.

למה זה קורה?

חושבים שדי בשיעור אחד שמתאפס כדי שהנקודה תהיה על ציר.

איך מתקנים?

על ציר מתאפסים שני השיעורים האחרים; אם רק שיעור אחד מתאפס — הנקודה במישור צירים, לא על ציר.

סיכום

מה למדנו?

מערכת צירים והצגה אלגברית במרחב:

  1. כל נקודה במרחב מתוארת בשלשה סדורה P(x,y,z); הראשית היא O(0,0,0).
  2. על ציר — שני שיעורים אפס; במישור צירים — שיעור אחד אפס.
  3. וקטור נכתב כשלשה .
  4. 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!

תרגול