מכפלה סקלרית: זווית בין וקטורים וניצבות
מבוא
הווקטור נתן לנו כלי לתאר כיוון ואורך. כעת נוסיף פעולה חדשה — המכפלה הסקלרית — שמכניסה לתמונה את הזווית בין שני וקטורים. בעזרתה נחשב אורכים, נמצא זוויות בגופים, ונכריע באלגנטיות אם שני וקטורים מאונכים.
מטרות השיעור
- להגדיר את המכפלה הסקלרית:
- להבין שהמכפלה הסקלרית היא מספר (סקלר), ושסימנה מעיד אם הזווית חדה, ישרה או קהה
- לחשב אורך וקטור באמצעות
- למצוא את הזווית בין שני וקטורים:
- לבדוק ניצבות בעזרת התנאי , ולחשב שטחי צורות
הרעיון המרכזי
הגדרת המכפלה הסקלרית (גישה גאומטרית)
לכל שני וקטורים (שונים מאפס) מגדירים מספר: כאשר היא הזווית ביניהם (), הנמדדת כששני הווקטורים יוצאים מאותה נקודה.
התוצאה היא סקלר (מספר), לא וקטור. הסימן נקבע על ידי :
- זווית חדה () ⟸
- זווית ישרה () ⟸
- זווית קהה () ⟸ (כי )
תכונות המכפלה הסקלרית
- אורך וקטור: , ולכן .
- חוק החילוף: .
- הומוגניות: .
- חוק הפילוג: .
- כפל מקוצר: וגם .
זווית וניצבות
מתוך ההגדרה מקבלים נוסחה למציאת הזווית:
תנאי הניצבות: שני וקטורים (שונים מאפס) מאונכים זה לזה אם ורק אם המכפלה הסקלרית שלהם שווה לאפס:
דוגמאות מפורטות
דוגמה 1: חישוב מכפלה סקלרית מהגדרה
נתון והזווית ביניהם . חשבו את .
שלב 1 — נוסחת ההגדרה
דוגמה 2: מציאת הזווית בין וקטורים
נתון . מצאו את הזווית בין הווקטורים.
הסימן השלילי כבר רומז שהזווית קהה.
שלב 1 — נוסחת הזווית
דוגמה 3: אורך סכום וקטורים (כפל מקוצר)
נתון והזווית ביניהם . חשבו את .
זהו למעשה משפט הקוסינוסים בשפת וקטורים.
שלב 1 — מרבעים
דוגמה 4: ניצבות וזווית במנסרה ישרה
במנסרה ישרה הבסיסים משולשים שווי-צלעות בעלי צלע 3, והמקצוע הצדדי . נסמן . חשבו את הזווית BA'C.
שלב 1 — מבטאים את הווקטורים
דוגמה 5: שטח משולש בעזרת המכפלה הסקלרית
במשולש שבו מתקיים והזווית . חשבו את שטח המשולש.
את הזווית מצאנו מהמכפלה הסקלרית; ה-sin מתקבל מ-cos לפי הזהות הטריגונומטרית.
שלב 1 — נוסחת שטח
בדיקה מהירה
נתונים שני וקטורים שאורכיהם ו-, והזווית ביניהם . חשבו את המכפלה הסקלרית .
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
נתון שהמכפלה הסקלרית של שני וקטורים היא , ואורכיהם . חשבו את הזווית בין הווקטורים (במעלות).
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
במשולש ABC נסמן . נתון והזווית . חשבו את שטח המשולש ABC (עגלו לשתי ספרות אחרי הנקודה).
סטייה מותרת: ±0.05
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
טעויות נפוצות
טעות נפוצה: חושבים שהמכפלה הסקלרית היא וקטור
— אגף ימין הוא מכפלת מספרים, ולכן התוצאה מספר.
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: לוקחים את הווקטורים בכיוון הלא נכון
לזווית משתמשים ב- ו-. שימוש ב- הופך את סימן ה-cos.
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: מבלבלים בין לבין סימן המכפלה
. הסימן (חיובי/שלילי) מבחין בין חדה לקהה.
למה זה קורה?
איך מתקנים?
סיכום
מה למדנו?
- הגדרה: — התוצאה סקלר.
- אורך: .
- זווית: .
- ניצבות: .
- כללי הכפל המקוצר מאפשרים לחשב אורכים של סכומים והפרשי וקטורים, ומכאן שטחי צורות.
זכרו: סימן המכפלה מספר לכם על סוג הזווית. בשיעור הבא נרחיב את הניצבות למרחב — וקטור המאונך למישור שלם.
תרגול נוסף
עברו לתרגול כדי להתאמן על חישוב מכפלה סקלרית, מציאת זוויות, בדיקת ניצבות וחישובי שטחים!