ישר/וקטור מאונך למישור ותכונותיו
מבוא
בשיעור הקודם בדקנו ניצבות בין שני וקטורים בעזרת התנאי . כעת נעלה רמה: מתי וקטור מאונך למישור שלם? זהו הכלי המרכזי לזיהוי גובה של מנסרה או פירמידה — וגובה הוא בדיוק מה שנצטרך כדי לחשב נפחים בשיעור הבא.
מטרות השיעור
- להגדיר מתי וקטור (או ישר) מאונך למישור
- להבין ולהוכיח את התנאי המספיק: ניצבות לשני וקטורים לא קולינאריים של המישור
- ליישם את התנאי לבדיקת ניצבות בהצגה אלגברית ( ו-)
- להבין שמקצוע (או וקטור) המאונך למישור הבסיס משמש גובה של הגוף
הרעיון המרכזי
הגדרה: וקטור מאונך למישור
וקטור נקרא מאונך למישור אם הוא מאונך לכל וקטור המונח במישור . בדומה, ישר מאונך למישור אם הוא מאונך לכל ישר העובר דרך נקודת החיתוך שלו עם המישור.
התנאי המספיק לניצבות וקטור למישור
לא צריך לבדוק את כל הווקטורים במישור. מספיק לבדוק שניים:
משפט: אם וקטור מאונך לשני וקטורים לא קולינאריים המגדירים מישור , אז מאונך למישור כולו.
הוכחת התנאי המספיק
נניח ו-, כאשר לא קולינאריים.
יהי וקטור כלשהו במישור . לפי המשפט על צירוף לינארי במישור, אפשר לכתוב את באופן יחיד כצירוף לינארי של שני הווקטורים הפורשים: עבור מספרים s, t מתאימים.
נחשב את המכפלה הסקלרית של עם , תוך שימוש בחוק הפילוג ובהומוגניות:
קיבלנו עבור כל וקטור במישור, כלומר מאונך לכל וקטור במישור — ומכאן מאונך למישור. מ.ש.ל.
המסקנה הגאומטרית: גובה של גוף
אם מקצוע או וקטור מאונך למישור הבסיס של גוף, אז הוא גובה הגוף — ואורכו הוא הגובה שנציב בנוסחת הנפח. לכן נוסח עבודה שכיח בבגרות הוא: "הוכיחו ש- מאונך למישור הבסיס", ומיד אחריו "מצאו את נפח הגוף".
דוגמאות מפורטות
דוגמה 1: בדיקת ניצבות לשני וקטורים פורשים
האם הווקטור מאונך למישור הנפרש על ידי ו-?
וגם ⟸ .
שלב 1 — בודקים אי-קולינאריות
דוגמה 2: מדוע ניצבות לישר אחד אינה מספיקה
הווקטור מאונך ל-. האם מכאן נובע ש-n מאונך לכל מישור המכיל את u?
חייבים לבדוק שני כיוונים בלתי תלויים. כיוון אחד משאיר חופש סיבוב סביב הישר.
שלב 1 — בודקים ניצבות ל-u
דוגמה 3: זיהוי מקצוע כגובה פירמידה
בפירמידה SABCD הבסיס ABCD מלבן במישור עם , והקודקוד . הוכיחו שהמקצוע AS הוא גובה הפירמידה.
ו- ⟸ מישור הבסיס ⟸ גובה.
שלב 1 — וקטורי הבסיס
דוגמה 4: הוכחת ניצבות עם וקטורים לא ציריים
האם מאונך למישור הנפרש על ידי ו-?
התנאי המספיק עובד גם כשהווקטורים אינם מקבילים לצירים — צריך רק שיהיו לא קולינאריים.
שלב 1 — אי-קולינאריות
בדיקה מהירה
מהו התנאי המספיק לכך שווקטור n מאונך למישור ?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
מישור נפרש על ידי הווקטורים ו-. איזה מהווקטורים הבאים מאונך למישור זה?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
בסרטוט נתונה פירמידה SABCD שבסיסה ABCD מלבן במישור , עם , והקודקוד . הוכחתם שהמקצוע AS מאונך למישור הבסיס. מהו אורך גובה הפירמידה?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
טעויות נפוצות
טעות נפוצה: חושבים שניצבות לישר אחד מספיקה
מאונך ל- בלבד — לא מספיק. צריך וגם עם לא קולינאריים.
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: בודקים ניצבות לשני וקטורים קולינאריים
אם , אז ניצבות לשניהם זהה לניצבות ל- בלבד — לא מספיק.
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: שוכחים שמקצוע מאונך לבסיס הוא הגובה
אם הוכחתם בסיס, אז הוא הגובה לנוסחת הנפח.
למה זה קורה?
איך מתקנים?
סיכום
מה למדנו?
- וקטור מאונך למישור מאונך לכל וקטור במישור.
- תנאי מספיק: ניצבות לשני וקטורים לא קולינאריים של המישור גוררת ניצבות למישור כולו.
- ההוכחה: כל וקטור במישור הוא , ולכן .
- בהצגה אלגברית: בודקים ו-.
- מקצוע המאונך למישור הבסיס הוא גובה הגוף.
זכרו: שני כיוונים בלתי תלויים — לא אחד. בשיעור הבא נשתמש בגובה הזה כדי לחשב נפחים של מנסרות ופירמידות.
תרגול נוסף
עברו לתרגול כדי להתאמן על בדיקת ניצבות לשני וקטורים, הוכחת ניצבות וקטור למישור וזיהוי גובה של גוף!