חיבור, חיסור וכפל וקטור בסקלר

30%
📖שיעור
55 דקות

חיבור, חיסור וכפל וקטור בסקלר

הפעולות הגאומטריות בווקטורים: חיבור בכלל המשולש ובכלל המקבילית, חיסור כהוספת הנגדי, כפל בסקלר, וחוקי החילוף, הקיבוץ והפילוג המאפשרים לפשט ביטויים וקטוריים.

חיבור, חיסור וכפל וקטור בסקלר

מבוא

מטרות השיעור

  • לחבר וקטורים בעזרת כלל המשולש ("ראש אל זנב") וכלל המקבילית
  • לחסר וקטורים: , ולזהות את כיוון ההפרש
  • לכפול וקטור בסקלר ולהבין את השפעת הסקלר על האורך והכיוון
  • ליישם את חוקי הפעולות: חילוף, קיבוץ ופילוג, לפישוט ביטויים וקטוריים
  • להבין שאורך הסכום אינו סכום האורכים (אלא במקרה קולינארי באותו כיוון)

הרעיון המרכזי

חיבור: כלל המשולש וכלל המקבילית

כלל המשולש: מניחים את כך שתחילתו בסוף ("ראש אל זנב"). הסכום הוא הווקטור מתחילת אל סוף . לכן לכל שלוש נקודות:

כלל המקבילית: מניחים את ואת מאותה נקודה ומשלימים למקבילית. הסכום הוא האלכסון היוצא מאותה נקודה. שני הכללים נותנים אותה תוצאה.

חיסור וקטורים

חיסור הוא הוספת הנגדי:

עבור שני וקטורים מאותה נקודת התחלה מתקבל כלל נוח:

(הווקטור מהראש של המחוסר אל הראש של הראשון — שימו לב לכיוון!) הצדקה: .

כפל בסקלר

כפל וקטור בסקלר t נותן וקטור שאורכו :

  • t>0: אותו כיוון כמו .
  • t<0: כיוון הפוך.
  • t=0: וקטור האפס.

התוצאה תמיד קולינארית ל-.

חוקי הפעולות

לכל וקטורים וסקלרים t,s:

  • חילוף החיבור:
  • קיבוץ החיבור:
  • קיבוץ כפל בסקלרים:
  • פילוג על סקלרים:
  • פילוג על וקטורים:

חוקים אלה מאפשרים לפשט ביטויים וקטוריים בדיוק כמו באלגברה רגילה.


דוגמאות מפורטות

דוגמה 1: שרשרת חיבור (כלל המשולש)

פשטו: AB+BC+CDAB⃗ + BC⃗ + CD⃗

1

שלב 1 — חיבור ראשון

AB+BC=AC(AB⃗ + BC⃗ = AC⃗ (סוף הראשון = התחלת השני).
בדיקה מהירה

לפי כלל המשולש לחיבור וקטורים, למה שווה הסכום AB+BCAB⃗ + BC⃗?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם

בדיקה מהירה

בשרטוט נתונה מקבילית ABCD (הקודקודים לפי הסדר, כך ש-AB מקביל ל-DC ו-AD מקביל ל-BC). לפי כלל המקבילית, למה שווה הסכום AB+ADAB⃗ + AD⃗?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 2: כיוון וקטור ההפרש

הביעו את AB⃗ − AC⃗ באמצעות הנקודות B ו-C.

1

שלב 1 — הופכים לחיבור

ABAC=AB+(AC)=AB+CAAB⃗ - AC⃗ = AB⃗ + (-AC⃗) = AB⃗ + CA⃗.
בדיקה מהירה

נתונות שלוש נקודות A, B, C. למה שווה ההפרש AB⃗ − AC⃗?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 3: אורך סכום של וקטורים מאונכים

u⃗⊥v,u=3,v=4u⃗ ⊥ v⃗, |u⃗|=3, |v⃗|=4. חשבו את u+v|u⃗ + v⃗|.

1

שלב 1 — כלל המקבילית נותן מלבן

שני וקטורים מאונכים יוצרים מלבן; הסכום הוא האלכסון.

דוגמה 4: סכום קולינארי בכיוונים הפוכים

u⃗ ו-v⃗ על אותו ישר בכיוונים הפוכים,u=10,v=4, |u⃗|=10, |v⃗|=4. חשבו את u+v|u⃗ + v⃗|.

1

שלב 1 — הכיוון מכריע

בחיבור 'ראש אל זנב' על אותו ישר, הווקטור הקצר מבטל חלק שווה מהארוך.

בדיקה מהירה

תשובה מספרית

בשרטוט נתונים שני וקטורים u⃗ ו-v⃗ המונחים על אותו ישר אך מכוונים בכיוונים הפוכים, כאשר u=10|u⃗| = 10 ו-v=4|v⃗| = 4. חשבו את אורך וקטור הסכום,u+v, |u⃗ + v⃗|.

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


טעויות נפוצות

טעות נפוצה: מחברים אורכים: u+v=u+v|u⃗+v⃗| = |u⃗|+|v⃗|

מאונכים: , ולא 3+4=7.

למה זה קורה?

מתייחסים לווקטורים כמו למספרים.

איך מתקנים?

אורך הסכום שווה לסכום האורכים רק כשהווקטורים קולינאריים באותו כיוון. אחרת חל אי-שוויון המשולש.

טעות נפוצה: טועים בכיוון ההפרש (BC⃗ במקום CB⃗)

, לא .

למה זה קורה?

לא מקפידים על סדר ההצבה בחיסור.

איך מתקנים?

ABAC=CB:AB⃗ - AC⃗ = CB⃗: הווקטור מהראש של המחוסר (C) אל הראש של הראשון (B).

טעות נפוצה: מחברים 'ראש אל ראש' או 'זנב אל זנב'

לחיבור: סוף = תחילת . אם מניחים זנב-אל-זנב מאותה נקודה, מקבלים את ההפרש.

למה זה קורה?

לא מניחים את הווקטורים נכון בכלל המשולש.

איך מתקנים?

בכלל המשולש מניחים 'ראש אל זנב': תחילת השני בסוף הראשון. אחרת מקבלים את ההפרש, לא את הסכום.

סיכום

מה למדנו?

פעולות בווקטורים:

  1. חיבור — כלל המשולש () או כלל המקבילית (אלכסון).
  2. חיסור — הוספת הנגדי; .
  3. כפל בסקלר — האורך , הכיוון לפי סימן t; התוצאה קולינארית.
  4. חוקי החילוף, הקיבוץ והפילוג — מאפשרים לפשט ביטויים וקטוריים.

זכרו: אורך הסכום אינו סכום האורכים, והכיוון של ההפרש דורש תשומת לב.

בשיעור הבא נחבר הכול יחד עם צירוף לינארי של וקטורים — הצגת כל וקטור באמצעות וקטורי בסיס!


תרגול נוסף

עברו לתרגול כדי להתאמן על חיבור, חיסור וכפל בסקלר ועל פישוט ביטויים וקטוריים!

תרגול