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:
שלב 1 — חיבור ראשון
לפי כלל המשולש לחיבור וקטורים, למה שווה הסכום ?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
בשרטוט נתונה מקבילית ABCD (הקודקודים לפי הסדר, כך ש-AB מקביל ל-DC ו-AD מקביל ל-BC). לפי כלל המקבילית, למה שווה הסכום ?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
דוגמה 2: כיוון וקטור ההפרש
הביעו את AB⃗ − AC⃗ באמצעות הנקודות B ו-C.
שלב 1 — הופכים לחיבור
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
. חשבו את .
שלב 1 — כלל המקבילית נותן מלבן
דוגמה 4: סכום קולינארי בכיוונים הפוכים
u⃗ ו-v⃗ על אותו ישר בכיוונים הפוכים. חשבו את .
שלב 1 — הכיוון מכריע
בדיקה מהירה
בשרטוט נתונים שני וקטורים u⃗ ו-v⃗ המונחים על אותו ישר אך מכוונים בכיוונים הפוכים, כאשר ו-. חשבו את אורך וקטור הסכום.
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
טעויות נפוצות
טעות נפוצה: מחברים אורכים:
מאונכים: , ולא 3+4=7.
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: טועים בכיוון ההפרש (BC⃗ במקום CB⃗)
, לא .
למה זה קורה?
איך מתקנים?
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?
איך מתקנים?
סיכום
מה למדנו?
פעולות בווקטורים:
- חיבור — כלל המשולש () או כלל המקבילית (אלכסון).
- חיסור — הוספת הנגדי; .
- כפל בסקלר — האורך , הכיוון לפי סימן t; התוצאה קולינארית.
- 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!