חיבור, חיסור וכפל וקטור בסקלר

30%
📖שיעור
55 דקות

חיבור, חיסור וכפל וקטור בסקלר

נלמד לחבר וקטורים בכלל המשולש ובכלל המקבילית, לחסר וקטורים באמצעות הוקטור הנגדי, ולכפול וקטור בסקלר — תוך הבנת השפעת הסקלר על הגודל ועל הכיוון, ואי-שוויון המשולש.

חיבור, חיסור וכפל וקטור בסקלר

מבוא

מטרות השיעור

  • לחבר שני וקטורים בכלל המשולש (ראש לזנב) ובכלל המקבילית (זנב משותף)
  • להבין שגודל הסכום אינו סכום הגדלים — אי-שוויון המשולש
  • להגדיר את הוקטור הנגדי ולחסר וקטורים:
  • לכפול וקטור בסקלר (מספר ממשי) ולהבין את השפעתו על הגודל ועל הכיוון
  • ליישם את הפעולות לחישוב אורכים (כולל משפט פיתגורס ומשפט הקוסינוסים)

הרעיון המרכזי

חיבור וקטורים — כלל המשולש

כדי לחבר את ו- בכלל המשולש: מציבים את זנב בראש (שרשור "ראש לזנב"). וקטור הסכום הוא הווקטור הסוגר את המשולש — מהזנב של אל הראש של .

ניסוח שימושי במיוחד (יחס שאל / relation de Chasles):

הנקודה האמצעית "מתבטלת" — תכונה שתשרת אותנו שוב ושוב בהוכחות גאומטריות.

חיבור וקטורים — כלל המקבילית

דרך שקולה: מציבים את ואת עם זנב משותף, משלימים מקבילית שבה הם שתי צלעות סמוכות, ואז וקטור הסכום הוא האלכסון היוצא מהנקודה המשותפת.

כלל המקבילית ממחיש מיד את חילופיות החיבור: אותו אלכסון מתקבל בין אם הולכים ואז ובין אם ואז , ולכן .

גודל הסכום ואי-שוויון המשולש

אזהרה חשובה: גודל וקטור הסכום אינו, בדרך כלל, סכום הגדלים. מתקיים תמיד אי-שוויון המשולש:

  • הגבול העליון מושג רק כשהווקטורים מצביעים לאותו כיוון.
  • הגבול התחתון מושג כשהם בכיוונים הפוכים.
  • כשהם ניצבים, גודל הסכום מחושב בפיתגורס: .

חיסור וקטורים

הוקטור הנגדי הוא בעל אותו אורך כמו וכיוון הפוך. חיסור מוגדר כחיבור הנגדי:

ניסוח גאומטרי שימושי: אם לשני הווקטורים זנב משותף A, אז כלומר וקטור ההפרש מצביע מהראש של הווקטור המוחסר אל הראש של הווקטור שממנו מחסרים.

כפל וקטור בסקלר

כפל וקטור בסקלר (מספר ממשי) a נותן וקטור שמתנהג כך:

  • הגודל מוכפל ב-|a|: כלומר .
  • הכיוון נשמר אם a>0, ומתהפך אם a<0.
  • אם a=0 מתקבל וקטור האפס.

לדוגמה ארוך פי 3 ובאותו כיוון, ואילו ארוך פי 2 ובכיוון הפוך.


דוגמאות מפורטות

דוגמה 1: כלל המשולש ויחס שאל

פשטו את הביטוי AB+BC+CD⃗AB + ⃗BC + ⃗CD.

הנקודות האמצעיות מתבטלות בזו אחר זו — כלי מרכזי בהוכחות.

1

שלב 1 — מחברים את שני הראשונים

לפי כלל המשולש,AB+BC=AC(, ⃗AB + ⃗BC = ⃗AC (הנקודה B מתבטלת).
בדיקה מהירה

לפי כלל המשולש (חיבור וקטורים "ראש לזנב"), למה שווה הסכום AB+BC⃗AB + ⃗BC?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 2: גודל סכום של וקטורים ניצבים

⃗u ו-⃗v ניצבים,u=3,v=4, |⃗u|=3, |⃗v|=4. מהו u+v|⃗u + ⃗v|?

1

שלב 1 — כלל המשולש

מציבים את ⃗v בראש ⃗u; הסכום סוגר משולש ישר-זווית שרגליו ⃗u ו-⃗v.
תשובה מספרית

הווקטורים ⃗u ו-⃗v ניצבים זה לזה, כאשר u=3|⃗u| = 3 ו-v=4|⃗v| = 4. מהו אורך וקטור הסכום u+v⃗u + ⃗v?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 3: חיסור וקטורים

פשטו את ⃗AB − ⃗AC.

ההפרש מצביע מהראש של הווקטור המוחסר (C) אל הראש של הווקטור שממנו מחסרים (B).

1

שלב 1 — חיסור = חיבור הנגדי

ABAC=AB+(AC)=AB+CA⃗AB - ⃗AC = ⃗AB + (-⃗AC) = ⃗AB + ⃗CA.
בדיקה מהירה

למה שווה ההפרש ⃗AB − ⃗AC? (רמז: חיסור הוא חיבור הווקטור הנגדי)

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 4: כפל בסקלר וצירוף של פעולות

נתון u=5|⃗u|=5. מהו אורך 2u-2⃗u, ומהו כיוונו ביחס ל-⃗u?

זכרו: סקלר שלילי גם מאריך/מקצר וגם הופך כיוון.

1

שלב 1 — הגודל

2u=2u=25=10|-2⃗u| = |-2| \cdot |⃗u| = 2 \cdot 5 = 10.

בדיקה מהירה

תשובה מספרית

נתונים שני וקטורים ⃗u ו-⃗v כך ש-u=7|⃗u| = 7 ו-v=3|⃗v| = 3. מהו האורך המקסימלי האפשרי של וקטור הסכום u+v⃗u + ⃗v?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


טעויות נפוצות

טעות נפוצה: חושבים ש-u+v=u+v|⃗u + ⃗v| = |⃗u| + |⃗v| תמיד

— שוויון רק באותו כיוון.

למה זה קורה?

מחברים את הגדלים כמספרים בלי להתחשב בכיוונים.

איך מתקנים?

זה גבול עליון בלבד, המושג רק כשהכיוונים זהים. בכיוונים ניצבים משתמשים בפיתגורס; באופן כללי חל אי-שוויון המשולש.

טעות נפוצה: טועים בכיוון של ⃗u − ⃗v

— הסדר הופך את הכיוון.

למה זה קורה?

מבלבלים בין ⃗u − ⃗v ל-⃗v − ⃗u, או מציירים את החץ הפוך.

איך מתקנים?

uv=u+(v)⃗u - ⃗v = ⃗u + (-⃗v). הווקטורים ⃗u − ⃗v ו-⃗v − ⃗u נגדיים זה לזה. בזנב משותף: ABAC=CB⃗AB - ⃗AC = ⃗CB.

טעות נפוצה: חושבים שסקלר שלילי רק מקטין את הווקטור

, והסימן קובע את הכיוון.

למה זה קורה?

מתייחסים לסימן כאל גודל בלבד.

איך מתקנים?

בכפל בסקלר a הגודל מוכפל ב-|a|, וסימן שלילי גם הופך את הכיוון. למשל 2u-2⃗u ארוך פי 2 ובכיוון הפוך.

סיכום

מה למדנו?

  • חיבור: כלל המשולש (ראש לזנב, ) וכלל המקבילית (זנב משותף, האלכסון).
  • גודל הסכום מקיים את אי-שוויון המשולש; בניצבים — פיתגורס.
  • חיסור: , ובזנב משותף .
  • כפל בסקלר: ; הכיוון נשמר ל-a>0 ומתהפך ל-a<0.

בשיעור הבא נפרוש את האקסיומות — מערכת הכללים המלאה שמגדירה מרחב וקטורי — ונוכיח אותן.


תרגול נוסף

עברו לתרגול כדי לתרגל חיבור, חיסור וכפל בסקלר, וחישובי גודל של סכומים והפרשים!

תרגול