الرياضيات في المرحلتين الابتدائية والإعدادية · Grades 1–9
27التماثل
الفراشات، والوجوه، ورقاقات الثلج: تحب الطبيعة الأشكال التي ينطبق نصفاها عند الطيّ. يستكشف هذا الفصل التماثل بالطيّ وبالورق المربّعات — أما الإنشاءات بالكوس فتنتظر الفصل 42.
27.1 الطيّ والانطباق
تعريف 27.1 (محور التماثل)
يكون المستقيم محور تماثل لشكل حين يجعل طيُّ الشكل على ذلك المستقيم نصفيه ينطبقان تمامًا. وقد يكون للشكل محور واحد، أو محاور عدة، أو لا محور له.
مثال 27.2 (الاختبار بورق الشفّ)
اِنقل الشكل على ورق الشفّ، واقلب الورقة على المحور المرشَّح، ثم أعِدها: فإن غطّى النقلُ الشكلَ تمامًا، فالمحور صحيح. والعين وحدها تُخدع كثيرًا — فقطر المستطيل يبدو محورًا، لكن اختبار الطيّ يقول لا (جرّبه!).
27.2 إكمال الأشكال على الشبكة
طريقة 27.3 (مماثل شكل بالنسبة إلى خط من الشبكة)
المحور خط رأسي (أو أفقي) من خطوط الشبكة.
- خذ كل رأس من رؤوس الشكل بالتناوب؛
- وعُدّ بُعده عن المحور بالمربعات؛
- وضع رأس الصورة على البُعد نفسه من الجهة الأخرى، في السطر نفسه (أو العمود نفسه)؛
- وصِل رؤوس الصورة بالترتيب نفسه، وتحقّق: فالصورة هي التوأم المرآتي للشكل.
مثال 27.4 (الشكل نفسه، والحجم نفسه، مقلوبًا)
للصورة الأطوال نفسها والزوايا نفسها تمامًا كالأصل: فالتماثل ينسخ الشكل — لكنه يقلبه، كاليد اليسرى واليد اليمنى. فإن كان الحرف الأصلي F، فصورته المرآتية F معكوس، لا F آخر.
27.3 محاور الأشكال المعتادة
مثال 27.5 (عدّ المحاور)
بالطيّ:
- للمربع محاور (اثنان يمرّان بمنتصفَي ضلعين متقابلين، واثنان على القطرين)؛
- وللمستطيل من المحاور (منتصفا الضلعين المتقابلين لا غير!)؛
- وللمثلث المتساوي الساقين ؛ وللمتساوي الأضلاع ؛
- وللدائرة كل مستقيم يمرّ بمركزها — محاور أكثر من أن تُعدّ.
مثال 27.6 (التماثل في الأبجدية)
الحروف A و M و T و U و V لها محور رأسي؛ والحروف B و C و D و E لها محور أفقي؛ والحروف H و I و O و X لها المحوران معًا. وكلمات مصنوعة من الحروف المناسبة قد تكون متماثلة أيضًا: فكلمة MUM لها محور رأسي؛ وكلمة OXO تنجح في الاتجاهين.
27.4 تمارين
تمرين 27.1 ★
اِنقل واطوِ: أيّها له محور تماثل — مربع؛ أم مستطيل (غير مربع)؛ أم مثلث مختلف الأضلاع (كل أضلاعه مختلفة)؛ أم دائرة؟
حل
حل التمرين 27.1.
المربع: نعم ( محاور). والمستطيل: نعم (). والمثلث المختلف الأضلاع: لا طيّ ينجح فيه. والدائرة: نعم — أي مستقيم يمرّ بالمركز.
تمرين 27.2 ★
اُرسم محاور التماثل: للمربع؛ وللمستطيل؛ وللمثلث المتساوي الأضلاع. وكم محورًا لكل منها؟
حل
حل التمرين 27.2.
المربع: (خطّا المنتصف، والقطران). والمستطيل: (خطّا المنتصف لا غير). والمثلث المتساوي الأضلاع: (واحد يمرّ بكل رأس).
تمرين 27.3 ★
اِستعمل اختبار ورق الشفّ في المثال 27.2 لتبيّن أن قطر مستطيل ليس محور تماثل.
تمرين 27.4 ★
على الورق المربّعات، اُرسم محورًا رأسيًّا وحرف L (بارتفاع ثلاثة مربعات وعرض مربعين) على بُعد من المربعات عن المحور. وأنشئ صورته المرآتية.
حل
حل التمرين 27.4.
صورة الحرف L تقع على بُعد من المربعات من الجهة الأخرى للمحور، مكتوبة معكوسة (حرف L مرآتي)، بالأحجام نفسها.
تمرين 27.5 ★
على الورق المربّعات، اُرسم محورًا أفقيًّا وعلمًا صغيرًا (مثلث على سارية من مربعات) فوقه. وأكمل الشكل بالتماثل تحت المحور.
حل
حل التمرين 27.5.
يُظهر الشكل المكتمل العلم وانعكاسه مقلوبًا تحت المحور، السارية تحت السارية.
تمرين 27.6 ★
يمسّ شكل محورَ تماثله في نقطة . فأين صورة ؟ اِشرح بصورة الطيّ.
حل
حل التمرين 27.6.
لا تتحرك : فالطيّ على المحور يترك كل نقطة على المحور في مكانها — فالنقطة صورة نفسها.
تمرين 27.7 ★
صنّف الحروف الكبيرة A و B و E و F و H و N و O و T: محور رأسي؟ أم محور أفقي؟ أم كلاهما؟ أم لا محور؟
حل
حل التمرين 27.7.
المحور الرأسي: A و H و O و T. والمحور الأفقي: B و E و H و O. وكلاهما: H و O. ولا محور: F و N.
تمرين 27.8 ★
مثلث أضلاعه سم و سم و سم. فهل له محور تماثل؟ وأي ضلعين يبدّل الطيّ بينهما؟
حل
حل التمرين 27.8.
نعم: فالمثلث متساوي الساقين، ومحوره يمرّ بالرأس الواقع بين ضلعَي سم وبمنتصف القاعدة سم. ويبدّل الطيّ بين الضلعين المتساويين.
تمرين 27.9 ★★
على الورق المربّعات، اُرسم شكلًا من عندك له محورا تماثل بالضبط، واُرسم المحورين. (تلميح: فكّر في مستطيل، أو في شكل علامة الزائد.)
حل
حل التمرين 27.9.
كل شكل له محوران بالضبط يصلح: مستطيل (غير مربع)، أو شكل زائد ذراعاه بطولين مختلفين (أفقي طويل، ورأسي قصير)، أو بيضاوي. والمحوران يتقاطعان دائمًا في مركز الشكل.
تمرين 27.10 ★★
أُعطي نصف رسم متماثل: النصف الأيسر لبيت (جدار مربع ونصف سقف مثلث)، ومحور رأسي على حافته اليمنى. صِف البيت كاملًا أو ارسمه. وكيف تقارن أطوال النصف الأيمن المكتمل بأطوال النصف الأيسر؟
حل
حل التمرين 27.10.
البيت الكامل هو النصف الأيسر مع توأمه المرآتي: جدار عرضه ضعف نصف الجدار، تحت سقف مثلث كامل. وكل طول على اليمين يساوي شريكه على اليسار — فالتماثل ينسخ الأطوال بالضبط.
تمرين 27.11 ★★
تدّعي آية: «كل مثلث فيه ضلعان متساويان له محور تماثل، وكل مثلث له محور تماثل ففيه ضلعان متساويان». اِختبر ادّعاءها المزدوج على رسوم: مثلث متساوي الساقين، ومثلث متساوي الأضلاع، ومثلث مختلف الأضلاع. فهل يؤيدها الطيّ؟
حل
حل التمرين 27.11.
الرسوم تؤيد الاتجاهين: فالمثلث المتساوي الساقين ينطوي على المستقيم المارّ برأسه (ضلعان متساويان محور)؛ والمتساوي الأضلاع ينطوي بثلاث طرق؛ والمختلف الأضلاع لا محور له (لا أضلاع متساوية لا محور). وادّعاء آية المزدوج صحيح — وسيُبرهن عليه في الفصل 42.