Mathematics · الكتاب 1 · Grades 1–9

الرياضيات في المرحلتين الابتدائية والإعدادية

الرياضيات في المرحلتين الابتدائية والإعدادية · Grades 1–9

33الإنشاءات الهندسية

المسطرة والكوس والفرجار: بهذه الأدوات الثلاث وشيء من المنهج، يمكن بناء أي شكل موصوف بالكلمات بناءً دقيقًا. ينشئ هذا الفصل الأعمدة والمتوازيات والمثلثات والرباعيات الخاصة — الحرفة أولًا، والنظرية لاحقًا (الفصول 40 و41).

33.1 الأعمدة والمتوازيات المارّة بنقطة

طريقة 33.1 (الإنشاءان الأساسيان)

العمودي على dd المارّ بالنقطة AA: أزلق الكوس على dd حتى يبلغ حرفه الآخر ذو الزاوية القائمة النقطة AA؛ ثم اُرسم؛ وعلّم الزاوية القائمة.

الموازي للمستقيم dd المارّ بالنقطة AA: ثبّت مسطرة على الكوس كسكّة موضوعة على dd؛ وأزلق الكوس حتى AA؛ ثم اُرسم. (والتحقّق: المسافة بين المستقيمين هي نفسها في كل مكان.)

مثال 33.2 (تسلسل الإنشاءات)

كثير من الأشكال سلاسل من هاتين الحركتين. فمستطيل ABCDABCD فيه AB=5AB = 5 سم و BC=3BC = 3 سم: اُرسم [AB][AB]؛ ثم العمودي عند AA؛ ثم العمودي عند BB؛ وعلّم DD و CC على بُعد 33 سم من الجهة نفسها؛ ثم صِل. فكل خطوة إنشاء أساسي واحد.

33.2 المثلثات بالفرجار

طريقة 33.3 (مثلث من ثلاثة أضلاع)

لبناء مثلث أضلاعه 66 سم و 55 سم و 44 سم:

  1. اُرسم الضلع الأطول، [AB][AB] حيث AB=6AB = 6 سم؛
  2. وقوسًا مركزه AA ونصف قطره 55 سم؛
  3. وقوسًا مركزه BB ونصف قطره 44 سم؛
  4. وتقاطعهما هو الرأس الثالث CC؛ ثم صِل.

والفرجار يضمن الأطوال: فكل نقطة من القوس الأول تبعد 55 سم بالضبط عن AA.

قوسان وتقاطع واحد: المثلث 6–5–4 مبنيًّا بالفرجار. (ولو كان الضلعان القصيران معًا أقصر من القاعدة، لما التقى القوسان — والمزيد عن ذلك في .)
قوسان وتقاطع واحد: المثلث 665544 مبنيًّا بالفرجار. (ولو كان الضلعان القصيران معًا أقصر من القاعدة، لما التقى القوسان — والمزيد عن ذلك في الفصل 51.)

مثال 33.4 (المتساوي الساقين والمتساوي الأضلاع مجانًا)

فتحة الفرجار نفسها للقوسين \Rightarrow مثلث متساوي الساقين. وفتحة تساوي القاعدة \Rightarrow متساوي الأضلاع. والفرجار لا يقيس: بل ينسخ الأطوال، وذلك أفضل.

33.3 الرباعيات الخاصة بالإنشاء

طريقة 33.5 (بناء العائلة)

  1. المستطيل: زوجان من المتوازيات يتقاطعان في زوايا قائمة — أو سلسلة المثال 33.2؛
  2. والمربع: مستطيل تستعمل أضلاعه الأربعة الطول نفسه — اِنقله بالفرجار؛
  3. والمعيّن: أربعة أضلاع متساوية — اُرسم ضلعًا، ثم قوسان من طرفيه بالفتحة نفسها يحددان الرأسين الآخرين (فالمعيّن مثلثان متساويا الساقين ملصوقان على قطر).

وبعد البناء، تحقّق دائمًا بالأدوات: الكوس على الأركان، والفرجار على الأضلاع.

مثال 33.6 (التعرّف من وصف)

«رباعي أضلاعه الأربعة 44 سم وفيه زاوية قائمة» — اِبنه: فالأضلاع الأربعة المتساوية تفرض شكل معيّن، وضغط ركن واحد إلى زاوية قائمة يقوّم الأركان الأخرى كلها: فالنتيجة مربع. وبعض الأوصاف تصف سرًّا شكلًا أخصّ مما تعلن. (وسبب انتشار الزاوية القائمة إلى الأركان الأربعة مشروح في الفصل 52.)

33.4 الدوائر في الإنشاءات

مثال 33.7 (الدائرة أداةً)

«جِد كل النقط التي تبعد 33 سم عن AA»: هي الدائرة التي مركزها AA ونصف قطرها 33 سم. و«جِد كل النقط التي تبعد 33 سم عن AA و 44 سم عن BB»: اُرسم الدائرتين؛ وتقاطعاتهما (نقطتان أو نقطة أو لا نقطة) هي الأجوبة. وخرائط الكنوز وإنشاءات المثلثات تستعمل هذه الفكرة بالضبط.

33.5 تمارين

تمرين 33.1

اُرسم مستقيمًا dd ونقطة AA على بُعد 33 سم منه تقريبًا. وأنشئ العمودي على dd المارّ بالنقطة AA، ثم الموازي للمستقيم dd المارّ بالنقطة AA. وعلّم الزوايا القائمة.

حل

حل التمرين 33.1.

الإنشاءان يتبعان الطريقة 33.1؛ والعمودي والموازي المارّان بالنقطة AA متعامدان هما نفسهما.

تمرين 33.2

أنشئ مستطيلًا ABCDABCD فيه AB=7AB = 7 سم و BC=4BC = 4 سم، متّبعًا المثال 33.2. وتحقّق من الزاوية الرابعة بالكوس: فإن كان الإنشاء دقيقًا كانت قائمة تلقائيًّا.

حل

حل التمرين 33.2.

سلسلة أعمدة كما في المثال 33.2. فإن كانت الزوايا الثلاث المبنيّة قائمة تمامًا والأطوال دقيقة، فلا خيار للزاوية الرابعة إلا أن تكون قائمة هي أيضًا — فالمستطيل المبنيّ جيدًا يتحقق من نفسه.

تمرين 33.3

أنشئ مثلثًا أضلاعه 77 سم و 66 سم و 33 سم (الطريقة 33.3).

حل

حل التمرين 33.3.

القاعدة [AB][AB] من 77 سم؛ وقوسان نصفا قطريهما 66 سم (من AA) و 33 سم (من BB)؛ وتقاطعهما هو CC.

تمرين 33.4

أنشئ مثلثًا متساوي الساقين قاعدته 55 سم وساقاه 77 سم؛ ثم مثلثًا متساوي الأضلاع طول ضلعه 66 سم.

حل

حل التمرين 33.4.

المتساوي الساقين: قاعدة 55 سم، والقوسان بالفتحة 77 سم نفسها. والمتساوي الأضلاع: قاعدة 66 سم، والقوسان بالفتحة 66 سم.

تمرين 33.5

أنشئ مربعًا طول ضلعه 55 سم. فأي الأدوات تضمن الزوايا القائمة؟ وأيّها يضمن تساوي الأضلاع؟

حل

حل التمرين 33.5.

الكوس يضمن الزوايا القائمة؛ والفرجار (أو المسطرة) ينقل ضلع 55 سم إلى الأضلاع الأربعة.

تمرين 33.6

أنشئ معيّنًا طول ضلعه 44 سم وليس مربعًا (اختر بنفسك فتحة الركن الأول). وتحقّق من الأضلاع الأربعة بالفرجار.

حل

حل التمرين 33.6.

اُرسم ضلعًا [AB][AB] من 44 سم، واختر اتجاهًا للضلع [AD][AD] (ليس عموديًّا، تجنبًا للمربع)، حيث AD=4AD = 4 سم؛ ثم قوسان من 44 سم من BB ومن DD يتقاطعان في CC. والفرجار يؤكد الأضلاع الأربعة المتساوية.

تمرين 33.7

اُرسم نقطتين AA و BB حيث AB=5AB = 5 سم. وأنشئ كل النقط التي تبعد 44 سم عن AA و 33 سم عن BB. فكم عددها؟

حل

حل التمرين 33.7.

الدائرة التي مركزها AA ونصف قطرها 44 سم، والدائرة التي مركزها BB ونصف قطرها 33 سم، تتقاطعان في نقطتين اثنتين (واحدة فوق المستقيم (AB)(AB) وواحدة تحته)، لأن 4+3>54 + 3 > 5 فتتداخل الدائرتان.

تمرين 33.8

اُكتب برنامج إنشاء (خطوات مرقّمة، ونقاط مسمّاة) لمستطيل 66 سم ×\times 22 سم يعلوه مثلث متساوي الساقين ساقاه 44 سم (على هيئة قلم). ودع زميلًا ينفّذه.

حل

حل التمرين 33.8.

برنامج صحيح: «1. اُرسم مستطيلًا ABCDABCD فيه AB=6AB = 6 سم (في الأسفل) و BC=2BC = 2 سم. 2. اُرسم قوسين نصف قطرهما 44 سم مركزهما DD و CC (الركنان العلويان)؛ وسمِّ SS تقاطعهما فوق المستطيل. 3. اُرسم [DS][DS] و [CS][CS].» (وسنّ القلم هو المثلث المتساوي الساقين DSCDSC.)

تمرين 33.9 ★★

حاول أن تنشئ مثلثًا أضلاعه 88 سم و 33 سم و 44 سم. فماذا يحدث للقوسين؟ اِشرح في جملة واحدة لماذا لا يمكن أن يوجد هذا المثلث.

حل

حل التمرين 33.9.

القوسان نصفا قطريهما 33 سم و 44 سم، مرسومين من طرفَي القاعدة 88 سم، لا يلتقيان أبدًا: فحتى طرفًا إلى طرف، 3+4=73 + 4 = 7 سم لا تمتد عبر 88 سم. فمجموع ضلعين يجب أن يكون دائمًا أطول من الثالث — وإلا لم ينغلق المثلث.

تمرين 33.10 ★★

أنشئ معيّنًا قطراه 66 سم و 44 سم، عالمًا أن قطرَي المعيّن يتقاطعان في منتصفيهما في زاوية قائمة: اُرسم القطرين أولًا، ثم صِل بين أطرافهما الأربعة.

حل

حل التمرين 33.10.

اُرسم قطعة من 66 سم ومنتصفها OO؛ ثم العمودي عند OO؛ وعلّم عليه نقطتين على بُعد 22 سم من OO (واحدة في كل جهة)؛ ثم صِل بين الأطراف الأربعة بالترتيب. والفرجار يؤكد الأضلاع الأربعة المتساوية.

تمرين 33.11 ★★

مِعزاة مربوطة إلى وتد AA بحبل طوله 44 م، في حقل مستوٍ فيه سياج مستقيم يمرّ على بُعد 33 م من AA. اُرسم مخططًا (1 سم لكل متر): فأي منطقة تستطيع المعزاة أن تبلغها؟ وأين يحدّها السياج؟

حل

حل التمرين 33.11.

على المخطط، تبلغ المعزاة القرص الذي مركزه AA ونصف قطره 44 سم، مقطوعًا بخط السياج على بُعد 33 سم من AA: فمنطقتها هي القرص ناقص الشريحة التي وراء السياج. وعلى امتداد السياج تستطيع أن ترعى على قطعة (حيث تقطع الدائرة خط السياج)؛ أما وراءه فلا شيء.