هندسه و استدلال (هفتم)
نقطه، خط، نیمخط، پارهخط
- نقطه: یک مکان مشخص؛ با حروف بزرگ نام میگیرد: ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
- خط: مسیری که از هر دو طرف تا بینهایت ادامه دارد و ابتدا و انتها ندارد؛ با حروف کوچک: ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
- نیمخط: از یک نقطه (سرِ نیمخط) شروع میشود و فقط یک طرف تا بینهایت میرود.
- پارهخط: دو سرِ مشخص دارد و طولپذیر است؛ طولِ پارهخطِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین را ادامهٔ فرمول را افقی ببین مینویسیم.
چرا این قرارداد لازم است؟ چون ادامهٔ فرمول را افقی ببین یعنی «خودِ پارهخط» ولی ادامهٔ فرمول را افقی ببین یعنی «اندازهٔ آن». بدون این تفکیک، در شکلهای شلوغ گیج میشوی.
نقطههای همخط
اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین بین ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین باشد:
ادامهٔ فرمول را افقی ببینو از همین رابطه: ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
این رابطه فقط وقتی درست است که ادامهٔ فرمول را افقی ببین واقعاً بین دو نقطهٔ دیگر باشد. پس اول شکل بکش، بعد رابطه بنویس.
نمونهٔ کامل: نقاط ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین به همین ترتیب روی یک خطاند و ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین. طول ادامهٔ فرمول را افقی ببین چند است؟
ادامهٔ فرمول را افقی ببیننامساوی مثلث
اگر سه نقطه همخط نباشند، مثلث میسازند؛ مثلثِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین را ادامهٔ فرمول را افقی ببین مینویسیم. در هر مثلثی هر سه رابطهٔ زیر برقرارند:
ادامهٔ فرمول را افقی ببینیعنی مجموع هر دو ضلع از ضلع سوم بزرگتر است.
چرا؟ چون رفتن از ادامهٔ فرمول را افقی ببین مستقیم به ادامهٔ فرمول را افقی ببین کوتاهترین راه است؛ رفتن از ادامهٔ فرمول را افقی ببین به ادامهٔ فرمول را افقی ببین و بعد به ادامهٔ فرمول را افقی ببین مسیری غیرمستقیم و بلندتر است.
نامساوی مثلث سه رابطه دارد، نه یکی. در سؤال «آیا چنین مثلثی وجود دارد؟» اگر حتی یکی برقرار نباشد، جواب منفی است. مثلاً با اضلاع ۳ و ۴ و ۱۰: چون ادامهٔ فرمول را افقی ببین، این مثلث وجود ندارد.
صورتِ فشردهٔ همین قانون: ضلع سوم همیشه بین تفاضل و مجموعِ دو ضلع دیگر است.
وسط پارهخط
نقطهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین وسطِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین است اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ و در این حالت:
ادامهٔ فرمول را افقی ببینمثلاً اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین سانتیمتر باشد، هر نیمه ۵ سانتیمتر است.
مواظب باش برعکسش را ننویسی: ادامهٔ فرمول را افقی ببین نصفِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین است، نه برعکس.
روابط انتقالی
تساوی و نابرابریِ پارهخطها دقیقاً مثل عددها رفتار میکنند:
| اگر | و | نتیجه |
|---|---|---|
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
روی شکل، پارهخطهای مساوی را با تیکهای یکسان علامت میزنیم؛ اگر دو جفتِ مساوی داریم، یکی را یک تیک و دیگری را دو تیک.
شمارش پارهخط و نیمخط
اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین نقطه روی یک خط باشند:
ادامهٔ فرمول را افقی ببینمثلاً با ۵ نقطه ادامهٔ فرمول را افقی ببین پارهخط و با ۱۰ نقطه ادامهٔ فرمول را افقی ببین پارهخط داریم.
اشتباه رایج این است که فقط پارهخطهای کنارِ هم را میشمارند. پارهخطهای بلندتر را هم بشمار: با چهار نقطهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین شش پارهخط داریم، نه سه تا.
نقطههای همفاصله روی یک خط
اگر روی یک خط داشته باشیم ادامهٔ فرمول را افقی ببین، میتوان همهٔ پارهخطهای بلندتر را بر حسبِ یک واحد نوشت:
ادامهٔ فرمول را افقی ببیننمونهٔ کامل — دو خطکش: دو خطکشِ ۲۰ سانتیمتری را طوری روی هم میگذاریم که ۵ سانتیمتر همپوشانی داشته باشند؛ طول کل چند است؟
ادامهٔ فرمول را افقی ببینزاویه و نامگذاری آن
زاویه از دو نیمخط که از یک نقطهٔ مشترک شروع میشوند ساخته میشود؛ آن نقطه رأس است.
ادامهٔ فرمول را افقی ببینوقتی فقط یک زاویه در شکل هست، همان نامِ رأس کافی است؛ وقتی چند زاویه کنار هماند، با شماره از هم جدا میشوند.
| نوع زاویه | اندازه |
|---|---|
| تند | بین ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| راست | دقیقاً ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| باز | بین ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| نیمصفحه | دقیقاً ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| مقعر | بین ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
جمع و تفریق زاویه و نیمساز
اگر نیمخط ادامهٔ فرمول را افقی ببین بین ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین باشد:
ادامهٔ فرمول را افقی ببیننیمساز نیمخطی است که از رأس شروع میشود و زاویه را دقیقاً نصف میکند:
ادامهٔ فرمول را افقی ببینمثلاً اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین باشد، هر نیمه ادامهٔ فرمول را افقی ببین است.
هر نیمخطی که داخل زاویه باشد نیمساز نیست؛ تا وقتی نگفتهاند نیمساز است، حق نداری فرضش کنی.
متمم و مکمل
- دو زاویه متمم هماند اگر مجموعشان ادامهٔ فرمول را افقی ببین باشد: ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
- دو زاویه مکمل هماند اگر مجموعشان ادامهٔ فرمول را افقی ببین باشد: ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
| ویژگی | متمم | مکمل |
|---|---|---|
| مجموع | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| نمونه | ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| شکلِ هندسی | گوشهٔ راست | یک خط راست |
برای تشخیص: ببین دو زاویه با هم یک گوشهٔ راست میسازند (متمم) یا یک خط راست (مکمل). جابهجا گرفتنِ این دو، رایجترین خطای امتحان است — متممِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین برابر ادامهٔ فرمول را افقی ببین است، نه ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
زاویههای قائمالرأس
وقتی دو خط همدیگر را در نقطهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین قطع میکنند، چهار زاویه ساخته میشود. زاویههای روبهرو (نه کنارِ هم) قائمالرأساند و همیشه با هم مساویاند:
ادامهٔ فرمول را افقی ببینچرا؟ (اثبات کوتاه) چون ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین، پس ادامهٔ فرمول را افقی ببین و در نتیجه ادامهٔ فرمول را افقی ببین. پس این یک نتیجهٔ منطقی است، نه قانونی حفظی.
نمونهٔ کامل: اگر یکی از چهار زاویه ادامهٔ فرمول را افقی ببین باشد، بقیه چند درجهاند؟ زاویهٔ روبهرویش هم ادامهٔ فرمول را افقی ببین است و دو زاویهٔ کناری هرکدام ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
زاویههای مجاور (کنارِ هم) لزوماً مساوی نیستند؛ فقط روبهروییها مساویاند.
مثلث و چندضلعی
مجموع زاویههای هر مثلث ادامهٔ فرمول را افقی ببین است:
ادامهٔ فرمول را افقی ببینمثلث بر پایهٔ زاویهها سه نوع است: تندزاویه (هر سه زاویه کمتر از ادامهٔ فرمول را افقی ببین)، قائمالزاویه (یک زاویهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین) و باززاویه (یک زاویهٔ بیشتر از ادامهٔ فرمول را افقی ببین).
مثلث نمیتواند دو زاویهٔ راست داشته باشد، چون ادامهٔ فرمول را افقی ببین و برای زاویهٔ سوم چیزی نمیماند.
برای هر چندضلعیِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین ضلعی:
ادامهٔ فرمول را افقی ببینچرا؟ چون هر ادامهٔ فرمول را افقی ببین ضلعی را میتوان به ادامهٔ فرمول را افقی ببین مثلث تقسیم کرد و هر مثلث ادامهٔ فرمول را افقی ببین دارد. پس چهارضلعی ادامهٔ فرمول را افقی ببین، پنجضلعی ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ششضلعی ادامهٔ فرمول را افقی ببین دارد.
انواع چندضلعی: محدب (کوژ) هیچ زاویهٔ بزرگتر از ادامهٔ فرمول را افقی ببین ندارد؛ مقعر (کاو) دستکم یک زاویهٔ بزرگتر از ادامهٔ فرمول را افقی ببین دارد؛ منتظم هم ضلعهای مساوی دارد و هم زاویههای مساوی.
هر دو شرط با هم لازم است: لوزی ضلعهای مساوی دارد ولی زاویههایش مساوی نیست، و مستطیل برعکس. بین چهارضلعیها فقط مربع منتظم است.
تبدیلهای هندسی
وقتی شکلی را روی صفحه جابهجا، برگردان یا بچرخانیم، تبدیل هندسی انجام دادهایم و شکل تازه را تصویر مینامیم.
| تبدیل | چه میشود؟ | اندازه | جهت | چه چیزی ثابت است؟ |
|---|---|---|---|---|
| انتقال | جابهجایی ساده | ثابت | ثابت | هیچ نقطهای |
| تقارن | برگشتنِ آینهای | ثابت | برعکس | خط تقارن |
| دوران | چرخش | ثابت | بستگی به زاویه | مرکز دوران |
در هر سه تبدیل، اندازه، مساحت، محیط و شکل دستنخورده میمانند؛ فقط موقعیت یا جهت عوض میشود.
انتقال یعنی شکل را مثل یک مُهر بلند کنی و جای دیگری بگذاری، بدون چرخش و بدون برگشتن. شکل اصلی و تصویر کاملاً همجهتاند.
تقارن محوری یعنی برگرداندنِ شکل نسبت به یک خط تقارن، مثل تا کردنِ کاغذ. برای رسمِ قرینه: از هر نقطه یک خطِ عمود بر محور بکش، به همان اندازه از طرف دیگر برو، نقطهٔ تازه را علامت بزن، و در آخر همهٔ نقطهها را به هم وصل کن.
تصویر در تقارن مثل آینه برمیگردد: قرینهٔ حرف «R» میشود «Я».
دوران یعنی چرخاندنِ شکل حول یک نقطهٔ ثابت. برای مشخصکردنِ یک دوران باید سه چیز بدانی: مرکز، مقدار (چند درجه) و جهت (ساعتگرد یا پادساعتگرد).
در دورانِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین نیازی به گفتنِ جهت نیست، چون از هر دو طرف به یک نتیجه میرسی؛ ولی در دورانِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین حتماً باید جهت را بگویی.
دورانِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین حول یک نقطه، همان تقارن نقطهای نسبت به آن نقطه است.
قرینه در مختصات: قرینهٔ نقطهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین نسبت به محور ادامهٔ فرمول را افقی ببین میشود ادامهٔ فرمول را افقی ببین، نسبت به محور ادامهٔ فرمول را افقی ببین میشود ادامهٔ فرمول را افقی ببین و نسبت به مبدأ میشود ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
تعدادِ محورهای تقارن: مثلث متساویالاضلاع ۳، مربع ۴، مستطیل ۲، لوزی ۲، و دایره بینهایت.
همنهشتی
دو شکل همنهشتاند اگر بتوان یکی را با یک یا چند تبدیل، کاملاً روی دیگری منطبق کرد. نمادش ادامهٔ فرمول را افقی ببین است:
ادامهٔ فرمول را افقی ببیناجزای متناظر یعنی ضلعها و زاویههایی که روبهروی هم میافتند و برابرند.
ترتیب حروف همهچیز را تعیین میکند. در نوشتهٔ بالا ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین و به همین ترتیب؛ پس ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین. اگر ترتیب را غلط بنویسی، همهٔ اجزای متناظر غلط میشوند.
همنهشتی دوطرفه است: از ادامهٔ فرمول را افقی ببین نتیجه میشود ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
چند تبدیلِ پشتسرهم همنهشتی را از بین نمیبرد؛ شکلِ آخر همیشه با شکلِ اول همنهشت است.
برابریِ اضلاع بهتنهایی کافی نیست: مربع و لوزی میتوانند اضلاع برابر داشته باشند ولی همنهشت نباشند، چون زاویههایشان فرق دارد.
برای شکلها از ادامهٔ فرمول را افقی ببین استفاده کن، نه = ؛ علامت مساوی مالِ عددها و اندازههاست.
همنهشت در برابر مشابه: در شکلهای همنهشت اندازهها هم برابرند، ولی شکلهای مشابه (ادامهٔ فرمول را افقی ببین) فقط شکلشان یکی است و اندازه میتواند فرق کند. پس همنهشتی حالتِ خاصی از تشابه است.
در مثلثها لازم نیست هر شش جزء را چک کنی؛ سه شرطِ معروف ض.ض.ض، ض.ز.ض و ز.ض.ز کافیاند (در سالهای بعد کامل میخوانی).
کاشیکاری: وقتی یک شکل پایه با تبدیلهای پیاپی تکرار شود و کل صفحه را بپوشاند، به آن پوشش صفحه میگویند؛ همان چیزی که در کاشیکاریهای ایرانی میبینی و همهٔ قطعاتش با هم همنهشتاند.
اشتباههای رایج
- نوشتنِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین بدون بررسیِ اینکه ادامهٔ فرمول را افقی ببین واقعاً بین ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین باشد.
- چککردنِ فقط یکی از سه رابطهٔ نامساوی مثلث.
- جابهجا گرفتنِ متمم و مکمل.
- مساوی گرفتنِ زاویههای مجاور بهجای زاویههای قائمالرأس.
- نوشتنِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین برای مثلث بهجای ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
- منتظم شمردنِ شکلی که فقط ضلعهایش مساوی است.
- «انتقال» نامیدنِ شکلی که چرخیده یا برگشته است.
- اندازهگیریِ مورب بهجای عمود هنگام رسمِ قرینه.
- تصور اینکه مرکز دوران هم با شکل حرکت میکند — مرکز دوران کاملاً ثابت است.
- طولِ منفی برای پارهخط؛ اگر جواب منفی شد، حتماً شکل را دوباره ببین.
نمونه سؤالهای حلشده
۱) نقاط ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین به همین ترتیب روی یک خطاند و ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین. طول ادامهٔ فرمول را افقی ببین چند است؟
کلِ پارهخط از سه تکه ساخته شده: ادامهٔ فرمول را افقی ببین سانتیمتر.
۲) متمم و مکملِ زاویهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین چند است؟
متمم ادامهٔ فرمول را افقی ببین و مکمل ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
۳) دو ضلعِ یک مثلث ۷ و ۱۰ هستند. اگر ضلع سوم عددی صحیح باشد، چند مقدارِ مختلف میتواند داشته باشد؟
ضلع سوم باید بین تفاضل و مجموعِ دو ضلع دیگر باشد: ادامهٔ فرمول را افقی ببین یعنی ادامهٔ فرمول را افقی ببین. مقدارهای صحیح از ۴ تا ۱۶ هستند، پس ادامهٔ فرمول را افقی ببین مقدار.
خودِ ۳ و ۱۷ جواب نیستند؛ در آن حالت مثلث «صاف» میشود و اصلاً مثلثی ساخته نمیشود.
۴) مکملِ یک زاویه، ۴۰ درجه بیشتر از سهبرابرِ متممِ همان زاویه است. آن زاویه چند درجه است؟
زاویه را ادامهٔ فرمول را افقی ببین مینامیم؛ متمم ادامهٔ فرمول را افقی ببین و مکمل ادامهٔ فرمول را افقی ببین:
بررسی: متمم ادامهٔ فرمول را افقی ببین، سهبرابرش ادامهٔ فرمول را افقی ببین، بهعلاوهٔ ۴۰ میشود ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ و مکمل هم ادامهٔ فرمول را افقی ببین ✓
۵) روی یک خط ۸ نقطه هست. چند پارهخط ساخته میشود و اگر ۲ نقطهٔ دیگر اضافه کنیم، چند پارهخطِ تازه اضافه میشود؟
با ۸ نقطه: ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ با ۱۰ نقطه: ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ پس ادامهٔ فرمول را افقی ببین پارهخطِ تازه.
۶) زاویههای ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین مکملاند. اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین نیمسازِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین نیمسازِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین باشد، ثابت کن ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
چون مکملاند: ادامهٔ فرمول را افقی ببین. نیمساز هر زاویه را نصف میکند، پس ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین. حالا:
این یک الگوی کلی است: نیمسازهای دو زاویهٔ مجاورِ روی یک خط، همیشه بر هم عمودند — بیآنکه به اندازهٔ خودِ زاویهها بستگی داشته باشد.
۷) هر زاویهٔ داخلیِ یک چندضلعیِ منتظم ادامهٔ فرمول را افقی ببین است. چند ضلع دارد؟
ادامهٔ فرمول را افقی ببینپس دوازدهضلعیِ منتظم است. بررسی: ادامهٔ فرمول را افقی ببین ✓
۸) دو خط در نقطهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین همدیگر را قطع کردهاند و یکی از چهار زاویه ادامهٔ فرمول را افقی ببین است. سه زاویهٔ دیگر چند درجهاند؟
زاویهٔ روبهرویش (قائمالرأسش) هم ادامهٔ فرمول را افقی ببین است، و دو زاویهٔ کناری با آن مکملاند چون روی یک خط راستاند: ادامهٔ فرمول را افقی ببین. پس زاویهها به ترتیب ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین هستند.
۹) میدانیم ادامهٔ فرمول را افقی ببین. اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین باشد، ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین چقدرند؟
ترتیبِ حروف تکلیف را روشن میکند: ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین. پس ادامهٔ فرمول را افقی ببین متناظرِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین است و برابر ادامهٔ فرمول را افقی ببین میشود، و ادامهٔ فرمول را افقی ببین متناظرِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین است و برابر ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
۱۰) قرینهٔ نقطهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین را نسبت به محور ادامهٔ فرمول را افقی ببین، محور ادامهٔ فرمول را افقی ببین و مبدأ بیاب.
نسبت به محور ادامهٔ فرمول را افقی ببین فقط ادامهٔ فرمول را افقی ببین قرینه میشود: ادامهٔ فرمول را افقی ببین. نسبت به محور ادامهٔ فرمول را افقی ببین فقط ادامهٔ فرمول را افقی ببین قرینه میشود: ادامهٔ فرمول را افقی ببین. نسبت به مبدأ (که همان دورانِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین است) هر دو قرینه میشوند: ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
در سؤالهای استدلالیِ هندسه، اول هر چیزی را که «مساوی»، «مکمل» یا «نیمساز» است روی شکل علامت بزن؛ بیشترِ اثباتها وقتی این نشانهها روی شکل باشند، خودشان را نشان میدهند.