וקטורים גאומטרי חלק ה' - יישומים

וקטורים גיאומטריים - חלק ה'

יישומים: נקודת אמצע, חלוקת קטע והוכחות גיאומטריות

📍 נקודת אמצע של קטע

נקודת האמצע M של קטע AB כאשר \(A(x_1, y_1)\) ו-\(B(x_2, y_2)\):

\(M = \left(\frac{x_1 + x_2}{2}, \frac{y_1 + y_2}{2}\right)\)

💡 בעזרת וקטורים:

\(\overrightarrow{OM} = \frac{1}{2}(\overrightarrow{OA} + \overrightarrow{OB})\)

דוגמה: מצאו את אמצע הקטע AB כאשר \(A(2, 5)\) ו-\(B(8, -1)\):

\(M = \left(\frac{2+8}{2}, \frac{5+(-1)}{2}\right) = (5, 2)\)

📐 חלוקת קטע ביחס נתון

נקודה P המחלקת את AB ביחס \(m:n\) (מ-A):

\(P = \left(\frac{n \cdot x_1 + m \cdot x_2}{m+n}, \frac{n \cdot y_1 + m \cdot y_2}{m+n}\right)\)

A B P m n

💡 בעזרת וקטורים:

\(\overrightarrow{OP} = \frac{n}{m+n}\overrightarrow{OA} + \frac{m}{m+n}\overrightarrow{OB}\)

✏️ דוגמה: מצאו נקודה P על AB המחלקת ביחס 2:3 מ-A.

נתון: \(A(1, 4)\), \(B(6, -1)\), \(m=2, n=3\)

\(x_P = \frac{3 \cdot 1 + 2 \cdot 6}{5} = \frac{15}{5} = 3\)

\(y_P = \frac{3 \cdot 4 + 2 \cdot (-1)}{5} = \frac{10}{5} = 2\)

\(P = (3, 2)\)

⚖️ מרכז כובד של משולש

מרכז הכובד G של משולש ABC:

\(G = \left(\frac{x_1 + x_2 + x_3}{3}, \frac{y_1 + y_2 + y_3}{3}\right)\)

💡 תכונות:

  • נקודת מפגש התיכונים
  • מחלק כל תיכון ביחס 2:1 מהקודקוד
  • \(\overrightarrow{OG} = \frac{1}{3}(\overrightarrow{OA} + \overrightarrow{OB} + \overrightarrow{OC})\)

דוגמה: מרכז כובד של משולש \(A(0,0), B(6,0), C(3,6)\):

\(G = \left(\frac{0+6+3}{3}, \frac{0+0+6}{3}\right) = (3, 2)\)

📝 טכניקות הוכחה בעזרת וקטורים

להוכיח שיטה
ישרים מקבילים \(\vec{u} = k\vec{v}\)
ישרים מאונכים \(\vec{u} \cdot \vec{v} = 0\)
נקודות על ישר אחד \(\overrightarrow{AB} = k\overrightarrow{AC}\)
מקבילית \(\overrightarrow{AB} = \overrightarrow{DC}\)
קטעים שווים \(|\overrightarrow{AB}| = |\overrightarrow{CD}|\)

✏️ הוכחה 1: קטע אמצעים במשולש

משפט: קטע המחבר אמצעי שתי צלעות במשולש מקביל לצלע השלישית ושווה לחציה.

הוכחה: במשולש ABC, M אמצע AB, N אמצע AC.

\(\overrightarrow{MN} = \overrightarrow{MA} + \overrightarrow{AN}\)

\(= -\frac{1}{2}\overrightarrow{AB} + \frac{1}{2}\overrightarrow{AC}\)

\(= \frac{1}{2}(\overrightarrow{AC} - \overrightarrow{AB})\)

\(= \frac{1}{2}\overrightarrow{BC}\)

מסקנה: \(\overrightarrow{MN} \parallel \overrightarrow{BC}\) ו-\(|MN| = \frac{1}{2}|BC|\)

✏️ הוכחה 2: אלכסוני מקבילית חוצים זה את זה

משפט: אלכסוני מקבילית חוצים זה את זה.

הוכחה: במקבילית ABCD, נסמן M = אמצע AC.

במקבילית: \(\overrightarrow{AB} = \overrightarrow{DC}\)

אמצע AC: \(\overrightarrow{OM} = \frac{1}{2}(\overrightarrow{OA} + \overrightarrow{OC})\)

אמצע BD: \(\overrightarrow{ON} = \frac{1}{2}(\overrightarrow{OB} + \overrightarrow{OD})\)

מכיוון ש-\(\overrightarrow{OA} + \overrightarrow{OC} = \overrightarrow{OB} + \overrightarrow{OD}\) (במקבילית)

נקבל: \(M = N\)

מסקנה: האלכסונים נחתכים באמצע! ✓

✏️ דוגמה מסכמת

שאלה: נתון מרובע ABCD עם \(A(0,0), B(4,2), C(6,6), D(2,4)\).

הוכיחו שהמרובע הוא מקבילית.

פתרון:

\(\overrightarrow{AB} = (4-0, 2-0) = (4, 2)\)

\(\overrightarrow{DC} = (6-2, 6-4) = (4, 2)\)

מכיוון ש-\(\overrightarrow{AB} = \overrightarrow{DC}\), הצלעות AB ו-DC מקבילות ושוות!

\(\overrightarrow{AD} = (2, 4)\)

\(\overrightarrow{BC} = (6-4, 6-2) = (2, 4)\)

מכיוון ש-\(\overrightarrow{AD} = \overrightarrow{BC}\), גם AD ו-BC מקבילות ושוות!

מסקנה: ABCD היא מקבילית ✓

📋 טבלת סיכום - נוסחאות

נושא נוסחה
נקודת אמצע \(M = \left(\frac{x_1+x_2}{2}, \frac{y_1+y_2}{2}\right)\)
חלוקה ביחס m:n \(P = \left(\frac{nx_1+mx_2}{m+n}, \frac{ny_1+my_2}{m+n}\right)\)
מרכז כובד \(G = \left(\frac{x_1+x_2+x_3}{3}, \frac{y_1+y_2+y_3}{3}\right)\)

💡 טיפים למבחן

אמצע: ממוצע הקואורדינטות

מקבילית: AB = DC

הוכחות: השתמשו בנוסחאות!

📝 סיכום חלק ה'

\(M = \left(\frac{x_1+x_2}{2}, \frac{y_1+y_2}{2}\right)\)

מקבילית: \(\overrightarrow{AB} = \overrightarrow{DC}\)

🎉 סיום נושא וקטורים גיאומטריים!