۲۰ امتحان نهایی / مهارت هندسه
مؤلفه، اندازه، کسینوس

ضرب داخلی؛
دو مسیر محاسبه را در یک معادله به هم وصل کن

ضرب داخلی را یک‌بار از مؤلفه‌ها و یک‌بار از اندازه‌ها و کسینوس زاویه بنویس. برابری این دو نمایش، زاویه یا رابطهٔ هندسی مجهول را می‌سازد.

u·v

بردارها را با مؤلفه‌های هم‌ردیف بنویس

مؤلفهٔ اول هر بردار را با مؤلفهٔ اول دیگری و مؤلفه‌های بعدی را نیز هم‌ردیف ضرب کن؛ سپس حاصل‌ها را جمع بزن. ضرب همهٔ مؤلفه‌ها در یکدیگر تعریف ضرب داخلی نیست.

دو نمایش

u·v = جمع حاصل‌ضرب مؤلفه‌های متناظر | u·v = |u||v|cosθ

اندازهٔ هر بردار را جدا حساب کن

اندازه از ریشهٔ مجموع مربع مؤلفه‌ها به دست می‌آید و همیشه نامنفی است. ضرب داخلی یک عدد علامت‌دار است؛ این دو کمیت را به‌دلیل استفاده از مؤلفه‌ها با هم یکی نگیر.

زاویه را میان صفر و ۱۸۰ درجه بگیر

زاویهٔ میان دو بردار غیرصفر معمولاً زاویهٔ کوچک تعریف‌شده در این بازه است. پس از یافتن کسینوس، علامت آن را برای تشخیص تند، راست یا بازبودن زاویه استفاده کن.

بردار صفر را از فرمول زاویه کنار بگذار

اگر یکی از بردارها صفر باشد، اندازهٔ آن صفر و تقسیم در رابطهٔ کسینوس تعریف‌نشده است. ضرب داخلی با بردار صفر قابل محاسبه است، اما زاویهٔ معمول میان آن و بردار دیگر تعریف نمی‌شود.

عمودبودن را با شرط صفر بسنج

برای دو بردار غیرصفر، ضرب داخلی صفر به معنای زاویهٔ ۹۰ درجه است. مؤلفه‌ها را در معادله قرار بده و پارامتر مجهول را حل کن؛ سپس غیرصفر بودن بردارها را کنترل کن.

هم‌جهت و خلاف‌جهت را از حد کسینوس بفهم

اگر کسینوس زاویه ۱ باشد، بردارها هم‌جهت و اگر −۱ باشد خلاف‌جهت‌اند. موازی‌بودن می‌تواند هر دو حالت را شامل شود، پس علامت ضریب تناسب یا ضرب داخلی را نیز بررسی کن.

نمونهٔ محاسبهٔ زاویه

برای u=(1,0) و v=(1,1)، ضرب داخلی ۱ و اندازه‌ها ۱ و √2 هستند؛ پس cosθ=1/√2 و زاویه ۴۵ درجه است. مثبت‌بودن ضرب داخلی نیز تندبودن زاویه را تأیید می‌کند.

پارامتر را از شرط هندسی بساز

اگر بردارهای شامل پارامتر عمودند، حاصل ضرب داخلی را صفر قرار بده. اگر زاویه مشخص است، رابطهٔ کامل اندازه‌ها و کسینوس را بنویس. شرط مسئله تعیین می‌کند کدام معادله مناسب است.

تصویر برداری را جهت‌دار تفسیر کن

اگر سؤال مؤلفه یا تصویر یک بردار روی راستای دیگری را می‌خواهد، ابتدا بردار واحد راستا را بساز. ضرب داخلی با بردار واحد مقدار علامت‌دار تصویر را می‌دهد و علامت جهت نسبی را نشان می‌دهد.

کنترل نهایی با نابرابری کسینوس

مقدار محاسبه‌شدهٔ کسینوس باید میان −۱ و ۱ باشد. خروج از این بازه نشانهٔ خطای ضرب یا اندازه است. برای مؤلفه‌ها از بردار در هندسه و برای خط از معادلهٔ برداری خط کمک بگیر.