درس ۱ · صفحهٔ ۹۵ تا ۱۰۲ · حدود ۱۵ دقیقه · تولید هوش مصنوعی
درس اوّل: معادلهٔ خط
در این درس یاد میگیری رابطهٔ خطی را تشخیص بدهی، پاسخهای معادلهٔ خط را به نقطه تبدیل کنی و با کمک معادله، خط و محل برخورد آن با محورهای مختصات را پیدا کنی.
پیش از شروع
آیا میتوان مسیر نقطههای یک دوچرخهسوار را، بدون کشیدن تکتک آنها، فقط با یک معادله توصیف کرد؟
اگر دوچرخهسوار با سرعت ثابت حرکت کند، زمان و مسافت طیشده رابطهای منظم دارند. برای سرعت دو متر در ثانیه، این رابطه است؛ نقطههای مربوط به زمان و مسافت روی یک خط راست قرار میگیرند.
از رابطه تا نقطه
فرض کن دوچرخهسواری در هر ثانیه دو متر جلو میرود. اگر زمان را و مسافت طیشده از آغاز حرکت را بگیریم، رابطهٔ آنها است. در جدول، هر مقدار زمان با یک مقدار مسافت همراه میشود؛ این جفت را به صورت نقطهٔ روی دستگاه مختصات نشان میدهیم. مؤلفهٔ اول طول و مؤلفهٔ دوم عرض نقطه است.
نقطههای این رابطه روی یک خط راست قرار میگیرند. اما هر رابطهای چنین نیست: محیط مربع با ضلع آن رابطهٔ دارد، در حالی که رابطهٔ مساحت مربع است و نقطههایش روی یک خط راست قرار نمیگیرند.
کتاب درسی، صفحهٔ ۹۶
پاسخ معادله، یک جفت عدد
در معادلهای مانند ، پاسخ فقط یک عدد نیست؛ باید یک جفت مقدار برای و پیدا کنیم که تساوی را درست کند. میتوانیم یک مقدار برای انتخاب کنیم و مقدار را از رابطهٔ به دست آوریم. چون انتخابهای بیشماری داریم، این معادله هم بیشمار پاسخ دارد.
اما «بیشمار پاسخ» با «درست بودن برای هر جفت عدد» فرق دارد. اتحاد برای همهٔ مقدارهای مجاز متغیرها درست است، ولی این معادله فقط برای جفتهایی درست است که مجموعشان ده شود. برای بررسی هر پاسخ پیشنهادی، هر دو مقدار را همزمان جایگذاری کن.
کتاب درسی، صفحهٔ ۹۷
معادله، نشانی یک خط
وقتی و عددهایی ثابت باشند، رابطهٔ معادلهٔ یک خط است. هر پاسخ آن، یک نقطه روی خط را مشخص میکند و هر نقطهٔ روی خط، پاسخی برای معادله است. برای ساختن پاسخها، کافی است مقداری برای انتخاب کنیم و را به دست آوریم.
برای رسم خط، دو نقطهٔ متمایز کافی است: دو مقدار متفاوت برای انتخاب کن، عرضهای متناظر را پیدا کن و نقطهها را با خط راست به هم وصل کن. انتخاب یک نقطهٔ سوم و بررسی همخط بودن آن، راه خوبی برای کنترل محاسبهها و رسم توست.
کتاب درسی، صفحهٔ ۹۸
خطهای گذرنده از مبدأ
در خانوادهٔ خطهای ، جملهٔ ثابت وجود ندارد؛ یعنی در شکل کلی ، مقدار صفر است. اگر بگذاریم، هم صفر میشود. پس مبدأ مختصات، یعنی ، روی همهٔ این خطها قرار دارد.
اگر بدانیم خطی از مبدأ میگذرد و یک نقطهٔ دیگرش را هم داشته باشیم، میتوانیم معادلهٔ آن را به شکل جستوجو کنیم. مختصات نقطهٔ دیگر را جایگذاری میکنیم تا معلوم شود. توجه کن که فقط گذشتن از مبدأ، خط را بهتنهایی مشخص نمیکند؛ خطهای فراوانی از مبدأ میگذرند.
کتاب درسی، صفحهٔ ۹۹
پیدا کردن نقطه و برخورد
معادلهٔ خط کمک میکند نقطههای آن را بدون خواندن نمودار پیدا کنیم. اگر طول نقطه داده شده، مقدار را جایگذاری کن و را به دست آور. اگر عرض داده شده، مقدار را بگذار و معادله را برای حل کن. برای تشخیص اینکه نقطهای روی خط هست یا نه، هر دو مختصاتش را جایگذاری کن؛ تساوی باید برقرار باشد.
برای برخورد با محورها هم همین روش را داریم: روی محور طولها، است؛ روی محور عرضها، است. پیش از محاسبه، نام محور و مؤلفهای را که باید صفر شود مشخص کن تا این دو حالت جابهجا نشوند.
کتاب درسی، صفحهٔ ۱۰۰
مثال حلشده
خط را رسم کن، مختصات محل برخورد آن با محورهای مختصات را پیدا کن و بررسی کن که آیا نقطهٔ روی آن قرار دارد.
برای برخورد با محور عرضها، میگذاریم: . پس نقطهٔ برخورد است.
برای برخورد با محور طولها، میگذاریم: . با افزودن به دو طرف، میشود؛ پس نقطهٔ برخورد است.
روی دستگاه مختصات، نقطهٔ را روی محور عمودی و نقطهٔ را روی محور افقی مشخص میکنیم.
با خطکش، خط راست گذرنده از این دو نقطه را رسم میکنیم و در هر دو جهت ادامه میدهیم؛ پارهخط بین آنها فقط بخشی از نمودار است.
برای بررسی نقطهٔ ، هر دو مختصات را جایگذاری میکنیم: . تساوی درست است، پس این نقطه نیز روی خط قرار دارد.
نکات مهم
- معادلهٔ یک خط را توصیف میکند و هر پاسخ آن، مختصات یک نقطه روی خط است.
- برای رسم خط، دو نقطهٔ متمایز کافی است و همهٔ خطهای از مبدأ مختصات میگذرند.
- برای یافتن برخورد با محور طولها و برای یافتن برخورد با محور عرضها قرار میدهیم.