درس الفلكة

‫اﻟﻔـﻠﻜـــــﺔ‬
‫‪-I‬‬
‫‪La sphère‬‬
‫اﻟﻔﻠﻜﺔ اﻟﻤﻌﺮﻓﺔ ﺑﻤﺮآﺰهﺎ وﺷﻌﺎﻋﻬﺎ‪.‬‬
‫ﺗﻌﺮﻳﻒ ‪:‬‬
‫ﻟﺘﻜﻦ ‪ A‬ﻧﻘﻄﺔ ﻣﻦ اﻟﻔﻀﺎء ‪ ξ‬و ‪ R‬ﻋﺪد ﺣﻘﻴﻘﻲ‪.‬‬
‫اﻟﻔﻠﻜﺔ اﻟﺘﻲ ﻣﺮآﺰهﺎ ‪ A‬وﺷﻌﺎﻋﻬﺎ ‪ R‬هﻲ ﻣﺠﻤﻮﻋﺔ اﻟﻨﻘﻂ ‪ M‬ﺣﻴﺚ ‪:‬‬
‫) ‪S ( A, R‬‬
‫وﻧﺮﻣﺰ ﻟﻬﺎ ﺑــ ‪:‬‬
‫‪. AM = R‬‬
‫}‪S ( A, R ) = {M ∈ ξ / AM = R‬‬
‫ﻣﻌﺎدﻟﺔ ﻓﻠﻜﺔ ‪:‬‬
‫‪ (1‬ﻣﻌﺎدﻟﺔ ﻓﻠﻜﺔ ﻣﻌﺮﻓﺔ ﺑﻤﺮآﺰهﺎ وﺷﻌﺎﻋﻬﺎ ‪:‬‬
‫اﻟﻔﻀﺎء ‪ ξ‬ﻣﻨﺴﻮب إﻟﻰ ﻣﻌﻠﻢ ﻣﺘﻌﺎﻣﺪ ﻣﻤﻨﻈﻢ ‪. O, i , j , k‬‬
‫(‬
‫)‬
‫ﻟﺘﻜﻦ ‪ S ( Ω, R ) :‬ﻓﻠﻜﺔ ﻣﺮآﺰهﺎ ) ‪ Ω ( x0 , y0 , z0‬وﺷﻌﺎﻋﻬﺎ ‪ R‬ﺣﻴﺚ‬
‫‪M ( x , y , z ) ∈ S ( Ω, R ) ⇔ Ω M = R‬‬
‫ﻟﺪﻳﻨﺎ ‪:‬‬
‫‪=R‬‬
‫‪= R2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫) ‪( x − x0 ) + ( y − y0 ) + ( z − z0‬‬
‫‪2‬‬
‫⇔‬
‫‪2‬‬
‫) ‪( x − x0 ) + ( y − y0 ) + ( z − z0‬‬
‫‪2‬‬
‫⇔‬
‫‪2‬‬
‫) ‪S ( Ω, R‬‬
‫وهﺬﻩ اﻟﻤﻌﺎدﻟﺔ هﻲ ﻣﻌﺎدﻟﺔ دﻳﻜﺎرﺗﻴﺔ ﻟﻠﻔﻠﻜﺔ‬
‫أﻣﺜﻠــﺔ ‪:‬‬
‫‪(1‬‬
‫‪0‬‬
‫)‪Ω ( 3, 0,1‬‬
‫‪R=2‬‬
‫‪,‬‬
‫‪S1 : ( x − 3) + ( y ) + ( z − 1) = 4‬‬
‫‪(2‬‬
‫‪.R‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫)‪Ω (1, 2, −3‬‬
‫‪,‬‬
‫‪2‬‬
‫‪R =1‬‬
‫‪S 2 : ( x − 1) + ( y − 2 ) + ( z + 3) = 1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫)‬
‫⎞‪1‬‬
‫⎛‬
‫‪(3‬‬
‫‪x + 2 + ( y − 1) + ⎜ z − ⎟ = 2‬‬
‫⎠‪2‬‬
‫⎝‬
‫⎞‪1‬‬
‫⎛‬
‫‪ S1‬هﻲ ﻓﻠﻜﺔ ﻣﺮآﺰهﺎ ⎟ ‪ Ω ⎜ − 2,1,‬وﺷﻌﺎﻋﻬﺎ ‪. R = 2‬‬
‫⎠‪2‬‬
‫⎝‬
‫‪R =1‬‬
‫و‬
‫) ‪Ω ( 0, 0, 0‬‬
‫‪(4‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪S4 : x 2 + y 2 + z 2 = 1‬‬
‫‪ (2‬ﻣﻌﺎدﻟﺔ ﻓﻠﻜﺔ ﻣﻌﺮﻓﺔ ﺑﺄﺣﺪ أﻗﻄﺎرهﺎ‪.‬‬
‫ﻟﺘﻜﻦ ‪ A‬و ‪ B‬ﻧﻘﻄﺘﻴﻦ ﻣﺨﺘﻠﻔﺘﻴﻦ ﻣﻦ اﻟﻔﻀﺎء ‪. ξ‬‬
‫ﺗﻮﺟﺪ ﻓﻠﻜﺔ وﺣﻴﺪة ‪ S‬أﺣﺪ أﻗﻄﺎرهﺎ ] ‪. [ AB‬‬
‫ﻟﺘﻜﻦ ‪ S‬ﻓﻠﻜﺔ أﺣﺪ أﻗﻄﺎرهﺎ هﻮ ] ‪. [ AB‬‬
‫ﻟﺘﻜﻦ ‪:‬‬
‫‪M ∈ S ⇔ AM ⋅ BM = 0‬‬
‫) ‪B ( xB , y B , z B‬‬
‫و‬
‫) ‪A ( xA , y A , z A‬‬
‫و‪:‬‬
‫) ‪. M ( x, y , z‬‬
‫و ‪ S‬ﻓﻠﻜﺔ أﺣﺪ أﻗﻄﺎرهﺎ هﻮ ] ‪. [ AB‬‬
‫(‬
‫‪M ∈ S ⇔ AM ⋅ BM = 0‬‬
‫ﻟﺪﻳﻨﺎ ‪:‬‬
‫‪⇔ ( x − x A )( x − xB ) + ( y − y A )( y − yB ) + ( z − z A )( z − z B ) = 0‬‬
‫وهﺬﻩ اﻟﻤﻌﺎدﻟﺔ هﻲ ﻣﻌﺎدﻟﺔ دﻳﻜﺎرﺗﻴﺔ ﻟﻠﻔﻠﻜﺔ ‪ S‬اﻟﺘﻲ أﺣﺪ أﻗﻄﺎرهﺎ هﻮ ] ‪. [ AB‬‬
‫ﻣﻼﺣﻈﺔ ‪:‬‬
‫إذا آﺎن ] ‪ [ AB‬ﻗﻄﺮ ﻟﻠﻔﻠﻜﺔ ‪ S‬ﻓﺈن ﻣﻨﺘﺼﻒ ] ‪ [ AB‬هﻮ ﻣﺮآﺰهﺎ وﺷﻌﺎﻋﻬﺎ هﻮ ‪:‬‬
‫‪(3‬‬
‫دراﺳﺔ اﻟﻤﻌﺎدﻟﺔ ‪( E ) : x + y + z − 2ax − 2by − 2cz + d = 0 :‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫ﻟﺪﻳﻨﺎ ‪:‬‬
‫‪( E ) ⇔ ( x − a ) + ( y − b ) + ( z − c ) = a 2 + b2 + c2 − d‬‬
‫اﻟﺤﺎﻟﺔ‪: 1‬‬
‫‪a 2 + b2 + c2 − d ≺ 0‬‬
‫∅= ‪S‬‬
‫اﻟﺤﺎﻟﺔ‪: 2‬‬
‫‪a + b2 + c2 − d = 0‬‬
‫اﻟﺤﺎﻟﺔ‪: 3‬‬
‫‪0‬‬
‫‪a 2 + b2 + c2 − d‬‬
‫ﻧﻀﻊ ‪:‬‬
‫‪R = a +b +c −d‬‬
‫‪2‬‬
‫}) ‪S = {Ω ( a, b, c‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫ﺣﻴﺚ‬
‫‪2‬‬
‫‪R‬‬
‫‪0‬‬
‫‪R = a +b +c −d‬‬
‫) ‪S = S ( Ω ( a , b, c ) , R‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫ﻣﺜـﺎل ‪:‬‬
‫‪+ y + z − 2y + z − 3 = 0‬‬
‫‪2‬‬
‫ﻃـ‪: 1‬‬
‫ﻟﺪﻳﻨﺎ ‪:‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪(E): x‬‬
‫‪a=0‬‬
‫‪b =1‬‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪d = −3‬‬
‫‪1‬‬
‫‪17‬‬
‫إذن ‪:‬‬
‫= ‪a 2 + b2 + c2 − d = 1 + + 3‬‬
‫‪0‬‬
‫‪4‬‬
‫‪4‬‬
‫‪17‬‬
‫⎞‪1‬‬
‫⎛‬
‫= ‪.R‬‬
‫⎟ ‪ Ω ⎜ 0,1, −‬وﺷﻌﺎﻋﻬﺎ‬
‫إذن ‪ S :‬ﻓﻠﻜﺔ ﻣﺮآﺰهﺎ ‪:‬‬
‫‪2‬‬
‫⎠‪2‬‬
‫⎝‬
‫‪c=−‬‬
‫ﻃـ‪: 2‬‬
‫‪2‬‬
‫ﻟﺪﻳﻨﺎ ‪:‬‬
‫⎞‪1‬‬
‫‪1‬‬
‫⎛‬
‫‪+ ⎜ z + ⎟ = 1+ + 3‬‬
‫⎠‪2‬‬
‫‪4‬‬
‫⎝‬
‫‪2‬‬
‫)‪( E ) : x 2 + ( y − 1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1 ⎞ 17‬‬
‫⎛‬
‫= ⎟ ‪x + ( y − 1) + ⎜ z +‬‬
‫⇔‬
‫⎠‪2‬‬
‫‪4‬‬
‫⎝‬
‫⎛ ⎛‬
‫⎞ ‪−1 ⎞ 17‬‬
‫‪S = S ⎜⎜ Ω ⎜ 0,1, ⎟ ,‬‬
‫⎟‬
‫⎠⎟ ‪2 ⎠ 2‬‬
‫⎝ ⎝‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪AB‬‬
‫‪2‬‬
‫‪.‬‬
‫‪ -II‬ﺗﻘﺎﻃﻊ ﻓﻠﻜﺔ وﻣﺴﺘﻮى ‪:‬‬
‫اﻟﻮﺿﻊ اﻟﻨﺴﺒﻲ ﻟﻤﺴﺘﻮى وﻓﻠﻜﺔ ‪:‬‬
‫ﻟﻴﻜﻦ ‪ P‬ﻣﺴﺘﻮى و ‪ S‬ﻓﻠﻜﺔ ﻣﺮآﺰهﺎ ‪ Ω‬وﺷﻌﺎﻋﻬﺎ ‪. R‬‬
‫ﻟﺪراﺳﺔ اﻟﻮﺿﻊ اﻟﻨﺴﺒﻲ ﻟﻠﻤﺴﺘﻮى ‪ P‬واﻟﻔﻠﻜﺔ ‪، S‬‬
‫) ) ‪d = d ( Ω, ( P‬‬
‫ﻧﺤﺴﺐ اﻟﻤﺴﺎﻓﺔ ‪ d‬ﺑﻴﻦ ) ‪ ( P‬و ‪. Ω‬‬
‫) ) ‪d ( Ω, ( P‬‬
‫اﻟﺤﺎﻟﺔ‪: 1‬‬
‫‪R‬‬
‫اﻟﺤﺎﻟﺔ‪: 2‬‬
‫‪d ( Ω, ( P ) ) = R‬‬
‫∅= ‪S∩P‬‬
‫} ‪( S ) ∩ ( P ) = {H‬‬
‫ﺑﺤﻴﺚ ‪ H‬هﻲ اﻟﻤﺴﻘﻂ اﻟﻌﻤﻮدي ﻟﻠﻨﻘﻄﺔ ‪ Ω‬ﻋﻠﻰ ) ‪. ( P‬‬
‫ﻓﻲ هﺬﻩ اﻟﺤﺎﻟﺔ ﻧﻘﻮل ان اﻟﻤﺴﺘﻮى ) ‪ ( P‬ﻣﻤﺎس ﻟﻠﻔﻠﻜﺔ ) ‪. ( S‬‬
‫‪d ( Ω, ( P ) ) ≺ R‬‬
‫اﻟﺤﺎﻟﺔ‪: 3‬‬
‫ﻓﻲ هﺬﻩ اﻟﺤﺎﻟﺔ ﺗﻘﺎﻃﻊ ) ‪ ( S‬و ) ‪ ( P‬هﻮ داﺋﺮة‬
‫ﻣﺮآﺰهﺎ ‪. H‬‬
‫) ﺣﻴﺚ ‪ H‬هﻮ اﻟﻤﺴﻘﻂ اﻟﻌﻤﻮدي ﻟﻠﻨﻘﻄﺔ ‪ Ω‬ﻋﻠﻰ ) ‪ .( ( P‬وﺷﻌﺎﻋﻬﺎ ‪ r‬ﺣﻴﺚ ‪:‬‬
‫‪. r = R2 − d 2‬‬
‫‪d = d ( Ω, ( P ) ) = ΩH‬‬
‫ﻋﻠﻤﺎ أن ‪:‬‬
‫ﻣﺜـﺎل ‪:‬‬
‫‪( P ) : 2x − y + z +1 = 0‬‬
‫و‪:‬‬
‫}‪S {Ω, 2‬‬
‫ﺣﻴﺚ ‪:‬‬
‫)‪Ω (1, −1,1‬‬
‫‪2 +1+1+1‬‬
‫ﻟﺪﻳﻨﺎ ‪:‬‬
‫‪4 +1+1‬‬
‫= ) ) ‪d ( Ω, ( P‬‬
‫‪5 5 6‬‬
‫=‬
‫‪2‬‬
‫‪6‬‬
‫‪6‬‬
‫∅= ‪S∩P‬‬
‫إذن ‪:‬‬
‫ﻣﻌﺎدﻟﺔ اﻟﻤﺴﺘﻮى اﻟﻤﻤﺎس ﻟﻠﻔﻠﻜﺔ ﻓﻲ ﻧﻘﻄﺔ ﻣﻌﻴﻨﺔ‪.‬‬
‫ﻟﺘﻜﻦ ‪ A‬ﻧﻘﻄﺔ ﻣﻦ اﻟﻔﻠﻜﺔ ‪ S‬ذات اﻟﻤﺮآﺰ ‪ Ω‬واﻟﺸﻌﺎع ‪. R‬‬
‫وﻟﻴﻜﻦ ) ‪ ( P‬اﻟﻤﺴﺘﻮى اﻟﻤﻤﺎس ﻟﻠﻔﻠﻜﺔ ‪ S‬ﻓﻲ ‪. A‬‬
‫=‬
‫ﻟﺪﻳﻨﺎ ‪:‬‬
‫ﻣﻼﺣﻈﺔ ‪:‬‬
‫ﻣﺜـﺎل ‪:‬‬
‫‪M ∈ P ⇔ AΩ ⋅ AM = 0‬‬
‫‪ ΩA‬ﻣﻨﻈﻤﻴﺔ ﻋﻠﻰ ) ‪. ( P‬‬
‫) ‪ ( S‬ﻓﻠﻜﺔ ﻣﻌﺎدﻟﺘﻬﺎ ‪:‬‬
‫و‪:‬‬
‫‪x + y + z − 2x + 2 y − 2 = 0‬‬
‫‪2‬‬
‫) ‪A (1,1, 0‬‬
‫ﺣﺪد ﻣﻌﺎدﻟﺔ اﻟﻤﺴﺘﻮى اﻟﻤﻤﺎس ﻟﻠﻔﻠﻜﺔ ‪ S‬ﻓﻲ ‪. A‬‬
‫‪A∈ S‬‬
‫ﻟﺪﻳﻨﺎ ‪:‬‬
‫إذن ‪:‬‬
‫‪M ∈ ( P ) ⇔ AΩ ⋅ AM = 0‬‬
‫وﺑﻤﺎأن ‪:‬‬
‫) ‪Ω (1, −,1, 0‬‬
‫) ‪A (1,1, 0‬‬
‫) ‪M ( x, y , z‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫) ‪AΩ ( 0, −2, 0‬‬
‫ﻓﺈن ‪:‬‬
‫) ‪AM ( x − 1, y − 1, z‬‬
‫‪−2 ( y − 1) = 0‬‬
‫إذن ‪:‬‬
‫وﻣﻨﻪ ‪:‬‬
‫‪ y = 1‬هﻲ ﻣﻌﺎدﻟﺔ اﻟﻤﺴﺘﻮى اﻟﻤﻤﺎس ﻟﻠﻔﻠﻜﺔ ‪ S‬ﻓﻲ اﻟﻨﻘﻄﺔ ‪. A‬‬
‫‪ -III‬ﺗﻘﺎﻃﻊ ﻓﻠﻜﺔ وﻣﺴﺘﻘﻴﻢ ‪:‬‬
‫ﻣﺜــﺎل ‪: 1‬‬
‫أدرس ﺗﻘﺎﻃﻊ اﻟﻔﻠﻜﺔ ‪ S‬واﻟﻤﺴﺘﻘﻴﻢ ) ‪. ( D‬‬
‫ﺣﻴﺚ ‪:‬‬
‫‪( S ) : x 2 + y 2 + z 2 − 3x + 2 y − 4 z − 5 = 0‬‬
‫) ∈ ‪(t‬‬
‫و‪:‬‬
‫ﻟﺪراﺳﺔ ﺗﻘﺎﻃﻊ اﻟﻔﻠﻜﺔ ) ‪ ( S‬واﻟﻤﺴﺘﻘﻴﻢ ) ‪، ( D‬‬
‫) ∈ ‪(t‬‬
‫ﻧﺤﻞ اﻟﻨﻈﻤﺔ ‪:‬‬
‫‪⎧x = t‬‬
‫‪( D ) : ⎪⎨ y = t + 1‬‬
‫‪⎪z = 2‬‬
‫⎩‬
‫‪⎧x = t‬‬
‫‪⎪ y = t +1‬‬
‫⎪‬
‫⎨‬
‫‪⎪z = 2‬‬
‫‪⎪⎩ x 2 + y 2 + z 2 − 3 x + 2 y − 4 z − 5 = 0‬‬
‫اﻟﺠــﻮاب ‪:‬‬
‫‪t + ( t + 1) + 4 − 3t + 2 ( t + 1) − 8 − 5 = 0‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2t 2 + t − 6 = 0‬‬
‫) ‪∆ = 1 − 4 ( 2 ) × ( −6‬‬
‫ﻟﻨﺤﻞ اﻟﻤﻌﺎدﻟﺔ ‪:‬‬
‫‪= 49 0‬‬
‫‪−1 − 7‬‬
‫إذن ‪:‬‬
‫= ‪t1‬‬
‫‪= −2‬‬
‫‪4‬‬
‫‪−1 + 7 3‬‬
‫= ‪t2‬‬
‫=‬
‫‪4‬‬
‫‪2‬‬
‫وﻣﻨﻪ ﺗﻘﺎﻃﻊ اﻟﻔﻠﻜﺔ ‪ S‬واﻟﻤﺴﺘﻘﻴﻢ ) ‪ ( D‬هﻲ اﻟﻨﻘﻄﺘﻴﻦ ‪A ( −2, −1, 2 ) :‬‬
‫⎞ ‪⎛3 5‬‬
‫⎟‪. B⎜ , ,2‬‬
‫⎠ ‪⎝2 2‬‬
‫و‪:‬‬
‫ﻣﺜــﺎل ‪: 2‬‬
‫أدرس اﻟﻮﺿﻊ اﻟﻨﺴﺒﻲ ﻟﻠﻤﺴﺘﻘﻴﻢ ) ‪ ( D‬واﻟﻔﻠﻜﺔ ) ‪. ( S‬‬
‫ﺣﻴﺚ ‪:‬‬
‫‪+ z 2 = −4‬‬
‫) ∈ ‪(t‬‬
‫‪2‬‬
‫)‪( S ) : ( x − 1) + ( y + 1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪⎧x = t +1‬‬
‫‪( D ) : ⎪⎨ y = −1 + 2t /‬‬
‫‪⎪z = t‬‬
‫⎩‬
‫اﻟﺠــﻮاب ‪:‬‬
‫‪+ t = −4‬‬
‫‪2‬‬
‫وﻣﻨﻪ ‪:‬‬
‫‪2‬‬
‫)‪(1 + t − 1) + ( −1 + 2t + 1‬‬
‫‪t 2 + 4t 2 + t 2 = −4‬‬
‫‪6t 2 = −4‬‬
‫‪6t 2 + 4 = 0‬‬
‫‪∆ = −96 ≺ 0‬‬
‫∅ = )‪(S ) ∩ ( D‬‬
‫‪2‬‬