ראשי › חשבון ומתמטיקה › מספרים מרוכבים

כיתה י״ב · 5 יח״לחשבון ומתמטיקהשיעור 1 מתוך 245 דק'תיכוןמתאים לממלכתי ולממלכתי-דתי

🧮 המספר המרוכב בהצגה אלגברית

📚 בהתאם לתוכנית הלימודים

בתוכנית החדשה לתיכון, 5 יח"ל, כיתה י"ב (שאלון 35572): "מרוכבים: הגדרה, הצגה אלגברית, שוויון, ארבע הפעולות. הצגה גרפית במישור גאוס... הצגה קוטבית (טריגונומטרית)... משפט דה-מואבר. שורשי יחידה, שורשים מסדר n". בבחינה 35572, בפרק הראשון: "הנדסה אנליטית, וקטורים (כולל טריגונומטריה במרחב), מספרים מרוכבים". הנושא לא נלמד ב-4 יח"ל.

🎯 מטרות השיעור

  • לבצע את ארבע פעולות החשבון במספרים מרוכבים בהצגה ‪z = a + bi‬.
  • לסמן מספר מרוכב במישור גאוס ולחשב צמוד וערך מוחלט.
  • לפתור משוואה ריבועית עם דיסקרימיננטה שלילית ולמצוא שורש ריבועי של מספר מרוכב.

🚪 פתק כניסה (3 דקות)

בתחילת השיעור כל תלמיד עונה על פתק, בלי ציון:

  1. האם יש מספר ממשי שריבועו ‪−9‬?
  2. פתרו: ‪x² + 4 = 0‬. מה קורה בנוסחת השורשים?
  3. חשבו: ‪(3 + 2x)·(3 − 2x)‬.

למורה: שאלות 1 ו־2 מראות שבמספרים הממשיים אין פתרון. שאלה 3 מכינה את הכפל בצמוד: חפשו מי מזהה את ‪9 − 4x²‬ כהפרש ריבועים.

🔑 מושגי מפתח

היחידה המדומה ‪i‬
מספר שמקיים ‪i² = −1‬.
מספר מרוכב
מספר מהצורה ‪z = a + bi‬, כאשר ‪a‬ ו־‪b‬ ממשיים.
חלק ממשי וחלק מדומה
ב־‪z = a + bi‬: ‪Re z = a‬ ו־‪Im z = b‬.
מספר צמוד
הצמוד של ‪z = a + bi‬ הוא ‪z̄ = a − bi‬.
ערך מוחלט
‪|z| = √(a² + b²)‬: המרחק של הנקודה מראשית הצירים.
מישור גאוס
מישור שבו ‪z = a + bi‬ הוא הנקודה ‪(a, b)‬. ציר ממשי וציר מדומה.

📖 הסבר למורה

מוסיפים למספרים הממשיים מספר חדש ‪i‬ שמקיים ‪i² = −1‬. כל מספר מרוכב נכתב ‪a + bi‬. שני מספרים מרוכבים שווים רק אם החלקים הממשיים שווים וגם החלקים המדומים שווים.

חיבור וחיסור: מחברים ממשי עם ממשי ומדומה עם מדומה. כפל: פותחים סוגריים כמו בביטוי אלגברי ומחליפים ‪i²‬ ב־‪−1‬. החזקות של ‪i‬ חוזרות כל 4: ‪i, −1, −i, 1‬.

חילוק: כופלים את המונה ואת המכנה בצמוד של המכנה. כך המכנה נעשה ממשי, כי ‪(a + bi)(a − bi) = a² + b²‬. טעות נפוצה: לכפול רק את המכנה.

במישור גאוס, ‪z = a + bi‬ הוא הנקודה ‪(a, b)‬ או וקטור מהראשית. חיבור מספרים הוא חיבור וקטורים (כלל המקבילית). ‪|z₁ − z₂|‬ הוא המרחק בין שתי הנקודות. הצמוד הוא שיקוף בציר הממשי.

משוואה ריבועית עם ‪Δ < 0‬ פותרים בנוסחה הרגילה, עם ‪√(−36) = 6i‬. שורש ריבועי של מספר מרוכב ‪w‬ מוצאים מ־‪(x + yi)² = w‬: משווים חלק ממשי וחלק מדומה. המשוואה ‪|z − z₀| = r‬ מתארת מעגל שמרכזו ‪z₀‬ ורדיוסו ‪r‬.

✏️ דוגמאות פתורות ללוח

דוגמה 1. חשבו: ‪(7 + i)/(1 − 2i)‬.

  1. כופלים מונה ומכנה בצמוד ‪1 + 2i‬.
  2. מונה: ‪(7 + i)(1 + 2i) = 7 + 14i + i + 2i² = 5 + 15i‬.
  3. מכנה: ‪(1 − 2i)(1 + 2i) = 1 + 4 = 5‬.
  4. ‪(5 + 15i)/5 = 1 + 3i‬.

תשובה: ‪1 + 3i‬

דוגמה 2. פתרו: ‪z² − 4z + 13 = 0‬.

  1. ‪Δ = 16 − 52 = −36‬.
  2. ‪√(−36) = 6i‬.
  3. ‪z = (4 ± 6i)/2‬.
  4. ‪z = 2 + 3i‬ או ‪z = 2 − 3i‬: שני פתרונות צמודים.

תשובה: ‪z = 2 ± 3i‬

דוגמה 3. מצאו את השורשים הריבועיים של ‪−5 + 12i‬.

  1. מחפשים ‪x, y‬ ממשיים עם ‪(x + yi)² = −5 + 12i‬.
  2. ‪x² − y² + 2xyi = −5 + 12i‬.
  3. משווים: ‪x² − y² = −5‬ וגם ‪2xy = 12‬, כלומר ‪y = 6/x‬.
  4. מציבים: ‪x² − 36/x² = −5‬, ולכן ‪x⁴ + 5x² − 36 = 0‬.
  5. ‪x² = 4‬ (הפתרון ‪x² = −9‬ נפסל כי ‪x‬ ממשי), ‪x = ±2‬, ‪y = ±3‬.

תשובה: ‪2 + 3i‬ ו־‪−2 − 3i‬

👩‍🏫 פעילות בכיתה

  1. פתיחה: שאלות הכניסה על הלוח (5 דקות).
  2. הגדרת ‪i‬ וחישוב ‪i², i³, i⁴, i⁵‬ יחד.
  3. חיבור וכפל בזוגות, ואז דוגמה 1 (חילוק) בהנחיית המורה.
  4. סימון ‪3 + 2i‬, ‪−1 + 4i‬ וסכומם במישור גאוס: רואים את כלל המקבילית.
  5. דוגמאות 2 ו־3 על הלוח.
  6. דף עבודה: שאלות 1 עד 5, מתקדמים ממשיכים לחלק הכוכב.
  7. סיכום ושאלות יציאה.

💡 הערות למורה

טעויות נפוצות: ‪i² = 1‬, וכפל של המכנה בלבד בצמוד. בשורש ריבועי, הזכירו ש־‪x‬ ו־‪y‬ ממשיים ולכן ‪x² = −9‬ נפסל. לתלמידים מתקשים תנו את הדף המותאם עם תיבת הנוסחאות. למתקדמים: מקומות גאומטריים כמו ‪|z − 1| = |z + i|‬.

❓ שאלות תרגול (בודקים בלחיצה)

1. מהו ‪i⁷‬?

2. מהו הצמוד של ‪5 − 2i‬?

3. מהו ‪|6 − 8i|‬?

4. מה מתארת המשוואה ‪|z − 2i| = 3‬ במישור גאוס?

עוד תרגול: בוחן תרגול של 10 שאלות ליחידה.

🎟️ כרטיס יציאה (3 דקות)

  1. חשבו: ‪(3 − i)/(1 + i)‬.
  2. פתרו: ‪z² + 2z + 5 = 0‬.

תשובות: 1. ‪(3 − i)(1 − i)/2 = (2 − 4i)/2 = 1 − 2i‬. 2. ‪Δ = −16‬, ‪z = (−2 ± 4i)/2 = −1 ± 2i‬.

📝 בדף העבודה

5 תרגילים, ★ חלק אקסטרה למתקדמים, ומחוון עם פתרון מלא לכל תרגיל. למתקשים יש דף עם תמיכה: מחסן מילים, תזכורת של הכלל ושאלות בשלבים.

לדף העבודה ←
→ אינטגרל מסוים ושטחים עם ‪eˣ‬ ו־‪1/x‬הצגה קוטבית ומשפט דה־מואבר ←