החוברת · דף לימוד
מתי הנתונים אינם מספיקים
מתמטיקה · כיתה ח׳ · פרק 3: משולשים חופפים, תיכון במשולש, משולש שווה שוקיים
דוגמה נגד אחת יכולה להפיל טענת חפיפה
מה נבנה כאן
לא כל שלושה נתונים על משולשים מספיקים לחפיפה. בפרק הזה לומדים לעצור, לבדוק אם המשפט באמת תקף, ולבנות דוגמה נגד כשנתון נראה משכנע מדי. זה לא מודול על משפט חדש - זה מודול על חשיבה ביקורתית במתמטיקה.
- ז.ז.ז: נבין מדוע שלוש זוויות שוות נותנות צורה בלבד, לא גודל.
- צ.צ.ז לא כלואה: נזהה מצב שבו שתי צלעות וזווית אינן משפט צ.ז.צ.
- דוגמה נגד: נשתמש בדוגמה אחת כדי להראות שטענה אינה נכונה תמיד.
- חשיבה ביקורתית: נלמד לבדוק טענות במתמטיקה באמצעות דוגמאות נגד.
מהי דוגמה נגד וכוחה במתמטיקה
לא כל נתון יפה הוא משפט
לא כל נתון יפה הוא משפט
בגאומטריה משפט חייב לעבוד תמיד. אם מוצאים דוגמה אחת שבה הנתונים מתקיימים אבל המסקנה לא, הטענה אינה משפט חפיפה. במודול הזה נכיר ארבעה מצבים נפוצים שבהם 'נראה' שיש מספיק מידע - אבל בעצם אין: AAA (שלוש זוויות), SSA (שתי צלעות וזווית לא כלואה), שטח שווה, והיקף שווה.
השאלה החשובה היא לא כמה נתונים יש, אלא אילו נתונים ומה היחסים ביניהם. שלושה נתונים יכולים להיות 'מצופפים נכון' (משפט חפיפה) או 'רחוקים מדי' (לא משפט). השוני בין השניים יכול להיות זווית אחת או צלע אחת - הבדל קטן בנתונים, הבדל ענק בתוצאה.
AAA - שלוש זוויות שוות (דמיון, לא חפיפה)
דוגמה מספרית מפורטת - AAA לא חפיפה
- המשולש הראשון: ישר זווית, עם זווית ישרה בקודקוד ושתי זוויות חדות. הצלעות: .
- המשולש השני: עם אותן זוויות בדיוק, אבל מוגדל פי 2. צלעות: .
- בדיקה: יחס הצלעות שווה ליחס . הזוויות זהות. אבל הצלעות שונות לחלוטין באורך!
- המשולש השלישי: עוד הגדלה - פי . צלעות: . עדיין אותן זוויות.
- אינסוף משולשים אפשריים: לכל מקדם הגדלה , יש משולש עם צלעות ואותן זוויות.
SSA - 'המקרה הדו-משמעי'
המקרה הדו-משמעי - מתי 0, 1, או 2 משולשים?
| מצב | מתי | כמה משולשים |
|---|---|---|
| טווח הדו-משמעיות | 2 משולשים | |
| מקרה גבול (משיק) | 1 משולש (מקרה גבול) | |
| צלע ארוכה ממש | 1 משולש | |
| קצרה מדי - אין פתרון | 0 משולשים |
דוגמה מפורטת - SSA יוצר 2 משולשים
- מתחילים מ-. הזווית קובעת קרן יוצאת מ-.
- נמצא במרחק 10 מ- - על הקרן הראשונה.
- צריך להיות במרחק 6 מ- - על מעגל ברדיוס 6 סביב , וגם על הקרן השנייה היוצאת מ-.
- כדי לראות כמה נקודות חיתוך, נבדוק מהו המרחק האנכי בין הקרן השנייה ל-. זה .
- המעגל ברדיוס 6 סביב בהחלט חוצה את הקרן (כי ), אבל בשתי נקודות שונות.
- נקודה ראשונה: עם . נקודה שנייה: עם . כל אחת מהן מספקת את הנתונים.
- מתקבלים שני משולשים שונים: ו-, ושניהם בעלי .
שטח שווה ≠ חפיפה
היקף שווה ≠ חפיפה
טבלת מאסטר - מה מספיק ומה לא
מסטר מצבים: 3 נתונים = חפיפה?
| נתונים | סוג | חפיפה? | הסיבה |
|---|---|---|---|
| צ.צ.צ (3 צלעות) | SSS | כן ✓ | שלוש צלעות קובעות משולש יחיד |
| צ.ז.צ (2 צלעות + זווית כלואה) | SAS | כן ✓ | הזווית 'נועלת' את הקודקוד השלישי |
| ז.צ.ז (2 זוויות + צלע כלואה) | ASA | כן ✓ | הזוויות קובעות כיוונים, הצלע - גודל |
| ז.ז.צ (2 זוויות + צלע לא כלואה) | AAS | כן ✓ | שקול ל-ז.צ.ז (סכום 180 קובע את הזווית השלישית) |
| SSA (2 צלעות + זווית לא כלואה) | SSA | לא ✗ | מקרה דו-משמעי: 0, 1, או 2 משולשים |
| AAA (3 זוויות) | AAA | לא ✗ | דמיון בלבד - אין מידע על גודל |
| שטח שווה | אין | לא ✗ | אינסוף משולשים עם אותו שטח |
| היקף שווה | אין | לא ✗ | אינסוף משולשים עם אותו היקף |
| שטח + היקף שווים | אין | לא ✗ | עדיין יש משולשים שונים - שני נתונים מספריים אינם קובעים משולש |
| צלע אחת + שטח | אין | לא ✗ | חסר מידע על זוויות וצלעות אחרות |
| צלע אחת + היקף | אין | לא ✗ | חסר מידע מספיק |
| שתי זוויות בלי צלע | AA | לא ✗ | דמיון - בלי גודל |

אותן זוויות, גדלים שונים
זוויות שוות אינן מספיקות לחפיפה
מה מספיק ומה לא
| נתונים | האם משפט חפיפה בפרק? | הסיבה |
|---|---|---|
| צ.ז.צ | כן | זווית כלואה בין שתי צלעות |
| ז.צ.ז | כן | צלע כלואה בין שתי זוויות |
| צ.צ.צ | כן | שלוש צלעות מתאימות |
| ז.ז.ז | לא | שומר צורה, לא גודל - דמיון |
| צ.צ.ז לא כלואה | לא | הזווית אינה בין הצלעות - אפשרי >1 משולש |
| צלע + שטח | לא | שטח לא קובע צורה |
| היקף | לא | אורכים לא ידועים בנפרד |
| שתי זוויות בלבד (בלי צלע) | לא | אין מידע על גודל - דמיון |
דוגמה - ז.ז.ז אינה חפיפה
שני מצבים שמפילים טענה
ז.ז.ז
כל הזוויות שוות, אבל אפשר להגדיל או להקטין את המשולש.
צ.צ.ז לא כלואה
יש שתי צלעות וזווית, אבל הזווית אינה בין הצלעות, ולכן זה לא צ.ז.צ.
איך בונים דוגמה נגד
שינוי גודל
קחו משולש והגדילו אותו פי 2. הזוויות נשארות, החפיפה נעלמת. דוגמה נגד לז.ז.ז.
הזווית הלא נכונה
בחרו שתי צלעות ואז סמנו זווית שאינה בין שתיהן. זו אינה כליאה - דוגמה נגד לצ.צ.ז (לא כלואה).
שטח עם צורות שונות
משולש דק וארוך מול משולש רחב ונמוך - אותו שטח, צורות שונות.
היקף עם צורות שונות
משולש (3,4,5) ומשולש שווה צלעות (4,4,4) - אותו היקף 12, אך לא חופפים.
בדיקות אבחון
האם זה משפט?
- ספרו: צ או ז?
- בדקו: כליאה?
- האם זה צ.ז.צ, ז.צ.ז או צ.צ.צ?
אם לא - לחפש דוגמה נגד
- מה יכול להשתנות?
- גודל? צורה?
- בנו דוגמה ספציפית.
ז.ז.ז = דמיון
- שלוש זוויות = צורה.
- אין נתון על גודל.
- הגדלה היא דוגמה נגדית.
צ.צ.ז לא כלואה = שני אפשרויות
- הקרן יכולה לחתוך מעגל בשתי נקודות.
- מתקבלים שני משולשים שונים.
- פרט: לפעמים אין משולש כלל.
תרגול מדורג
תרגיל
תרגול 1 - ניתוח נימוק חשודה (אתגר)
תלמיד כתב: נתון , ו-, לכן . האם הנימוק תקף?
תרגיל
תרגול 2 - האם ז.ז.ז מספיק (בינוני)
שני משולשים בעלי זוויות . האם בהכרח הם חופפים?
תרגיל
תרגול 3 - מה חסר כדי לתקן (בינוני-גבוה)
יש לנו שתי זוויות שוות בשני משולשים. איזה נתון נוסף יכול להפוך את המידע למשפט ז.צ.ז?
ההיסטוריה: איך מתמטיקאים שללו את AAA
ההיסטוריה של ההבחנה
אאוקלידס (300 לפני הספירה)
בספר השישי של היסודות, אאוקלידס הוכיח שמשולשים בעלי אותן זוויות יוצרים יחס קבוע של צלעות. הוא ניסח זאת באופן הפוך: דמיון מובל ליחס. אבל ההבחנה שלו עדיין נלמדת באלפיים שנה אחרי.
תאלס ממילטוס (600 לפני הספירה)
תאלס מדד את גובה הפירמידה בעזרת דמיון - השווה את הצל שלו לצל הפירמידה. למעשה, הוא השתמש בצורה אינטואיטיבית בכך שAAA = דמיון, ולכן יחסי הצלעות שווים.
הילברט (1899)
במאה ה-19, מתמטיקאים החלו לבדוק את היסודות של אאוקלידס. דוד הילברט פרסם 'יסודות הגאומטריה' שבו ניסח מחדש את כל הגאומטריה באקסיומות מודרניות. הוא הראה ש-צ.ז.צ (SAS) הוא אקסיומה - אי אפשר להוכיח אותו מהיסודות, אבל ממנו אפשר להוכיח את שאר משפטי החפיפה.
שאלת הבקרה
מפת מצבים שאינם מספיקים
| מצב | למה לא מספיק | מה אפשר עדיין להסיק |
|---|---|---|
| שלוש זוויות בלבד (ז.ז.ז) | אין נתון על גודל - אפשר הגדלה | המשולשים דומים (לא חופפים) |
| שתי צלעות + זווית לא כלואה | ייתכנו 2 משולשים שונים על הקרן | כלום בוודאות - תלוי בנתונים |
| אורך + שטח | שטח לא קובע צורה | כלום על צלעות נוספות |
| היקף בלבד | אורכים אינם ידועים בנפרד | סכום אורכים בלבד |
| זווית אחת + צלע אחת | חסר נתון | כלום על צלעות וזוויות אחרות |
| שתי זוויות בלי צלע | צ.ז.ז = ז.ז.ז = דמיון | המשולשים דומים, לא חופפים |
קישור ללמידה
המקום של מודול זה בפרק
מהמודולים הקודמים
הכרנו שלושה משפטי חפיפה: צ.צ.צ, צ.ז.צ, ז.צ.ז. עכשיו לומדים מתי הם לא פועלים.
במודול הנוכחי
חשיבה ביקורתית: זיהוי מצבים בהם הנתונים אינם מספיקים, שימוש בדוגמאות נגד.
במודולים הבאים
נעבור למשולש שווה שוקיים ולתיכון - מצבים שבהם החפיפה היא כלי, לא מטרה.
שאלות לחשיבה עמוקה
למה דוגמה נגד אחת מספיקה כדי להראות שטענה אינה משפט?
ראיתם בכיתה ז: סכום זוויות במשולש = . עכשיו: ז.ז.ז (שלוש זוויות שוות) אינו משפט חפיפה. למה לא? הרי שלוש זוויות לכאורה קובעות הכל!
במציאות, מודד קרקע מודד שתי זוויות וצלע. הוא יודע שיש לו ז.צ.ז ולכן משולש יחיד. אבל אם הוא היה מודד שתי זוויות בלבד (בלי הצלע), מה היה הבעיה?