החוברת · דף לימוד
משפט צ.ז.צ
מתמטיקה · כיתה ח׳ · פרק 3: משולשים חופפים, תיכון במשולש, משולש שווה שוקיים
שתי צלעות והזווית הכלואה ביניהן קובעות משולש
מה נבנה כאן
משפט צ.ז.צ הוא משפט החפיפה הראשון שמשתמש בנתונים מעורבים: שתי צלעות וזווית. המילה החשובה היא כלואה, כי הזווית חייבת להיות בין שתי הצלעות הנתונות. במודול הזה נכיר את המשפט, נבין למה הוא עובד, נתרגל זיהוי הזווית הכלואה, ונראה איפה הוא מופיע במציאות.
- זיהוי נתונים: נזהה שתי צלעות וזווית כלואה בכל אחד מהמשולשים.
- נימוק: נכתוב חפיפה לפי צ.ז.צ בלי לדלג על ההתאמה.
- מניעת טעות: נבדיל בין זווית כלואה לבין זווית שנמצאת ליד אחת הצלעות בלבד.
- מסקנות נוספות: נסיק שוויונות נוספים אחרי הוכחת חפיפה.
- יישומים: נראה איפה צ.ז.צ פועל במדידות בעולם הממשי.
למה דווקא שתי צלעות וזווית?
לאן מגיעים מנתונים שונים
שתי צלעות בלבד
אינסוף משולשים. הזווית ביניהן יכולה להיות כל גודל בין ל-.
שתי צלעות + זווית כלואה
משולש יחיד. צ.ז.צ - מספיק לחפיפה.
שתי צלעות + זווית לא כלואה
ייתכנו שני משולשים שונים. לא מספיק לחפיפה (פעמים רבות).
הזווית חייבת להיות בין הצלעות
הזווית חייבת להיות בין הצלעות
משפט אומר: אם שתי צלעות והזווית הכלואה ביניהן שוות בהתאמה בשני משולשים, המשולשים חופפים. המילה הקריטית היא הכלואה - הזווית חייבת להיות בדיוק בין שתי הצלעות, בקודקוד שבו הן נפגשות.
בכל תרגיל צ.ז.צ סמנו קודם את שתי הצלעות, מצאו את הקודקוד שבו הן נפגשות, ואז שאלו אם הזווית הנתונה נמצאת בדיוק שם. רק אם התשובה כן - יש לכם צ.ז.צ.
צ.ז.צ אצל אאוקלידס - היכן הכל התחיל
השיטה של אאוקלידס - הוכחה על ידי כיסוי
השיטה הקדומה
אאוקלידס הוכיח את צ.ז.צ על ידי "הזזת" משולש אחד על השני. אם הזווית והצלעות שוות, המשולש הראשון יכול לכסות את השני בדיוק.
מה זאת אומרת "כיסוי"
אם תזיזו את המשולש הראשון כך שקודקוד מתלכד עם , וצלע עם , אז הזווית A קובעת בדיוק לאן ילך הקודקוד C - שיתלכד עם F.
תקפות מודרנית
במתמטיקה מודרנית, צ.ז.צ נחשב לאקסיומה (משפט יסוד) או להכרזה ממנה נובעים שאר משפטי החפיפה. הוא לא צריך הוכחה כשלעצמו, אבל אפשר להוכיח ממנו את ז.צ.ז ואת צ.צ.צ.

זווית כלואה בין שתי צלעות
נתוני צ.ז.צ
בודקים אם זה צ.ז.צ
| שאלה | כן | לא |
|---|---|---|
| האם יש שתי צלעות בכל משולש? | מסמנים אותן | לא צ.ז.צ |
| האם הזווית נמצאת בין הצלעות? | זווית כלואה - יש צ.ז.צ | לא מספיק לצ.ז.צ |
| האם ההתאמה כתובה נכון? | אפשר לנמק חפיפה | חוזרים לטבלת התאמה |
| האם הצלעות נפגשות בקודקוד הזווית? | כן - אז הזווית כלואה | אם לא - אין כליאה |
| האם יש צלע משותפת בין שני המשולשים? | מציינים שהיא שווה לעצמה | ממשיכים לשאלה הבאה |
| האם הצלעות שוות בכל זוג צלעות? | כותבים את ההתאמה במלואה | לא מספיק לצ.ז.צ |
SSA - מצב SSA ולמה הוא לא משפט
מה ההבדל בין צ.ז.צ ל-SSA (לא כלואה)
| נתונים | כליאה? | תוצאה | האם משפט חפיפה? |
|---|---|---|---|
| כן - זווית A בין AB ו-AC | משולש יחיד | כן - צ.ז.צ | |
| לא - זווית A ליד AB אבל לא ליד BC | 0, 1 או 2 משולשים | לא - SSA | |
| לא - זווית B ליד AB אבל לא ליד AC | 0, 1 או 2 משולשים | לא - SSA |
הוכחה ויזואלית - SSA יוצר שני משולשים
- ניקח , , . הזווית A היא בקודקוד A, ליד הצלע AB - אבל לא ליד BC.
- מ-A יוצאת קרן בזווית של . נקודה B היא במרחק 10 מ-A על הקרן הראשונה (הבסיס).
- מ-B צריך לציר מעגל ברדיוס 6 (הוא ימצא את כל הנקודות C שמרחקן מ-B שווה ל-6).
- הקרן השנייה מ-A (זו שיוצאת בזווית 30°) חותכת את המעגל בשתי נקודות שונות ו-.
- מתקבלים שני משולשים שונים: ו-, שניהם עונים לכל הנתונים, אבל אינם חופפים.
צ.ז.צ במציאות - איפה רואים אותו
צ.ז.צ במציאות
מודדי קרקע
מודדים שתי מרחקים ידועים וזווית ביניהם, ומסיקים את המרחק השלישי.
ניווט ימי
ספנים מודדים שתי זוויות לסימני חוף וזווית ביניהן כדי לקבוע מיקום.
צילום מקצועי
סטריאוסקופיה (תמונה תלת-ממדית) משתמשת בצ.ז.צ למדידת עומק.
אסטרונומיה
מדידת מרחקים לכוכבים נעשית בעזרת "פרלקס" - שיטה המבוססת על צ.ז.צ.
GPS
מערכת GPS משתמשת בעקרונות גאומטריים דומים לקביעת מיקום.
רובוטיקה
רובוטים מחשבים מסלולים בעזרת חישובי זווית ומרחק - יישומים של צ.ז.צ.
דוגמה - נימוק לפי צ.ז.צ
דוגמה 1 - נימוק בסיסי לפי צ.ז.צ
- הצעד הראשון: לזהות את הצלעות הנתונות. במשולש הראשון - ו-; במשולש השני - ו-.
- מציאת הקודקוד המשותף: ו- שתיהן יוצאות מ-. ו- שתיהן יוצאות מ-. אז הקודקודים המשותפים הם ו-.
- בדיקת הזווית הנתונה: הזווית הנתונה היא ו-. אכן הזוויות נמצאות בקודקודים שזיהינו - לכן הן כלואות.
- סיכום שלושת הזוגות הנתונים. שני זוגות צלעות שוות והזווית הכלואה ביניהן שווה.
- כתיבת ההתאמה לפי הקודקודים: .
- הכרזה על החפיפה לפי משפט צ.ז.צ.
- מסקנה: כל החלקים המתאימים שווים. אפשר להסיק עכשיו ש-, , ו-.
שיטת עבודה לצ.ז.צ
סמנו צלעות
- מצאו את שתי הצלעות השוות בכל משולש.
- כתבו את ההתאמה שלהן.
חפשו זווית כלואה
- הזווית חייבת להיות בין שתי הצלעות.
- אם היא ליד אחת מהן בלבד, עוצרים.
נסחו חפיפה
- כתבו את שמות המשולשים לפי ההתאמה.
- ציינו: לפי צ.ז.צ.
ארבעה דפוסי הוכחה נפוצים בצ.ז.צ
דפוסי הוכחה לזווית כלואה
דפוס 1: זוויות קודקודיות
- כשנתונים שני קווים נחתכים, נוצרות זוויות שוות.
- בקודקוד.
- שני זוגות צלעות + הזווית הזו = צ.ז.צ.
דפוס 2: צלע משותפת
- כשנקודה בתוך המשולש או על צלע, יש קטע משותף.
- - שווה לעצמה.
- מאפשר ל-צ.ז.צ ב-.
דפוס 3: אמצע צלע
- כש- אמצע , אז .
- אם יש גם זווית שווה ב-, יש צ.ז.צ.
- מתאים לבעיות תיכון ומשולש שווה שוקיים.
דפוס 4: קווים מקבילים
- קווים מקבילים יוצרים זוויות מתחלפות שוות.
- (זוויות מתחלפות).
- מספק את הזווית הכלואה.
דוגמאות לזווית כלואה
מתאים
, , והזווית בין שתי הצלעות.
לא מתאים
, , אבל הזווית אינה בין שתי הצלעות האלה.
מתאים
, , והזווית בין שתי הצלעות (B הקודקוד המשותף).
לא מתאים
, , והזווית - C אינו הקודקוד המשותף.
תרגול מדורג
תרגיל
תרגול 1 - האם זו זווית כלואה (קל)
נתון , ו-. האם הנתונים מתאימים לצ.ז.צ?
תרגיל
תרגול 2 - נתון שלא מספיק (בינוני)
נתון , ו-. האם זה צ.ז.צ?
תרגיל
תרגול 3 - איזה נתון חסר לצ.ז.צ (אתגר)
נתון ו-. איזה נתון זווית ישלים צ.ז.צ?
המילה כלואה מצילה מטעויות
מפת טעויות נפוצות בצ.ז.צ
| טעות | למה זו טעות | תיקון |
|---|---|---|
| לזהות שתי צלעות וזווית ולקרוא לזה צ.ז.צ | הזווית חייבת להיות בין הצלעות, לא ליד אחת | תמיד שואלים: איפה הזווית? בדיוק בין הצלעות? |
| להתבלבל בין צ.ז.צ לצ.צ.ז (לא כלואה / SSA) | SSA אינה משפט חפיפה - יכולים להיות 0, 1, או 2 משולשים | מסמנים בציור: שתי צלעות נפגשות בקודקוד הזווית? |
| לדלג על שלב ההתאמה | התאמה שגויה - חפיפה שגויה | תמיד מתחילים מהתאמת קודקודים |
| להזניח צלע משותפת בבעיות מורכבות | משולשים משותפים לעיתים חולקים צלע - היא 'נסתרת' | תמיד בודקים: יש קטע משותף? כותבים: שווה לעצמה. |
| להניח שזוויות נראות שוות בלי הוכחה | ציור הוא רק עזר - לא הוכחה | מציינים מאיזה משפט/נתון הזוויות שוות |
| לבלבל בין סדר הצלעות בהתאמה | ≠ כשמדברים על חפיפה | סדר הקודקודים בהתאמה הוא קריטי |
| לחשוב שצ.ז.צ עובד גם עם זווית קהה גדולה ( | זה דווקא נכון! צ.ז.צ עובד לכל זווית בין 0 ל-180 | אין סייג על גודל הזווית - היא רק חייבת להיות הזווית הכלואה |
| לחפש משפט אחר כשיש כבר צ.ז.צ | אם יש לכם שלושת הנתונים הנדרשים לצ.ז.צ, לא צריך עוד | מספיק לציין את שלושת הזוגות ולכתוב 'לפי צ.ז.צ' |
קישור ללמידה
צ.ז.צ במסגרת הפרק
מהמודולים הקודמים
הכרנו צ.צ.צ - שלוש צלעות. עכשיו במקום להזדקק לכל שלוש הצלעות, מספיקות שתיים אם הן משלימות זווית כלואה.
במודול הנוכחי
צ.ז.צ - שתי צלעות והזווית הכלואה ביניהן. המשפט הראשון שמשתמש בנתון מעורב (צלעות וזווית).
במודול הבא
ז.צ.ז - שתי זוויות והצלע הכלואה ביניהן. עוד וריאציה של אותו רעיון - שלושה נתונים נכונים מספיקים לחפיפה.
שאלות לחשיבה עמוקה
מדוע זווית שאינה כלואה לא נותנת אותו ביטחון כמו זווית כלואה?
האם משפט צ.ז.צ עובד גם במקרה של זווית קהה (גדולה מ-)?
מודד קרקע צריך לדעת מרחק בין שתי נקודות שאי אפשר ללכת ביניהן (יש נהר באמצע). איך הוא יכול להשתמש בצ.ז.צ?
במכניקה ובהנדסה משתמשים במבנה משולשי כי הוא 'יציב'. איך זה קשור לצ.ז.צ?
במשולש שווה שוקיים ABC עם , מותחים את התיכון מ-A לבסיס. איך צ.ז.צ מסביר שהתיכון הוא גם גובה?
צ.ז.צ ביישומים מורכבים
צ.ז.צ ביישומים אמיתיים מורכבים
גשרי גמלון
גשר ברוקלין ופירמידות הזכוכית בלובר נבנים ממאות משולשים. כל אחד יציב בזכות צ.ז.צ או צ.צ.צ. אם אחד היה מקבל צורה אחרת, הגשר היה קורס.
מנופי מספריים
מנופי בנייה מתבססים על שני משולשים שמתחברים בציר. כשמרחיבים את הבסיס, הצ.ז.צ קובע את הגובה. ידיעת הזווית מבטיחה את הבטיחות.
GPS וטריאנגולציה
לוויינים משדרים מיקום וזמן. המכשיר שלכם מחשב מרחק לכל לוויין, ואז משתמש בעקרונות צ.ז.צ ומשפטים גאומטריים נוספים כדי לקבוע את מיקומכם המדויק.
סיירת חוצה יבשת
המודדים שמיפו את הודו במאה ה-19 השתמשו בטריאנגולציה. מודדים זווית ושני אורכים, ואז צ.ז.צ נותן את הצלע השלישית. דיוק של 1 ס"מ על מרחק של 100 ק"מ.
צילום סטריאו (3D)
מצלמת 3D לוקחת שתי תמונות מנקודות ידועות. אם מזהים את אותו אובייקט בשתי התמונות, הזוויות נמדדות וצ.ז.צ נותן את המרחק לאובייקט - זה איך מצלמות 3D 'מבינות' עומק.
ארכיטקטורה: כיפת בית הכנסת המרכזי בירושלים
כיפות בנויות ממשולשים. המהנדס מתכנן זווית וצלעות, וצ.ז.צ מבטיח שכל המשולשים יהיו זהים, יוצרים סימטריה מושלמת.