الدرس الأول: الجذر التكعيبي للعدد النسبي ومجموعة الأعداد غير النسبية ن' وإثبات أن جذر 2 غير نسبي
يمثل مفهوم الجذر التكعيبي للعدد النسبي نقلة نوعية في التفكير الجبري لطلاب الصف الثاني الإعدادي، حيث يُعرَّف الجذر التكعيبي للعدد النسبي أ بأنه العدد الذي إذا ضُرِب في نفسه ثلاث مرات كان الناتج مساوياً أ، ويتميز الجذر التكعيبي بإمكانية حسابه للأعداد النسبية الموجبة والسالبة على حد سواء محتفظاً بنفس الإشارة. ويقودنا تعمق الحساب الجبري إلى اكتشاف مجموعة الأعداد غير النسبية ن' التي تتألف من أعداد لا يمكن وضعها قط على صورة أ على ب مثل الجذور التربيعية والتكعيبية للمربعات والمكعبات غير الكاملة والنسبة التقريبية باي. ويعد البرهان التاريخي بطريقة التناقض لإثبات أن جذر اثنين عدد غير نسبي نموذجاً للبرهان الرياضي الرصين، إلى جانب حصر الجذور الصماء بين أعداد نسبية متتالية بدقة بالغة وفق النماذج الوزارية المعتمدة.
1. الجذر التكعيبي للعدد النسبي
الجذر التكعيبي للعدد النسبي أ يُرمز له بالرمز ∛أ وهو العدد الذي مكعبه يساوي أ:
- حفظ الإشارة: الجذر التكعيبي لعدد موجب هو موجب، ولعدد سالب هو سالب:
∛(-8) = -2،∛(27) = 3. - الجذر التكعيبي للصفر:
∛0 = 0. - الجذر التكعيبي للكسر الاعتيادي:
∛(أ/ب) = ∛أ / ∛ب(حيث ب ≠ 0). مثال:∛(8/125) = 2/5. - حل معادلات القوة التكعيبية: إذا كان
س³ = كفإنس = ∛ك.
2. مجموعة الأعداد غير النسبية (ن')
العدد غير النسبي هو عدد لا يمكن التعبير عنه على صورة بسط ومقام أ / ب (حيث أ، ب ∈ ص، ب ≠ 0):
| النوع | التعريف الرياضي | أمثلة توضيحية |
|---|---|---|
| جذور تربيعية صماء | جذور الأعداد الموجبة غير المربعة كاملاً | √2، √3، √5، √7 |
| جذور تكعيبية صماء | جذور الأعداد غير المكعبة كاملاً | ∛2، ∛4، ∛9، ∛(-5) |
| الثوابت اللاكسرية | الكسور العشرية اللانهائية غير الدورية | النسبة التقريبية π (ط) |
خاصية الفصل: ن ∩ ن' = ∅ (لا يوجد عدد نسبي وغير نسبي في آن واحد).
3. البرهان الرياضي: إثبات أن √2 عدد غير نسبي
نستخدم طريقة البرهان بالتناقض (Reductio ad Absurdum):
- نفرض جدلاً أن
√2عدد نسبي، إذن√2 = أ / بفي أبسط صورة (أ، ب أعداد صحيحة أولية نسبياً، ب ≠ 0). - بتربيع الطرفين:
2 = أ² / ب²⇐أ² = 2 ب². - هذا يعني أن
أ²عدد زوجي، وبالتالي يجب أن يكونأعدداً زوجياً (ليكن أ = 2 ك). - بالتعويض:
(2 ك)² = 2 ب²⇐4 ك² = 2 ب²⇐ب² = 2 ك². - هذا يقتضي أن
ب²زوجي، وبالتاليبعدد زوجي أيضاً!
4. إيجاد قيمة تقريبية وحصر العدد الأصم
لحصر عدد غير نسبي بين عددين نسبيين، نبحث عن مربعات أو مكعبات كاملة تحيط به:
- حصر √5 بين عددين صحيحين: بما أن 4 < 5 < 9، إذن √4 < √5 < √9 ⇐
2 < √5 < 3. - حصر √2 لأقرب جزء من عشرة:
(1.4)² = 1.96
(1.5)² = 2.25
بما أن 1.96 < 2 < 2.25 ⇐1.4 < √2 < 1.5. - حصر ∛12 بين عددين صحيحين: 8 < 12 < 27 ⇐
2 < ∛12 < 3.
تتيح هذه الطريقة تمثيل وتوقع مواقع الجذور على خط الأعداد بدقة حسابية عالية.
تمرين 1: حساب الجذور التكعيبية المباشرة
المسألة: أوجد قيمة كل مما يأتي: (أ) ∛(-64) | (ب) ∛(3⅜)
• (أ) ∛(-64) = -4 لأن (-4)³ = -64.
• (ب) نرفع الكسر: 3⅜ = (3 × 8 + 3)/8 = 27/8.
• إذن: ∛(27/8) = ∛27 / ∛8 = 3/2 = 1.5.
تمرين 2: حل معادلة تكعيبية
المسألة: أوجد مجموعة حل المعادلة: س³ + 7 = -20 في ن.
• بطرح 7 من الطرفين: س³ = -20 - 7 = -27.
• بأخذ الجذر التكعيبي للطرفين: س = ∛(-27) = -3.
• بما أن -3 ∈ ن، إذن مجموعة الحل م.ح = {-3}.
تمرين 3: تصنيف الأعداد (ن أم ن')
المسألة: بيّن أياً من الأعداد الآتية نسبي وأيها غير نسبي: √9، √7، ∛27، ∛16.
• √9 = 3 (مربع كامل) ⇐ نسبي (∈ ن).
• √7 ليس مربعاً كاملاً ⇐ غير نسبي (∈ ن').
• ∛27 = 3 (مكعب كامل) ⇐ نسبي (∈ ن).
• ∛16 = ∛(8 × 2) = 2∛2 (ليس مكعباً كاملاً) ⇐ غير نسبي (∈ ن').
تمرين 4: حصر العدد غير النسبي
المسألة: أثبت أن √3 ينحصر بين 1.7 و 1.8.
• بتربيع العدد الأول: (1.7)² = 2.89.
• بتربيع العدد المطلوب: (√3)² = 3.
• بتربيع العدد الثاني: (1.8)² = 3.24.
• بما أن 2.89 < 3 < 3.24 ⇐ 1.7 < √3 < 1.8.
تمرين 5: إيجاد طول ضلع مكعب
المسألة: مكعب حجمه 125 سم³، احسب طول حرفه ومساحته الكلية.
• حجم المكعب = ل³ = 125 ⇐ ل = ∛125 = 5 سم.
• مساحة الوجه الواحد = ل² = 5² = 25 سم².
• المساحة الكلية = 6 × ل² = 6 × 25 = 150 سم².
تمرين 6: معادلة غير نسبية في ن
المسألة: أوجد مجموعة حل المعادلة س² = 5 في ن ثم في ن'.
• بأخذ الجذر التربيعي: س = ±√5.
• في ن: ±√5 ∉ ن ⇐ م.ح = ∅.
• في ن': ±√5 ∈ ن' ⇐ م.ح = {√5, -√5}.
تمرين 7: المقارنة بين الأعداد غير النسبية
المسألة: قارن بوضع (> أو < أو =): ∛25 أم 3.
• نكعب الطرفين للمقارنة بنفس القوة:
• (∛25)³ = 25.
• (3)³ = 27.
• بما أن 25 < 27 ⇐ إذن ∛25 < 3.
تمرين 8: طول ضلع مربع مساحته عدد غير نسبي
المسألة: مربع مساحته 7 سم²، هل طول ضلعه عدد نسبي؟ احسب محيطه.
• مساحة المربع = ل² = 7 ⇐ طول الضلع ل = √7 سم.
• بما أن 7 ليست مربعاً كاملاً، فإن ل ∈ ن' (غير نسبي).
• محيط المربع = 4 × ل = 4√7 سم.
اضغط على أي بطاقة لاكتشاف المعنى الدقيق، واضغط على أيقونة الصوت للاستماع للنطق:
اضغط على الإجابة لتتحقق من فهمك وتكتشف التفسير النموذجي فورياً: