1. Segmentul orientat
Definiție
Un segment se numește orientat dacă se ia în considerare ordinea scrierii extremităților lui.
Fie un segment cu extremitățile în punctele și . Dacă este prima extremitate, iar — a doua, atunci:
- se numește originea segmentului orientat;
- se numește extremitatea segmentului orientat.
Segmentul orientat se notează , iar pe desen se reprezintă printr-o săgeată îndreptată spre extremitate.
fig. 1 — segmentul orientat și opusul său
Segmentul orientat nul
Fiecare punct poate fi considerat un caz particular de segment orientat, la care originea coincide cu extremitatea. Un astfel de segment se numește segment orientat nul și se notează .
Lungimea
Prin lungimea segmentului orientat înțelegem lungimea segmentului obișnuit ; se notează sau .
Segmente orientate opuse
Ca mulțimi de puncte, și reprezintă unul și același segment. Ca segmente orientate, însă, și sunt două segmente diferite: fiecare se numește opusul celuilalt. Segmentul orientat nul se consideră opus lui însuși.
2. Orientarea segmentelor orientate
Definiție
Segmentele orientate nenule și se numesc la fel orientate (respectiv opus orientate) dacă semidreptele și sunt la fel orientate (respectiv opus orientate). Se notează , respectiv .
Un segment orientat nenul determină o direcție — și anume direcția căreia îi aparține semidreapta . Segmentul orientat nul nu determină nicio direcție.
Lacună rezolvată (confirmată în notițele §3)
Propoziția neterminată „Vom considera … .” din notițe fixa o convenție. Ea a fost confirmată în notițele §3, unde se scrie explicit
Așadar: elementul nul se consideră la fel orientat cu orice element. Este o convenție de comoditate: permite enunțuri fără excepții, de exemplu definiția 5.1 (, inclusiv pentru ).
Atenție: convenția nu face coorientarea tranzitivă — dimpotrivă, prin elementul nul tranzitivitatea se pierde: și , dar . Tranzitivitatea coorientării se folosește numai pentru elemente nenule. Echipolența rămâne o relație de echivalență: un segment nul este echipolent doar cu segmente nule (lungimea ), deci nu „leagă” niciodată segmente nenule între ele. Vezi orientarea vectorilor.
3. Echipolența
Definiția 1
Segmentele orientate și se numesc echipolente dacă sunt la fel orientate și au lungimi egale. Se notează .
Prin urmare, echipolența cere două condiții simultan:
Orice două segmente orientate nule se consideră echipolente între ele.
Exemplu
În figura de mai jos este reprezentat pătratul , unde punctul este mijlocul laturii .
fig. 2 — pătratul cu mijlocul laturii
| Perechea | Lungime | Direcție și sens | Echipolente? |
|---|---|---|---|
| și | egale | la fel orientate | da |
| și | egale | opus orientate | nu |
| și | diferite | la fel orientate | nu |
Exemplul arată că fiecare dintre cele două condiții din definiție este necesară, dar niciuna singură nu este suficientă.
Criteriul de echipolență
Criteriu
Segmentele orientate și sunt echipolente dacă și numai dacă mijloacele segmentelor și coincid.
Completare — de ce funcționează criteriul
Dacă , , , nu sunt coliniare, înseamnă că și sunt paralele, egale și la fel orientate, adică patrulaterul (vârfurile luate în această ordine) este un paralelogram. Diagonalele lui sunt tocmai și , iar diagonalele unui paralelogram se înjumătățesc reciproc — deci au același mijloc. Reciproc, dacă și au același mijloc, este paralelogram, deci .
Atenție la ordinea literelor: se compară mijloacele „încrucișat” — origine cu extremitate: și .
Valoarea criteriului este că înlocuiește o verificare geometrică (direcție + sens + lungime) cu una calculabilă: în coordonate, condiția devine , adică .
fig. T1 — criteriul de echipolență: diagonalele și au același mijloc
Cum se citește figura — criteriul de echipolență
Pasul 1 — datele. Sus, (albastru) și (portocaliu) sunt echipolente: paralele, de aceeași lungime, cu săgețile în același sens.
Pasul 2 — completăm patrulaterul. Liniile gri punctate și închid patrulaterul — citit în această ordine, nu . Laturile lui opuse și sunt paralele și egale, deci e paralelogram.
Pasul 3 — diagonalele (violet punctat). Diagonalele lui sunt și — fiecare unește originea unui segment cu extremitatea celuilalt. Liniuța simplă arată , cea dublă : este mijlocul ambelor.
Pasul 4 — cazul coliniar (jos). Când cele patru puncte sunt pe o dreaptă nu există paralelogram, dar regula rămâne: parantezele violet și au același mijloc (linia verticală punctată).
Pasul 5 — reciproca. Citiți figura de sus invers: dacă știți doar că și se înjumătățesc în , patrulaterul e paralelogram, deci .
Pe ce se bazează: definiția echipolenței (pasul 1); o pereche de laturi opuse paralele și egale ⇒ paralelogram (pasul 2); diagonalele unui paralelogram se înjumătățesc, și reciproc (pașii 3 și 5); coorientarea — de ce contează sensul săgeților.
Ce să verificați singuri pe figură: (1) pe dreapta de jos, cu , , , : mijlocul lui este , mijlocul lui este tot ; (2) întoarceți în gând săgeata portocalie ( în loc de ): criteriul ar cere atunci mijloacele lui și , care în figură sunt laturi opuse și nu au același mijloc.
4. Echipolența este o relație de echivalență
Relația de echipolență satisface următoarele condiții:
- Reflexivitate: , pentru orice segment orientat ;
- Simetrie: dacă , atunci ;
- Tranzitivitate: dacă și , atunci .
Concluzie
Relația de echipolență este o relație de echivalență pe mulțimea tuturor segmentelor orientate ale planului (respectiv ale spațiului).
fig. T2 — tranzitivitatea echipolenței, prin două paralelograme
Cum se citește figura — tranzitivitatea echipolenței
Pasul 1 — ipoteza 1. (albastru) și (portocaliu) sunt echipolente; liniile gri și închid paralelogramul .
Pasul 2 — ipoteza 2. și (violet) sunt echipolente; liniile gri și închid paralelogramul . Segmentul este „puntea” comună.
Pasul 3 — ce se transmite. Orientarea: și , iar coorientarea e tranzitivă, deci . Lungimea: .
Pasul 4 — concluzia (violet punctat). și închid un al treilea paralelogram, : , deși cele două segmente nu au fost comparate direct.
Pe ce se bazează: definiția echipolenței; tranzitivitatea coorientării (Orientarea semidreptelor. Direcție și completarea „proprietăți folosite curent” de la paralelism); tranzitivitatea egalității numerelor, pentru lungimi.
Ce să verificați singuri pe figură: (1) cu o riglă: cele trei săgeți sunt paralele și au aceeași lungime; (2) reflexivitatea și simetria nu cer desen nou — paralelogramul citit din este , adică .
Această concluzie este pasul-cheie: ea permite împărțirea mulțimii segmentelor orientate în clase de echivalență, iar fiecare clasă va fi numită vector.
Întrebări de control
- Prin ce diferă de ?
- De ce segmentul orientat nul nu determină nicio direcție?
- Verificați cu ajutorul criteriului că în pătratul din fig. 2 (mijloacele căror segmente trebuie comparate?).
- Ce s-ar strica dacă echipolența nu ar fi tranzitivă?
Legături
- Anterior: Orientarea semidreptelor. Direcție
- Continuare: Vectori
- Concepte: Segment orientat, Echipolență