العدد الصحيح هو أحد الأعداد `…، −3، −2، −1، 0، 1، 2، 3، …`. تشمل الأعداد الصحيحة الصفر وأعداد العد ومقابلاتها السالبة. فالعدد −6 صحيح، أما 2.5 فليس صحيحًا؛ ولا يعتمد الانتماء إلى المجموعة على كون العدد موجبًا.
الجملة المفتوحة في الرياضيات تتضمن متغيرًا أو أكثر، ويعتمد التحقق من صدقها على القيم التي نضعها مكان المتغير. مثلًا `x + 4 = 9` تصبح صحيحة إذا كان `x = 5`، وتصبح خاطئة إذا كان `x = 2`. وحلها يعني إيجاد القيم التي تحققها ضمن المجال المحدد.
لحساب قطر الدائرة اختر القانون بحسب المعطى: من نصف القطر `d = 2r`، ومن المحيط `d = C/π`، ومن المساحة `d = 2√(A/π)`. الفرق بين الطرق يعود إلى أن المحيط طول، بينما المساحة ترتبط بمربع نصف القطر.
الأعداد الحقيقية هي الأعداد التي يمكن تمثيلها على خط الأعداد؛ تضم الأعداد النسبية وغير النسبية معًا. لذلك لا تقتصر على الأعداد الصحيحة أو على القيم الموجبة: الكسر والسالب والصفر والجذر غير النسبي قد يكون كل منها عددًا حقيقيًا.
العدد النسبي يمكن كتابته على صورة a/b حيث a وb عددان صحيحان وb لا يساوي صفرًا. أما العدد الحقيقي غير النسبي فلا يمكن كتابته بهذه الصورة. والفارق يظهر أيضًا في الكتابة العشرية الدقيقة: النسبي ينتهي أو يتكرر دوريًا، وغير النسبي لا ينتهي ولا يتكرر دوريًا.
المنوال هو القيمة الأكثر تكرارًا في مجموعة البيانات. قد يكون رقمًا أو وصفًا مثل اللون، وقد توجد أكثر من قيمة منوالية إذا تساوت قيم في أعلى تكرار. لذلك لا نختاره لأنه أكبر عدد، بل لأن ظهوره أكثر من غيره.
لحساب المتوسط الحسابي نجمع جميع القيم ثم نقسم مجموعها على عددها. إذا قرأت24 و18 و30 صفحة في ثلاثة أيام، فالمجموع72 صفحة، والمتوسط 72 ÷ 3 = 24 صفحة في اليوم. المتوسط يختصر البيانات في قيمة واحدة، لكنه لا يبين وحده تفاصيلها.
الوسيط هو القيمة التي تتوسط البيانات بعد ترتيبها. إذا كان عدد القيم فرديًا نختار القيمة الوسطى، وإذا كان زوجيًا نحسب المتوسط الحسابي للقيمتين الوسطيتين. لذلك يبدأ حساب الوسيط بالترتيب والعد، وليس بجمع جميع الأعداد.
القاسم يقسم عددًا دون باقٍ، والمضاعف ينتج عن ضرب العدد في عدد صحيح. ف3 قاسم للعدد15، و15 مضاعف للعدد3؛ هاتان طريقتان لوصف العلاقة نفسها من اتجاهين مختلفين. سنركز هنا على قواسم الأعداد الصحيحة الموجبة ومضاعفاتها غير السالبة.
شبه المنحرف متساوي الساقين شكل رباعي له قاعدتان متوازيتان وساقان متساويتان. تتساوى زاويتا كل قاعدة، ويتساوى طول القطرين. نعتمد هنا التعريف المدرسي الذي يشترط زوجًا واحدًا فقط من الأضلاع المتوازية؛ فبعض المراجع توسع تعريف شبه المنحرف.
المستطيل شكل رباعي زواياه الأربع قائمة؛ أضلاعه المتقابلة متوازية ومتساوية، وقطراه متساويان وينصف كل منهما الآخر. لكنه لا يشترط أن تكون أضلاعه الأربعة متساوية؛ فإذا تحقق ذلك صار مربعًا، والمربع حالة خاصة من المستطيل.
المربع شكل رباعي أضلاعه الأربعة متساوية وزواياه الأربع قائمة. لذلك يجمع خصائص المستطيل والمعين معًا: يتساوى قطراه ويتعامدان، وينصف كل منهما الآخر وينصف زوايا الرأس. تساوي الأضلاع وحده قد يصف معينًا ليس مربعًا.
للتحويل من سم إلى متر نقسم عدد السنتيمترات على 100، لأن المتر يساوي 100 سنتيمتر بالضبط. فإذا كان الطول 250 سم، فإنه يساوي 2.5 متر. وللتحويل في الاتجاه العكسي نضرب عدد الأمتار في 100.
حجم المكعب هو الحيز الذي يشغله، ويساوي طول ضلعه مضروبًا في نفسه ثلاث مرات: V = s³. السبب أن الطول والعرض والارتفاع متساوية؛ فإذا كان كل منها 3 سم، أمكن تصور المكعب في ثلاث طبقات، بكل طبقة تسعة مكعبات وحدة، فيكون الحجم 27 سم³.
يتكون سطح المكعب من ستة أوجه مربعة متطابقة. إذا كان طول الضلع s، فمساحة الوجه الواحد s²، والمساحة الكلية 6s². أما المساحة الجانبية فتشمل الأوجه الأربعة المحيطة وتستبعد القاعدتين المختارتين، فتساوي 4s². تحديد الأوجه المطلوبة يسبق التعويض في القانون.
النسبة تقارن مقدارين، مثل عدد القطع الزرقاء إلى الصفراء. والتناسب يعني تساوي نسبتين؛ فإذا حافظت مجموعتان على المقارنة نفسها أمكن ربط مقاديرهما وإيجاد المجهول. قبل الحساب، حدد ما تقارنه ورتب الكميات المتناظرة ووحّد الوحدات عندما تقارن أطوالًا أو مقادير من النوع نفسه.
الاحتمال عدد يصف فرصة وقوع حدث ضمن نموذج محدد، ويكون بين 0 و 1. في تجربة ذات عدد محدود من النواتج المتساوية الإمكانية، نحسبه بقسمة عدد النواتج التي تحقق الحدث على عدد النواتج الممكنة كلها. تساوي الإمكانات شرط أساسي لهذه القسمة البسيطة.
الجذر التربيعي الرئيسي لعدد غير سالب هو العدد غير السالب الذي يعيد ذلك العدد عند تربيعه. لذلك √121 = 11 لأن 11² = 121. وقد نحصل على قيمة صحيحة، أو تعبير جذري دقيق مثل 5√2، أو تقريب عشري؛ اختيار الصورة يعتمد على المطلوب.
الطرح يساعدنا على معرفة ما بقي بعد إزالة كمية، أو مقدار الفرق بين كميتين. في 18 − 7 = 11 يسمى 18 المطروح منه، و 7 المطروح، و 11 الفرق. ويمكن مراجعة النتيجة بالجمع: إذا أعدنا 7 إلى 11 رجعنا إلى 18.
قانون التوزيع يربط ضرب مجموع بجموع نواتج الضرب: a(b+c) = ab+ac. نضرب العامل خارج الأقواس في كل حد داخلها ثم نجمع النواتج. ويمكن فهمه من مساحة مستطيل نقسم عرضه إلى جزأين؛ المساحة الكلية تساوي مجموع مساحتي الجزأين.
تحليل العدد إلى عوامله الأولية يعني كتابته حاصل ضرب أعداد أولية، مع تكرار العامل كلما لزم. نعمل هنا على أعداد صحيحة أكبر من 1. مثلًا 84 = 2² × 3 × 7؛ كل عامل في النهاية أولي، وضربها يعيد 84. شجرة العوامل والقسمة المتتابعة طريقتان للوصول إلى النتيجة نفسها.
تحليل العبارة التربيعية يحولها من مجموع حدود إلى حاصل ضرب عوامل، عندما يسمح المجال بذلك. ابدأ بالعامل المشترك، ثم افحص شكل العبارة. في x²+7x+12 نبحث عن عددين مجموعهما 7 وحاصل ضربهما 12، فنحصل على (x+3)(x+4). نشر العاملين يراجع النتيجة.
عند مقارنة كسور تمثل أجزاء من شكل، نبدأ بشكلين لهما الحجم نفسه وأجزاء متساوية داخل كل شكل. بعدها نسأل: أي كسر يشغل مقدارًا أكبر من الكل؟ لا يكفي أن يكون البسط أو المقام أكبر؛ يجب معرفة حجم الجزء وعدد الأجزاء المأخوذة معًا.
حجم المنشور الثلاثي يساوي مساحة قاعدته المثلثة مضروبة في المسافة العمودية بين القاعدتين. وفي المنشور القائم، تكون الأوجه الجانبية مستطيلات، فتساوي المساحة الكلية مجموع مساحتي المثلثين ومساحات المستطيلات الثلاثة. يحتاج الحساب إلى فصل ارتفاع المثلث عن طول المنشور.
القيمة المطلقة تمثل مسافة، ولذلك لا تكون سالبة. عندما نطلب |x−a| < r لعدد r موجب، نبحث عن نقاط تبعد أقل من r عن a؛ الحل داخل مجال. أما |x−a| > r فيبحث عن النقاط الأبعد، فيعطي مجالين خارجيين. تفسير المسافة يوضح سبب اختلاف «و» عن «أو».
النسبة المئوية تعني مقدارًا لكل مئة؛ فـ 15% تساوي 15/100 أو 0.15. لحساب 15% من كمية نضربها في 0.15. أما السؤال عن نسبة جزء إلى الكل فيحتاج قسمة الجزء على الكل ثم الضرب في 100. معرفة الكمية المرجعية هي مفتاح اختيار العملية الصحيحة.
تختلف أدوات قياس الطول بحسب حجم البعد وشكل الجسم والتفاصيل التي نحتاج إلى تمييزها. قد تكفي مسطرة لطول ورقة، بينما تحتاج أبعاد داخل فتحة أو سماكة صغيرة إلى أداة أخرى مناسبة. اختيار الأداة لا يعتمد على اسمها وحده؛ اقرأ مدى القياس والتدريج ومواصفات الأداة التي تستعملها.
لحساب حجم المخروط الناقص ذي القاعدتين الدائريتين المتوازيتين، نحتاج إلى نصفي قطر القاعدتين والارتفاع العمودي بينهما. إذا رمزنا إلى نصف القطر الأكبر بـ R والأصغر بـ r والارتفاع بـ h، فإن الحجم هو V = (πh/3)(R² + Rr + r²).
يبدأ حل المعادلات التربيعية بالقانون العام والمميز بكتابة المعادلة على الصورة ax² + bx + c = 0، بشرط a ≠ 0. نحسب المميز Δ = b² − 4ac لمعرفة نوع الجذور، ثم نستخدم القانون x = (−b ± √Δ)/(2a) لإيجادها. المميز هو التعبير تحت الجذر، وليس الجذر التربيعي نفسه.
القطوع المخروطية منحنيات يمكن الحصول عليها بتقاطع مستوى مع سطح مخروط دائري قائم. في الحالات غير المنحلة ندرس الدائرة والقطع الناقص والمكافئ والزائد. ويمكن تعريف كل منها أيضًا بعلاقة بين مسافات نقاط في المستوى؛ هذه العلاقة أوضح من الاكتفاء بحفظ شكل الرسم.
قوانين المثلثات والزوايا تربط أطوال الأضلاع بقياسات الزوايا، لكن اختيار القانون يبدأ بما تعرفه في المسألة. المثلث القائم له علاقات مناسبة، بينما يعالج قانونا الجيب وجيب التمام مثلثات عامة أيضًا. اكتب كل زاوية بجانب الضلع المقابل لها قبل التعويض.
جمع الأعداد الكسرية وطرحها يحتاج إلى جمع أو طرح أجزاء بالحجم نفسه؛ لذلك نوحد المقامات قبل التعامل مع البسطين. ويقصد بالعدد الكسري هنا عدد صحيح مع كسر عادي، مثل 2 + 5/6. يمكن حل العملية بهذه الصورة، أو تحويل العددين إلى كسرين غير فعليين.
تحليل كثيرات الحدود يعني إعادة كتابة المقدار على صورة حاصل ضرب عوامل تعطيه عند التوزيع. تبدأ غالبًا بالبحث عن عامل مشترك لكل الحدود، ثم تفحص نمط المقدار المتبقي. والتحليل وحده لا يطلب إيجاد قيمة المتغير؛ ذلك سؤال آخر عندما تكون لدينا معادلة.
أنواع الدالة الأسية في نماذج الكميات الموجبة تشمل النمو عندما يكون عامل التغير أكبر من 1، والاضمحلال عندما يكون بين 0 و 1. الفكرة هي تكرار الضرب بالعامل نفسه خلال فترات متساوية، لا إضافة المقدار نفسه. ويمكن أن تكون الصيغة f(x)=a·b^x مع أس متغير وأساس ثابت.
خصائص اللوغاريتمات تحول لوغاريتم حاصل الضرب إلى مجموع، ولوغاريتم خارج القسمة إلى فرق، وتخرج الأس عاملًا. لكن هذه القواعد على الأعداد الحقيقية تتطلب أساسًا موجبًا غير 1 وحججًا موجبة. اللوغاريتم نفسه يجيب عن سؤال: إلى أي أس نرفع الأساس لنحصل على العدد؟
معادلة الدائرة تصف نقاط المستوى التي تبعد مسافة ثابتة عن مركز معلوم. إذا كان المركز (h,k) ونصف القطر r موجبًا، فالصورة القياسية (x−h)²+(y−k)²=r². من هذه الصورة نقرأ المركز ونصف القطر، ثم نتحقق بالتعويض بدل التخمين من الإشارات.
معادلة الخط المستقيم تربط إحداثيي كل نقطة تقع عليه. إذا كان الخط غير رأسي، يمكن كتابته y=mx+b، حيث m الميل و b المقطع الصادي. من نقطتين مختلفتين نحسب الميل ثم نعوض بإحداهما لاستخراج b؛ أما الخط الرأسي فله صورة مستقلة لأن ميله غير معرف.
قانون محيط نصف الدائرة هو P = πr + 2r، حيث يمثّل r نصف القطر. نضيف طول القطر لأن الحد يضم القوس والضلع المستقيم معًا. أما إذا كان السؤال عن طول القوس وحده فالناتج πr؛ لذا اقرأ الجزء المطلوب قبل التعويض.
قانون حجم الكرة هو V = (4/3)πr³، حيث r نصف القطر. وإذا عرفت القطر d بدلًا منه، استخدم V = πd³/6. الحجم يقيس الحيز داخل السطح الكروي ويكتب بوحدات مكعبة؛ وهو مختلف عن مساحة السطح التي تقاس بوحدات مربعة.
قانون مساحة وحجم الأسطوانة يحتاج تحديد الكمية المطلوبة: الحجم πr²h، والمساحة الجانبية 2πrh، والمساحة الكلية لأسطوانة مغلقة 2πr² + 2πrh. نعني هنا الأسطوانة الدائرية القائمة، حيث r نصف قطر القاعدة و h الارتفاع العمودي بين القاعدتين.
قانون مساحة القطاع الدائري بالدرجات هو A = (θ/360)πr². أما إذا كانت الزاوية θ بالراديان فالقانون A = θr²/2. اختر الصيغة وفق وحدة الزاوية؛ القطاع منطقة تحدها قطعتان من المركز إلى المحيط والقوس بينهما.
التحويل من كيلوغرام إلى باوند يتم بقسمة الكتلة بالكيلوغرام على 0.45359237، أو بضربها في نحو 2.20462262. الباوند المقصود هنا وحدة الكتلة الشائعة ورمزها lb؛ فالباوند الواحد يساوي 0.45359237 kg بالضبط وفق عامل NIST.
شرح الأسس النسبية يبدأ بقراءة الكسر في الأس: المقام يحدد رتبة الجذر، والبسط يحدد القوة. للأساس الموجب مثلًا a^(m/n)=(ⁿ√a)^m. لذلك الأس الكسري لا يعني قسمة الأساس على الكسر، بل كتابة علاقة بين قوة وجذر. وعند وجود صفر أو أساس سالب نحتاج فحص التعريف قبل الحساب.
حل المعادلات الأسية يعني إيجاد قيمة المتغير عندما يظهر في الأس. قد نعيد كتابة الطرفين بأساس مشترك، أو نعزل القوة ونأخذ لوغاريتمًا، أو نستبدل قوة متكررة بمتغير جديد. اختيار الطريق يبدأ بقراءة بنية المعادلة، ثم ينتهي بالتعويض في صورتها الأصلية.
تمارين على الدالة اللوغاريتمية تصبح أسهل إذا فصلت ثلاث مهام: تحديد المجال، وحساب قيمة الدالة، وحل معادلة فيها لوغاريتم. في جميع الأمثلة الحقيقية يجب أن يكون ما داخل اللوغاريتم موجبًا، وأن يكون الأساس موجبًا وغير 1. سنكتب هذا الشرط قبل العمليات حتى لا نقبل جوابًا يخالف المسألة الأصلية.
حل معادلتين بمجهولين يعني إيجاد زوج مرتب يحقق المعادلتين معًا. التعويض يكتب مجهولًا بدلالة الآخر، والحذف يجمع أو يطرح مضاعفات المعادلتين لإزالة مجهول. لكن وجود معادلتين لا يضمن حلًا وحيدًا؛ قد تصفان خطين متوازيين أو الخط نفسه. سنفحص ذلك إلى جانب الحساب.
طرق حل المعادلة التربيعية تبدأ بقراءة شكلها قبل الحساب. المعادلة ذات الصورة ax²+bx+c=0 تربيعية إذا كان a≠0؛ وقد يسهل حلها بالتحليل، أو بعزل مربع، أو بإكمال المربع، بينما يعطي القانون العام طريقًا يصلح لكل معادلة من هذه الصورة. الهدف إيجاد جميع القيم التي تحقق المساواة، ثم فحصها بالتعويض.
شرح المربعات الكاملة في الرياضيات يبدأ بسؤال بسيط: هل يمكن كتابة العدد على صورة مربع عدد صحيح؟ مثلًا 49 يساوي 7²، لذلك هو مربع كامل. ضرب العدد في نفسه يصنع صفوفًا وأعمدة متساوية في نموذج المربعات، ويساعدنا الجذر التربيعي أو تحليل العوامل على فحص أعداد أكبر من دون رسم جميع وحداتها.
بحث عن كثيرات الحدود يساعدك على قراءة التعبير الجبري قبل إجراء العمليات عليه. ننظر إلى حدود التعبير ومعاملاته وأسسه، ثم نجمع الحدود المتشابهة كي تظهر درجته الفعلية. ويمكن أن يمثل كثير الحدود عددًا ثابتًا أو علاقة خطية أو مساحة مستطيل؛ اسمه لا يعني بالضرورة أن فيه حدودًا كثيرة.
أساسيات المنطق الرياضي تبدأ بتحديد ما نقوله بدقة، ثم النظر إلى كيفية ارتباط القضايا بعضها ببعض. في المنطق الكلاسيكي للقضايا، نعامل القضية بوصفها جملة خبرية لها قيمة صدق: صادقة أو كاذبة. تساعدنا الرموز وجداول الصدق على فحص تركيب الاستدلال، بدل الاكتفاء بأن يبدو الكلام مقنعًا.
تحليل المتجهات يعني وصف المتجه بمركبات على محاور نختارها. المتجه الأصلي لا يتغير؛ الذي يتغير هو طريقة كتابته. في مستوى ذي محورين متعامدين، تكفي المركبتان الأفقية والرأسية لتحديده، ثم نستطيع جمع القوى أو الإزاحات مركبة بمركبة بدل جمع مقاديرها فقط.
الفرق بين السرعة المتوسطة والسرعة المتجهة المتوسطة يظهر حين يغير الجسم اتجاهه. الأولى تقسم المسافة الكلية على الزمن الكلي، والثانية تقسم الإزاحة على الزمن نفسه. لذلك قد تنتهي رحلة طويلة عند نقطة البداية، فتكون السرعة المتجهة المتوسطة صفرًا رغم أن الجسم قطع مسافة فعلية.
مساحة المثلث متساوي الأضلاع تساوي حاصل ضرب مربع طول ضلعه في √3/4. إذا رمزنا للضلع بالرمز a، كان القانون A = √3 a² / 4، حيث تُكتب النتيجة بوحدة مربعة. لا تحتاج إلى قياس الأضلاع الثلاثة كلٌّ على حدة؛ يكفي معرفة طول واحد مع التأكد من أن المثلث متساوي الأضلاع.
الأرقام المعنوية هي الخانات التي نستخدمها للتعبير عن قياس، وتشمل الخانات المعروفة والخانة الأخيرة التي تحمل تقديرًا. وظيفتها أن تعرض مقدار ما يبرره القياس من تفاصيل، لا أن تجعل العدد أطول. لذلك لا تضف أصفارًا إلى قراءة جهاز لمجرد أن الآلة الحاسبة تعرض خانات كثيرة.
الأعداد المركبة تتيح كتابة أعداد على الصورة z = a + bi، حيث a و b عددان حقيقيان، والرمز i يحقق i² = −1. تشمل هذه المجموعة الأعداد الحقيقية عندما يكون b صفرًا. نفهم العدد أولًا من جزأيه، ثم نستخدم قواعد الحساب المعتادة مع مراعاة قيمة i² في كل عملية.
أنواع الاقترانات يمكن تمييزها من قاعدة الحساب ومن شكل الرسم، لكن اسم النوع لا يغني عن فحص المجال والمدى. الاقتران يربط كل مدخل مسموح به بناتج واحد، وقد يعطي مدخلان مختلفان الناتج نفسه. سنقارن العائلات الشائعة بأمثلة، ثم نفرق بينها وبين طرق بناء اقتران متشعب أو مركب أو عكسي.
التباين والانحراف المعياري والخطأ المعياري يجيب كل منها عن سؤال مختلف. التباين والانحراف المعياري يصفان تشتت القيم، أما الخطأ المعياري فيصف تشتت إحصاء، مثل متوسط العينة، بين العينات الممكنة. لذلك قد يكون الخطأ المعياري صغيرًا مع بقاء القيم الفردية متباعدة؛ زيادة عدد المشاهدات تساعد في تقدير المتوسط، ولا تجعل الأفراد متشابهين.
الفرق بين العدد والرقم يظهر عند التمييز بين القيمة وطريقة كتابتها: العدد يعبر عن كمية أو قيمة رياضية، أما الرقم فهو رمز نستخدمه في كتابة العدد. في التدوين العشري نستعمل عشرة أرقام، من 0 إلى 9؛ وقد نكتب عددًا برقم واحد مثل 6، أو بعدة أرقام مثل 506. لذلك لا تبدأ الأعداد عند 10، ولا يُستبعد الصفر من الأعداد.
مقارنة الأعداد السالبة تعتمد على قيمتها على خط الأعداد: العدد الموجود إلى اليمين أكبر من العدد الموجود إلى اليسار. ولأن السوالب تقع يسار الصفر، يكون الأقرب إليه أكبر؛ لذلك −2 > −7، مع أن 7 أكبر من 2 عند النظر إلى القيم المطلقة وحدها. هذه القاعدة تعمل مع الصحيح والكسر والعدد العشري السالب.
مقارنة الأعداد من ثلاث منازل تبدأ بالمئات. إن اختلف رقما المئات حُسمت النتيجة، وإن تساويا انتقلنا إلى العشرات، ثم إلى الآحاد عند الحاجة. نتوقف عند أول منزلة تختلف، ولا نجمع الأرقام ولا نبدأ بالآحاد. المقصود هنا أعداد صحيحة موجبة بين 100 و 999، مكتوبة دون أصفار بادئة.
الترتيب التصاعدي والتنازلي للأطفال يعني تنظيم الأعداد بحسب قيمتها: نبدأ بالأصغر في التصاعدي، وبالأكبر في التنازلي. لا يلزم أن تزيد الأعداد واحدًا واحدًا؛ فالقائمة 4، 11، 19، 32 تصاعدية رغم اختلاف الفجوات. نستخدم أولًا أعدادًا كلية بسيطة وبطاقات يمكن نقلها، ثم نتدرج إلى منازل أكبر.
حساب النسبة المئوية في الشهادة يبدأ بتحديد نظامها. إذا كانت النتيجة نسبة مجموع النقاط، اجمع العلامات التي حصلت عليها، واقسمها على مجموع العلامات العظمى للمواد الداخلة في الحساب، ثم اضرب في 100. أما إذا حددت المؤسسة أوزانًا أو ساعات أو قواعد خاصة، فاستعمل تلك القواعد؛ لا يفترض أن تكون جميع المواد متساوية الأثر. والرمز% يعني جزءًا من مئة.
محيط الكرة يُقصد به في المسائل المدرسية غالبًا محيط الدائرة العظمى؛ وهي دائرة نحصل عليها عندما يمر مستوى القطع بمركز الكرة. أما الكرة نفسها فهي سطح ثلاثي الأبعاد، وليست منطقة مستوية لها حد دائري واحد. لذلك نحدد الدائرة المقصودة أولًا، ثم نحسب محيطها من نصف قطرها.
قانون شبه المكعب يعتمد على ثلاثة أبعاد: الطول والعرض والارتفاع. والمقصود بهذا الاسم هنا متوازي المستطيلات، وهو مجسم له ستة أوجه مستطيلة؛ لا يلزم أن تكون أبعاده الثلاثة مختلفة، ويصبح مكعبًا إذا تساوت. نختار قانون الحجم أو المساحة وفق السؤال، ثم ننتبه إلى ما إذا كانت الأبعاد خارجية أم داخلية.
الدائرة ومحيطها يرتبطان بفكرة بسيطة: جميع نقاط الدائرة تبعد المسافة نفسها عن مركز ثابت. هذه المسافة هي نصف القطر، أما المحيط فهو طول المسار الكامل حول الدائرة. نبدأ بالأجزاء الأساسية، ثم نستخدمها لفهم قانون المحيط والفرق بين القوس والقطاع والمساحة المحصورة داخل الدائرة.
أنواع المثلثات تُصنف بطريقتين: بحسب تساوي الأضلاع، وبحسب قياسات الزوايا. قد يجتمع وصف من كل طريقة في مثلث واحد، مثل مثلث قائم الزاوية ومتساوي الساقين. سنحدد معنى كل وصف، ثم نفحص أمثلة تمنع الخلط بين تساوي ضلعين ووجود زاوية قائمة. الحديث هنا عن مثلثات في مستوى مستوٍ.
قانون محيط ربع الدائرة هو P = πr/2 + 2r، حيث r نصف القطر. فالحد الخارجي لهذا الشكل يضم قوسًا وقطعتين مستقيمتين، وليست الإجابة مجرد ربع محيط الدائرة الأصلية. ابدأ بتحديد الجزء المطلوب قياسه: حافة منحنية فقط، أم إطار يحيط بالقطاع كله؟
العدد النيبيري ثابت رياضي يرمز إليه بـ e، وتبلغ قيمته تقريبًا 2.718281828. يستخدم أساسًا للوغاريتم الطبيعي، ويظهر في الدوال الأسية. وهو عدد محدود يقع بين 2 و 3؛ الذي يستمر بلا نهاية هو تمثيله العشري، لا مقدار العدد نفسه.
تعريف النسبة الذهبية يقوم على تقسيم طول إلى جزأين بحيث تساوي نسبة الطول كله إلى الجزء الأكبر نسبة الأكبر إلى الأصغر. نرمز لهذه النسبة بـ φ، وقيمتها الدقيقة (1 + √5)/2، أي نحو 1.618034. الشرط متعلق بنسب الأطوال، ولا يكفي أن يكون أحد الأجزاء أطول من الآخر.
أبرز خواص الدالة الخطية ثبات معدل التغير وتمثيلها بخط مستقيم. في الصيغة المدرسية f(x) = mx + b، يحدد m الميل، ويحدد b موضع التقاطع مع محور الصادات. وبمعرفة هذين العددين تستطيع توقع اتجاه الرسم وحساب نقاطه، مع الانتباه إلى المجال الذي تسمح به المسألة.
عند البحث عن أسهل طريقة لحفظ جدول الضرب للأطفال، ابدأ بفهم المجموعات المتساوية، ثم انتقل إلى تذكر النتائج. رسم أربع مجموعات في كل منها ست قطع يفسر 4 × 6 = 24، ويساعدك على معرفة كيف وصل الطفل إلى الإجابة. لا توجد مدة واحدة تناسب الجميع؛ اختر الخطوة التالية وفق ما يستطيع شرحه الآن.
خصائص النهايات تساعدنا على حساب ما تقترب منه قيم الدالة عندما يقترب المتغير من عدد معين. نستطيع جمع نهايات موجودة أو ضربها، لكن تطبيق القانون يحتاج إلى التحقق من شروطه. كما أن معرفة قيمة الدالة عند نقطة وحدها لا تكفي للحكم على نهايتها حول تلك النقطة.
الجبر الخطي يدرس المتجهات والمصفوفات وأنظمة المعادلات الخطية والتحويلات التي تحفظ الجمع والضرب في عدد. ترتبط هذه الأفكار ببعضها: يمكن للمصفوفة أن تمثل تحويلًا لشكل هندسي، أو معاملات نظام معادلات. سنبدأ بأمثلة في المستوى ذات أعداد حقيقية، ثم نربط الرموز بصورة يمكن رؤيتها.
القطع المكافئ منحنى تتساوى عند كل نقطة منه المسافة إلى نقطة ثابتة تسمى البؤرة والمسافة العمودية إلى مستقيم ثابت يسمى الدليل. هذا التعريف يجمع شكله الهندسي ومعادلته واستخدامه في العواكس. وقد تكون فتحته إلى أعلى أو أسفل أو يمين أو يسار بحسب اتجاه محوره وإشارة معامل المعادلة.
التكامل المحدود يقيس مقدارًا متراكمًا على فترة ذات حدين. وفي الرسم البياني يجمع المساحات فوق محور x بإشارة موجبة وتحته بإشارة سالبة، لذلك قد يختلف عن المساحة الهندسية الكلية. يمكن حسابه من دالة أصلية بشروط مناسبة، أو فهمه من مجموع مستطيلات يقترب من قيمة دقيقة.
يبدأ بحث عن شبه المنحرف بتحديد ضلعيه المتوازيين، ثم قياس المسافة العمودية بينهما. هذه الخطوة تفرق بين الارتفاع والساق المائلة، وتساعد على اختيار قانون المساحة الصحيح. في هذا الشرح نعتمد التعريف المدرسي الذي يشترط زوجًا واحدًا فقط من الأضلاع المتوازية، مع التنبيه إلى وجود تعريف أوسع.
ضرب الأعداد الكبيرة يصبح أوضح عندما نفكك أحد العاملين إلى مئات وعشرات وآحاد، ثم نجمع النواتج الجزئية. والضرب العمودي ينظم الفكرة نفسها في أعمدة بحسب القيمة المكانية. لا توجد طريقة واحدة هي الأسرع لكل مسألة؛ نختار ما يلائم الأعداد، ونفحص الناتج بتقدير تقريبي قبل اعتماده.
التحليل العددي يهتم ببناء طرق حسابية لحل مسائل رياضية، ثم فحص دقة نتائجها وكلفة الحساب وحساسيتها للأخطاء. الحل العددي قد يكون تقريبًا مفيدًا، لكن فائدته لا تقاس بكثرة الأرقام المكتوبة وحدها. نحتاج إلى شروط للطريقة، وتقدير للخطأ، وتحقق مستقل من أن الرقم يجيب عن المسألة المطلوبة.
الفرق بين المعادلة التفاضلية العادية والجزئية يبدأ بعدد المتغيرات المستقلة ونوع المشتقات. في العادية تعتمد الدالة المجهولة على متغير مستقل واحد، بينما في الجزئية تكون الدالة مرتبطة بعدة متغيرات مستقلة وتظهر مشتقات جزئية. هذا التصنيف مختلف عن رتبة المعادلة، أو كونها خطية أو غير خطية.
رموز الرياضيات تختصر عمليات وعلاقات وعبارات طويلة. لكن معرفة شكل الرمز لا تكفي؛ ينبغي قراءة ما يربطه والسياق الذي يظهر فيه. فالمساواة تختلف عن التقريب، والانتماء يربط عنصرًا بمجموعة بينما الاحتواء يربط مجموعتين. سنشرح مجموعة من الرموز الشائعة بأمثلة قصيرة ورسوم توضح المعنى.
قانون حساب حجم المخروط الدائري هو V = πr²h/3، حيث r نصف قطر القاعدة و h الارتفاع العمودي. أصعب خطوة في كثير من المسائل ليست الضرب، بل اختيار طول الارتفاع الصحيح والتأكد من أن المعطى نصف قطر، لا قطر كامل. يوضح الرسم هذين الطولين قبل تطبيق القانون.
يُحسب ارتفاع المثلث متساوي الساقين بمعرفة القاعدة وطول إحدى الساقين، أو باستخدام المساحة مع القاعدة. والخطوة الأساسية هي تحديد الضلع الذي نعدّه قاعدة؛ فالارتفاع مسافة عمودية عليه، وليس بالضرورة أحد أضلاع المثلث. يوضح المثال الآتي كيف تتحول المسألة إلى مثلث قائم يمكن حلّه بسهولة.
يتوقف قانون طول ضلع المربع على المعلومة التي نعرفها عنه. فإذا عرفنا المحيط قسمناه على أربعة، وإذا عرفنا المساحة أخذنا جذرها التربيعي، وإذا عرفنا القطر استخدمنا نظرية فيثاغورس. تبدأ المسألة الصحيحة بتمييز هذه المقادير، لأن وحدات المساحة تختلف عن وحدات الطول.
الكسور طريقة لتمثيل أجزاء من وحدة أو نسبة بين عددين. ويساعد فهم البسط والمقام على تمييز أنواع الكسور وإجراء العمليات عليها دون حفظ خطوات منفصلة عن معناها. سنستخدم في التصنيف الآتي بسطاً غير سالب ومقاماً موجباً، ثم نوضح الفرق بين العدد الكسري والكسر الذي يحتوي كسوراً داخل بسطه أو مقامه.
يساعد جدول التحويل على كتابة الكمية نفسها بوحدة أخرى، لكنه لا يغني عن فهم ما نقيسه. فتحويل طول يختلف عن تحويل مساحة أو حجم، كما أن وحدات الوقت لا تتبع دائماً خطوات عشرية. أبسط طريقة لفحص التحويل هي كتابة عامل التحويل وإلغاء الوحدة القديمة، مع إبقاء الوحدة المطلوبة في النتيجة.
حل المعادلات التفاضلية الخطية غير المتجانسة من الرتبة الأولى يبدأ بالتعرف إلى صورتها، ثم اختيار طريقة تحولها إلى تكامل يمكن حسابه. عامل التكامل وطريقة تغيير الثابت تعبيران مترابطان عن الفكرة نفسها، لكنهما لا ينطبقان بهذه الصيغة على جميع المعادلات من الرتبة الأولى. نوضح النطاق والخطوات بمثال مستقل، ثم نفحص الحل بالتعويض.
ما هو الدونم، وهل يصف طول الأرض أم مساحتها؟ الدونم وحدة لقياس المساحة، ولذلك نربطه بالمتر المربع. في الاستعمال الذي توثقه الاستراتيجية الأردنية للأمن الغذائي يساوي 1000 متر مربع، بينما تستعمل الجداول الزراعية الرسمية العراقية دونمًا مقداره 2500 متر مربع. تحديد المقصود بالوحدة يسبق أي عملية تحويل.
المعادلات التفاضلية المتجانسة من الرتبة الأولى قد تأتي على صورة تعتمد فيها المشتقة على النسبة y/x فقط. نستبدل هذه النسبة بدالة جديدة، فيتحول بعض ما يبدو معقدًا إلى معادلة قابلة لفصل المتغيرات. قبل البدء، نميز هذا المعنى عن معنى «المتجانسة» في المعادلات الخطية، ونحدد المواضع التي تسمح فيها القسمة والتعويض.
يساعد حل المعادلات التفاضلية الجزئية بفصل المتغيرات على تحويل بعض المسائل المناسبة إلى معادلات عادية أبسط. لا تصلح الطريقة لكل معادلة جزئية أو كل شرط حدودي. نطبقها هنا على نموذج حرارة أحادي البعد، ونرى كيف يحدد الشرط الابتدائي وشروط الطرفين الحل، ثم نتحقق منه بالاشتقاق والحساب.
تطورت الرياضيات في عصر الحضارة الإسلامية من خلال الترجمة والبحث والتأليف والتعليم. ولم تكن نشاطًا واحدًا أو عمل شخص واحد؛ فالحساب والجبر والهندسة والفلك تداخلت في أعمال علماء من خلفيات مختلفة. لفهم هذا التاريخ، يفيد أن ندرس أعمالًا محددة، مثل تنظيم الخوارزمي لمسائل المعادلات، ومراجعات ثابت بن قرة للنصوص الهندسية، وبحوث ابن الهيثم في الهندسة والعدد.
تبدأ طرق حل المعادلات بفهم شكل المعادلة ومجالها، ثم اختيار خطوات تحولها إلى صورة أبسط. قد نحتاج إلى التحليل أو إزالة المقامات أو عزل الجذر، لكن بعض الخطوات تنتج أعدادًا مرشحة لا تحقق الأصل. لذلك يكون الحل مجموعة القيم التي تجعل الطرفين متساويين مع بقاء جميع العبارات معرفة، لا كل عدد يظهر في نهاية الحساب.
لحساب محيط شبه المنحرف من الارتفاع نحتاج إلى معرفة ما يحدد ساقيه أيضًا. فالمحيط يجمع أطوال الحدود الأربعة، بينما الارتفاع يقيس المسافة العمودية بين القاعدتين. في شبه المنحرف القائم تكون إحدى الساقين هي الارتفاع، ويمكن إيجاد الأخرى بفيثاغورس؛ أما في الشكل العام فلا تكفي القاعدتان والارتفاع وحدها.
تبدأ مسائل لحساب مساحة الأسطوانة بتحديد السطح المطلوب: الجوانب وحدها، أم الجوانب وقاعدة واحدة، أم السطح المغلق كله؟ سنستخدم أسطوانة دائرية قائمة، ثم نغيّر عدد القواعد المحتسبة في المثال نفسه. بذلك نختار العملية من وصف المسألة، بدل إضافة قاعدتين في كل سؤال.
نحل هنا مسائل على حجم المخروط مع الحل، نبدأ بقطر وارتفاع بوحدتين مختلفتين، ثم نحسب ارتفاعًا مجهولًا من حجم معلوم. نستخدم مخروطًا دائريًا قائمًا، وحجمه V=πr²h/3، حيث r نصف قطر القاعدة و h الارتفاع العمودي. توحيد الأطوال واختيار نصف القطر يسبقان التعويض.
نحل هنا مسائل على حجم متوازي المستطيلات من أبعاده، ومن حجم معلوم وبعد ناقص. القانون V=lwh يضرب الطول في العرض في الارتفاع؛ ويمكن فهمه بعدّ وحدات طبقة ثم عدّ الطبقات. سنفصل الحجم عن مساحة السطح، ونحوّل الوحدات قبل الحساب.
يمكن حساب مساحة قطعة أرض على شكل L من مخطط أفقي واضح، إما بجمع مساحتي مستطيلين لا يتداخلان، أو بطرح الجزء الناقص من مستطيل كامل. سنطبق الطريقتين على الأبعاد نفسها، ثم نراجع الفرق بين المساحة والمحيط. الأرقام تعليمية، وتفترض زوايا قائمة وأبعادًا صحيحة في المخطط.
تساعد تمارين على توحيد المقامات في فهم جمع الكسور وطرحها، لأن المقام يحدد حجم الجزء الذي نعده. فإذا اختلف حجما الجزأين، نعيد كتابة الكسرين بأجزاء متساوية قبل جمع عدديهما. لا نغير قيمة الكسر في هذه الخطوة؛ بل نغير طريقة تمثيلها بضرب البسط والمقام في العدد نفسه. سنطبق ذلك على مسائل جديدة، ثم نتحقق من كل نتيجة.
تبدأ تمارين على حساب مساحة الدائرة بتحديد المعطى: هل هو نصف القطر، أم القطر، أم المحيط؟ نحتاج إلى نصف القطر في العلاقة A=πr². لذلك قد تسبق التعويض خطوة لاستخراجه أو توحيد وحدته. سنحل مسائل جديدة، ونبقي π في الجواب الدقيق ثم نقرب في النهاية عند الحاجة.
في مسائل على محيط المستطيل نجمع أطوال حدوده الأربعة. ولأن الضلعين المتقابلين متساويان، نستخدم P=2(L+w)، حيث L الطول و w العرض. سنحل مسائل مباشرة وعكسية، ثم نقارن شكلين لهما المحيط نفسه ومساحتان مختلفتان. تكتب النتيجة بوحدة طول، بعد توحيد وحدات الأبعاد.
يمكن البدء في تعليم حساب مساحة المستطيل للأطفال بتغطية سطح مرسوم بمربعات متساوية، ثم عدّها. فالمساحة تصف مقدار السطح، بينما يصف المحيط طول الحد الخارجي. النشاط الآتي اقتراح يمكن للمعلم أو ولي الأمر تعديله حسب الطفل؛ لا يمثل تجربة مقاسة أو وعدًا بنتيجة تعلم محددة.
تتعاون أجزاء الآلة الحاسبة الإلكترونية لتحويل ما تدخله إلى نتيجة: تختار الأرقام والعمليات بالمفاتيح، تنفذ الدائرة الحسابية المطلوب، وتعرض الشاشة المدخل أو الناتج، بينما تمدها منظومة الطاقة بالكهرباء. وتساعد الذاكرة على الاحتفاظ بقيم لاستخدامها لاحقًا. تختلف التفاصيل بين الأجهزة؛ لذا نفهم وظيفة الجزء أولًا، ثم نقرأ تعليمات الطراز لمعرفة ما يفعله كل مفتاح.
يرتبط مفهوم الهندسة الرياضية بدراسة الأشكال والمواقع والمسافات والزوايا والعلاقات بينها. قد نرسم الشكل، أو نمثله بإحداثيات ومعادلات، أو نبحث عن برهان يفسر خاصية له. وليست كل المسائل الهندسية على سطح مسطح؛ لذلك يساعد تحديد النموذج على معرفة القوانين التي نطبقها. سنقارن مثالًا في المستوى بمثال على سطح كرة، ونميز نوع الهندسة من عدد الأبعاد.
يمكن أن يبدأ بحث عن الرياضيات بسؤال عملي: هل يكفي إجراء الحساب كي نفهم المسألة؟ تدرس الرياضيات الأعداد والأشكال والعلاقات والبنى، وتستعمل الرموز لتعميم الأفكار والحجج لفحصها. وقد نستعملها لوصف مشكلة واقعية أو لدراسة سؤال مجرد. لفهم هذا التنوع، سنربط بعض الفروع بأسئلة صغيرة، ثم نميز نتيجة الحساب من صلاحية النموذج، ونرى لماذا يختلف المثال عن البرهان.
يمكن تصنيف أنواع المعادلات الرياضية بأكثر من سؤال: ما شكل التعبيرات فيها، وما درجة كثير الحدود بعد التبسيط، وكم متغيرًا تحتوي؟ لذلك قد تكون المعادلة تربيعية ومن كثيرات الحدود في الوقت نفسه. كما أن مجرد رؤية x² لا يكفي للحكم؛ قد تزول الحدود التربيعية عند جمع المتشابه منها. سنستعمل أمثلة قصيرة لقراءة النوع، ثم نوضح لماذا يختلف وضع المتغير في الأس عن رفعه إلى أس ثابت.
هذه أسئلة رياضيات متنوعة مع الحل، صممت لتدريبك على قراءة المطلوب واختيار طريقة الحساب. تشمل عددًا من رقمين، ونسبة ثابتة، وجزءًا من كمية، ومساحة إطار، ومعادلة ونمطًا عدديًا. حاول حل كل سؤال قبل قراءة تفسيره، ثم تحقق من أن جوابك يطابق شروطه ووحداته. لا تقيس المجموعة ذكاءً عامًا ولا تتنبأ بامتحان؛ فائدتها هنا في وضوح خطوات التفكير.
كيفية حساب مساحة شقة تبدأ بتحديد الجزء الذي تريد قياسه. في هذا المثال نقصد أرضيات داخلية محددة، ثم نجمع مساحاتها الهندسية. نستخدم أبعاد كل جزء، ونوحد الوحدات، ونقسم الشكل غير المنتظم إلى أجزاء لا تتداخل. أما أي رقم في عقد أو إعلان عقاري فيحتاج تعريفه الخاص؛ المثال الآتي حساب أرضية افتراضية، وليس معيارًا لمساحة بيع أو تقييمًا لعقار.
يبدأ شرح المتتابعات بالتمييز بين مكان العدد وقيمته. ففي المتتابعة التي نحددها بالقاعدة a_n=6n+1، يكون الحد الثالث 19: الرقم 3 يحدد ترتيبه، أما 19 فقيمته. وإذا جمعنا عدة حدود حصلنا على مجموع جزئي، لا على حد واحد. فيما يأتي أمثلة توضح هذه الفروق، ثم المتتابعات الحسابية والهندسية.
تعتمد طريقة القسمة المطولة على تكرار القسمة والضرب والطرح، ثم إنزال الرقم التالي. لكن موضع كل رقم مهم أيضًا: صفر داخل حاصل القسمة يحفظ منزلة لا يجوز حذفها. سنقسم 2754÷18، ثم نراجع مثالًا فيه صفر وآخر فيه باقٍ، مع التحقق بالضرب.
برامج لحل مسائل الرياضيات تساعدك على رسم الدوال أو إجراء الحسابات الرمزية، لكن قدراتها تختلف. من الأمثلة Desmos للرسم والتقييم، و GeoGebra الذي يقدم تطبيقات متعددة؛ لذلك نختار الأداة بحسب المطلوب، ونراجع معنى الجواب قبل اعتماده.
تحتاج صعوبات تعلم الرياضيات إلى فهم ما يعرفه الطالب وما لم يتضح له بعد، ثم اختيار دعم مناسب. فقراءة خطواته والحصول على معلومات عن فهمه تساعدان في توجيه الشرح والتغذية الراجعة.
معنى نصف القطر السالب في الإحداثيات القطبية هو الانتقال في الاتجاه المعاكس لشعاع الزاوية، لا قياس مسافة سالبة. في الزوج (r,θ) يحدد r إحداثيًا شعاعيًا موجهًا؛ وبعد النقطة عن الأصل يساوي |r|.
معامل الارتباط في الإحصاء يلخص جانبًا من العلاقة بين متغيرين. يركز معامل بيرسون على العلاقة الخطية، وتتراوح قيمته بين −1 و 1 حين يكون معرفًا. لا تقرأ الرقم وحده دون مخطط الأزواج؛ فقد يخفي ارتباطًا منحنيًا أو ملاحظة غير معتادة.
حل المعادلات المثلثية يحدد الزوايا التي تحقق المساواة ضمن المجال المطلوب. المتطابقة تصح لكل قيم مجالها؛ أما المعادلة فنبحث عن حلولها. أمثلتنا بالراديان، مع تمييز الفترة من الحل العام.
قسمة عدد على صفر غير معرفة في الحساب الحقيقي المعتاد. لا نكتب الناتج «مالانهاية»؛ فوجود نهاية غير محدودة لدالة قرب نقطة مسألة مختلفة عن إجراء القسمة عند تلك النقطة.
تشابه المثلثات اتفاق في الشكل: الزوايا المتناظرة متساوية والأضلاع المتناظرة متناسبة. قد يتساوى الحجم؛ فالتطابق حالة تشابه بنسبة أطوال واحد. والدوران أو الانعكاس لا ينفي التشابه.
كيفية تمثيل البيانات بالقطاعات الدائرية تبدأ بتحديد الكل الذي تمثله الدائرة. كل قطاع يبين حصة فئة من هذا المجموع. سنحول بيانات افتراضية إلى زوايا ونراجع الرسم.
الانحراف المتوسط عن المتوسط الحسابي هو متوسط المسافات المطلقة بين القيم ومتوسطها. يحسب التشتت دون تربيع الفروق. نوضح المقصود بمجموعة بيانات افتراضية، ثم نغير قيمة فيها ونقارن.
حل المتباينات المركبة يتوقف على أداة الربط. «و» تشترط تحقق الشرطين معًا، و«أو» تكتفي بتحقق واحد منهما على الأقل. نحل كل متباينة ثم نقرر أي قيم نضم إلى النتيجة.
حساب مساحة بناء متعدد الطوابق يتطلب معرفة المساحة التي نريد جمعها. في نموذجنا نحسب أرضية كل مستوى ثم نجمع النتائج؛ مساحة المسقط وحدها لا تكفي. سنستخدم ثلاث خطط افتراضية بأبعاد واضحة، دون افتراض تساوي الطوابق.