فيديو الدرس: محيط الدائرة الرياضيات

نسخة الفيديو النصية

نتعلم في هذا الفيديو كيفية حساب محيط الدائرة.

دعونا نتأكد أولًا من معرفتنا لما يعنيه مصطلح «محيط» في حالة الدوائر. هو المسافة الممتدة على طول الحافة الخارجية للدائرة. وهو إذن تلك المسافة التي ميزتها باللون الأخضر في الشكل هنا. وكما أن للدائرة محيطًا فالأشكال الثنائية الأبعاد أيضًا لها «محيط». وهو يمثل الحافة الخارجية لها.

قبل البدء في فهم كيفية حساب محيط الدائرة، ثمة مصطلحان آخران علينا معرفتهما. أولهما هو الاسم الذي يطلق على خط مثل الذي رسمته هنا. يمتد هذا الخط من أحد جانبي المحيط إلى الجانب الآخر، مرورًا بمركز الدائرة. وأي خط مثل هذا يسمى قطر الدائرة. ونرمز إليه عادة بالحرف ﻕ في العمليات الحسابية الخاصة بالدوائر. وهذا هو المصطلح الأول الذي علينا معرفته.

أما المصطلح الثاني، فيستخدم لوصف الخط الذي يبدأ من محيط الدائرة ويصل إلى مركزها. وذلك مثل الخط الذي رسمته باللون البرتقالي هنا. ويسمى هذا الخط نصف قطر الدائرة. ونستخدم الحرف نق عندما نشير إلى نصف القطر في العمليات الحسابية الخاصة بالدوائر.

ربما تدرك أن هناك علاقة بين قطر الدائرة ونصف قطرها. إذا كان القطر يبدأ من محيط الدائرة ويصل إلى الجانب المقابل في حين أن نصف القطر يصل فقط إلى المركز، فإن طول القطر يساوي ضعف طول نصف القطر. إذن، لدينا هذه العلاقة التي تفيد بأن طول القطر يساوي ضعف طول نصف القطر، أو أن طول نصف القطر يساوي طول القطر مقسومًا على اثنين إذا كنت تفضل التفكير فيه بهذه الطريقة.

حسنًا، نحن الآن جاهزون لفهم كيفية حساب محيط الدائرة. وهناك صيغة يمكننا استخدامها. وهي هذه الصيغة هنا. ‏ﺣ، أو محيط الدائرة، يساوي ‏𝜋‏ مضروبًا في ﻕ، حيث ﻕ كما تذكر يمثل قطر الدائرة. وإذا لم تكن قد صادفت هذا الرمز من قبل، فإنه الحرف اليوناني ‏𝜋‏، وهو يستخدم لتمثيل عدد مميز جدًّا في الرياضيات. وهو عدد مميز نظرًا لتلك العلاقة بين محيط الدائرة وقطرها.

إذا رسمت دائرة بأي حجم كان، وكان عليك قياس المحيط بدقة، ربما باستخدام خيط، وقطر الدائرة، فستجد أن بينهما دائمًا العلاقة نفسها. هذا الرمز ‏𝜋‏ إذن يمثل عددًا. وهو عدد مميز جدًّا. ونقول إنه عدد غير نسبي.

وهذا يعني أنك إذا كتبته بالصورة العشرية، فسيتضمن سلسلة طويلة لا نهائية من الأرقام بعد العلامة العشرية. ولن تتبع نمطًا متكررًا. إذن، يستمر العدد ويطول دون أن تتبع أرقامه نمطًا متكررًا. ستجد في الآلة الحاسبة الزر ‏𝜋‏، ويمكنك استخدامه في هذه العمليات الحسابية. لكن في بعض الأحيان يكون من الجيد معرفة أن ‏𝜋‏ يساوي تقريبًا ٣٫١٤. ويمكنك استخدامه في هذا المستوى من الدقة في العمليات الحسابية.

إذن، ها هي الصيغة. محيط الدائرة يساوي ‏𝜋‏ مضروبًا في القطر. وقد تفضل أيضًا كتابة الصيغة بدلالة نصف القطر. فكما ذكرنا، طول القطر يساوي ضعف طول نصف القطر، لذا يمكننا التعويض عن ﻕ في هذه الصيغة باثنين نق. وهذا يعطينا صيغة ثانية لمحيط الدائرة. يساوي اثنين مضروبًا في ‏𝜋‏ مضروبًا في نق. إذن، يمكنك استخدام أي من هاتين الصورتين للصيغة نفسها. فلنلق نظرة على بعض الأمثلة.

لدينا دائرة هنا. ونود حساب محيط هذه الدائرة.

بالنظر إلى الرسم، نرى أن قطر الدائرة مرسوم ومعطى بالطول ١٠ سنتيمترات. لذلك، علينا استرجاع صيغة محيط الدائرة. وسأستخدم هذه الصورة، وهي أن محيط الدائرة يساوي ‏𝜋‏ مضروبًا في القطر. وكل ما علينا فعله هو التعويض بالقيمة ١٠، وهي طول القطر، في هذه الصيغة. بذلك، يساوي ‏𝜋‏ في ١٠.

وسترى أنه بدلًا من ‏𝜋‏ في ١٠، يكتب عادة بالصورة ١٠‏𝜋‏. وأحيانًا سيطلب منك ترك إجاباتك على هذه الصورة. وهذه قيمة دقيقة، ومن ثم فليس عليك التقريب بأي شكل. وهذا يعني أيضًا أنه يمكنك إجراء العمليات الحسابية للدوائر حتى لو لم يكن لديك آلة حاسبة، إذا تركت الإجابة مكتوبة بدلالة ‏𝜋‏ مثلما فعلنا في هذا المثال هنا. ولكن في هذه المسألة، سنقوم بخطوة أخرى. سنحسب هذه القيمة.

إذن، سأستخدم الآلة الحاسبة لضرب ١٠ في ‏𝜋‏. ويعطينا هذا الناتج ٣١٫٤١٥٩٢٦، وهكذا مع توالي الأرقام. وسأقربه إلى أقرب منزلة عشرية. ما يعطينا الناتج ٣١٫٤ سنتيمترًا، بالتقريب إلى أقرب منزلة عشرية. لاحظ الوحدات التي نستخدمها هنا. ما هو إلا طول، ومن ثم فإن وحدات القياس، أي السنتيمترات، ستكون الوحدات نفسها التي كانت للقطر. حسنًا، لنلق نظرة على مثال ثان.

نريد إيجاد محيط هذه الدائرة هنا.

وبالنظر إلى الشكل، نلاحظ أننا لا نعرف القطر هذه المرة. لدينا نصف القطر؛ إذ يصل هذا الخط إلى مركز الدائرة فقط. لذلك، سأستخدم الصيغة التي تتضمن نصف القطر. وها هي هنا. المحيط يساوي اثنين في ‏𝜋‏ في نق. إذن، علينا التعويض بـ ٧٫٢ باعتباره طول نصف القطر في هذه الصيغة.

ومن ثم نجد أن محيط الدائرة يساوي اثنين مضروبًا في ‏𝜋‏ مضروبًا في ٧٫٢. وهناك طرق مختلفة للتعبير عن ذلك. إذ يمكننا التعبير عنه بـ ١٤٫٤‏𝜋‏. أو يمكننا التعبير عنه باستخدام الكسر ٧٢‏𝜋‏ على خمسة. أي منهما سيكون مناسبًا بالتأكيد. لكننا سنتابع ونحسب محيط الدائرة في صورة عدد عشري. ما يعطينا ٤٥٫٢ ملليمترًا، وهو مرة أخرى مقرب لأقرب منزلة عشرية. وفيما يخص الوحدات، تذكر أنه بما أننا نتعامل مع طول، فسنستخدم الملليمتر، وهو الوحدة نفسها التي استخدمناها لنصف القطر.

لذلك، عندما تحسب محيط الدائرة، عليك أن تتأكد من المعطيات. هل نعرف طول القطر؟ هل نعرف طول نصف القطر؟ وبحسب ما لديك ستتحدد الصيغة التي ستستخدمها. ننتقل الآن إلى نوع آخر من المسائل.

يقول رأس المسألة إن محيط الدائرة، بالتقريب لأقرب منزلة عشرية، يساوي ٣٢٫٧ سنتيمترًا. أوجد نصف قطر الدائرة بالتقريب أيضًا إلى أقرب منزلة عشرية.

وهذا مثال على نوع المسائل التي نعمل فيها بطريقة عكسية، باستخدام محيط الدائرة المعطى لإيجاد طول نصف القطر. إذن، نحتاج صيغة محيط الدائرة. وبما أن المطلوب في رأس المسألة هو نصف القطر، فسأبدأ بهذه الصيغة، وهي أن محيط الدائرة يساوي اثنين ‏𝜋‏نق.

ذكر أيضًا في رأس المسألة أن محيط الدائرة يساوي ٣٢٫٧، ولذلك يمكنني كتابة علاقة بينهما. إذن، أعلم أن اثنين ‏𝜋‏نق لا بد أن يساوي ٣٢٫٧. في هذه الحالة، نعمل بطريقة عكسية لحساب طول نصف القطر. ‏نق موجود في هذا الطرف من المعادلة، لكنه مضروب في اثنين ‏𝜋‏. إذا أردت الحصول على قيمة نق فقط، علي أن أقسم طرفي هذه المعادلة على اثنين ‏𝜋‏. وهذا يعطينا نق يساوي ٣٢٫٧ على اثنين ‏𝜋‏. يمكنني المتابعة وحساب ذلك باستخدام الآلة الحاسبة.

ويعطينا ذلك نق يساوي ٥٫٢٠٤٣ وهكذا مع توالي الأرقام. المطلوب في رأس المسألة هو تقريب الإجابة إلى أقرب منزلة عشرية، ومن ثم علينا تقريب هذه القيمة إلى أقرب منزلة عشرية. إذن، لدينا نق يساوي ٥٫٢ سنتيمترات، بالتقريب لأقرب منزلة عشرية. وبما أن نق يعبر عن نصف القطر، فهو يمثل طولًا، ولدينا وحدة القياس بالسنتيمترات، وهي الوحدة نفسها المستخدمة لمحيط الدائرة. هذا نوع شائع من المسائل، حيث معطى محيط الدائرة، ومطلوب منك الحل بطريقة عكسية، إما لحساب طول نصف قطر الدائرة أو لحساب طول قطرها.

حسنًا، لنأخذ مسألة أخرى.

تقول المسألة: باستخدام ٣٫١٤ قيمة تقريبية لـ ‏𝜋‏، احسب المحيط الكلي للشكل الموضح.

أول ما نلاحظه هو أننا لا نستخدم القيمة العشرية الكاملة لـ ‏𝜋‏، بل نستخدم فقط ٣٫١٤ قيمة تقريبية. لذا في حساباتنا، في المواضع التي استخدمنا فيها ‏𝜋‏ من قبل، سوف نستخدم هذه القيمة ٣٫١٤. إن الشكل الذي لدينا هنا ليس دائرة. بل يتكون من أنصاف دوائر. لذلك لم يطلب منا حساب محيط دائرة، بل محيط الشكل ككل. إذن، علينا النظر بعناية لمعرفة ما يتكون منه هذا المحيط.

إذا بدأنا من نقطة معينة وتتبعنا حواف الشكل، نجد أن لدينا نصف دائرة ثم نصف دائرة آخر. لدينا بعد ذلك جزء مستقيم هنا، ثم نصف دائرة ثالث، ثم جزء آخر مستقيم هنا. إذن، علينا التأكد من أننا ندرج كل هذه الأجزاء في حسابنا للمحيط.

فلننظر إلى أنصاف الدوائر أولًا. نعرف هذا الطول، وهو ١٨ سنتيمترًا، ويمثل المسافة الإجمالية الممتدة على طول هذا الشكل. وإذا نظرنا إلى هذا الجزء هنا، فسنجد أن تلك المسافة تعادل ضعف طول قطر كل نصف دائرة لدينا؛ ما يعني أن طول قطر نصف الدائرة الواحد لا بد أنه تسعة سنتيمترات. فلنبدأ بحساب طول الأجزاء المنحنية. لا تمثل هذه الأجزاء المنحنية محيط الدائرة بالكامل. ولا يشار إليها باعتبارها «محيط الدائرة». وإنما يشار إليها على أنها أقواس، ولذلك سنستخدم «طول القوس» للإشارة إليها.

إذن، محيط الدائرة هو ‏𝜋‏ مضروبًا في طول القطر، لكن كل جزء من هذه الأجزاء عبارة عن نصف دائرة فقط. لذلك، سنضرب ‏𝜋‏ في تسعة، ولكن بعد ذلك نقسم على اثنين، إذ إننا نريد إيجاد نصف محيط الدائرة فقط. إذن، لدينا ‏𝜋‏ في تسعة على اثنين، ما يعني أن كل قوس من هذه الأقواس يساوي ٤٫٥‏𝜋‏. إذن، فكل طول من هذه الأطوال يساوي ٤٫٥‏𝜋‏. لكن تذكر أنه قد ذكر في رأس المسألة أن علينا استخدام ٣٫١٤ باعتباره قيمة تقريبية لـ ‏𝜋‏. إذن، بدلًا من ‏𝜋‏، نستخدم هذه القيمة فقط.

وبذلك، يصبح لدينا ٤٫٥ في ٣٫١٤، ما يعطينا ١٤٫١٣ سنتيمترًا طول كل قوس من هذه الأقواس. تذكر الآن أن هناك ثلاثة أطوال، ولحساب القيمة النهائية علينا استخدام تلك القيمة ثلاث مرات. وعلي ألا أنسى هذين الجزأين المستقيمين هنا. كل جزء من هذه الأجزاء يمثل نصف قطر الدائرة، ومن ثم فإن كلًّا منها يساوي ٤٫٥ سنتيمترات. ولكن بما أن لدينا جزأين، فإن ناتج جمع هذين الجزأين تسعة سنتيمترات.

علي الآن أن أجمع كل ذلك معًا لحساب محيط الشكل. إذن، المحيط الكلي هو ثلاثة في ١٤٫١٣ لهذه الأقواس نصف الدائرية المنفصلة، ثم ٤٫٥ و٤٫٥ لكل جزء من الجزأين المستقيمين. وهذا يعطينا المحيط الكلي ٥١٫٣٩ سنتيمترًا للشكل بأكمله. ثمة أمران علينا الانتباه إليهما في المسألة. أولًا، إذا كان لديك شكل أكثر تعقيدًا، وليس مجرد دائرة، فاحرص أن تتبع المسافة حول الحافة حتى تتعرف على جميع الأجزاء المختلفة التي تشكل المحيط. وثانيًا، إذا طلب منك استخدام ٣٫١٤ باعتباره قيمة تقريبية لـ ‏𝜋‏، ففي كل موضع يوجد به ‏𝜋‏ في العملية الحسابية، يمكنك التعويض عنه بالقيمة ٣٫١٤.

ننتقل الآن إلى المسألة الأخيرة في هذا الفيديو.

إطار دراجة طول نصف قطره ٣٥ سنتيمترًا. ما المسافة التي تقطعها ندى بدراجتها إذا كان الإطار يدور ٢٥٠ مرة؟

أعتقد دائمًا أنه من المفيد أولًا رسم مخطط بسيط لتصور الموقف. دراجة ندى ممثلة هنا بدائرة. وطول نصف قطر هذه الدائرة ٣٥ سنتيمترًا. ولحل المسألة، علينا في البداية حساب محيط إطار الدراجة، ثم ضربه في ٢٥٠، لأنه في هذه الرحلة يدور ٢٥٠ مرة.

تذكر أن المحيط يساوي اثنين ‏𝜋‏نق. لذلك، سنعوض بـ ٣٥ عن نصف القطر هنا. إذن، نعرف أن المحيط يساوي اثنين مضروبًا في ‏𝜋‏ مضروبًا في ٣٥، ما يعطينا القيمة ٧٠‏𝜋‏ لمحيط إطار الدراجة. وسنتركها كما هي حاليًّا لأنها قيمة دقيقة.

علينا الآن أن نحسب المسافة الكلية المقطوعة. إذا كانت العجلة تدور ٢٥٠ مرة، فعلينا ضرب هذه القيمة في ٢٥٠. إذن، ٢٥٠ في ٧٠‏𝜋‏، ما يعطينا ١٧٥٠٠‏𝜋‏. والآن أحسب ذلك في صورة قيمة عشرية. هذا يساوي ٥٤٩٧٧٫٨، وهكذا مع توالي الأرقام، سنتيمترًا. وبما أن هذه مسافة ونتحدث عن شخص يقود دراجة، فمن المنطقي تحويل وحدة القياس إلى وحدة مناسبة أكثر عن وحدة السنتيمتر. لذا سأحولها إلى أمتار بالقسمة على ١٠٠. ومن ثم يصبح لدينا الناتج ٥٤٩٫٧٧٨٧ مترًا. وبالتقريب إلى أقرب متر، يصبح الناتج ٥٥٠ مترًا، مقربًا إلى أقرب متر.

ها قد انتهينا. وقد تعلمنا كيفية حساب محيط الدائرة باستخدام طول نصف القطر أو القطر. وتعلمنا كيفية الحل بطريقة عكسية باستخدام محيط الدائرة المعطى لحساب طول نصف القطر أو القطر. وتعلمنا كذلك استخدام ٣٫١٤ باعتباره قيمة تقريبية لـ ‏𝜋‏. وعرفنا كيف نكتب الإجابات في صورة مضاعف ‏𝜋‏ أو في صورة قيم عشرية.