andrejs cibulis [email protected] rīga,...

30
Andrejs Cibulis [email protected] Rīga, 20.1.2018.

Upload: others

Post on 25-Jul-2020

9 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Andrejs Cibulis

[email protected]

Rīga, 20.1.2018.

Page 2: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Praktiskā daļa

Ievads Theorems and their proofs lie at the heart of mathematics.

Vispirms skolas uzdevumi, tad interesantāki un sarežģītāki...

Par kompetencēs balstītu pieeju.

Par risināšanas metodēm skolā, MO un vispār matemātikā.

Vienkāršošanas uzdevumi. Kā vienkāršot māca ASV.

Jo vienkāršāki uzdevumi, jo vairāk didaktikas un metodoloģijas,

jo vairāk standartu, projektu un to izstrādātāju, skolotāju un dažāda

ranga edukologu, kas nodarbojas ar citu mācīšanu vai pamācīšanu.

Page 3: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Literatūra Der zināt

Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A Journey into Elegant

Mathematics, Dolciani Mathematical Expositions, MAA, 2010.

Posamentier A. S., Krulik S., Problem-solving strategies for efficient

and elegant solutions: a resource for the mathematics teacher,

1998, Corwin Press.

Honsberger R., Mathematical Delights;

Mathematical Gems; ...

Aigner M., Ziegler G. M., Proofs from the book, Springer.

Nelsen R. B., Proofs Without Words ... MAA

Page 4: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Tā māca Amerikā... bet vajadzētu šādi:

11

11

2

x

x

xx

x

)1(

12

x

x 1

Vienkāršot

Page 5: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Vienkāršot

.2058,0 7

6

7

2

7

1

Aprēķini

Piemērs no «Открытого банка заданий

для подготовки к ЕГЭ по математике.»

7

6

7

27

1

7

6

7

27

1

7

6

7

2

7

1

)54(55

4)54(5

10

82058,0

2054545455

47

6

7

2

7

1

7

6

7

1

7

6

7

6

7

27

1

.202020258,02058,0 7677

6

7

2

7

1

xxxElegants

risinājums:

Lūk, kompetenta instruktora, skolotāja risinājums: Представим число 0,8 в виде обыкновенной дроби, разложим

число 20 на множители и воспользуемся свойствами степеней:

https://ege-ok.ru/2012/03/07/uproshhenie-vyirazheniy-soderzhashhih-korni-i-stepeni-zadanie-v7

Page 6: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Vienkāršot

Совершенно необходимо чтобы руководящие органы издали

инструкцию для вузовских экзаменаторов, в которой

категорически были бы запрещены подобного рода задачи,

являющемся издевательством над здравым смыслом и над

абитуриентом. /А.Н. Барсуков/ См. «Математика в школе», 1941, N0 4.

2

1

2

21

2

1

3

2

2

12

14

21

)4()2(

1

)2

1)4((

2

)2)(4(

aa

a

aaa

aa

a

aaa

Nodrukāts ar kļūdām Jābūt

Page 7: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Математика в школе, 1941, N04.

Risinājums nav pareizs

Vai varat atrast kļūdu

un iegūt pareizu atbildi?

Vai varat atrisināt šo

vienkāršošanas uzdevumu

izmantojot IT (Wolfram Alpha)?

?4

4

4

4

2

2

2

2

aa

aa

aa

aa

Pr. d. Vienkāršot:

Page 8: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Pitagora teorēma

Viens no elegantiem Skaties tipa pierādījumiem ir šāds:

a2 + b2 + 4L = c2 + 4L

L L

a2

b2

c2

c c

a2 + b2 = c2

Page 9: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Henry Perigal (1801-1899) became

a member of London MS in 94 years.

Sparks H. C., The

Pythagorean Theorem.

Crown Jewel of

Mathematics, 2008.

No pārklājumiem līdz Pitagora teorēmai

Minimāls

daļu skaits - 4

Page 10: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Pirmskaitļi

Vai pirmskaitļu ir bezgalīgi daudz?

Elegants pierādījums:

Jau Eiklīds zināja atbildi un pierādījumu. Bet kā ir mūsdienu skolā?

kppp ,...,, 21

Katram galīgam pirmskaitļu skaitam var atrast

jaunu skaitli, kura nav šai sarakstā. Eiklīda

pierādījums neesot pierādījums no pretējā.

Eiklīds esot izvairījies no jēdziena bezgalība.

Nav zināms vai Eiklīda pirmskaitļu

ir bezgalīgi daudz. kE

.1...21 kk pppE7132

311532

21117532

23111117532

30031113117532

5095930031

Page 11: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Iracionāli skaitļi

Pierādījumi skolas matemātikā un matemātikā vispār.

Lūk, kāds īss pierādījums!

Ģeometriskā interpretācija

n

n

2n2 = m2

m-n

2n-m

n

Pr. d. Uzrādiet analoģisku

iracionalitātes pierādījumu.

3

pretruna. in lowest terms n

m2

nm

mn

n

m 22

mnm 2

Page 12: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

cba ,,Vai jebkurām trīsstūra malām ar garumiem –

var atrast trīsstūri ar virsotnēm režģa punktos?

Vai trīsstūra laukums ir racionāls

skaitlis, ja tā malu garumi ir: 41,34,5

.61,52,41

Aprēķināt laukumu trīsstūrim, ja zināmas tā malas:

Laukumi

))()(( cpbpappL

Skaties!

Aprēķināt trīsstūra laukumu,

ja tā malu garumi ir:

Aprēķināt trīsstūra laukumu, ja

tā malu garumi ir: .89,26,5

Page 13: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Laukumi

.)(416 2222222 cbabaL

Ja trīsstūra malu garumi ir: ,,, 222222 zyzxyx tad

.2

1 222222 zyzxyxL

Ja trīsstūra malu garumi ir a, b un c, tad

Page 14: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Blīvākie pakojumi Kāds ir maksimālais figūru skaits, kādu var izvietot kvadrātā?

Pr. d. Pr. d. Skaties!

Page 15: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Golomb's inductive proof of a tromino theorem. http://www.cut-the-knot.org/Curriculum/Geometry/Tromino.shtml

M.d. (Vispārinājums) Noskaidrot vai Golomba trimino

teorēma ir spēkā patvaļīgam kvadrātam n × n,

ja n > 7 un n nedalās ar 3.

Klasika

Trimino teorēma

A unit square has been removed from a 2n×2n board. Prove that

the rest of the board can be tiled with L-shaped trominos.

Page 16: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

V-trimino pakojumi

Atzīmēt visas tās kvadrāta 5 × 5 rūtiņas, kuras var

palikt nepārklātas blīvākajā V-pakojumā.

Skolēni parasti atrod atrisinājumus, pārbaudot rūtiņas pa vienai.

Simetrijas apsvērumi samazina darba apjomu.

Vai varat atrast elegantu risinājumu?

Page 17: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Nepārklāts paliks melnais kvadrāts.

2) Mums ir 8 trimino un 9 melnie kvadrāti.

Uzdevums attiecas uz metodi Dirihlē princips.

Uzdevumu var attiecināt arī uz metodi

ekstremālā elementa izmatošana.

Ekstremālā elementa (elementu sistēmas) lomā šeit ir melno rūtiņu kopa.

1) Katrs V-trimino pārklāj < 1 melno kvadrātu.

3) Tātad viens no tiem paliks nepārklāts.

Page 18: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Trigonometrija, bez kuras var iztikt

.8

3tg ba

Vai eksistē veseli skaitļi a un b, ka

.,8

3ctg)1(

8

3tg nn NnZn

Pierādīt:

.2135sin

135cos2

2sin

2cos2

sincos

cossin110

0222

x

x

xx

xx

p

p

ppqp1)

.8

3ctg,

8

3tg

qp

2) Vienkāršāks risinājums

8

3

82

ABC

8

C

.218

3tg

AB

ACp

.1221

1

q1

1 A

B

C 2

0135

Page 19: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

.2)()()1(: 212121 nnnnnn

nnn

n tttqptpqtqptqpt

Rekurences sakarība

Indukcijas metode

Page 20: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Trigonometrisku funkciju vērtības

Skolā uzsvars uz šādiem leņķiem (grādos): 0, 30, 45, 60, 90

un to daudzkārtņiem.

Der zināt, ka 4

5136cos 0

Zelta griezuma skaitlis,

viena no fundamentālām

konstantēm matemātikā

Atrast divus tādus vienādsānu

trīsstūrus, no kuriem var salikt

vienādsānu trīsstūri.

Pirmais, ko atrod,

parasti ir šāds risinājums

011

1

2 xxx

xx

Elegants pierādījums

1

x x

x

036 036

036cos2

x

036

2

51x

236cos 0

Page 21: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

.4515

5

3

21

3

12

tgtg1

tgtg)(tgtg 0

x

zy

zyzyx

y z

Aprēķini leņķi x

Page 22: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

A

B x

x C

.452

1

510

23cos 0

xx

.450x

AB =AC

,||||

)|(cos

ba

bax

a = (3, 1), b = (1, 2).

Vienkāršākais pierādījums

Skalārā reizinājuma izmantošana

Page 23: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Skaitļu virknes

Saistība ar citiem uzdevumiem

No visiem polimino ar perimetru 2018

atrast to, kuram laukums maksimāls?

No visiem polimino ar laukumu 2018

atrast to, kuram perimetrs minimāls?

Kurš no uzdevumiem sarežģītāks?

Vai virknes

1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5, ...

pirmo k elementu summa

var būt vienāda ar 2018?

20182 k

2018)1( kk

Pa spirāli tiek konstruēta

taisnstūru virkne, sk. zīm.

Vai kādam no taisnstūriem

perimetrs būs 2018?

Vai kādam no taisnstūriem

laukums būs 2018? 2, 4, 6, 9, 12, 16, 20, 25, ...

Vai starp šīm summām var atrast

vismaz divus pirmskaitļus?

Page 24: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Vienkāršs pierādījums 1) Fiksētam perimetram maksimālais polimino ir taisnstūris.

2) No visiem fiksēta perimetra taisnstūriem

maksimālais laukums ir kvadrātam.

Sekas. Spirāles algoritms dod

maksimālā laukuma taisnstūri.

Kvadrātfunkcijai ekstremālā vērtība

tiek sasniegta sakņu viduspunktā

Ja a un b ir veseli skaitļi, tad tie

jāņem kā vistuvākie skaitlim

Pyx )(2

maxxy)

2( xP

xxy

22

42

Pyxxy

4max

Px

maxx

Page 25: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Kas ir pētnieciskie uzdevumi?

Skolas mācību grāmatās lasāms, ka: Pētnieciskie uzdevumi –

uzdevumi, kurus risinot tiek attīstītas pētnieciskās darbības prasmes.

ZPD matemātikā: ne tikai kaut kas jāpēta,

bet arī jāiegūst kādi matemātiski jaunumi.

Skolas un ZPD līmenis, būtiskas atšķirības

Nav jālauza galva par to, kādas prasmes

tiks attīstītas pētniecības procesā.

Tā ir saucama nevis par matemātiski jēgpilnu definīciju, bet par

«kompetenču pieejai» raksturīgu dežūrfrāzi.

Vai logaritmu tabulas aizpildīšana ir pētniecisks uzdevums?

Page 26: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

042344)(2: 22222222 yaxyxxaxyxaxy

3

32

3

124

3

)4(3 2222222

2,1

ayyayyyayyx

3

33 minmin

axay ...86751,28

3

350min xJa a = 50, tad

Vai eksperiments ir matemātikas uzdevumu risināšanas metode?

Piemērs

2250020)200(10)( xxxC

Jāatrod minimums. Uzdevums par kabeļa vilkšanu.

Ir uzzīmēts funkcijas grafiks un sastādīta tabula un secināts,

ka minimumu dod x = 29 un C(x) = 1866,02... [SFF].

Redzēt spriedumus, formulas, vēl nenozīmē saprast.

Pastāv problēma, ka lielai daļai studentu, skolotāju sagādā

grūtības lasīt grāmatas pat elementārajā matemātikā.

Page 27: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Vai eksistē vienkāršs pierādījums?

Aztec

diamonds 2/)1(2 kkn

Salikumu skaita formula vienkārša, bet zināmie pierādījumi sarežģīti.

ZPD. Vai var atrast vienkāršu, skolēniem saprotamu pierādījumu.

2 salikumi

6 2

8 salikumi

Page 28: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Grūti atrast - viegli pārbaudīt

Problēma. Vai eksistē simetrisks heksamondu

tornis, kura caurums ir 37-stūris?

Olita Brenča, Heksamondu torņu virknes, 2017, ZPD.

18 36 38 37?

Kas tiek meklēts, pētīts?

Ezernieku vidusskola, 12. kl.

Simetrijas jēdziens ir viena no lielajām matemātikas idejām (Big ideas)

Par lielajām idejām „Kompetenču pieejas projektā”.

Page 29: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

2018. gada uzdevumi

No heksamondiem salikt dvīnītes

18-stūrus. Zīmējumā kā atvadas no

pagājušā gada parādīti šādi 17-stūri.

201820172016...21 2222

Arrange the ten digits

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 in the expression

a^b + c^d + e^f + g^h + i^j

to make 2018. /M. Reid./

Rindā uzrakstīti 2017 skaitļi –

naturālu skaitļu kvadrāti. Vai starp

tiem varat salikt plusa un mīnusa zīmes

tā, lai rezultāts būtu tieši 2018?

Page 30: Andrejs Cibulis cibulis@lanet.lv Rīga, 20.1.2018.nms.lu.lv/wp-content/uploads/2018/01/Cibulis_2018_01_20.pdf · Literatūra Der zināt Alsina C., Nelsen R. B., Charming Proofs: A

Cut the 7 pieces out and fit them into a 9×5 rectangle

without overlapping. One of the cells of the rectangle

will be empty. You may not flip the pieces over.

http://userpages.monmouth.com/~colonel/p2018-a4.pdf

Here is a New Year's Puzzle