Chińszczyzna w matematyce

in #polish2 years ago (edited)

Czytając kolejny archiwalny numer czasopisma Matematyka-Społeczeństwo-Nauczanie natknąłem się na ciekawy sposób na obliczenie pola dwunastokąta foremnego wpisanego w okrąg. Cały artykuł, napisany przez czeskiego profesora w 1991 roku, odnosił się do ówczesnego stanu wiedzy studentów matematyki. I jak sam profesor František Kuřina wspomina — nie było się czym chwalić:

Chciałbym dać teraz parę przykładów, jak bardzo niski poziom kultury matematycznej reprezentują moi studenci, przyszli nauczyciele.

Przytoczę jeszcze fragment artykułu definiujący kulturę matematyczną:

Moim zdaniem następujące składniki kultury matematycznej są niezbędne dla pomyślnej pracy nauczyciela:
  1. Zdobycie sprawności matematycznej.
  2. Zrozumienie ciągłego przejścia w poszczególnych dyscyplinach matematyki między matematyką — nauką i matematyką — przedmiotem nauczania.
  3. Zrozumienie języka matematyki.
  4. Umiejętność wybierania odpowiednich metod przy rozwiązywaniu zadań.
  5. Posiadanie dobrej wyobraźni geometrycznej.
  6. Opanowanie techniki obliczeń.
  7. Opanowanie umiejętności przeprowadzania dowodów.
  8. Opanowanie umiejętności wprowadzania pojęć.
  9. Możliwość uprawiania w pewnym stopniu twórczości matematycznej.
  10. Postrzeganie piękna matematyki.

Jednym z przykładów, które autor artykułu zadał swoim studentom było wyprowadzenie wzoru na pole dwunastokąta foremnego wpisanego w okrąg. Poprawnych odpowiedzi pojawiło się bardzo dużo, zadanie stosunkowo proste było polem nie tylko do sprawdzenia poprawności rozwiązania, ale także do sprawdzenia sprytu, spostrzegawczości i wyobraźni studentów. Pojawiły się prawidłowe rozwiązania, które wyglądały jak nic nie znaczące szlaczki. Autorów takich rozwiązań ciężko posądzać o wypełnienie 10-tego punktu powyższej listy. Ale pojawiły się także rozwiązania o nieco bardziej zgrabnym kształcie. Nie będę tych rozwiązań przytaczał. Tak jak wspomniałem — dróg było wiele, studenci korzystali z twierdzenia Pitagorasa, twierdzenia sinusów, twierdzenia kosinusów, wzoru Herona itp.

Profesor František Kuřina przytacza bodajże najprostsze rozwiązanie, które wymagało zauważenia, że wysokość każdego z 12 trójkątów opuszczona na bok o długości promienia koła opisanego na tej figurze, równa jest połowie tego promienia. Mamy zatem proste działanie:

A = 12 ∙ ½ r ∙ ½ r = 3r2

Kolejnym rozwiązaniem, które było wysoce pożądane było rozwiązanie pochodzące z III wieku. Autorem jest Chińczyk, którego godności niestety nie znamy. Kluczem dojścia do wyniku 3r2 jest dostrzeżenie, że ćwiartkę dwunastokąta można podzielić na 3 równoboczne i 6 równoramiennych trójkątów, które stanowią dopełnienie pozostałych ćwiartek do kwadratów o boku r. A wzór na pole kwadratu zna każdy z nas.
Kwadratów jest 3, więc wynik gotowy — 3r2.

12kat1.png

12kat2.png

12kat3.png

Temu rozwiązaniu nie można odmówić elegancji i piękna. Chińszczyzna w matematycznej kuchni okazuje się być chińszczyzną o niezwykle wyrafinowanym guście. Smacznego!

Źródło:
[1] Kuřina F. — Kultura matematyczna nauczyciela matematyki, Matematyka Społeczeństwo Nauczanie 1/1991.


Grafiki wygenerowane w Matlabie

Sort:  

Ach ten Matlab - ulubieniec każdego studenta na studiach inżynierskich xD Nieraz uratował życie przed żmudnym liczeniem na papierze :)

To prawda, dużo pomaga! Ale czasami też sporo komplikuje, pamiętam jak liczyłem coś korzystając z toolboxa do wyrażeń symbolicznych (chciałem jakiś wzór wyprowadzić). Matlab wypluł mi wzorek, który po skopiowaniu do edytora tekstu miał ponad 10 stron A4 xD

Trzeba też wiedzieć kiedy pomaga. Czasami łatwiej użyć Maple :)

Za dużo nie zrozumiałem, ale rzeczywiście wygląda zgrabnie xD

Dzięki! Powstrzymałem się od wklejenia kodu (który pisałem na szybko) do wygenerowania wykresów, bo jakby to jakiś programista zobaczył — a sporo tutaj takich — to pierwiastek piękna byłby raczej małych lotów :P

Chryzantemę widzę. :) Tak, tak - człowiek Wschodu zaczął rozdzielać dostępny kształt na kolejne płatki chryzantemy, a ja bym pokroiła tort na 12 kawałków i nic pożytecznego dla geometrii by z tego nie wyniknęło.

Wyniknęłoby! Jakby się zastanowić głębiej to można się doszukiwać rozmaitości w sensie topologicznym w takim torcie — przed i po skonsumowaniu. Trzeba by było tylko wyłączyć rozrywanie i zlepianie danego kawałka w przewodzie pokarmowym (coś jak tutaj poniżej: sztampowy przykład kubka i torusa.). A więc najlepiej byłoby skonsumować cały tort za jednym zamachem. A topologia to taka geometria tylko że level wyżej.

Na rozwiązanie musielibyśmy poczekać i raczej wyszłoby w formie walca, ale powinno być poprawne. Nie będę sprawdzał.

No zgoda. "Nic" to nie było odpowiednie słowo. :P

Congratulations @romualdd! You received a personal award!

Happy Birthday! - You are on the Steem blockchain for 1 year!

Click here to view your Board

Support SteemitBoard's project! Vote for its witness and get one more award!