Analytische en andere soorten meetkunde van Mavo tot Maple. Utrecht, 9 januari 2016 Wintersymposium KWG Jeroen Spandaw j.g.spandaw@tudelft.



Vergelijkbare documenten
Analytische Meetkunde. Wiskundedialoog Nijmegen, 13 juni 2017 Jeroen Spandaw

Lijst van formules en verwijzingen naar definities/stellingen die in het examen vwo wiskunde B wordt opgenomen

Vlakke Meetkunde. Les 1 Congruentie en gelijkvormig

Oefentoets Versie A. Vak: Wiskunde Onderwerp: Meetkunde Leerjaar: 1 (2017/2018) Periode: 3

Vlakke meetkunde en geogebra

Vlakke meetkunde. Verwijzingen naar definities en stellingen die bij een bewijs mogen worden gebruikt zonder nadere toelichting.

Opgaven bij Analytische meetkunde in een nieuw jasje

Examen VWO. wiskunde B. tijdvak 1 dinsdag 25 mei uur. Bij dit examen hoort een uitwerkbijlage.

Wiskunde voor relativiteitstheorie

Overzicht eigenschappen en formules meetkunde

Wiskunde voor relativiteitstheorie

STELLINGEN & BEWIJZEN 5VWO wiskunde B 1 e versie

Tentamen Wiskunde B. Het gebruik van een mobiele telefoon of andere telecommunicatieapparatuur tijdens het tentamen

2.1 Cirkel en middelloodlijn [1]

Samenvatting stellingen uit de meetkunde Moderne Wiskunde voor het VWO (bovenbouw)

8.1 Gelijkvormige en congruente driehoeken [1] Willem-Jan van der Zanden

1. rechthoek. 2. vierkant. 3. driehoek.

4.0 Voorkennis. 1) A B AB met A 0 en B 0 B B. Rekenregels voor wortels: Voorbeeld 1: Voorbeeld 2: Willem-Jan van der Zanden

met tijdseenheden overig niet-metrisch moeten zelf bedacht of opgezocht worden a geheeltallig en < 10

CEVA-DRIEHOEKEN. Eindwerk wiskunde Heilige-Drievuldigheidscollege 6WeWIi. Soetemans Dokus

Meetkundige ongelijkheden Groep A

R. Van Nieuwenhuyze. Hoofdlector wiskunde, lerarenopleiding HUB, Brussel. Auteur Van Basis tot Limiet.

pythagoras handleiding inhoudsopgave 1 de grote lijn 2 applets 3 bespreking per paragraaf 4 tijdsplan 5 materialen voor een klassengesprek pythagoras

4.0 Voorkennis. 1) A B AB met A 0 en B 0 B B. Rekenregels voor wortels: Voorbeeld 1: Voorbeeld 2: Willem-Jan van der Zanden

wiskunde B Achter het correctievoorschrift is een aanvulling op het correctievoorschrift opgenomen.

Wiskunde 1b Oppervlakte

Meetkundige Ongelijkheden Groep 2

Tentamen Wiskunde B CENTRALE COMMISSIE VOORTENTAMEN WISKUNDE. Datum: 16 januari uur Aantal opgaven: 5

Stelling van Pythagoras

Achter het correctievoorschrift is een aanvulling op het correctievoorschrift opgenomen.

Hoofdstuk 7 : Gelijkvormige figuren

Vectormeetkunde in R 3

Eindexamen vwo wiskunde B 2014-I

Wiskunde Leerjaar 2 - Periode 1 Meetkunde

Hoofdstuk 3: De stelling van Pythagoras

Examen VWO. wiskunde B. tijdvak 2 woensdag 21 juni uur. Bij dit examen hoort een uitwerkbijlage.

Hoofdstuk 5 : De driehoek

Examen VWO. wiskunde B. tijdvak 1 maandag 15 mei 13:30-16:30 uur. Bij dit examen hoort een uitwerkbijlage.

wiskunde B vwo 2015-II

Tentamen Wiskunde B. Het gebruik van een mobiele telefoon of andere telecommunicatieapparatuur tijdens het tentamen

wiskunde B vwo 2017-II

Wiskunde Leerjaar 2 - Periode 1 Meetkunde

Rakende cirkels. Oriëntatie. Keuzeopdracht voor wiskunde

Eindexamen wiskunde B vwo I

Kleur de congruente vierhoeken in onderstaand mozaïek in eenzelfde kleur.

wiskunde B bezem vwo 2018-I

Examen VWO wiskunde B. tijdvak 1 woensdag 22 mei uur. Bij dit examen hoort een uitwerkbijlage.

Eindexamen vwo wiskunde B 2013-I

More points, lines, and planes

Hoofdstuk 4: Meetkunde

E = mc². E = mc² E = mc² E = mc². E = mc² E = mc² E = mc²

Een andere dimensie van GeoGebra Andre Heck (Universiteit van Amsterdam), Nationale Wiskunde Dagen 2019

1 Coördinaten in het vlak

Voorbeeld paasexamen wiskunde (oefeningen)

Examen VWO. wiskunde B. tijdvak 2 woensdag 22 juni uur. Bij dit examen hoort een uitwerkbijlage.

1 Het midden van een lijnstuk

Wiskunde voor relativiteitstheorie

Analytische Meetkunde

Antwoordmodel - Vlakke figuren

Vl. M. Nadruk verboden 1

gelijkvormigheid handleiding inhoudsopgave 1 de grote lijn 2 applets 3 bespreking per paragraaf 4 tijdsplan 5 materialen voor een klassengesprek

wiskunde B vwo 2017-I

Tentamen Wiskunde B. Het gebruik van een mobiele telefoon of andere telecommunicatieapparatuur tijdens het tentamen

Samenvatting VWO wiskunde B H04 Meetkunde

INHOUDSTABEL. 1. TRANSFORMATIES (fiche 1) SYMMETRIE (fiche 2) MERKWAARDIGE LIJNEN IN EEN DRIEHOEK (fiche 3)...6

Tentamen Wiskunde B. Het gebruik van een mobiele telefoon of andere telecommunicatieapparatuur tijdens het tentamen

1 Cartesische coördinaten

11 De hoed van Napoleon

7.1 Zwaartelijn en hoogtelijn [1]

14.0 Voorkennis. sin sin sin. Sinusregel: In elke ABC geldt de sinusregel:

Dossier 4 VECTOREN. Dr. Luc Gheysens. bouwstenen van de lineaire algebra

Voorbereiding toelatingsexamen arts/tandarts. Wiskunde: goniometrie en meetkunde. 22 juli dr. Brenda Casteleyn

Eindexamen wiskunde B vwo II

1 Introductie. 2 Oppervlakteformules

Dan is de afstand A B = lengte van lijnstuk [A B]: AB = x x )² + ( y ²

Niet-euclidische meetkunde

Herhalingsles 3 Meetkunde Weeroefeningen

Driehoeken. Enkele speciale topics. Arne Smeets. Trainingsweekend Februari 2008

Hoofdstuk 6 Driehoeken en cirkels uitwerkingen

PARATE KENNIS & VAARDIGHEDEN WISKUNDE 1 STE JAAR 1. TAALVAARDIGHEID BINNEN WISKUNDE. a) Begrippen uit de getallenleer ...

Tentamen Wiskunde B. Het gebruik van een mobiele telefoon of andere telecommunicatieapparatuur tijdens het tentamen

Hoofdstuk 2 : VLAKKE FIGUREN

Een bekende eigenschap van de middens van de zijden van een driehoek is de volgende.

Efficientie in de ruimte - leerlingmateriaal

Over de construeerbaarheid van gehele hoeken

BRUGPAKKET 8: VLAKKE FIGUREN

16.0 Voorkennis. Voorbeeld 1: Los op in 2x + 3i = 5x + 6i -3x = 3i x = -i

Wiskunde D Online uitwerking 4 VWO blok 6 les 4

Deze stelling zegt dat je iedere rechthoekige driehoek kunt maken door drie vierkanten met de hoeken tegen elkaar aan te leggen.

1 Vlaamse Wiskunde Olympiade : Eerste Ronde.

Opgave 4. Opgave 5. Opgave 6. (5) a) Isoleer de variabele B uit de formule P A B P B. (6) b) Isoleer de variabele B uit de formule

Centrale Commissie Voortentamen Wiskunde. Syllabus voortentamen Wiskunde B

Vandaag 11/22/11$ ALS WE KIEZEN VOOR BEWIJZEN, LATEN WE DAN NIET TOVEREN. Moeilijk onderdeel van de leerstof

Achter het correctievoorschrift is een aanvulling op het correctievoorschrift opgenomen.

2010-I. A heeft de coördinaten (4 a, 4a a 2 ). Vraag 1. Toon dit aan. Gelijkstellen: y= 4x x 2 A. y= ax

WISKUNDE-ESTAFETTE RU 2006 Antwoorden

Selecties uit de Elementen van Euclides, Boek 1

Paragraaf 14.1 : Vergelijkingen in de meetkunde

Open het programma Geogebra. Het beginscherm verschijnt. Klik voordat je verder gaat met je muis ergens in het

Voorkennis meetkunde (tweede graad)

Transcriptie:

Analytische en andere soorten meetkunde van Mavo tot Maple Utrecht, 9 januari 2016 Wintersymposium KWG Jeroen Spandaw j.g.spandaw@tudelft.nl

Puzzel mavo 3

Puzzel mavo 3

Puzzel mavo 3 Veronderstel: zijde 1 rechte hoeken enzovoorts Relaties tussen x en y Geven x = 2/3. Analytische meetkunde zonder coördinaten!

Dudeney Puzzel van 4 stukjes, waarmee je een vierkant kunt leggen en een gelijkzijdige driehoek. Construeer!

Synthetisch versus Analytisch Synthetisch: samenvoegen opbouw van start (gegevens) tot finish (conclusie) axiomatisch Analytisch: uit elkaar halen van finish (conclusie) naar start (gegevens) coördinaten, vectoren algebraïsche (!) & analytische methoden (= limieten) R 2, R 3 en deelverzamelingen (bollen, torus, wilder)

Samenvatting Synthetische oplossingen kunnen mooi zijn inzicht geven lastig te vinden zijn Maar het tegendeel kan ook Voor analytische oplossingen

Samenvatting Synthetische oplossingen kunnen mooi zijn inzicht geven lastig te vinden zijn Maar het tegendeel kan ook Voor analytische oplossingen geldt hetzelfde. Wees dus niet dogmatisch en geniet van alle soorten mooie wiskunde!

Maar ik moet wel toegeven dat coördinatenmeetkunde flexibeler en daarom belangrijker is dan axiomatische meetkunde. coördinatenmeetkunde heeft geleid tot: differentiaalmeetkunde & relativiteitstheorie algebraïsche meetkunde (verband met algebra) analytische meetkunde (verbanden met analyse) arithmetische meetkunde (verband met getaltheorie)

Rode Draad: Stelling van Pythagoras Gegeven: Rechthoekige driehoek in R 2 Lengtes zijden a, b, c ; c tegenover rechte hoek Dan: a 2 + b 2 = c 2

Euclides

Pythagoras volgens Euclides Vierkanten op zijden Oppervlakten A, B, C C tegenover rechte hoek Dan: A + B = C.

Bewijs volgens Euclides Hoogtelijn op zijde c deelt vierkant op c in twee rechthoeken. Deze rechthoeken hebben oppervlakte A en B. Gevolg: A + B = C.

Bewijs volgens Euclides Bewijzen alleen de linkerkant, want rechts analoog.

Bewijs volgens Euclides Bewijzen alleen de linkerkant, want rechts analoog. Beide rechthoeken halveren door diagonaal Voldoende te bewijzen: Rode driehoeken hebben gelijke oppervlakte.

Tussenstap 1 Rode driehoek ACP heeft dezelfde oppervlakte als blauwe driehoek ABP, want BC // AP.

Tussenstap 2 Rode driehoek ABP congruent met blauwe driehoek AQC wegens ZHZ. Dus hebben ABP en AQC dezelfde oppervlakte.

Bewijs volgens Euclides Rode driehoek ACQ heeft dezelfde oppervlakte als blauwe driehoek ARQ, want CR // AQ.

Bewijs volgens Euclides Dus hebben de rode driehoeken inderdaad dezelfde oppervlakte

Bewijs volgens Euclides Dus hebben de rode rechthoeken inderdaad dezelfde oppervlakte. Q.E.D.

Terugblik Waar werd in dit bewijs gebruikt: 1) vierkant op b? 2) vierkant op c? 3) hoogtelijn op zijde c? 4) rechte hoek in C?

Legpuzzelbewijs van Pythagoras

Legpuzzelbewijs van Pythagoras Waarom deed Euclides het niet zo? Gemakkelijk te begrijpen zonder algebra! Hoe kunnen leerlingen Pythagoras zelf ontdekken?

Brugklassers ontdekken Pythagoras Scheef vierkant op ruitjespapier Hoekpunten op rooster Bereken de oppervlakte Ze konden het allemaal! Pythagoras = methode voor oppervlaktebepaling Generaliseerbaar! Rekenen algebra

Stellingen 1) Analytische meetkunde kan mooie, betekenisvolle problemen opleveren in algebra, analyse & goniometrie. 2) Probleemoplossen overstijgt meetkunde: strategie (keuze, vergelijk & mix van methoden) controle, verificatie & interpretatie (goede spoor? speciale gevallen, symmetrie, dimensieanalyse, )

Pythagoras in coördinaten Afstand tussen (x 1, y 1 ) en (x 2, y 2 ) is per definitie gelijk aan ( xx) 2 +( yy) 2 Dus Pythagoras (over lengtes van zijden van rechthoekige driehoek) geldt vrijwel per definitie in R 2. Verdacht eenvoudig

Verdienste synthetisch bewijs Pythagoras volgt uit verzameling redelijke meetkundige axioma s Redelijk : ze lijken vlakke werkelijkheid te modelleren. Standaardmodel waarin al deze axioma s gelden is R 2 met standaarddefinities van punt, lijn, ordening van 3 punten op een lijn, congruentie van lijnstukken en congruentie van hoeken.

Welke axioma s voor Pythagoras? Bron: Euclid and Beyond, Robin Hartshorne Axioma s voor Pythagoras: 4 axioma s over lijnen en punten (inclusief P.P.) 4 axioma s over ordening van punten op lijnen 3 axioma s over congruentie van lijnstukken 3 axioma s over congruentie van hoeken (waaronder het ZHZ-criterium!) Veel axioma s: 4 + 4 + 3 + 3 = 14 stuks!

Welke axioma s voor R 2? 14 axioma s + volledigheidsaxioma van Dedekind karakteriseren R 2 : R 2 met standaarddefinities is het enige vlak dat aan al die 15 axioma s voldoet. Dan geen wiskundig verschil tussen axiomatische meetkunde en meetkunde in R 2, maar wel een psychologisch verschil!

Welke structuur heeft R 2? Alleen begrip afstand is nodig. Opgave: Alle andere begrippen (lijn, ordening, hoek) zijn daarvan afgeleid.

Vectormeetkunde in R 2 en R 3 Lengte gedefinieerd via Pythagoras: (a 1, a 2, a 3 ) 2 := a 2 := a 2 := a 1 2 + a 2 2 + a 3 2 Handig: dit uitbreiden naar inproduct (a 1, a 2, a 3 ) (b 1, b 2, b 3 ) := a 1 b 1 + a 2 b 2 + a 3 b 3 want dan heb je meteen ook hoeken: cos( (a, b)) := a b / (a b) Opgave: Deze definitie compatibel met onderbouwdefinitie van cosinus (SOLCALTOA)

Toepassing: Cosinusregel cos(γ) = a b / (a b) a = b + c c 2 = (a b) (a b) c 2 = a 2 2 a b + b 2 c 2 = a 2 2ab cos(γ) + b 2 Speciaal geval: γ = 90 Pythagoras!

Vectormeetkunde zonder inproduct Affiene meetkunde = vectoren zonder inproduct Dus geen begrip lengte en geen hoek Dus ook niet: rechthoek, ruit, cirkel Maar wel: parallel, parallellogram, trapezium midden van lijnstuk verhouding van lengtes van parallelle lijnstukken verhouding van oppervlakten

Toepassing: Zwaartepunt Noem positievectoren van hoekpunten a, b, c Positievector van midden M van AB is m = ½ (a + b)

Toepassing: Zwaartepunt Noem positievectoren van hoekpunten a, b, c Positievector van midden M van AB is m = ½ (a + b) Neem Z op CM zodat CZ : ZM = 2 : 1. Positievector van Z is z = (2/3)m + (1/3)c z = (a + b + c) / 3.

Toepassing: Zwaartepunt z = (a + b + c) / 3 is symmetrisch in a, b, c Dus Z ligt ook op zwaartelijnen door A en B en verhoudingen 2 : 1. Q.E.D.

2 affiene Sangaku s

Meetkunde op boloppervlak

Pythagoras op de bol? Pythagoras geldt niet op de bol! Opgaven: Geef een tegenvoorbeeld Wat gaat fout in Euclides bewijs? Wat gaat fout in legpuzzelbewijs? Wat gaat fout in volgende bewijs?

Schalingsbewijs Pythagoras A + B = C en A : B : C = a 2 : b 2 : c 2, dus a 2 + b 2 = c 2. Waar gaat dit bewijs fout op de bol?

Toegift: Sangaku a 2 + b 2 = c 2.

Oplossing met Pythagoras? Gegeven: a 2 2 + b 2 2 = 1 a 2 + b 2 1 = 1 a 2 1 + b 2 = 1 Te bewijzen: ab 1 + a 1 b = a 2 b 2. Kunt u dat zonder Maple? Mijn bewijs in Appendix 1

Veel plezier!

Appendix 1 Bewijs: (1 a 2 2 b 22 ) (a 1 b 1 + ab) + (a 2 + b 2 1 1) (a 2 b a 1 b 2 ) + (a 2 1 + b 2 1) (ab 2 a 2 b 1 ) = ab 1 + a 1 b a 2 b 2. Dus: Als 1 = a 2 2 + b 2 2 = a 2 + b 2 1 = a 2 1 + b 2, dan ab 1 + a 1 b = a 2 b 2. Q.E.D.

Appendix 2 Gedachtenexperiment over constructie in Geogebra geeft: Alles is uit te drukken in ϕ! Bij zijde 1 heeft onderste driehoek oppervlakte ½ sin(ϕ)cos(ϕ) = ¼ sin(2ϕ) Andere blauwe driehoek heeft opp. ¼ sin(2ϕ + 120 ) Rode driehoek heeft opp. ¼ sin(120 2ϕ)

Appendix 2 Dus te bewijzen: sin(2ϕ) + sin(2ϕ + 120 ) = sin(120 2ϕ) Symmetrischer: sin(2ϕ) + sin(2ϕ + 120 ) + sin(2ϕ 120 ) = 0 Symmetrie vectorsom in Q.E.D. Bonus: Analoge formules voor 360 /n ; ook voor cos.