Hvad er matematik? C, i-bog ISBN 978 87 7066 499 8

Relaterede dokumenter
Projekt 6.3 Caspar Wessel indførelse af komplekse tal

Tilhørende: Robert Nielsen, 8b. Geometribog. Indeholdende de vigtigste og mest basale begreber i den geometriske verden.

Vektorer og lineær regression

Trekants- beregning for hf

Komplekse tal. Mikkel Stouby Petersen 27. februar 2013

1 Trekantens linjer. Definition af median En median er en linje i en trekant der forbinder en vinkelspids med midtpunktet af modstående side.

TREKANTER. Indledning. Typer af trekanter. Side 1 af 7. (Der har været tre kursister om at skrive denne projektrapport)

Løsning til øvelse 7.8, side 272: Københavns Politigård

Lektion 1. Tal. Ligninger og uligheder. Funktioner. Trigonometriske funktioner. Grænseværdi for en funktion. Kontinuerte funktioner.

Vektorer og lineær regression. Peter Harremoës Niels Brock

06 Formler i retvinklede trekanter del 2

ØVEHÆFTE FOR MATEMATIK C GEOMETRI

Inden der siges noget om komplekse tal, vil der i dette afsnit blive gennemgået en smule teori om trigonometriske funktioner.

Eksamensspørgsmål: Trekantberegning

1 Geometri & trigonometri

Komplekse tal. x 2 = 1 (2) eller

Geometri, (E-opgaver 9d)

ØVEHÆFTE FOR MATEMATIK C GEOMETRI

Bjørn Grøn. Euklids konstruktion af femkanten

Analytisk plangeometri 1

Trigonometri. Store konstruktioner. Måling af højde

Værktøjskasse til analytisk Geometri

Komplekse tal. Mike Auerbach. Tornbjerg Gymnasium, Odense 2015

Værktøjskasse til analytisk Geometri

Færdigheds- og vidensområder

Læringsmiddel Geogebra: Rombens sammen mellem omkreds og areal

Kapitel 4. Trigonometri. Matematik C (må anvendes på Ørestad Gymnasium) Kapitel 4

Geometrinoter 2. Brahmaguptas formel Arealet af en indskrivelig firkant ABCD kan tilsvarende beregnes ud fra firkantens sidelængder:

Introduktion til cosinus, sinus og tangens

dvs. vinkelsummen i enhver trekant er 180E. Figur 11

Analytisk geometri. Et simpelt eksempel på dette er en ret linje. Som bekendt kan en ret linje skrives på formen

7 Trekanter. Faglige mål. Linjer i trekanter. Ligedannethed. Pythagoras. Trigonometri

Cosinusrelationen. Frank Nasser. 11. juli 2011

Matematik projekt. Klasse: Sh-mab05. Fag: Matematik B. Projekt: Trigonometri

Mike Vandal Auerbach. Geometri i planen. # b. # a. # a # b.

Retningslinjer for bedømmelsen. Georg Mohr-Konkurrencen runde

t a l e n t c a m p d k Matematik Intro Mads Friis, stud.scient 27. oktober 2014 Slide 1/25

Elementær Matematik. Trigonometriske Funktioner

En sumformel eller to - om interferens

VUC Vestsjælland Syd, Slagelse Nr. 1 Institution: Projekt Trigonometri

Projekt 3.3 Linjer og cirkler ved trekanten

Grundlæggende Matematik

Affine transformationer/afbildninger

************************************************************************

Finde midtpunkt. Flisegulv. Lygtepæle

Svar på opgave 322 (September 2015)

Introducerende undervisningsmateriale til Geogebra

Dynamiske konstruktioner med et dynamisk geometriprogram En øvelsessamling

Beregning til brug for opmåling, udfoldning og konstruktion

1.1.1 Første trin. Læg mærke til at linjestykket CP ikke er en cirkelbue; det skyldes at det ligger på en diameter, idet = 210

Kalkulus 1 - Opgaver. Anne Ryelund, Anders Friis og Mads Friis. 20. januar 2015

Produkter af vektorer i 2 dimensioner. Peter Harremoës Niels Brock

Lærereksemplar. Kun til lærerbrug GEOMETRI 89. Kopiering er u-økonomisk og forbudt til erhvervsformål.

M A T E M A T I K. # e z. # a. # e x. # e y A U E R B A C H M I K E. a z. a x

Undersøgelser af trekanter

Matricer og lineære ligningssystemer

Afstandsformlen og Cirklens Ligning

Algebra INTRO. I kapitlet arbejdes med følgende centrale matematiske begreber:

Matematik 2011/2012 Skovbo Efterskole Trigonometri. Trigonometri

Komplekse tal og algebraens fundamentalsætning.

Additionsformlerne. Frank Villa. 19. august 2012

Årsplan matematik 8. klasse

Projekt 1.4 Tagrendeproblemet en instruktiv øvelse i modellering med IT.

MODELSÆT 2; MATEMATIK TIL LÆREREKSAMEN

Pythagoras og andre sætninger

Thomas Bugge "De første grunde til Regning, Geometrie, Plan-Trigonometrie og Landmaaling". Kiøbenhavn Andet Kapitel.

Problemløsning i retvinklede trekanter

A U E R B A C H M I K E # e z. a z. # a. # e x. # e y. a x

Opgaver hørende til undervisningsmateriale om Herons formel

Pythagoras Ensvinklede trekanter Trigonometri. Helle Fjord Morten Graae Kim Lorentzen Kristine Møller-Nielsen

Forslag til løsning af Opgaver til analytisk geometri (side 338)

Om ensvinklede og ligedannede trekanter

Opgave 1 Til denne opgave anvendes bilag 1.

5: Trigonometri Den del af matematik, der beskæftiger sig med figurer og deres egenskaber, kaldes for geometri. Selve

Transformationsgeometri: Inversion. Kirsten Rosenkilde, august Inversion

Den mundtlige prøve i matematik og forenklede Fælles Mål Odense 20. April 2015

DesignMat Komplekse tal

Ligningsløsning som det at løse gåder

Kapitel 2 Tal og variable

t a l e n t c a m p d k Matematik Intro Mads Friis, stud.scient 7. november 2015 Slide 1/25

Matematikkens metoder illustreret med eksempler fra ligningernes historie. Jessica Carter Institut for Matematik og Datalogi, SDU 12.

cvbnmrtyuiopasdfghjklæøzxcvbnmq wertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqw ertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwer tyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwerty

Foreløbig udgave af læringsmål til: Kapitel 1 Regn med store tal Fælles Mål Læringsmål Forslag til tegn på læring

Geogebra Begynder Ku rsus

Navn: Klasse: HTx1A Opgaver: 067, 068, 069, 070, 071, 072, 073 & 074 Afleveringsdato:

Papirfoldning. en matematisk undersøgelse til brug i din undervisning.

Differentialkvotient af cosinus og sinus

User s guide til cosinus og sinusrelationen

1 Oversigt I. 1.1 Poincaré modellen

Elevark Niveau 2 - Side 1

Komplekse tal. Jan Scholtyßek

Eleven kan handle med overblik i sammensatte situationer med matematik. Eleven kan anvende rationale tal og variable i beskrivelser og beregninger

GUX Matematik Niveau B prøveform b Vejledende sæt 2

Parameterkurver. Et eksempel på en rapport

Descartes broen mellem geometri og algebra

Noter til læreren side 1 I Trinmål for faget matematik står der bl.a.

Det er en af de hyppigst forekommende udregninger i den elementære talbehandling at beregne gennemsnit eller middeltal af en række tal.

Besvarelse af stx_081_matb 1. Opgave 2. Opgave 1 2. Ib Michelsen, 2z Side B_081. Reducer + + = + + = Værdien af

Projekt Beholderkonstruktion. Matematik - A

Uge 6 Store Dag. Opgaver til OPGAVER 1. Opgave 1 Udregning af determinant. Håndregning Der er givet matricen A =

Transkript:

Et af de helt store videnskabelige projekter i 1700-tallets Danmark var kortlægningen af Danmark. Projektet blev varetaget af Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab og løb over en periode på et halvt århundrede fra omkring 1757. I 1768 ansætter selskabet Caspar Wessel som geodætisk assistent, og det var i den forbindelse han beskrev nødvendigheden af at udvide talrækken med det, som vi i dag kalder de komplekse tal. Caspar Wessel beskriver sin teori i Om Directionens analytiske Betegning, et Forøg, anvendt fornemmelig til plane og sphæriske Polygoners Opløsning, som kan læses i originaludgaven (gotisk skrift) på det norske Nasjonalbiblioteket i Oslo. Du kan se den her. Man kan med besvær stave sig igennem teksten, men heldigvis findes der også en transskribering af teksten gengivet med latinske bogstaver, og vi vil arbejde med et uddrag af denne tekst, som kan findes her. Caspar Wessels problem var, at han ville regne med linjestykker som var det tal ikke kun med længder, men også med retninger! Hvis vi ser på en tallinje, så kan vi betragte tallet +, som det linjestykke, der har længden og retningen 0, mens kan betragtes som det linjestykke, der har længden og retningen 180, som vist på figuren. Men hvad med det linjestykke som har længden og retningen 45? Caspar Wessel havde jo brug for at kunne dreje linjestykker i alle mulige retninger i sine trianguleringer. Han havde brug for at kunne udføre de sædvanlige regneoperationer med linjestykker, som om de var tal, og han indførte derfor en slags todimensionale tal bestemt ved en længde og en retning. Disse tal svarer til det, vi i dag kalder de komplekse tal. Bemærk, at der er tale om en udvidelse af de reelle tal og ikke et nyt talsystem, fordi de reelle tal jo bare svarer til alle de komplekse tal, der har retningen 0 eller 180. Caspar Wessel beskriver addition af disse todimensionale tal geometrisk (se s. 9 i Om Directionens analytiske Betegning ): To rette linjer adderes, naa man først føier dem sammen, saaledes at den ene begynder, hvor den anden slipper, derefter drager fra de sammenføiedes første til sidste Punct en ret Linje og antager saa denne for de sammenføiedes Sum. Øvelse 1 Omskriv Caspar Wessels formulering til naturligt sprog. På figuren nedenfor ses tallene (blå) og 4 (rød), som har længden hhv. 4 og begge retningen 0. Summen 4er så bestemt ved det linjestykke (blå), der går fra det første linjestykkes startpunkt til det andet linjestykkes slutpunkt (linjestykkerne lægges altså blot i forlængelse af hinanden), og vi får en linjestykke med længde 6 og retning 0, dvs. retningen bevares, mens længden bliver summen af de to tals længder: 1

Øvelse Udfør følgende additionerne 1 4 og 3 5 efter Caspar Wessels metode, idet du konstruerer tallene (linjestykkerne) og summen i et dynamisk geometriprogram (eller på et stykke kvadreret papir). Øvelse 3 Subtraktion beskriver Caspar Wessel som en naturlig forlængelse af addition s. 9 i Om Directionens analytiske Betegning. Find selv afsnittet og omformuler til almindeligt sprog, og forklar hvordan subtraktionen 5 3 kan illustreres således, idet vi konstruerer linjestykkerne med pile, der viser tallets retning: Men hvad så med tal, der har en anden retning end 0 og 180? Øvelse 4 Caspar Wessel beskriver i disse tilfælde summen ved hjælp at en trekant: Ligeledes naar en Triangels ene Side strækker sig fra a til b, og den anden fra b til c, maa den tredje fra a til c og ab bc have samme Betydning, eller ac ab bc ba bc, dersom ba er det modsatte af ab. Benyt nedenstående figur (eller konstruer en selv) til at forklare ovenstående: Øvelse 5 Længere nede i afsnittet skriver Caspar Wessel om betydningen af tegnet + i hans teori. ba 1 Find dette afsnit, og forklar hans beregning: ab ab.

Øvelse 6 Når der er tale om en udvidelse af de reelle tal, så skal alle de sædvanlige regneregler jo gælde. Dvs. når man lægger tal sammen, så skal rækkefølgen være lige gyldig: ab bc bc ab. a) Vis ved konstruktion i et dynamisk geometriprogram, at dette gælder, når addition beskrives som ovenfor: Konstruer to tal (linjestykker) som på figuren ovenfor med en tilfældig længde og retning, idet de lægges i forlængelse af hinanden på to forskellige måder ab bc og bc ab, og vis at ac ab bc bc ab. Man skal jo også kunne lægge flere tal sammen uden at tage hensyn til rækkefølgen. b) Konstruer en firkant abcd og argumenter for, at ad ( ab bc) cd ab ( bc cd ). Da subtraktion jo bare er et specialtilfælde af addition gik Caspar Wessel hurtigt hen over dette. Multiplikation af to tal var en noget større udfordring for Caspar Wessel. For overskuelighedens skyld vil vi nu benytte en anden notation, og lade z og w være to komplekse tal. Resultatet af multiplikationen zw bestemte han som det linjestykke, hvis længde svarer til de to linjestykkers længder ganget sammen og, hvis retning svarer til de to linjestykkers retninger lagt sammen: Øvelse 7 Benyt et dynamisk geometriprogram til at konstruere eksempler på Caspar Wessels multiplikation: a) Konstruer to tal (linjestykker) z og w med samme startpunkt og med tilfældig længde og retning. b) Mål hver af de to tals længde og retning. c) Konstruer nu summen af de to tal: z w, dvs. et linjestykke med længden svarende til de to linjestykkers længde ganget sammen og en retning svarende til summen af de to linjestykkers retninger. 3

d) Benyt din konstruktion til at udføre beregninger svarende til at gange to tal (linjestykker med retning) sammen, idet du ændrer på længde og retning af de to tal (linjestykker) z og w. Caspar Wessels næste udfordring var at generalisere den geometriske beskrivelse til en algebraisk beskrivelse, dvs. han skulle beskrive et algebraisk udtryk for et komplekst tal med en vilkårlig længde. Han beskrev dette i 3 trin: 1. Indførelse af en ny enhed. Algebraisk udtryk for et komplekst tal med længden 1 3. Algebraisk udtryk for et komplekst tal med vilkårlig længde Ad 1. Caspar Wessel indfører en ny enhed, som skal måle udstrækning vinkelret på den sædvanlige tallinje: Hermed får tallet +1 retningen 0 og tallet får retningen 90. Øvelse 8 Hvad bliver retningen for tallene 1 og? Øvelse 9 Med udgangspunkt i beskrivelsen af multiplikation, angiver Caspar Wessel så retningerne af produkterne af enhederne. Udfyld resten af tabellen nedenfor: Produkt Samme retning som tallet : Forklaring ( 1) ( 1) 1 0 0 0 ( 1) ( 1) ( 1) ( 1) 0 90 90 ( ) ( ) 1 90 90 180 ( ) ( ) ( ) ( ) Heraf konkluderer Caspar Wessel så det helt særlige, at 1, fordi der ifølge tabellen gælder at 1. 4

Ad ) For at beskrive et komplekst tal med længden 1 med et udtryk, hvori den nye enhed indgår, benytter Caspar Wessel en enhedscirkel. Han lader det komplekse tal være linjestykket, der går fra cirklens centrum ud til cirklens periferi, hvorved det sikres at tallet har længden 1: Han indfører herefter cosinus og sinus til en buelængde (som vi kender det for den tilsvarende centervinkel), som de tal (linjestykker), der er vist på figuren: 5

Øvelse 10 Vis ved hjælp af enhedscirklen og tabellen ovenfor, at der må gælde, at sin(90 ) 1. Han lader så v betegne en given vinkel og betragter tallet (linjestykket) med længden svarende til sin( v) og retningen 0. Tallet er jo det komplekse tal med længde 1 og retning 90, og derud fra danner han tallet sin( v), som jo er et produkt af de to komplekse tal sin( v ) og. Tallet sin( v) får da retningen 90 og længden sin( v ), og det beskriver således sinus til vinklen v både mht. længde og retning. Øvelse 11 Vis ved anvendelse af Caspar Wessels multiplikation, at tallet sin( v) får retningen 90 og længden sin( v ). Han får således beskrevet et vilkårligt komplekst tal med længden 1 og retning v ved summen cos( v) sin( v) : Øvelse 1 a) Forklar ved hjælp af Caspar Wessels addition, hvordan summen cos( v) sin( v) fremkommer. Lad nu et andet komplekst tal med længden 1 og retningen u være beskrevet ved cos( u) sin( u). b) Hvad bliver så længden og retningen for produktet ad de to tal: cos( v) sin( v) cos( u) sin( u)? Ad 3) Han mangler nu bare en algebraisk beskrivelse af et komplekst tal med en vilkårlig længde. Han tager udgangspunkt i tallet cos( v) sin( v), som jo svarer til en radius (linjestykke), som danner en vinkel på v med den positive reelle akse. Han slutter deraf, at tallet r cos( v) r sin( v) må beskrive en radius (linjestykke), som danner en vinkel på v med den positive reelle akse i en cirkel med radius r, fordi når kateterne i en retvinklet trekant bliver r større, så bliver hypotenusen også r større, mens vinklerne bevares: 6

Øvelse 13 Hvordan kan du argumentere for, at når kateterne i en retvinklet trekant bliver r større, så bliver hypotenusen også r større, mens vinklerne bevares? Hermed har han beskrevet et vilkårligt komplekst tal med et algebraisk udtryk. Herefter viser han, at man kan gange to komplekse tal på formen a flerleddede parenteser sammen, når vi regner med reelle tal. b, ligesom vi normal ganger Øvelse 14 a) Læs første afsnit af 10 s. 14, og opskriv sætningen i naturligt sprog. Benyt følgende gloseliste: Directe Linjer: Komplekse tal med retning 0. Indirecte Linjer: Komplekse tal med retning forskellig fra 0. Den absolute Unitet: Enheden på den reelle akse. Afvigning fra den absolute Unitet: Retningen af tallet (målt i forhold til den reelle akse). I andet afsnit gennemføres beviset ved brug af nogle særlige egenskaber ved sinus og cosinus, som er ret abstrakte. b) Vis i stedet, at Caspar Wessels faktisk har ret, idet du udregner a b c d ac bd ( ad bc) ved blot at gange parenteserne sammen, som der var tale om reelle tal, og udnytte, at 1. 7