Paradokser og Opgaver

Relaterede dokumenter
er et helt tal. n 2 AB CD AC BD (b) Vis, at tangenterne fra C til de omskrevne cirkler for trekanterne ACD og BCD står vinkelret på hinanden.

Paradokser og Opgaver

Paradokser og Opgaver

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

Opgave Firkantet E F. Opgave Trekantet

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

Transformationsgeometri: Inversion. Kirsten Rosenkilde, august Inversion

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

1 Trekantens linjer. 1.1 Medianer En median er en linje i en trekant der forbinder en vinkelspids med midtpunktet af modstående side.

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

Trekants- beregning for hf

Matematik 2011/2012 Skovbo Efterskole Trigonometri. Trigonometri

Om ensvinklede og ligedannede trekanter

Sorø Opgaver, geometri

Finde midtpunkt. Flisegulv. Lygtepæle

Retningslinjer for bedømmelsen. Georg Mohr-Konkurrencen runde

1 Oversigt I. 1.1 Poincaré modellen

geometri trin 2 brikkerne til regning & matematik preben bernitt

TALTEORI Wilsons sætning og Euler-Fermats sætning.

Tip til 1. runde af Georg Mohr-Konkurrencen. Geometri. Georg Mohr-Konkurrencen

Affine transformationer/afbildninger

Paradokser og opgaver Gamma 146 Opgave { Kombinatorik Lad p n (k) vre antallet af permutationer af n elementer med netop k xpunkter. Vis formlen Opgav

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

Rettevejledning til Georg Mohr-Konkurrencen runde

Geometri Følgende forkortelser anvendes:

GeomeTricks Windows version

Projekt 2.4 Euklids konstruktion af femkanten

Elevark Niveau 2 - Side 1

brikkerne til regning & matematik geometri F+E+D preben bernitt

Retningslinjer for bedømmelsen. Georg Mohr-Konkurrencen runde

Tip til 1. runde af Georg Mohr-Konkurrencen Geometri

Talteoriopgaver Træningsophold ved Sorø Akademi 2007

Bjørn Grøn. Euklids konstruktion af femkanten

*HRPHWUL PHG *HRPH7ULFNV. - et fundament af erfaringer - et arbejde med undersøgelser og overvejelser

Geometriske eksperimenter

Konstruktion. d: En cirkel med diameter 7,4 cm. e: En trekant med grundlinie på 9,6 cm og højde på 5,2 cm. (Der er mange muligheder)

Talteori. Teori og problemløsning. Indhold. Talteori - Teori og problemløsning, marts 2014, Kirsten Rosenkilde.

Opgaver. Kapitel 1 fra Bogen. Georg Mohr-Konkurrencens vinderseminar 1. udgave 2. oplag 2007

Mødet. 6 Geometri. Begreb Eksempel Navn. Parallel. Vinkelret. Linjestykke. Polygon. Cirkelperiferi. Midtpunkt. Linje. Diagonal. Radius.

Baltic Way opgavesæt Sorø 2005 Løsninger

Projekt 3.3 Linjer og cirkler ved trekanten

hvor 2 < p 1 < p 2 < < p k, er G s orden φ(n) = (p 1 1)p e 1 1

Forslag til løsning af Opgaver til afsnittet om de naturlige tal (side 80)

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

Matematik. Meteriske system

Talteori. Teori og problemløsning. Indhold. Talteori - Teori og problemløsning, august 2013, Kirsten Rosenkilde.

1 Geometri & trigonometri

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

1 Trekantens linjer. Indhold

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

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

Undersøgelser af trekanter

Løsningsforslag til Geometri klasse

Undervisningen skal lede frem mod, at eleverne har tilegnet sig kundskaber og færdigheder, der sætter dem i stand til i arbejdet med geometri at:

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

Allan C. Malmberg Matematik i glimt For elever med særlig interesse og evne for faget INFA 2006 Allan C. Malmberg

GeoGebra. Tegn følgende i Geogebra. Indsæt tegningen fra geogebra. 1. Indsæt punkterne: (2,3) (-2, 4) (-3, -4,5)

Tegning. Arbejdstegning og isometrisk tegning Ligedannede figurer Målestoksforhold Konstruktion Perspektivtegning. 1 Tegn fra tre synsvinkler

På opdagelse i GeoGebra

Eksempel på den aksiomatisk deduktive metode

Svar på opgave 270 (Maj 2010)

Geometriske konstruktioner: Ovaler og det gyldne snit

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

TALTEORI Ligninger og det der ligner.

Geometri med Geometer I

Geometrisk tegning - Facitliste

Værktøjskasse til analytisk Geometri

Tidsskrift for fysik Forår 2008 Nr. 149

Værktøjskasse til analytisk Geometri

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

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

Svar på opgave 322 (September 2015)

bruge en formel-samling

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

Geometriopgaver. Pladeudfoldning Geometriopgaver - 1 -

2. Gruppen af primiske restklasser.

Trigonometri. for 9. klasse. Geert Cederkvist

Svar på opgave 337 (Februar 2017) ny version d. 21/3-2017

STUDENTEREKSAMEN MAJ-JUNI MATEMATISK LINJE 2-ÅRIGT FORLØB TIL B-NIVEAU MATEMATIK DELPRØVEN UDEN HJÆLPEMIDLER

Ib Michelsen: Matematik C, Geometri 2011, Euklid Version G:\_nyBog\1-3-euklid\nyEuclid4.odt Sidetal starter med 65

Forslag til løsning af Opgaver om areal (side296)

ØVEHÆFTE FOR MATEMATIK C GEOMETRI

Retningslinjer for bedømmelsen. Georg Mohr-Konkurrencen runde

Projekt 1.4 Tagrendeproblemet en instruktiv øvelse i modellering med IT.

Korncirkler og matematik

GEOMETRI og TRIGONOMETRI del 2

Forslag til løsninger til opgaver i. Matematik En grundbog for lærerstuderende

Blandede opgaver x-klasserne Gammel Hellerup Gymnasium

Matematik. Kompendium i faget. Tømrerafdelingen. 1. Hovedforløb. a 2 = b 2 + c 2 2 b c cos A. cos A = b 2 + c 2 - a 2 2 b c

Hvad er matematik? C, i-bog ISBN

GEOMETRI og TRIGONOMETRI del 1

GEOMETRI. Generelt om vinkler. Notation for vinkler: u, A, BAC. Topvinkler er lige store, x = y

Blandede opgaver x-klasserne Gammel Hellerup Gymnasium

ØVEHÆFTE FOR MATEMATIK C GEOMETRI

Opgaver hørende til undervisningsmateriale om Herons formel

Facitliste til elevbog

Vektorer og lineær regression

Matematisk induktion

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

Transkript:

Paradokser og Opgaver Mogens Esrom Larsen Vi modtager meget gerne læserbesvarelser af opgaverne, samt forslag til nye opgaver enten per mail (gamma@nbi.dk) eller per almindelig post (se adresse på bagsiden). Første indsendte, korrekte løsning til en af de stillede opgaver bringes i næste nummer af Gamma. Opgave Firkantet D E F A C B Lad C være et vilkårligt punkt på liniestykket AB mellem A og B, og tegn halvcirkler til samme side over diametrene AB, AC og CB. Lad D være det punkt på halvcirklen AB, der har CD vinkelret på AB, og lad EF være fællestangenten til de to små halvcirkler. 36 Vis, at ECF D er et rektangel.

Gamma 149 Paradokser og opgaver Opgave Trekantet A F E B D C Trekanten ABC er ligebenet med AB = AC, D er midtpunktet på BC, E på AC er det punkt, hvor ED er vinkelret på AC og F er midtpunktet af DE. Vis, at AF står vinkelret på BE. Opgave Kvadratisk n er et helt tal, så 2n+1 er et kvadrattal. Vis, n+1 er sum af to sukcessive kvadrattal. Svar Heltalligt Bestem alle hele tal, n > 1, for hvilke 2n +1 n er et helt tal. 2 Det er klart, at tallet n = 3 har egenskaben (1). Jeg påstår, at det er det eneste tal n > 1 med denne egenskab. Beviset består af følgende trin: (i) Hvis n har egenskaben (1), er n ulige. (ii) Hvis n har egenskaben (1), har n også egenskaben n 2 n + 1 (2) (iii) Hvis n har egenskaben (2), og p er den største primtalsdivisor i n, gælder n 2 n/p + 1. 37

Paradokser og opgaver Gamma 149 (iv) Hvis n har egenskaben (2), og p er den største primtalsdivisor i n, har tallet n/p egenskaben (2). (v) Hvis n har egenskaben (2), er n delelig med 3, og hvis n > 3, er n deleligt med 3 2. item(vi) Hvis n er delelig med 3 2, har n ikke egenskaben (1). Påstanden følger let af (i) (vi). Bevis for (i): Da 2 n + 1 er ulige, må n være ulige. Bevis for (ii): Klart. Bevis for (iii): Betragt den multiplikative gruppe G bestående af de restklasser modulo n, som er primiske med n. Hvis n har primfaktoropløsningen n = p e 1 1 p e 2 2 p e k k, hvor 2 < p 1 < p 2 < < p k, er G s orden og altså har vi φ(n) = (p 1 1)p e 1 1 1 (p 2 1)p e 2 1 2 (p k 1)p e k 1 k, 2 φ(n) = 1 i G. Ifølge (2) er 2 n = 1 i G, og altså 2 2n = 1 i G. Lad o betegne ordenen af 2 s restklasse i gruppen G. Så er o divisor i såvel φ(n) som 2n. Da p k kun forekommer i potensen e k 1, forekommer p k højst i potensen e k 1 i o s primfaktoropløsning, og da o er divisor i 2n, er o divisor i 2p e 1 1 p e 2 2 p e k 1 k. Da p k er ulige, følger heraf, at o er divisor i p e 1 1 p e 2 Da 2 pe 1 1 pe 2 2 pe k 1 k (p k 1) = 1 i G. n/p k = p e 1 1 p e 2 2 p e k 1 k = n p e 1 1 p e 2 2 p e k 1 k (p k 1) 2 p e k 1, og altså at k er 2 n/p k = 2 n 2 pe 1 1 pe 2 2 pe k 1 k (p k 1) = 1 i G, 38

Gamma 149 Paradokser og opgaver som påstået. Bevis for (iv): En umiddelbar følge af (iii). Bevis for (v): Ved brug af (iv) kan vi successivt fjerne primfaktorer i n, indtil vi ender med en divisor d af formen d = p(= p 1 ), og med egenskaben (2). Ved at bruge (iii) med n erstattet af p fås p 2 p/p + 1 = 3, og altså p = 3. Hvis n > 3, udfører vi den samme proces (at fjerne primfaktorer), men nu standser vi, når der er to primfaktorer i d, altså ved en divisor d i n af formen 3d, og med egenskaben (2). Nu bruger vi (iii) med n erstattet af d, og får og altså d = 3 2. 3p 2 3p/p + 1 = 9, Bevis for (vi): Vi viser først, at der for ethvert positivt helt tal k gælder, at 2 3k + 1 kan skrives 2 3k + 1 = (3m + 1)3 k+1, hvor m er et helt tal. Beviset føres ved induktion. Påstanden er opfyldt for k = 1 med m = 0, så lad os antage, at den er opfyldt for k, og lad os se på som udregnes til 2 3k+1 + 1 = ((3m + 1)3 k+1 1) 3 + 1, ((3m + 1)3 k+1 ) 3 3((3m + 1)3 k+1 ) 2 + 3(3m + 1)3 k+1, der har den ønskede form. Lad nu n være et ulige tal, som er deleligt med 3 2 (tilfældet n lige er uinteressant ifølge (i)), og lad os skrive n på formen n = 3 k u, hvor k 2 og u er et ulige tal, som ikke er deleligt med 3. 39

Paradokser og opgaver Gamma 149 Så er 2 n + 1 = ((3m + 1)3 k+1 1) u + 1 = u j=1 u ( 1) u j ((3m + 1)3 k+1 ) j. j Her er alle led undtagen leddet svarende til j = 1 delelige med 3 2k, men så er 2 n + 1 ikke deleligt med 3 2k, og derfor heller ikke med n 2. Svar Trekantet I en spidsvinklet trekant ABC skærer vinkelhalveringslinien fra A siden BC i punktet L og den omskrevne cirkel i punktet N. Fra punktet L nedfældes de vinkelrette på AB og AC, fodpunkterne kaldes hhv. K og M. Vis, at firkanten AKNM har samme areal som trekanten ABC. A M K L Q B C P N Længden af et linjestykke, fx BN, betegnes BN og arealet af en polygon, fx AKNM, betegnes AKN M. Da BAN = N AC, er BN = NC, og altså BN = CN. Fra punktet N nedfældes de vinkelrette på AB og AC; fodpunkterne kaldes hhv. P og Q. Af symmetrigrunde er KL = LM og P N = NQ. I de retvinklede trekanter P BN og QCN er P N = QN og BN = CN, og altså har vi også P B = QC. I de to trekanter LBP og LCQ er grundlinierne BP og CQ lige lange, og da højderne LK og LM også er lige lange, er LBP = LCQ. Da linjerne KL og P N er parallelle er KP L = KNL, og analogt er LQM = LNM (iøvrigt er trekanterne KP L og MQL kongruente, og det samme gælder KN L og M N L, men det får vi ikke brug for). 40

Gamma 149 Paradokser og opgaver Af antagelsen om, at ABC er spidsvinklet, følger let, at punkterne K og M ligger i det indre af siderne AB og AC. For bestemtheds skyld antages det, at B > C (tilfældet B = C er let). Da NBA = NBC + B = A 2 + B A + B + C > = π 2 2, ligger fodpunktet P på AB s forlængelse, og på den anden side ses Q at ligge på liniestykket AC mellem M og C. Vi har så Svar Retvinklet ABC = AKL + KBL + ALM + LCM = AKL + KP L BP L + ALM + LQM LCQ = AKL + KNL + ALM + LNM = AKNM QED. ABC er retvinklet med den rette vinkel i A. Lad D være fodpunktet for højden fra A. Linien gennem centrene for de indskrevne cirkler i trekanterne ABD og ACD skærer siderne AB og AC i hhv. K og L. Vis at arealet af AKL er højst halvt så meget som arealet af ABC. B E = K F D H Q A G = L Lad AF E være billedet af ABD ved spejlingen i halveringslinjen for BAD, og lad AHG Af symmetrigrunde er den indskrevne cirkel for ABD også indskrevet i AF E, og den indskrevne cirkel for ACD også indskrevet i AHG. C 41

Paradokser og opgaver Gamma 149 Da AE = AG, er AE og AG sider i et kvadrat AEQG, hvis fjerde vinkelspids Q er skæringspunktet mellem de to linjer, der indeholder linjestykkerne EF og GH. Da diagonalen EG halverer vinklerne AEF og AGH, ligger centrene for begge de betragtede indskrevne cirkler på EG, og altså er E = K og G = L. Da kvadratet AEQG er indeholdt i polygonen AEF HG, er ABC = AEF + AGH AEQG = 2 AEG, som påstået. Det ses, lighedstegnet gælder, hvis og kun hvis AB = AC. Svar Begge dele Lad D være et punkt inden i en spidsvinklet trekant, ABC, sådan at ADB = ACB + 90 og AC BD = AD BC (a) Beregn værdien af forholdet AB CD AC BD (b) Vis, at tangenterne fra C til de omskrevne cirkler for trekanterne ACD og BCD står vinkelret på hinanden. Lad K være et vilkårligt punkt på linien CD udenfor C. Vinklerne ved D opfylder, at ADK = CAD+ ACD og BDK = CBD+ BCD. Lægger vi dem sammen, får vi ADB = CAD + CBD + ACB. Sammen med første betingelse i opgaven giver det Denne ligning er nøglen til opgavens løsning. CAD + CBD = 90. (1) 42

Gamma 149 Paradokser og opgaver C E D B A K (a) Der tegnes en retvinklet trekant, BCE, med E udenfor ABC, så BCE CAD. Så er og CAD = CBE, ACD = BCE (2) AD AC = BE BC, CA CB = CD CE Den anden ligning i (2) medfører, at ACB = DCE; dette, kombineret med den anden ligning i (3) viser, at trekanten ABC er ensvinklet med DEC, og derfor, at AB AC = DE DC, (4) Den første ligning i (2) sammen med formel (1) giver (3) DBE = CBD + CBE = CBD + CAD = 90. Endelig følger af første ligning i (3) og den anden betingelse i opgaven (AC BD = AD BC), at BD = BE. Derfor er DBE en ligebenet retvinklet trekant, og altså er DE = 2 BD. Indsættes dette i formel (4), får vi resultatet i (a): AB CD AC BD = 2. 43

Paradokser og opgaver Gamma 149 C X E Y A D K (b) Betragt de omskrevne cirkler om trekanterne ACD og BCD. Lad CX være tangenten til den første cirkel i C og lad CY være tangenten til den anden cirkel i C (X og Y er punkter på tangenterne). Så er DCX = CAD og DCY = CBD. Derfor er ifølge (1) DCX + DCY = 90. Og da CD ligger inden for vinklen dannet af CX og CY, slutter vi, at de to tangenter står vinkelret på hinanden. Svar Elementært Lad n være et positivt helt tal og lad A 1, A 2,..., A 2n+1 være delmængder af en mængde, B. Antag, at (a) hver mængde A i har netop 2n elementer, (b) hver fællesmængde A i A j, i j, har præcis ét element, (c) hvert element i B ligger i mindst to af mængderne A i. For hvilke værdier af n kan man give hvert element i B en værdi, 0 eller 1, sådan at hver mængde A i har nøjagtig n elementer af værdi 0? Vi viser først, at betingelsen (c) kan skærpes til følgende: (d) hvert element i B ligger i netop to af mængderne A i. Antag, at et element, x 0 ligger i de tre mængder, A k, A l og A m. Fjern m fra mængden {1, 2,, 2n+1}; tilbage er en mængde M af 2n elementer. Til hveret j M tilegnes det element i A m, der tillige ligger i A j ; der er kun et sådant element ifølge (b). Lad os kalde det g(j); så er specielt g(k) = x 0 og g(l) = x 0. Det følger nu af (c) at funktionen g afbilder M på A m, der jo også har netop 2n elementer, (a). Derfor er g bijektiv, en modstrid. 44 B

Gamma 149 Paradokser og opgaver Vi kan tælle det samlede antal elementer af værdi 0 ved successivt at gennemløbe de 2n + 1 mængder, A i, og i hver af dem registrere de elementer af værdi 0, som vi støder på. Det giver ialt (2n + 1)n elementer af værdi 0, men da hvert af dem ligger i 2 af mængderne A i, bliver hvert af dem talt med 2 gange, og altså må antallet (2n + 1)n være lige, dvs n må være lige. Jeg vil omvendt vise, at hvis n er lige, så er det muligt at give elementerne i B værdierne 0 og 1 sådan, at hver mængde A i indeholder n elementer af værdi 0. Dertil definerer vi en afstand d på mængden {1, 2,, 2n + 1} ved d(i, j) = min{ i j, 2n + 1 i j } (det er let at se, men i realiteten uvigtigt, at d faktisk er en metrik). Lad nu b B være givet, og lad i og j i være bestemt således, at b A i A j. Så tilskriver vi b værdien 0, hvis og kun hvis d(i, j) n/2. Denne fordeling opfylder, at hver mængde, A i har netop n elementer af værdi 0. Det er lettest at overskue, hvis problemstillingen anskueliggøres ved hjælp af en regulær (2n + 1) kant M med vinkelspidser P i, i = 1, 2,, 2n + 1, og B identificeres med mængden af sider og diagonaler i M, medens A i betegner mængden af sider og diagonaler med P i som det ene endepunkt. Den foreslåede tilskrivning af værdierne 0 og 1 svarer til, at elementer i A i, der får værdien 0, er de n korteste linjer, der udgår fra P i. 45

Paradokser og opgaver Gamma 149 46

.