Tal. Vi mener, vi kender og kan bruge følgende talmængder: N : de positive hele tal, Z : de hele tal, Q: de rationale tal.



Relaterede dokumenter
Archimedes Princip. Frank Nasser. 12. april 2011

Euklids algoritme og kædebrøker

Elementær Matematik. Mængder og udsagn

brikkerne til regning & matematik tal og algebra preben bernitt

Eksempel på den aksiomatisk deduktive metode

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

Kapitel 2 Tal og variable

Elementær Matematik. Tal og Algebra

SCT. KNUDS GYMNASIUM KOMPLEKSE TAL. Henrik S. Hansen, version 1.5

Her er et spørgsmål, du måske aldrig har overvejet: kan man finde to trekanter med samme areal?

Matematisk induktion

Grundlæggende Matematik

Matematiske metoder - Opgaver

Noter til Perspektiver i Matematikken

Kompendium i faget. Matematik. Tømrerafdelingen. 2. Hovedforløb. Y = ax 2 + bx + c. (x,y) Svendborg Erhvervsskole Tømrerafdelingen Niels Mark Aagaard

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

Tema: Kvadrattal og matematiske mønstre:

Undersøgelser af trekanter

Afstandsformlen og Cirklens Ligning

Matematik for lærerstuderende klasse Geometri

og til summer af stambrøker. Bemærk: De enkelte brøker kan opskrives på flere måder som summer af stambrøker.

Grundlæggende Matematik

Algebra - Teori og problemløsning

Pythagoras Sætning. Frank Nasser. 20. april 2011

π er irrationel Frank Nasser 10. december 2011

Polynomier. Indhold. Georg Mohr-Konkurrencen. 1 Polynomier 2. 2 Polynomiumsdivision 4. 3 Algebraens fundamentalsætning og rødder 6

Komplekse tal. Jan Scholtyßek

Matematiske metoder - Opgavesæt

Komplekse tal. Mikkel Stouby Petersen 27. februar 2013

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

Grundlæggende matematik

Bjørn Grøn. Euklids konstruktion af femkanten

Undervisningsbeskrivelse

brikkerne til regning & matematik tal og algebra F+E+D preben bernitt

matematikhistorie og dynamisk geometri

Projekt 7.4. Rationale tal brøker og decimaltal

Problemløsning i retvinklede trekanter

Noter om polynomier, Kirsten Rosenkilde, Marts Polynomier

MODELSÆT 2; MATEMATIK TIL LÆREREKSAMEN

F I N N H. K R I S T I A N S E N DET GYLDNE SNIT TES REGNING MED REGNEARK KUGLE SIMULATIONER G Y L D E N D A L LANDMÅLING

Geometriske konstruktioner: Ovaler og det gyldne snit

Introduktion til cosinus, sinus og tangens

DesignMat Komplekse tal

Regning. Mike Vandal Auerbach ( 7) 4x 2 y 2xy 5. 2x + 4 = 3. (x + 3)(2x 1) = 0. (a + b)(a b) a 2 + b 2 2ab.

Pythagoras og andre sætninger

Hvad er matematik? C, i-bog ISBN

OM DET UENDELIGT SMAA OG DET UENDELIGT STORE I MATHEMATIKKEN (FRIT EFTER GEORG BRANDES 1869)

Grundlæggende matematik

Vektorer og lineær regression

Vinkelrette linjer. Frank Villa. 4. november 2014

Appendix 1. Nogle egenskaber ved reelle tal.

Vektorer og lineær regression. Peter Harremoës Niels Brock

Analytisk plangeometri 1

Oprids over grundforløbet i matematik

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

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

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

t a l e n t c a m p d k Matematiske Metoder Anders Friis Anne Ryelund 25. oktober 2014 Slide 1/42

Affine rum. a 1 u 1 + a 2 u 2 + a 3 u 3 = a 1 u 1 + (1 a 1 )( u 2 + a 3. + a 3. u 3 ) 1 a 1. Da a 2

Sansernes og forstandens tvivlsomme brugbarhed

Trigonometri at beregne Trekanter

Kommentarer til den ægyptiske beregning Kommentarer til den ægyptiske beregning... 5

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.

Undervisningsbeskrivelse

Undervisningsbeskrivelse

Enhedscirklen og de trigonometriske Funktioner

SCT. KNUDS GYMNASIUM KOMPLEKSE TAL. Opgaver til noterne kan findes her. PDF. Facit til opgaverne kan findes her. PDF. Henrik S. Hansen, version 3.

Unityskolen Årsplan for Matematik Team 2 (3.-4. klasse)

Undervisningsbeskrivelse

Beregning til brug for opmåling, udfoldning og konstruktion

Projekt 3.7. Pythagoras sætning

Matematik - undervisningsplan

Undervisningsbeskrivelse

Mat H /05 Note 2 10/11-04 Gerd Grubb

Matematikkens mysterier - på et obligatorisk niveau. 1. Basis

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

Projekt 2.1: Parabolantenner og parabelsyning

Årsplan i matematik klasse

Matematik Delmål og slutmål

Oversigt over undervisningen i matematik - 1x 04/05

Undervisningsbeskrivelse

Årsplan matematik 8. klasse

Ligningsløsning som det at løse gåder

Frank Villa. 15. juni 2012

Projekt 2.5 Brændpunkt og ledelinje for parabler

Projekt 2.5 Brændpunkt og ledelinje

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

Projekt 6.7. Beviser for Pythagoras sætning - og konstruktion af animationer

Rettevejledning, FP10, endelig version

Opgave 1. Hvilket af følgende tal er størst? Opgave 2. Hvilket af følgende tal er mindst? Opgave 3. Hvilket af følgende tal er størst?

Affine - et krypteringssystem

ÅRSPLAN MATEMATIK 8. KL SKOLEÅRET 2017/2018

tal og algebra F+E+D brikkerne til regning & matematik preben bernitt

Afstande, skæringer og vinkler i rummet

Trekants- beregning for hf

Cosinusrelationen. Frank Nasser. 11. juli 2011

cvbnmrtyuiopasdfghjklæøzxcvbnmq wertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqw ertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwer tyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwerty

Projekt 7.5 Inkommensurable størrelser i græsk matematik og filosofi

Transkript:

1 Tal Tal kan forekomme os nærmest at være selvfølgelige, umiddelbare og naturgivne. Men det er kun, fordi vi har vænnet os til dem. Som det vil fremgå af vores timer, har de mange overraskende egenskaber og talsystemet rummer et problem så dybt, at det - skønt opdaget i det 6. århundrede før Kristus - først er blevet helt tilfredsstillende løst i slutningen af forrige århundrede. Med de naturlige tal N = {1, 2, 3,... } kan vi tælle. Inden for de naturlige tal kan vi addere og multiplicere. At subtrahere og dividere lader sig gøre i nogle tilfælde, i andre ikke. Vi kan subtrahere 3 fra 18, men ikke 18 fra 3. Vi kan dividere 18 med 3, men ikke 3 med 18. Med indførelsen af 0 og de negative hele tal, kan alle subtraktioner lade sig gøre. Med indførelsen af de rationale tal (mængden af alle brøker med hele tal som tæller og nævner) kan alle divisioner lade sig gøre. Vi mener, vi kender og kan bruge følgende talmængder: N : de positive hele tal, : de hele tal, : de rationale tal. De hele tal omfatter de naturlige tal, og de rationale tal omfatter de hele (og dermed de naturlige) tal. Dette forhold kan illustreres således N Eller med mængdesymboler: N Tallene kan anbringes på en tallinie. De hele tal,, anbringes således, at der overalt er samme afstand mellem et tal og dets efterfølger (det tal, som er 1 større).... O E -3-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7...

2 Hermed har vi til hvert helt tal x udpeget et tilhørende punkt P på tallinien. Tallene kaldes koordinater eller abscisser til de tilhørende punkter. Det midterste af de ovenfor markerede punkter har således koordinaten eller abscissen 2. To af punkterne giver vi specielle navne. O (origo) er punktet med koordinaten 0 og E (enhedspunktet) er punktet med koordinaten 1. Også de rationale tal, som ikke er hele, lader sig let anbringe på tallinien. Til et ethvert rationalt tal (d.v.s. enhver brøk) x hører der altså et punkt P på tallinien med abscissen x. Med brøkerne vil man vel mene, at man har tal nok til at dække hele tallinien. De rationale tal ligger jo overalt tæt, hvilket vil sige, at tager man et vilkårligt sted på tallinien to vilkårligt tæt ved hinanden beliggende rationale tal, så ligger der uendeligt mange rationale tal derimellem. (Og mellem to vilkårlige af disse ligger der igen uendelig mange rationale tal o.s.v.). Og hvis man så påstår, at 1. til ethvert rationalt tal findes et punkt på tallinien, og 2. til ethvert punkt på tallinien findes et rationalt tal, så viser erfaringen, at et flertal i en ganske almindelig gymnasieklasse vil anse begge påstande for selvklare. Pythagoras ca. 530 år f.kr. og hele kredsen af begavede matematikere omkring ham var på linie med jer. Den pythagoræiske skole var nærmest at karakterisere som en religiøs/filosofisk sekt. Og det kan meget vel have været begyndelsen til enden på sektens glansperiode, da man opdagede, at den sidste påstand ikke var rigtig. En gennemgående opfattelse hos dem var nemlig, at (hele) tal og talforhold (rationale tal) var det fundament, hvorpå verden kunne forstås. På det grundlag havde de bl.a. en veludviklet musikteori nøje forbundet med deres verdensrumsforestilling (begrebet "sfærernes musik" stammer herfra). Og så er det jo ikke så godt, at de rationale tal er utilstrækkelige. Til gengæld gav opdagelsen inspiration til de følgende århundreders meget imponerende matematiske indsigt, som i nogen grad gik til grunde sammen med den græske kultur. Først i midten af det forrige århundrede opnåede man en tilsvarende dyb indsigt i talsystemets grundlag og var derfra i stand til at tage endnu et skridt. Som forberedelse til behandlingen af den anden påstand (som altså ikke er sand) anføres følgende hjælpesætninger: For ethvert naturligt tal n gælder at hvis n er lige så er n 2 lige. Bevis: Hvis n N er lige kan n skrives som n = 2m hvor m N. Så er n 2 = (2m) 2 = 4m 2 = 2 2m 2 og da 2m 2 N er n 2 lige. For ethvert naturligt tal n gælder at hvis n er ulige så er n 2 ulige. Bevis: Hvis n N er lige kan n skrives som n = 2m +1 hvor m N. Så er n 2 = (2m +1) 2 = 4m 2 + 4m + 1 = 2 (2m 2 + 2m) + 1 og da 2m 2 + 2m N er n 2 ulige.

3 Omvendt gælder også, at hvis n 2 er lige så er n lige, for vi har jo lige vist, at hvis n er ulige, så er n 2 ulige Tilsvarende gælder, at hvis n 2 er ulige så er n ulige. Pythagoras' læresætning: I en retvinklet trekant er summen af kateternes kvadrater lig med kvadratet på hypotenusen. Vi vil nu give et bevis for at den 2. påstand - at der til ethvert punkt på tallinien findes et rationalt ikke er sandt. Beviset er af den type, man kalder indirekte. De anvendes i følgende situation: Der er præcis to muligheder, hvoraf den ene er rigtig, og den anden er forkert, og det er lettere at argumentere for, at den forkerte mulighed fører til en modstrid, og derfor må forkastes, end det er at give et direkte bevis for rigtige. I et indirekte bevis for en påstand antager man derfor det modsatte af påstanden. Derefter klargør man præmisserne, og man udleder konsekvensen af antagelsen, som klart er i modstrid med præmisserne. Denne modstrid bruges til at forkaste antagelsen. Da den betragtede påstand derfor er den eneste mulighed, betragtes den som vist. Et punkt P på tallinien udpeges, således som det fremgår af figuren. A c 1 O 1 0 1 c = q _ p 2 E P I punktet E oprejses den vinkelrette og et liniestykke EA af længden 1 afsættes. OEA er nu en retvinklet trekant med hypotenusen OA. Med en passer tegnes en cirkel med centrum i O og med OA som radius. Denne cirkel skærer tallinien i et punkt P til højre for E. Ifølge konstruktionen gælder, at OA = OP. Ifølge den anden påstand på må punktet P have en koordinat, som er et rationalt tal c, som altså kan skrives som en brøk. Denne brøk kan angives ved sin uforkortelige udgave p/q. Der gælder altså, at OA = OP = p/q, p/q er uforkortelig og p N og q N.

4 Af Pythagoras læresætning følger OE 2 + EA 2 = OA 2 1 2 + 1 2 = (p/q) 2 2 = p 2 /q 2 2 q 2 = p 2 Heraf følger at p 2 er lige og derfor er p også lige. p kan således skrives som p= 2 m, hvor m N Ved at indsætte 2 m i stedet for p får vi (2 m) 2 = 2 q 2 4 m 2 = 2 q 2 2 m 2 = q 2 Heraf slutter vi, at q 2 er lige og dermed at q er lige. Dermed er både p og q lige. Det betyder at p/q kan forkortes med 2, hvilket er i strid med vores præmis, nemlig at p/q er uforkortelig. Antagelsen er derfor forkert. Dvs. koordinaten til P kan dermed ikke skrives som en brøk. Hvis vi kun kender de rationale tal (som grækerne), så har liniestykket OP ingen længde. OP kan ikke måles med enheden OE. Grækerne udtrykte det ved at kalde liniestykkerne OE og OP inkommensurable. En følge af overvejelserne er endvidere, at en så simpel ligning som x 2 = 2 ikke har nogen løsning. En rational løsning x = p/q betyder, at (p/q) 2 = 2, hvilket jo netop var den ligning, som bragte os i uføre. Det er bemærkelsesværdigt, hvor store konsekvenser dette fik for den antikke græske matematik. Det var jo kun rent principielt, at der manglede noget. I praksis kunne enhver måleopgave og løsninger til enhver andengradsligning jo tilnærmes ubegrænset godt med rationale tal. Men grækerne stræbte netop efter det principielt sande, den ideale verden. Det vil I høre mere om i oldtidskundskab. Men da der således manglede tal til at måle længder af liniestykker, som meget let lod sig konstruere, førte det til, at matematikken udviklede sig på basis af geometri i højere grad end aritmetik. I midten af forrige århundrede lykkedes det imidlertid at få et principielt tilfredsstillende grundlag, hvorpå talsystemet kunne udvides til en talmængde, så også påstand nr. 2 på s. 2. gælder. De manglende tal kaldes de irrationale tal, som sammen med de rationale udgør de reelle tal,.

5 De reelle tal Vores talsystem ser nu således ud - i en udgave, hvor der også er skelnet mellem positive og negative tal 0 N = + + + En vanskelighed ved indførelsen af de reelle tal er, at man i selve definitionen må inddrage et uendelighedsbegreb. Men I har faktisk vænnet jer til uendelige decimalbrøker. (Man kommer ikke langt på en lommeregner, før man opdager, at tallet 2 må kunne skrives som en uendelig decimalbrøk.) Vi kan derfor give en konkret opskrift på, hvordan en løsning til ligningen x 2 = 2 kan angives som en uendelig decimalbrøk. Ved at prøve sig frem kan man indse, at 1,4 er for lille og 1,5 er for stor, fordi 1,4 2 = 1,96 og 1,5 2 = 2,25. Ved igen at prøve sig frem ser man, at 1,41 er for lille og 1,42 er for stor (prøv selv!) Således kan fortsættes i en uendelighed, æh, i princippet altså. Men det er klart, at problemet principielt har en løsning i form af en uendelig decimalbrøk. Løsningen kaldes 2, og når man skriver 2 = 1,414213562373..., så skal de 13 cifre følges af uendelig mange entydigt bestemte cifre. For et hvilket som helst på anden måde udpeget punkt på tallinien kan en tilsvarende metode anvendes, hvoraf ses, at de reelle tal er lig med mængden af decimalbrøker (endelige eller uendelige). Decimalbrøker Det rationale tal p/q kan skrives som en decimalbrøk, som fremkommer ved, at man simpelthen udfører divisionen. 1) Hvis divisionen på et tidspunkt går op, er p/q så skrevet som en endelig decimalbrøk. 2) Hvis divisionen ikke går op, så går den til gengæld ind i en periode. Ved division med p kan man nemlig højst få p 1 forskellige rester (= 0, når divisionen ikke går op). Fra et vist tidspunkt vil man altid trække et 0 ned til placering bag resten. På et tidspunkt får man altså en rest, man har haft før efterfulgt af et 0, hvorefter divisionsproceduren gentager sig selv. p/q kan altså skrives som en uendelig, periodisk decimalbrøk. De rationale tal er lig med mængden af endelige eller uendelige, periodiske decimalbrøker. De irrationale tal \ er lig med mængden af uendelige, ikke-periodiske decimalbrøker. De reelle tal er lig med mængden af decimalbrøker.