2 de juny del 2014

Les tires dels tiris: tancant àrees màximes

"Esglaiada per tot, Dido preparava la seva fugida i la dels seus companys. Se li uniren tots aquells que sentien pel tirà un cruel avorriment o un temor agut. S'emparen d'uns vaixells que casualment estaven quiets i els estiben d'or. Són confiades al mar les riqueses que Pigmalió cobejava: una dona capitaneja l'empresa. Arribaren en aquest país, on ara veuràs sorgir unes enormes muralles i la nova ciutadella de Cartago, un cop adquirit un solar, que d'aquest fet es digué Birsa, tot el que hom podia envoltar amb la pell d'un toro." 
L'Eneida (I-359)

 Amb aquestes paraules el poeta Virgili ens explica, de forma breu, la fugida de la princesa fenícia Dido de la ciutat de Tir acompanyada d'alguns fidels. Arribats a la costa nord d'Àfrica, prop de l'actual Tunísia, va aconseguir que el jerarca local Jarbas li cedís tot el terreny que pogués abastar amb la pell d'un brau. La idea de Dido, segons la llegenda, va ser fer tallar la pell en tires molt primes (que els tiris facin la tira de tires ha de ser d'allò més natural) i lligar-les formant una gran corda. El problema ve ara: quina forma ha de tenir la figura tancada amb la corda per obtenir la màxima àrea?


De vegades tendim a pensar que figures amb un mateix perímetre tindran la mateixa àrea. Però una figura com la que es veu a continuació ens mostra que no és així.
Cercar la figura que amb un mateix perímetre tanca una àrea màxima és una bona investigació per realitzar a l'aula. És una activitat que podem treballar a diferents nivells segons el curs en què la realitzem. El podem "atacar" des del cicle superior de primària fins a batxillerat, segons l'enfocament que li donem.

La seqüència que us proposem comença per estudiar el cas dels triangles, per passar a quadrilàters, pentàgons, polígons regulars... i acaba amb una petita recreació matemàtica.

Mirem la seqüència?

9 de maig del 2014

Girar per guardar els secrets

A l'activitat Missatges secrets del Calaix +ie es mostrava una tècnica criptogràfica de transposició basada en una graella giratòria, però no es proposava cap activitat per a l'aula en el vessant més interessant d'aquest mètode: el disseny de la graella. Intentarem ara pal·liar aquella omissió.

Els algoritmes de transposició es basen a provocar un desordre aparent en les lletres del missatge de forma que, barrejades, formin un text inintel·ligible per a un possible interceptor del missatge. Es tracta de "desordenar ordenadament". El receptor del missatge només ha d'aplicar l'algoritme "desordenador" a la inversa per tornar a deixar el missatge "clar". En general, es considera que són mètodes d'encriptació febles i, normalment, només s'utilitzen combinats amb altres mètodes, és a dir, com a formes de complicar la vida als criptoanalistes ("desxifradors" de missatges).

L'escítala espartana és un dels mètodes de transposició més antics

El mètode que comentem avui es basa en una graella, per exemple de cartolina, que té uns forats i que, girant-la convenientment, ens permet intercanviar missatges encriptats. Veiem un exemple.

En primer lloc hem de disposar una graella clau. Aquesta graella l'han de tenir tant l'emissor com el receptor. Les característiques fonamentals de la graella són les següents:
  • ha de ser un quadrat de n·n caselles i n ha de ser parell
  • ha de tenir tants forats com la quarta part de la quantitat de caselles de la graella
  • en girar-la successivament 90° una mateixa casella no pot quedar dues vegades destapada.
  • totes les caselles han de quedar alguna vegada destapades.



Vols veure com s'utilitza i com crear-ne una graella clau?

6 d’abril del 2014

Ta-Te-Ti boig i Tripos: dues variants del tres en ratlla

El tres en ratlla és, probablement, el joc d'alineació més antic que es coneix. En la versió clàssica "a llapis i paper" sabem que el segon jugador (el que no comença) té sempre la possibilitat de fer taules. En la versió amb fitxes, si no es permet saltar, jugant perfectament guanya el primer i, si es permet el salt, també el segon pot provocar taules. Ara us proposem estudiar dues variants del joc que tenen en comú dues característiques: són sorprenents i relativament fàcils d'analitzar, sobretot la primera. Això les fa molt aptes per treballar-se a classe.
  • El Ta-Te-Ti boig
Aquest joc es pot jugar amb paper i llapis o amb fitxes sobre un tauler de 3x3. L'objectiu, com sempre, és fer "tres en ratlla", alinear tres fitxes d'un mateix color en horitzontal, vertical o diagonal. No hi ha moviment de les fitxes: només té la fase de col·locació. Quan s'han posat les nou fitxes, si ningú n'ha fet tres en ratlla, la partida està acabada. La variant és que cap dels dos jugadors té un color propi, quan li toca pot posar la fitxa del color que vulgui.


Pots practicar amb aquest applet fet amb flash. Clicant sobre la casella successives vegades mostrarà
rodona, creu o torna a quedar en blanc.

Enllaç a l'applet (flash)


  • El tripos
El tauler del joc del Tripos és lleugerament diferent. Les caselles són de tres colors distribuïdes com a un quadrat llatí. L'objectiu torna a ser connectar tres fitxes, però aquesta vegada ha de ser en fila, columna o color; no val el tres en ratlla en diagonal. Un altre canvi important respecte al tres en ratlla normal és que cada jugador disposa de quatre fitxes (al "normal" el primer en té 5) i si, posades les fitxes, no hi ha tres connectades guanya el segon jugador: no hi ha empat.


Pots practicar amb aquest applet (flash)  arrossegant les fitxes.

Enllaç a l'applet (flash)


Vols que analitzem els dos jocs?

2 d’abril del 2014

Triangles d'or

Amb aquest títol apareixia un petit còmic-problema al primer número de la revista Cacumen (febrer 1983, pàgines 20 i 21). És una bona excusa per treballar els nombres triangulars.


El problema és aquest:

"A un castell hi viuen un comte, un majordom i un jardiner.


Una nit el comte torna tot content al castell perquè ha guanyat una petita fortuna en monedes d'or. A la seva habitació munta un "triangle d'or" amb totes les seves monedes.


Quan el comte dorm el majordom entra a robar-li algunes monedes. Per tal que el comte no s'adoni li deixa una quantitat amb la qual encara queda un triangle sencer més petit. Quan arriba a la seva habitació ell mateix veu que pot muntar també un triangle amb les monedes que ha robat.


Tot content es posa a dormir i llavors el jardiner aprofita per entrar a l'habitació del majordom i robar-li algunes monedes, però deixant-li un triangle muntat perquè el furt no sigui descobert. El jardiner descobreix que amb el que ha agafat també pot muntar el seu propi "triangle d'or".


Sabem que aquella nit el comte havia guanyat menys de 300 monedes. Podem esbrinar quina va ser la quantitat exacta?"

Seguim una resolució tot veient possibles idees per treballar a l'aula?

8 de març del 2014

Bitllets, números de sèrie i arrel digital

Els bitllets de qualsevol país tenen uns sistemes de seguretat per lluitar contra les falsificacions. Aquests sistemes s’han anat sofisticant progressivament: marques d’aigua, papers i tintes especials, impressions en relleu, codis de barres amagats, microimpressions, bandes hologràfiques i iridescents... i un llarg etc. Un dels més inútils, però més curiosos és el del número de sèrie dels bitllets. Com a sistema antifalsificacions és inútil perquè és públic, fins i tot per als falsificadors. Però ens dona informació que pot ser interessant i que pot portar a jocs aritmètics a l’aula.

Hologrames dels bitllets

Per estudiar els números de sèrie hem de diferenciar els bitllets antics dels nous. De moment els nous (el dia d'avui) només els trobem en valors de 5 i 10 euros. Els bitllets “antics” tenen una lletra al número de sèrie. Els “nous” en tenen dues. En tots dos casos la primera lletra ens indica el país d'emissió. Si veieu una V s’ha emès des d'Espanya; una S indicarà Itàlia, etc. El número de sèrie té la característica de que ha de donar un residu concret dividint-lo per 9.

Si voleu saber com funciona i mirar idees per a l’aula només cal seguir llegint.

26 de febrer del 2014

Un joc estrella

A la revista NouBiaix apareix des de fa temps (de quan era "Biaix" a seques) una secció a càrrec de Jordi Deulofeu amb el títol Per pensar d'un minut a una hora, títol que continua la sèrie que ja fa molts anys va escriure pel diari La Vanguardia. Al número 33 (octubre 2013) ens proposa un joc d'estratègia per a dos jugadors que permet tenir un tractament interessant a l'aula. És un joc ràpid i de regles senzilles, però en el que l'estratègia no és del tot evident i la seva recerca potser una bona excusa per fer un treball col·laboratiu entre tot el grup classe. Com sempre en aquests tipus de jocs, si el que volem fer són matemàtiques, convé més treballar cooperant que competint.

El tauler de joc és una estrella de cinc puntes sobre la que es col·loquen 10 fitxes.

Cada jugador, alternativament treu una o dues fitxes del tauler tenint en compte que, si en treu dues, aquestes han d'estar "juntes" (unides per un segment sense fitxes interposades o sense cap espai buit). Guanya "qui deixa l'estrella neta", qui agafa l'última fitxa.

Abans de passar a estudiar l'estratègia i veure com es pot treballar a l'aula us convidem que el practiqueu una mica.

Vols estudiar el joc?

2 de desembre del 2013

Un problema de pals que no és un pal de problema

Hi ha problemes que, a primer cop d'ull, no tenen cap gràcia especial, però quan t'hi poses comences a descobrir sorpreses: perquè el repte és més interessant del que inicialment semblava, perquè la solució té aspectes que van contra la teva intuïció o perquè aquesta té algun tret de bellesa, perquè et planteja relacions amb altres problemes coneguts o et deriva a problemes nous, perquè et convida a establir relacions entre diferents àmbits matemàtics com l'àlgebra i la geometria... El problema que presentem ara té totes aquestes virtuts. Apareix al llibre hindú del segle IX Ganita Sara Sangraha del matemàtic jainista Mahavira. També està recollit al Līlāvatī (problemes 157 i 158) de Bhaskara II (segle XII). Jo l'he trobat al llibre Gimnasia mental 2 de Jordi Deulofeu (amic, mestre de mestres i un dels nostres Gardners particulars).


Llegim l'enunciat:


Tenim dos pals rectes de 6 i 4 metres d'alçada, respectivament, i que estan clavats perpendicularment al terra. Col·loquem dos cables perfectament tensats que van des de la base de cadascun dels pals fins a la part superior de l'altre. A quina alçada es creuen els dos cables?



En primera instància sembla que desconèixer la distància entre els pals ens impossibilita el problema, però la realitat és que amb les dades que se'ns donen en tenim prou.

Us animem a resoldre el problema i després continuar llegint, perquè darrere de la solució hi ha tot un camí a seguir.

27 de novembre del 2013

Quadrats greco-llatins: un joc útil a l'experimentació

Els quadrats grecollatins són una recreació clàssica que tenen darrere una història curiosa i interessant i que han transcendit l'àmbit dels jocs matemàtics per ser incorporats en altres territoris com, per exemple, el de l'experimentació científica. I és una història en què apareix un dels grans personatges de la matemàtica: Leonhard Euler que, per una vegada, no la va encertar del tot amb una conjectura. L'explicació que farem seguirà en molt els passos del capítol Enmendando a Euler: el descubrimiento de un cuadrado greco-latino de orden 10, del llibre Nuevos pasatiempos matemáticos de Martin Gardner (del qual, per cert, se celebrarà el centenari l'any vinent).

Comencem per un quadrat més simple: un quadrat llatí.

Cal col·locar les rectangles de color a la quadrícula de forma que a cap fila o columna es repeteixi un color. (A l'applet enllaçat pots arrossegar les peces)
Enllaç a l'applet (flash)

Un quadrat grecollatí afegeix una dificultat. Ara cada peça té dues característiques: el color i la lletra.

Has de col·locar els rectangles de color a la quadrícula de forma que a cap fila o columna es repeteixin un color o una lletra. (A l'applet enllaçat pots arrossegar les peces)

Enllaç a l'applet (flash)

Vols saber més dels quadrats grecollatins i de com són útils a l'experimentació?

21 de novembre del 2013

Vigilant polígons

El llibre de Clara Grima Hasta el infinito y más allá conté un capítol titulat  ¿Por qué no hay un poli en cada sala?, on es presenta el problema del qual parlarem ara. També va ser motiu d'una entrada a un dels seus blogs: Cuántos nos están vigilando. No millorarem el que ella ha escrit, però sí que intentarem plantejar-ho com una possible seqüència didàctica per treballar el problema a l'aula. Som-hi doncs!

Imaginem que tenim una sala, per exemple d'un museu, on hem de situar una persona vigilant, tenint en compte que pot girar sobre si mateix però no desplaçar-se. Si volem podem imaginar-nos un vigilant-mussol capaç de girar el seu cap 360° (imaginar-se la nena de l'exorcista girant el cap és més desagradable) o una càmera que gira sobre un eix.

Si tenim una sala en forma de quadrilàter, com el de l'exemple sota, és indiferent on col·loquem el vigilant. Sempre tindrà tota la sala en el seu camp d'observació, fins i tot posant-se a una cantonada.




Una sala una mica més complexa pot ser més exigent a l'hora de triar el lloc del vigilant, ja que no des de qualsevol lloc la visió és completa.


 




Algunes sales necessitaran, de totes totes, més d'un vigilant, encara que hi hagi zones sobrevigilades.


El problema tracta justament d'això: donada una sala poligonal qualsevol mirar quina és la quantitat de vigilants mínima que calen, on s'han de posar... i fins i tot treballarem un algoritme que ens ajuda a resoldre totes dues qüestions.

Vols estudiar el problema?

3 de novembre del 2013

Tot sumant

En aquesta entrada us proposarem un parell d'exploracions basades en la suma i que són força interessants i entretingudes. La primera, "itineraris en la quadrícula" la recordo d'algun escrit de Fernando Corbalán i la segona, "segells", és de Brian Bolt.

1r problema: itineraris en quadrícula

Comencem pels itineraris. Es tracta de fer un recorregut per una quadrícula de la següent manera:
  • comencem a qualsevol casella posant un 1
  • passem a una casella contigua, en vertical, horitzontal o diagonal, i escrivim el nombre que correspongui a la suma de totes les caselles del voltant, ja toquin per un costat o per un vèrtex.
  • continuem fent un recorregut continu que, sense salts, completi tot el caseller.
L'objectiu és aconseguir el nombre més alt un cop completat el recorregut. Aquí teniu un exemple animat amb un possible itinerari.


2n problema: segells

Imaginem que tenim quatre segells enganxats fent un quadrat de 2x2 amb els següents valors: 1, 1, 2, 5. Agafant els segells d'un en un, de dos en dos (mentre es toquin per un costat), de tres en tres o tots quatre poden fer franquejos des d'1 fins a 9. Ho podem veure a la següent animació.


Amb els valors 1, 2, 4 i 7 potser arribaríem a un nombre més gran, però com es pot veure a l'animació, el valor 5 no el podem obtenir.


El problema consisteix a trobar una distribució numèrica que permeti obtenir els totals successius 1, 2, 3... sense saltar-se'n cap tot arribant al nombre més gran possible.

Explorem els dos problemes?