7 d’octubre del 2015

Un babiloni penjat d'un trapezi (2)

Al maig del curs passat vaig fer una entrada al blog titulada Un babiloni penjat d'un trapezi. Hi plantejava un problema geomètric provinent de l'antiga Mesopotàmia d'aquells que quan te'l mires no té gaire gràcia, però que quan el resols està ple de sorpreses. La resolució que proposàvem es basava en la cerca de triangles semblants i muntar un sistema d'equacions. Però vaig "tirar veus" convidant a buscar solucions més simples i, si era possible, sense tanta àlgebra. I ara, que me n'han arribat dues, les vull compartir amb vosaltres.

Recordem el problema: "Quina és la longitud del segment paral·lel a les bases d'un trapezi isòsceles que el divideix en dues parts amb la mateixa àrea?". No tenim les dades sobre l'altura.
La sorpresa venia de la solució: s'arriba a una fórmula que recorda el teorema de Pitàgores utilitzant les bases del trapezi.

A més, podem observar que l'altura del trapezi no hi compta per res. És indiferent l'altura que tingui, el segment de tall sempre tindrà la mateixa longitud.

Per altra banda, tampoc cal que el trapezi sigui isòsceles. La propietat serveix per a tots.

Voleu veure les dues solucions noves?

23 de setembre del 2015

Un teorema ocellaire

Un dels protagonistes de la història del Màgic d'Oz (L. Frank Baum, 1900) és l'espantaocells. La seva aspiració és aconseguir un cervell, i per això s'uneix a la protagonista, Dorothy, que vol tornar "al seu món", a Kansas, i no sap com. Han d'anar a la ciutat Maragda on el gran màgic d'Oz els podrà concedir els seus desitjos. Més endavant el grup s'ampliarà amb l'home de llauna, que vol un cor, i el lleó covard, que vol coratge. Després d'unes quantes aventures el màgic, tot i ser un farsant, és capaç d'acontentar als tres acompanyants de la Dorothy.  Concretament a l'espantaocells li omple el cap amb segó i agulles (les agulles, segons el lleó proven que s'ha tornat "molt agut"). A la pel·lícula El màgic d'Oz (Víctor Fleming, 1939) resolen millor aquesta situació, ja que el pseudomag regala a l'espantaocells un diploma. I aquí entren les matemàtiques en aquesta història. Només rebre el diploma l'espantaocells declama, per provar la seva intel·ligència un enunciat que recorda al teorema de Pitàgores.
"La suma de les arrels quadrades de dos costats d'un triangle isòsceles és igual a l'arrel quadrada de l'altre costat."

És interessant llegir l'article de José M. Sorando a la revista Suma (n. 67.juny 2011) on explica com a la sèrie dels Simpson van recuperar aquesta frase de l'espantaocells i ens fa la comparació entre l'original anglès i els doblatges al castellà i al castellà-llatí. En tot cas aquí enllacem amb la continuació que explica Simon Singh al llibre Los Simpson y las matemáticas. Ens hi narra com tres matemàtics de la Universitat Estatal d'Augusta es van plantejar demostrar la proposició contrària a la de l'espantaocells, i que van anomenar la "conjectura de l'ocell".
"La suma de les arrels quadrades de dos costats d'un triangle isòsceles MAI és igual a l'arrel quadrada de l'altre costat."
La frase de l'espantaocells no fa referència a si la suma es refereix a la dels costats iguals o no. Per tant. si anomenem a a la mesura dels costats iguals del triangle isòsceles i b a la del costal desigual tenim dues desigualtats a demostrar.
És una conjectura que no és gens difícil de demostrar i us convidem a portar-la a l'aula (a partir de 3r d'ESO).  La demostració relaciona aspectes algebraics amb la seva interpretació geomètrica propiciant una bonica connexió. Així i tot, a continuació, afegim la demostració.

6 de setembre del 2015

Geometria a la muntanya: Rocaviva

A prop de Mussa  (oficialment Músser), poblet de la subcomarca cerdana del Baridà, podeu visitar un dels indrets més sorprenents i poc coneguts de la Cerdanya: el Laberint màgic de Rocaviva. Als dos vessants de la carena d'una petita muntanya encarada al Cadí, l'escultor Climent Olm va intervenir, durant 27 anys, en unes 600 roques de la zona. L'obra va quedar abandonada al 2013. Passejar-se per aquest indret és un experiència més que recomanable. Té un punt lúdic (anar trobant una a una les intervencions o les escultures, grans, petites, evidents, amagades...),  màgic (deixar-se impregnar per les sensacions de les formes creades, enquadrar-les en el paisatge...) i misteriós (què va portar a l'escultor a fer-ho, què signifiquen aquelles escultures en aquell espai.... El treball de Climent Olm no s'ha limitat a les escultures sinó que ha anat obrint dreceres, construint cabanes i seients. Una obra realment ingent.

L'entrada a Rocaviva on es veuen rastre d'una acció vandàlica sobre el rètol
Moltes de les escultures tenen un cert aire picassià representant caps, animals reals o imaginaris.


Però són moltes les intervencions purament geomètriques, des de les que recorden certa simbologia mística a d'altres més purament abstractes.

Us convidem a continuar llegir i veure algunes imatges més.

18 de juny del 2015

Una estratègia per treure's el barret

Swiffy Output Aquest problema l'he conegut a través d'un vídeo de Clara Grima (el podeu veure al final de l'article). Ella mateixa atribueix el descobriment a un blog d'Edward Felten director adjunt de tecnologia de la Casa Blanca (la de Washington). El problema és realment curiós, no només pel fet de tenir solució, sinó per l'eina matemàtica que s'utilitza per resoldre'l. Mirem com s'enuncia.

Imaginem que tenim quatre persones per fer el joc i barrets de quatre colors diferents: vermell, blau, groc i verd. En disposem de quatre de cada color. Posem a l'atzar un barret a cadascun dels jugadors. Es poden repetir colors. Podrien ser els quatre verds, dos vermells i dos grocs, tots diferents... Cadascun dels participants en el joc veu els altres tres barrets, però no el seu. A continuació escriuen en un paper el color del qual pensen que és el seu barret. Si un sol dels jugadors l'endevina tots guanyen. Si fallen tots, perden tots.
Ja tenim la situació. Ara bé, el problema. Imaginem primer que tots juguen de forma absolutament legal, sense fer-se indicacions ni comunicar-se de cap manera. Però això no implica que abans no els hàgim deixat una estona per pensar una estratègia a seguir. Existeix tal estratègia? Una manera d'actuar que asseguri que, com a mínim, a cada jugada un encerti el seu color?

Podem començar el problema analitzant què passaria si cadascun dels jugadors contesta a l'atzar. De fet, ja és un bon problema. La intuïció ens diu que actuant així no garantim que sempre s'encerti, però podem posar a discussió un argument fal·laç: si cada jugador té 1/4 de probabilitat d'encertar entre tots quatre "asseguren el tret":


Bé... ja sabem que és fals. Podríem buscar tots els casos possibles i entre ells els favorables (situacions en la que un jugador o més encerten), però serà feixuc. Millor agafem una drecera: calculem quina és la probabilitat que tots fallin. Si la d'equivocar-se un és 3/4 la que ho facin tots serà:


En la resta de casos algú encertarà. Només cal restar de la unitat.


Déu n'hi do! No és una probabilitat baixa. De fet, encara és més alta si tenim en compte que cada jugador veu tres barrets. Els quatre jugadors es poden posar d'acord a actuar de manera similar segons els colors que vegin. Una estratègia possible consisteix a dir un color que no veuen. Si són dos els colors que no veuen diran un d'ells a l'atzar. Actuant així la probabilitat general pujarà al 77,03%, i en el cas concret que realment tots quatre portessin colors diferents tots quatre encertarien.

Però el cert és que volem assegurar que una persona encerta sempre, sense importar-nos quina o si és la mateixa a cada joc. I el que també és cert que observar els barrets dels altres no sembla donar-nos cap informació fiable per encertar el color propi.

Encara que sembli impossible en realitat aquesta estratègia existeix. I fa servir l'aritmètica "del rellotge"! Sorpresos?

Voleu conèixer l'estratègia?

3 de juny del 2015

Multiplicar amb dobles o amb dobles i meitats. Les multiplicacions egípcia i russa

Aquests dos algoritmes són prou coneguts. En aquest article, a més d'explicar-los, intentarem buscar-hi relacions.

Tots dos mètodes de multiplicar són molt idonis per treballar-los a l'aula perquè no requereixen el coneixement de les taules. Per utilitzar l'egipci només cal saber sumar i duplicar. Per aplicar el rus ens caldrà, a més, saber fer meitats. Tots dos es poden treballar a les aules de primària senzillament replicant-los. Serà una forma de practicar dobles i meitats amb sentit. Per altra banda, i especialment l'egipci, és un algoritme clar, transparent, amb control de què s'està fent i per què. És dels pocs algoritmes clarament comprensibles d'entrada. A secundària, o al final de la primària, podem atacar l'explicació de la multiplicació russa, que ja és una mica més exigent.

Mirem primer els algoritmes.
  • Multiplicació egípcia
En aquesta presentació podem veure el mètode de multiplicar egipci. Observarem que es van fent dobles d'un dels factors (preferentment el més gran) i, paral·lelament, els dobles d'1, 2, 4, etc. fins a no excedir l'altre factor. A continuació es busquen en aquesta columna els nombres que sumen aquest factor i, tot seguit, sumem els seus paral·lels. Aquesta suma és el resultat de la multiplicació.


  • Multiplicació russa
Aquest algoritme va ser utilitzat fins a l'edat mitjana i encara va "resistir" en algunes zones de Rússia, Etiòpia o Pròxim Orient. S'observa que d'un dels factors es van fent dobles i de l'altre meitats (preferentment del petit). Quan ens trobem un nombre senar en restem un, fem la meitat del número obtingut i marquem el nombre. La suma dels paral·lels marcats ens donarà el producte dels dos nombres.


Estudiem i comparem els dos algoritmes?

29 de maig del 2015

Tres algoritmes històrics de multiplicar: piràmide, creueta i fulmínia

Estudiar els algoritmes històrics és sempre interessant per conèixer com han anat evolucionant les formes de calcular al llarg de la història. A l'aula intentar descobrir com funcionen, per què ho fan i com es relacionen entre ells serà sempre un treball més ric que limitar-nos només a la seva presentació i reproducció. És el que us proposem presentant aquests tres algoritmes de la multiplicació utilitzats entre els segles XIII i XIX: la multiplicació en piràmide, la multiplicació en creueta i la fulmínia.

En primer lloc, us convidem a veure com funcionen els algoritmes sense cap explicació ni ajuda, "a pèl". Les úniques pistes les obtindrem de veure com s'apliquen els algoritmes pas a pas.
  • Multiplicació en piràmide
També ha rebut altres noms: en diamant, en copa... Tots els noms provenen de l'aspecte visual del càlcul quan s'ha acabat de fer. El trobem documentat, per exemple, en el Sumario compendioso de las cuentas de plata y oro que en los reinos del Perú son necesarias a los mercaderes y a todo género de tratantes. Con algunas reglas tocantes a la Aritmética de Juan Díez del 1556,


  • Multiplicació en creueta

  • El nom d'aquesta forma de multiplicar prové del dibuix en què es basa. Sovint els "calculistes" disposaven de taules o pissarres on ja tenien la creueta dibuixada i només escrivien per sobre o per sota  o col·locaven fitxes. La creueta s'obté de dibuixar tots els segments possibles entre les xifres dels nombres que volem multiplicar. Aquest algoritme va ser descrit per Fibonacci al seu Liber Abaci.



  • Multiplicació fulmínia

  • Pel que sembla aquest algoritme de la multiplicació va ser utilitzat per Fourier o Cauchy al segle XIX. Visualment, és molt curiosa perquè un dels factors s'escriu al revés (encara que n'hi hauria prou escrivint-lo invertint l'ordre de les xifres).


    Vols estudiar els algoritmes i comparar-los?

    10 de maig del 2015

    Un babiloni penjat d'un trapezi (1)

    Els documents matemàtics més antics els hem trobat a Mesopotàmia. La majoria ens parlen de problemes pràctics: qüestions relatives a estocs, contractes, repartiments... Estan escrits en tauletes de fang gravades amb un punxó. S'escrivia quan el fang era tou i després es deixaven assecar. Potser per això han estat tan resistents al pas del temps. Però no totes les tauletes eren "pràctiques". Altres servien, probablement, per ensenyar matemàtiques i plantegen problemes de diferents estils. Entre ells, molts de caràcter geomètric. Gràcies a aquestes tauletes "sabem el que sabien" a Mesopotàmia, l'alt nivell de coneixements de què disposaven.

    Una d'aquestes tauletes (la IM 58045), és força coneguda perquè es diu que conté "el diagrama matemàtic més antic del món", i ens proposa un  interessant i sorprenent problema. L'he conegut gràcies al llibre de Manuel García Piqueras Una historia de la proporción.

    Tauleta IM 58045
    La imatge ens mostra un trapezi isòsceles amb un segment paral·lel a les bases. També es veuen uns números en escriptura cuneïforme.

    Podem mirar un esquema que representi més clarament en la tauleta.


    Les unitats de mesura emprades són la "canya" i el "colze". Una "canya" són sis " colzes. Si traduïm totes les unitats a "colzes" i col·loquem el trapezi al revés l'esquema final és aquest.


    El problema demana quina és la longitud del segment paral·lel a les bases i que divideix el trapezi en dues parts amb la mateixa àrea. De fet, el problema és més interessant si prescindim de les mesures concretes i treballem a unes bases a i b, perquè descobrirem un parell de sorpreses en el resultat.

    Us convidem a resoldre'l i després podeu continuar llegint. Us prometem que el problema és més interessant del que sembla.

    Seguim?

    24 de març del 2015

    Divisió 7: la divisió per diferència

    Parlem avui d'un nou (vell) algoritme de la divisió. L'hem recuperat del web Animando la web 2.0 d'Ana de la Fuente (@Anuska72) i cal reconèixer ja d'entrada que, tot afegint alguna petita cosa, transcriurem directament el text del seu article. Sobre tot perquè la justificació que en fa de l'algoritme és clara i magnífica.

    En aquest gràfic es veu com es realitza la divisió de 4019 entre 87 (Quocient 46; residu 17)


    En el gràfic es reconeix l'àbac de Gerbert d'Orlhac (938-1003). Gerbert, que va ser Papa amb el nom de Silvestre II, va romandre tres anys al monestir de Ripoll. Es pensa que va viatjar per Andalusia i que allà va conèixer els nombres indoaràbics. Va inventar un àbac amb fitxes que utilitzaven aquestes xifres (menys la del zero). No va ser un àbac molt utilitzat, però no deixa de tenir el seu interès. Podeu saber-ne més sobre Gerbert i el seu àbac llegint l'article de Montserrat Bover va publicar al n. 22 de la revista Biaix.

    Aquest algoritme, que es coneix amb el nom de divisió per diferència, és molt pràctic amb nombres no massa llunyans de les potències de 10 (propers a 10, a 100, a 1000...). Destaquem alguns dels seus avantatges:
    • no cal buscar "per quin número hi cap". Treballem directament a partir de les primeres xifres del dividend i dels resultats parcials.
    • en conseqüència, no cal fer proves (hi cap?, no hi cap?)
    • no restem; només es fa multiplicacions i sumes
    • les multiplicacions es fan amb nombres "més fàcils". A l'exemple de l'esquema es veu que en comptes de treballar amb el 87 del divisor els càlculs els fem amb el 13, clarament més petit.
    A continuació us posem un vídeo elaborat per Ana de la Fuente, on veiem dos exemples de divisió. El primer correspon amb la divisió de la imatge inicial.


    Vols saber per què funciona aquest algoritme?

    19 de març del 2015

    El "joc militar" o els "Gossos i la llebre"

    L'anàlisi de jocs d'estratègia ofereix un magnífic marc de treball d'investigació matemàtica. Malgrat la feina de difusió de diferents reconeguts autors de didàctica de les matemàtiques (com Jordi Deulofeu, Fernando Corbalán, Mari Luz Callejo, Miguel de Guzman...) o que al concurs del Fem Matemàtiques sovint se'n proposa un a la primera fase, continuen tenint una entrada dificultosa a les aules. Mestres i professorat ens resistim a obrir-los la porta. Potser perquè estem poc acostumats a realitzar aquest tipus d'investigacions. Però nosaltres, des d'aquí us en continuarem proposant perquè estem convençuts de la seva riquesa didàctica i, de pas, oferint exemples d'estudi de les estratègies.

    El "joc militar" que us presentem l'estudia Édouard Lucas al tercer volum de les seves Recreacions matemàtiques (p. 108). A Anglaterra es coneix com el "joc de la llebre i els gossos"(Hare and hounds). Amb aquest nom no és difícil trobar versions per a jugar en línia. Per exemple, en aquest enllaç.

    Pàgina del llibre de Lucas

    Malgrat que les regles són senzilles és estratègicament prou ric. Les primeres pràctiques ens fan pensar que un dels jugadors té avantatge sobre l'altre, però un estudi atent ens farà descobrir que el jugador "aparentment feble" disposa d'una estratègia guanyadora (un camí perfectament definit. amb una resposta per a cada jugada, que condueix a guanyar la partida).

    Les regles del joc
    • El tauler i la situació de sortida és la que es veu a l'esquema.
    • El primer moviment el realitza la fitxa verda.
    • A cada moviment el desplaçament és d'una casella a una altra connectada per un segment (una cruïlla de línies). Les vermelles no poden retrocedir (els moviments són cap endavant o laterals). La verda es pot moure en totes direccions.
    • Les fitxes vermelles guanyen si bloquegen la fitxa verda i aquesta no pot moure. La verda guanya si "traspassa" la línia de les vermelles i aquestes ja no la poden acorralar.
    • Si es repeteixen els mateixos moviments més de tres vegades es poden considerar taules. Així i tot, és més interessant evitar les taules donant avantatge a la fitxa verda. Per exemple fent que la fitxa verda guanyi si es repeteixen els moviments o si no se l'ha bloquejat en un màxim de 25 jugades.


    Juguem i analitzem el joc?

    10 de febrer del 2015

    El rius, el nombre π i distàncies al planeta

    Al llibre L'enigma de Fermat de Simon Singh es parla d'un estudi del geòleg Hans-Henrik Stølum que relaciona el número π amb la longitud dels rius. Concretament, es proposa que si dividim la longitud total d'un riu entre la distància en línia recta des del naixement fins a la desembocadura observarem que, en molts casos, és un nombre lleugerament superior a 3. I que si estudiem molts rius la mitjana s'anirà acostant a π. Al mateix text de Singh es comenta que les proporcions més properes a π les trobem a rius amb molts meandres com els que passen per les planures de Sibèria o Brasil.

    Meandres del riu Nowitna a Alaska (Viquipèdia)

    Què hi ha de cert en aquesta teoria? Què hi ha de fals? En principi és d'un d'aquells casos que ens fa pensar en la frase: se non è vero è ben trobato. Pensant en les corbes alternades dels meandres d'un riu no sembla inversemblant que el nombre π hi jugui algun paper. Per altra banda, els rius són llargs, i els meandres només acostumen a aparèixer a la part baixa del riu.

    Imatge de Division by zero

    Res millor que aplicar l'estadística per comprovar-ho. Durant un temps va existir un web que es deia Pi me a river (un joc de paraules amb la cançó Cry me a river) on es dedicaven a recollir aquesta estadística. Un mes més tard de la publicació d'aquest article la pàgina va fer alguns canvis que van alterar totes les estadístiques. I una mica més tard, potser en veure que res concordava amb la hipòtesi de sortida, es va tancar definitivament.

    Vols saber-ne més?