Matematica zarului (4)

Dacă tot am deschis tolba cu zaruri ciudate, ce ziceţi de nişte zaruri care nici măcar nu mai sunt cubice? Da, există şi aşa ceva, iar cei mai buni candidaţi la astfel de zaruri sunt desigur corpurile perfecte cu mai multe feţe decât şase, aşa-numitele corpuri platonice. Să le luăm la rând: în prima imagine vedeţi un octaedru regulat – cel negru – cu feţe de la 1 la 8, dar şi un decaedru semiregulat – cel muştăriu – cu feţele numerotate de la 0 la 9.

Următoarea imagine prezintă zaruri dodecaedre, cu 12 feţe pentagoane regulate numerotate de la 1 la 12. Cel din stânga este un astfel de zar simplu, pe când cel din dreapta este un dublu dodecaedru cu unul mic în interiorul celui mare. Acestea sunt foarte bune la elevii mici: arunci o dată, iar ei trebuie să facă în minte operaţia cerută cu cele două numere.

Desigur că se pot realiza şi zaruri pe icosaedre, corpuri regulate cu 20 feţe triunghiuri echilaterale. Putem arunca cu două zaruri, sau putem alege icosaedrul dublu; oricum, sarcina de a face în cap adunarea celor două numere este ceva mai dificilă. La fel şi când se doreşte exersarea scăderii sau a înmulţirii. Colegele noastre învăţătoare folosesc mult aceste zaruri în perioada de stabilizare a învăţării operaţiilor. Zarurile icosaedre pot fi folosite la încălzirea minţii şi la clasa a V-a; nu-i uşor să înmulţeşti în cap 17 cu 8, sau 12 cu 15 etc.

Este de la sine înţeles că vom căuta şi la acestea ceva similar cu proprietatea de 7 de la zarurile normale. Elevii deştepţi o intuiesc imediat atunci când le pun un astfel de zar în faţă pe masă şi îi întreb ce număr este dedesupt?. Imediat le luceşte privirea şi îşi adaptează vechile cunoştinţe la noua situaţie. Da, elevii găsesc imediat regula de 13 la dodecaedru, respectiv faptul că la icosaedru suma a două feţe opuse este întotdeauna 21.

Din păcate, astfel de zaruri nu se găsesc în magazinele noastre. Nici în străinatate nu pot fi achiziţionate de oriunde. Zarurile noastre sunt cumpărate din magazinele unor muzee din Germania (Muzeul jucăriilor din Nürenberg, respectiv Deutsches Museum din München). În Cluj am găsit totuşi următoarele două zaruri icosaedre. Acestea nu au însă feţele numerotate respectând regula ca suma feţelor opuse să fie constantă. La acestea feţele sunt numerotate pentru a putea ţine un scor la un joc; astfel de la orice număr se poate trece la numărul următor pe faţa vecină printr-o simplă răsturnare a zarului. Ultima dată am întâlnit un zar pe dodecaedru în vară,la un joc oferit de reţeaua de magazine Lidl, dar acesta avea fiecare număr de la 1 la 6 de câte două ori, folosind doar facptul că dodecaedrul se rostogoleşte foarte uşor şi are o asemănare interesantă cu mingea de fotbal.

Tolba cu zaruri

Matematica zarului (3)

Când vorbim despre zaruri, ne gândim desigur că vom găsi pe feţele sale numerele de la 1 la 6, reprezentate cu punctuleţe, într-o formă inteligibilă oricărei epoci de cultură. Ce gândiţi însă dacă vedeţi un zar cum sunt cele din imaginea următoare?

Da, aţi văzut bine, aceste zaruri au pe feţele lor puterile lui 2, adică 20 = 1, 21 = 1, … 26 = 64. La ce ne pot ajuta astfel de zaruri? Păi, de pildă la clasele gimnaziale le putem cere elevilor să zică instant puterea lui 2 corespunzătoare feţei de sus. O sarcină mai interesantă ar fi să le cerem elevilor să verifice cum se aplică la aceste zaruri proprietatea de 7 găsită la zarurile obişnuite. Păi, produsul a două feţe opuse trebuie să fie întotdeauna egal cu 27 = 128. Logic, nu!

Profu’ cu zaru’

Donald Trump şi numerele lui Fibonacci

Pe vremea când apăruse romanul Codul lui DaVinci multă lume din partea nematematică a societăţii se interesa despre detalii legate de numerele lui Fibonacci. Pur şi simplu erau la modă. Despre aşa-numita spirală a lui Fibonacci se găsesc foarte multe imagini pe internet, inclusiv unele destul de artistice (deosebit de interesante sunt câteva dintre acestea, ce se găsesc dând spre căutare fibonacci spiral hair flip). Ce caută în toată această preocupare matematico-artistică Donald Trump, asta nu ştiu să vă spun, dar de vreme ce tot a ajuns preşedintele SUA, m-am gândit că poate vreţi să vedeţi această poză. Oricum, toate laudele celui care a observat potriveala.

Echipa de campanie a partidului matematic

Cubul – Prima lecţie din clasa a VIII-a

Programa actuală pentru clasa a VIII-a prevede un început intuitiv pentru geometria în spaţiu, prin prezentarea câtorva corpuri la început, pentru a putea fi folosite în problemele din lecţiile următoare. Aceasta este însă doar o jumătate de pas înspre accesibilizarea materiei, pentru că lecţiile merg în continuare tot în forma riguros – demonstrativă, accesibilă intelectual doar unui număr extrem de restrâns de elevi. Toţi ceilalţi, marea masă a elevilor de a VIII-a, urmează a se chinui încă mult, până când în sfârşit vor apărea formulele de arie şi volum şi vor putea face şi ei liniştiţi o problemă de geometrie, fără să tremure că iar nu ştiu.

Ne-am propus, pentru această postare, să arătăm cum am făcut anul acesta prezentarea primului corp – a cubului – într-o formă care să le ofere elevilor o alunecare cât mai lină în noua geometrie.

Pentru început am făcut un exerciţiu de vizualizare în spaţiu a unor „corpuri” formate din beţe (eu am avut acces la o grămadă de cozi de mătură). Puteţi vedea pe Youtube ceva similar în postarea colegilor de la Şcoala liberă Waldorf din Bucureşti (Studiul matematicii in gimnaziu – Scoala Libera Waldorf).

Apoi am trecut la tablă, respectiv elevii în caiete, şi am încercat diferite reprezentări 2D ale cubului, reprezentări care trebuie să păcălească ochiul şi creierul pentru a percepe vizual un cub care este un corp 3D (ca să folosesc limbajul preferat de elevi). Primele două sunt destul de surprinzătoare, pentru că sunt generate din construcţia hexagonului regulat cu rigla şi compasul (vezi prima imagine). Următoarele două figuri sunt mai obişnuite; găsiţi pe a doua imagine detaliile de construcţie.

În continuare am făcut trei exerciţii deosebite, pentru dezvoltarea imaginaţiei în spaţiu, legate de desfăşurările cubului. Trebuie să precizez că eu nu sunt de acord cu cuvântul „desfăşurare”: acesta presupune cubul deja existent, pe care apoi îl desfăşurăm. Or, noi vorbim aici de procesul invers: elevul va trebui să deseneze „desfăşurarea”, pentru ca apoi să asambleze din aceasta un cub. Nici cuvântul din limba germană nu este prea strălucit, ei folosind cuvântul Netz, care înseamnă reţea, plasă (echivalentul cuvântului net din engleză). Cu această prealabilă „strâmbătură din nas”, să trecem la cele trei exerciţii, pe care le vedeţi în a doua imagine.

  • Care din următoarele figuri reprezintă cu adevărat desfăşurări corecte ale unui cub?
  • Presupunând că vrem să construim un zar, elevii trebuie să aşeze pe desfăşurările corecte numerele conform regulii de 7 a zarului.
  • Pentru a putea asambla un cub este nevoie de urechiuşe de lipire. Elevii trebuie să ataşeze aceste urechiuşe desfăşurărilor corecte.

Toate cele trei exerciţii forţează imaginaţia elevilor în spaţiu, fiind extrem de savurate de către toţi elevii. Tema a fost, apoi, să confecţioneze un cub din carton. A doua zi, la discuţia despre cuburile din carton aduse de elevii harnici, a apărut următoarea obsevaţie: se pare că la toate variantele de desfăşurări corecte, elevul trebuie să proiecteze exact 7 urechiuşe de lipire. Este o proprietate interesantă ce poate fi uşor verificată şi chiar explicată, trezind totuşi uimirea: iarăşi numărul 7? Despre explicaţie, aceasta vine simplu: trebuie făcute 7 lipituri pentru că la fiecare desfăşurare corectă sunt exact cinci îndoituri pe muchii (7 + 5 = 12 muchii ale cubului).

În afară de discuţia de la „verificarea temei”, ora următoare am avut o activitate mult mai tradiţională: figură + prezentarea tuturor formulelor pentru arie, volum (dictate de către elevi – cei care gândesc le pot genera singuri) şi pentru diagonala cubului. La demonstrarea ultimeia se aplică teorema lui Pitagora în ΔD’DB care este dreptunghic dintr-un motiv extrem de simplu: latura [BD] este orizontală, fiind inclusă în baza cubului, pe când latura [D’D] verticală, deci cele două sunt perpendiculare una pe cealaltă (intuitiv, nu-i aşa?). În final am făcut exerciţii de calcul în toate formele şi pentru toate categoriile de elevi. Considerăm că o astfel de abordare i-ar ajuta pe cei mai mulţi elevi să aibă o legătură ceva mai prietenoasă cu ora de matematică.

3 oct. 2016

Titus & Mariana Grigorovici

Matematica zarului (2)

În postarea precedentă am vorbit despre proprietatea de 7 a zarului, anume că la orice zar (corect construit) suma feţelor opuse este întotdeauna 7 (feţele opuse 1 + 6; 2 + 5 respectiv 3 + 4). Această proprietate, prezentă încă de la începuturile antice ale zarului, o folosesc în diverse situaţii, cum ar fi în cazul primei lecţii despre cub. Pentru postarea de faţă doresc să vă prezint aplicaţii ale acesteia în două probleme de matematică distractivă.

Prima este preluată din Martin Gardner, Mathematics, Magic and Mystery, Ed.Dover Pub. 1956 (eu am un exemplar în limba germană, Matematische Zaubereien, Ed. DuMont, 2004, pag. 61). Este vorba de fapt de o scamatorie matematică cu trei zaruri, pe care o descriu în continuare.

Îi dau unui elev voluntar din clasă cele trei zaruri, rugându-l să urmeze întocmai instrucţiunile mele, în timp ce eu voi sta cu spatele către masa unde el execută cerinţele (ceilalţi elevi pot sta în jur pentru a vedea „spectacolul”). Odată întors îi cer elevului să efectueze o aruncare cu cele trei zaruri şi să adune cele trei numere obţinute (valorile de pe feţele de deasupra). Într-un al doilea pas îl rog pe elev să întoarcă la alegere unul din zaruri, astfel încât faţa de jos să ajungă deasupra, iar apoi să adune şi acest nou număr la suma iniţială (celelalte două zaruri rămân aşa cum au căzut la început). În al treilea pas elevul trebuie să ia zarul pe care l-a întors deja şi să-l mai arunce numai pe acesta încă o dată, iar numărul obţinut să-l adune la suma existentă pănă atunci. În tot timpul cât stau cu spatele elevul nu îmi spune nici unul din numerele cu care lucrează, şi nici suma finală.

Chiar şi aşa, în acest moment eu mă întorc şi fără să ştiu care din cele trei zaruri a fost cel întors de mai multe ori, spun totuşi suma finală calculată de elev în minte. Cum fac? Simplu: adun 7 la suma care o văd în acel moment pe masă. Problemuţa se iveşte de la sine: cum face profu’?, şi este foarte frumoasă pentru că oferă destul de repede o primă aplicaţie uşoară a folosirii literelor în calcul. Astfel, după încă una-două „reprezentaţii”, putem să ne gândim să demonstrăm scamatoria. Iată o variantă posibilă: notez cu x, y, z cele trei numere iniţiale, şi presupunem că elevul s-a hotărât să întoarcă zarul cu numărul y. Atunci suma totală va fi:

+ y + z + yopus + y’ = x + z + y’ + 7

Am notat cu yopus faţa opusă lui y, iar cu y’ numărul obţinut pe zarul ţinut pe zarul y la a doua aruncare. Ca tehnică de inducere în eroare – magicienii aşa fac – până fac suma x + z + y’ şi apoi adun 7, pot să atrag atenţia auditoriului că eu nu am de unde să ştiu care din cele trei zaruri a fost întors de două ori şi care sunt cele două zaruri care au rămas pe loc după prima aruncare.

A doua scamatorie, tot cu trei zaruri, este de fapt o variaţiune a problemei cu zece zaruri din postarea precedentă şi este preluată din Michael Holt, Math Puzzles and Games, Ed. Walker Pub. 1977 (eu am preluat-o din varianta în limba germană, Neue mathematische Rätsel, Ed. DuMont, 2005, pag. 83).

Daţi zarurile „elevului voluntar” cu recomandarea ca, în timp ce dvs. staţi cu spatele întors, el să aranjeze cum doreşte un turnuleţ din cele trei zaruri. În timp ce le aranjează, trebuie doar să adune toate feţele care nu se vor putea vedea în final din nici o parte (numerele de pe acestea). După ce a terminat, şi aceste feţe nu se mai pot vedea, dvs. vă întoarceţi şi puteţi foarte repede să-i spuneţi ce sumă a obţinut. Cum procedaţi? Pur şi simplu observaţi numărul arătat de zarul din vârf şi îl scădeţi din 21.

Titus Grigorovici

Matematica zarului (1)

De obicei, când ne gândim la acest subiect, ca profesori de matematică, ne vin în minte în primul rând probabilităţile. Acest aspect este subliniat foarte bine în limba germană, unde zarul se numeşte Würfel (se poate traduce ca “aruncăreaţă”); încă ceva interesant, anume nemţii folosesc acelaşi cuvânt şi pentru cub. Apropos, ştiaţi de unde provine cuvântul zar? Din arabă, unde cuvântul se pronunţă la fel: zhar (complet: Al-zhar). Evident că de aici vine şi cuvântul hazard (cu trimitere la probabilitate), dar pentru seria pornită cu această ocazie doresc să tratăm şi alte aspecte ale zarului, decât doar cele legate “abilităţile zarului de a oferii numere la întâmplare”.

Zarurile sunt cunoscute în forma actuală din Antichitate. De pildă, în ruinele oraşului minier Berenice Pancrisia din Egiptul antic s-a găsit un zar de bronz având exact structura celor de azi (din Enzo Bernardini, Atlas de arheologie – Marile descoperiri ale civilizaţiilor antichităţii, Ed.Aquila, 2006, pag. 63), numerele de pe feţe fiind reprezentate cu punctuleţe (mici găurele), exact aşa cum le ştim actualmente.

Proprietatea de bază a aranjării numerelor pe feţele zarului este, pe cât de surprinzătoare, pe atât de logică: la orice zar construit corect suma feţelor opuse este întotdeauna 7. Simplu, clar, deşi puţină lume are cunoştinţă de această proprietate.

Elevilor le-o putem oferii ca atare, sec, sau putem face din apariţia ei o mare bucurie. De pildă, eu o folosesc pentru a înlătura “spaima” din ochii copiilor de clasa a IV-a, ţinând o lectie distractivă, atunci când merg prima dată în vizită la ei ca să ne cunoaştem. Astfel, iau un zar şi merg pe rând pe la toţi elevii, ţinând zarul între două degete, aşezat pe masă, cu întrebarea: ce număr este pe faţa de jos? Ei ghicesc, iar apoi eu ridic zarul infirmând, mai rar confirmând, răspunsul. Desigur că zarul este învârtit în mod spectaculos, chiar ostentativ, la trecerea de la un elev la următorul. După câţiva elevi mă opresc şi mă adresez clasei frontal: oare ce şmecherie o fi aici? Apoi, mai continui de la un elev la celălalt. Şi iarăşi acţionez frontal. Totul până când un elev are o idee ajutătoare. Dacă apare o idee bună, ajut şi eu în elucidarea enigmei, dar ideea iniţială trebuie să vină de la elev. Eventual, scot din pungă mai multe zaruri adunate de-a lungul timpului (multe zaruri frumos colorate le am din magazine second-hand, achiziţionate la preţuri derizorii), şi le dau câte un zar la fiecare bancă să le analizeze. Ultima dată am găsit regula până la parcurgerea a jumătate de clasă. Apoi, în starea de bucurie a descoperirii acestei reguli noi, am mai făcut exersări cu alţi elevi pentru a stârnii satisfacţia elevilor.

Pasul următor de gândire l-am făcut apoi cu o problemă la care am verificat capacitatea de a aplica cunoştinţele nou învăţate: Construim un turn din zece zaruri, despre care ştim că numărul arătat de ultima faţă de sus este trei. Căt este suma tuturor feţelor orizontale ale celor zece zaruri, care nu pot fi văzute (chiar dacă ne-am învârti în jurul turnului)? (Aceasta este o problemă foarte veche, din categoria matematică distractivă; se pare că cea mai recentă apariţie a acesteia este în lucrarea lui Armand Martinov, Matematica…o plăcere, Ed. Sigma, 2003, pag.18)

Ultima oară chiar am construit un astfel de turn din zece zaruri, dar nu i-am lăsat pe elevi să vină să se învârtă în jurul acestuia, pur şi simplu pentru a nu-l dărâma în înghesuiala posibilă. De fapt, cu această problemă dată ca temă am şi încheiat ora. Este greu de descris bucuria elevilor a doua zi de dimineaţă, când veneau la mine să mă anunţe cum au rezolvat ei problema. Desigur că nu au scăpat aşa de uşor: la următoarea oră, cei care au avut răspuns corect au trebuit să explice clar în faţa colegilor cum au gândit (aici ies la iveală şi cazurile când n-au gândit elevii, ci părinţii).

Titus Grigorovici