Ptolemeusz matematyk i astronom

Podobne dokumenty
KLASA I LO Poziom podstawowy (styczeń) Treści nauczania wymagania szczegółowe:

Kurs ZDAJ MATURĘ Z MATEMATYKI - MODUŁ 11 Teoria planimetria

Geometria. Zadanie 1. Liczba przekątnych pięciokąta foremnego jest równa A. 4 B. 5 C. 6 D. 7

KONKURS ZOSTAŃ PITAGORASEM MUM. Podstawowe własności figur geometrycznych na płaszczyźnie

Planimetria VII. Wymagania egzaminacyjne:

Zadania na dowodzenie Opracowała: Ewa Ślubowska

Zadania przygotowawcze do konkursu o tytuł NAJLEPSZEGO MATEMATYKA KLAS PIERWSZYCH I DRUGICH POWIATU BOCHEŃSKIEGO rok szk. 2017/2018.

9. Funkcje trygonometryczne. Elementy geometrii: twierdzenie

Zadanie PP-GP-1 Punkty A, B, C, D i E leżą na okręgu (zob. rysunek). Wiadomo, że DBE = 10

PODSTAWY > Figury płaskie (1) KĄTY. Kąt składa się z ramion i wierzchołka. Jego wielkość jest mierzona w stopniach:

Trójkąty Zad. 0 W trójkącie ABC, AB=40, BC=23, wyznacz AC wiedząc że jest ono sześcianem liczby naturalnej.

Klasa 3. Trójkąty. 1. Trójkąt prostokątny ma przyprostokątne p i q oraz przeciwprostokątną r. Z twierdzenia Pitagorasa wynika równość:

Bank zadań na egzamin pisemny (wymagania podstawowe; na ocenę dopuszczającą i dostateczną)

KRYTERIA OCENIANIA Z MATEMATYKI W OPARCIU O PODSTAWĘ PROGRAMOWĄ I PROGRAM NAUCZANIA MATEMATYKA 2001 DLA KLASY DRUGIEJ

Klasa III technikum Egzamin poprawkowy z matematyki sierpień I. CIĄGI LICZBOWE 1. Pojęcie ciągu liczbowego. b) a n =

Planimetria Uczeń: a) stosuje zależności między kątem środkowym i kątem wpisanym, b) korzysta z własności stycznej do okręgu i własności okręgów

GEOMETRIA ANALITYCZNA. Poziom podstawowy

WYMAGANIA EDUKACYJNE NA POSZCZEGÓLNE OCENY MATEMATYKA KLASA 8 DZIAŁ 1. LICZBY I DZIAŁANIA

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI W KLASIE VIII

9. Funkcje trygonometryczne. Elementy geometrii: twierdzenie

ODPOWIEDZI I SCHEMAT PUNKTOWANIA ZESTAW NR 2 POZIOM PODSTAWOWY. Etapy rozwiązania zadania

Wymagania edukacyjne niezbędne do otrzymania poszczególnych śródrocznych i rocznych ocen klasyfikacyjnych z matematyki dla klasy VIII

A. fałszywa dla każdej liczby x.b. prawdziwa dla C. prawdziwa dla D. prawdziwa dla

VII POWIATOWY KONKURS MATEMATYCZNY SZKÓŁ GIMNAZJALNYCH W POGONI ZA INDEKSEM ZADANIA PRZYGOTOWAWCZE ROZWIĄZANIA I ODPOWIEDZI. rok szkolny 2016/2017

wymagania programowe z matematyki kl. II gimnazjum

Dopuszczający Dostateczny Dobry Bardzo dobry Celujący

GEOMETRIA ELEMENTARNA

Elżbieta Świda Elżbieta Kurczab Marcin Kurczab. Zadania otwarte krótkiej odpowiedzi na dowodzenie na obowiązkowej maturze z matematyki

PRÓBNA MATURA ZADANIA PRZYKŁADOWE

Wymagania na egzamin poprawkowy z matematyki z zakresu klasy drugiej TECHNIKUM

SPIS TREŚCI. Do Nauczyciela Regulamin konkursu Zadania

Matematyka podstawowa VII Planimetria Teoria

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI DLA KLASY TRZECIEJ NA ROK SZKOLNY 2011/2012 DO PROGRAMU MATEMATYKA Z PLUSEM

Przykładowe rozwiązania zadań. Próbnej Matury 2014 z matematyki na poziomie rozszerzonym

Model odpowiedzi i schemat oceniania do arkusza II

11. Znajdż równanie prostej prostopadłej do prostej k i przechodzącej przez punkt A = (2;2).

ZADANIA PRZED EGZAMINEM KLASA I LICEUM

WYMAGANIA EDUKACYJN KRYTERIA OCENY Z MATEMATYKI W KLASIE II GIMNAZJUM

MATURA Przygotowanie do matury z matematyki

WYMAGANIA EDUKACYJNE NIEZBĘDNE DO UZYSKANIA ŚRÓDROCZNYCH I ROCZNYCH OCEN KLASYFIKACYJNYCH Z MATEMATYKI W KLASIE II GIMNAZJUM

Bukiety matematyczne dla gimnazjum

Klucz odpowiedzi do zadań zamkniętych i przykładowe rozwiązania zadań otwartych

STEREOMETRIA CZYLI GEOMETRIA W 3 WYMIARACH

Wielokąty na płaszczyźnie obliczenia z zastosowaniem trygonometrii. Trójkąty. Trójkąt dowolny. Wielokąty trygonometria 1.

V Konkurs Matematyczny Politechniki Białostockiej

PLANIMETRIA CZYLI GEOMETRIA PŁASZCZYZNY CZ. 1

Jarosław Wróblewski Matematyka Elementarna, zima 2014/15

PRÓBNA MATURA ZADANIA PRZYKŁADOWE

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI W KLASIE II W PUBLICZNYM GIMNAZJUM NR 2 W ZESPOLE SZKÓŁ W RUDKACH

Geometria. Rodzaje i własności figur geometrycznych:

XVI Warmińsko-Mazurskie Zawody Matematyczne Eliminacje cykl grudniowy Poziom: szkoły ponadgimnazjalne

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI W KLASIE DRUGIEJ GIMNAZJUM. rok szkolny 2016/2017

KURS MATURA PODSTAWOWA Część 2

I. Funkcja kwadratowa

WYMAGANIE EDUKACYJNE Z MATEMATYKI W KLASIE II GIMNAZJUM. dopuszczającą dostateczną dobrą bardzo dobrą celującą

Model odpowiedzi i schemat oceniania do arkusza I

Wymagania edukacyjne z matematyki dla klasy VIII. rok szkolny 2018/2019

Planimetria poziom podstawowy (opracowanie: Mirosława Gałdyś na bazie

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI KLASA II GIMNAZJUM Małgorzata Janik

WYMAGANIA EDUKACYJNE NIEZBĘDNE DO UZYSKANIA ŚRÓDROCZNYCH I ROCZNYCH OCEN KLASYFIKACYJNYCH Z MATEMATYKI W KLASIE III GIMNAZJUM

Wielokąty na płaszczyźnie obliczenia z zastosowaniem trygonometrii

Ćwiczenia z Geometrii I, czerwiec 2006 r.

Wymagania z matematyki na poszczególne oceny II klasy gimnazjum

Geometria analityczna

WYMAGANIA EDUKACYJNE

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI W KLASIE DRUGIEJ GIMNAZJUM w roku szkolnym 2015/2016

2. Wykaż, że dla dowolnej wartości zmiennej x wartość liczbowa wyrażenia (x 6)(x + 8) 2(x 25) jest dodatnia.

Przedmiotowe zasady oceniania i wymagania edukacyjne z matematyki dla klasy drugiej gimnazjum

I. Funkcja kwadratowa

Kurs ZDAJ MATURĘ Z MATEMATYKI MODUŁ 11 Zadania planimetria

Uczeo spełnia wymagania poziomu koniecznego oraz umie: porównywać liczby zapisane w różny sposób, obliczyć potęgę o wykładniku całkowitym,

MATURA Powtórka do matury z matematyki. Część VII: Planimetria ODPOWIEDZI. Organizatorzy: MatmaNa6.pl, naszemiasto.pl

WYMAGANIA PROGRAMOWE Z MATEMATYKI KLASA II

Wymagania na egzamin poprawkowy z matematyki dla klasy I A LO (Rok szkolny 2015/16)

Zadania otwarte krótkiej odpowiedzi na dowodzenie

PYTANIA TEORETYCZNE Z MATEMATYKI

Skrypt 33. Powtórzenie do matury:

XI Olimpiada Matematyczna Gimnazjalistów

Trójkąty jako figury geometryczne płaskie i ich najważniejsze elementy

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI DLA KLAS IA I IB NA ROK SZKOLNY 2014/2015

Dział I FUNKCJE TRYGONOMETRYCZNE

WYMAGANIA EDUKACYJNE NA POSZCZEGÓLNE OCENY Z MATEMATYKI W KLASIE 8 SZKOŁY PODSTAWOWEJ

Matura próbna 2014 z matematyki-poziom podstawowy

Klasa II POTĘGI. Na ocenę dobrą: umie porównać potęgi sprowadzając do tej samej podstawy

SZCZEGÓŁOWE WYMAGANIA NA POSZCZEGÓLNE OCENY Z MATEMATYKI KLASA II 2016/2017

Wymagania edukacyjne z matematyki dla klasy II gimnazjum wg programu Matematyka z plusem

Troszkę Geometrii. Kinga Kolczyńska - Przybycień

Rozwiązania zadań. Arkusz maturalny z matematyki nr 1 POZIOM PODSTAWOWY

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI W KLASIE II A ROK SZKOLNY 2013/ ZAKRES PODSTAWOWY

KRYTERIA WYMAGAŃ Z MATEMATYKI NA POSZCZEGÓLNE OCENY

SZKOŁA PODSTAWOWA NR 1 IM. ŚW. JANA KANTEGO W ŻOŁYNI. Wymagania na poszczególne oceny klasa VIII Matematyka z kluczem

1.2. Ostrosłupy. W tym temacie dowiesz się: jak obliczać długości odcinków zawartych w ostrosłupach, jakie są charakterystyczne kąty w ostrosłupach.

Technikum Nr 2 im. gen. Mieczysława Smorawińskiego w Zespole Szkół Ekonomicznych w Kaliszu

Matematyka z plusem Wymagania programowe na poszczególne oceny dla klasy II. Szczegółowe kryteria oceniania po pierwszym półroczu klasy I:

ZESPÓŁ SZKÓŁ W OBRZYCKU

XIII Olimpiada Matematyczna Juniorów

Rozwiązania zadań otwartych i schematy oceniania Klucz odpowiedzi do zadań zamkniętych i schemat oceniania zadań otwartych

Wymagania edukacyjne z matematyki

Dydaktyka matematyki (III etap edukacyjny) IV rok matematyki Semestr letni 2017/2018 Ćwiczenia nr 7

Przedmiotowy system oceniania z matematyki kl.ii

Transkrypt:

Matematyka jest miarą wszystkiego Arystoteles Ptolemeusz matematyk i astronom Bartłomiej Zajda Zespół Szkół Publicznych Nr 2 w Wadowicach tel. 33 82 324 80 zsp2wadowice@poczta.onet.pl 1

Pochodzę z Wadowic, tutaj ukończyłem Szkołę Podstawową Nr 5 im. Mikołaja Kopernika, a obecnie uczę się w Gimnazjum Nr 3. Tradycją mojej szkoły jest poznawanie sylwetki Patrona, dlatego wiele informacji związanych z astronomią do mnie dociera. Zaciekawiła mnie teoria geocentryczna. Jednak czytając biografię jej twórcy zobaczyłem, że był on nie tylko astronomem, ale także matematykiem i geografem. Nazywał się Ptolemeusz, a właściwie Klaudiusz Ptolemeusz. Pochodził z Grecji. Lata jego życia przypadają od 100 roku do 160 r. ne. Urzędował i edukował się w Imperium Rzymskim, a szczegółowiej to w Aleksandrii należącej wówczas do tego cesarstwa. Jego najsłynniejszym odkryciem była teoria geocentryczna, która została obalona przez samego Mikołaja Kopernika. To, że teoria ta była błędna to nie znaczy, że Ptolemeusz nie był wykształconą osobą. Najlepszym dowodem na to jest fakt iż grecki astronom obliczył między innymi odległość Ziemi od Księżyca. Zobaczmy jak tego dokonał. Załóżmy, że punkt K, będzie symbolizował Księżyc, Z to będzie środek koła (czyli kuli ziemskiej), a P niech będzie punktem na powierzchni Ziemi, z którego obserwujemy wschód księżyca, w chwili gdy jest on ponad punktem M.Doskonale ilustruje to poniższy rysunek : P K Z M Jeżeli P jest punktem, z którego obserwujemy wschód Księżyca to prosta KP jest styczna do okręgu, więc trójkąt KZP jest prostokątny. Odległość, którą szukamy, czyli odległość z Ziemi do Księżyca to odcinek ZK, uważając Księżyc za punkt w przestrzeni. Dla uproszczenia obliczeń możemy uznać, że punkty P i M znajdują się na równiku. Odcinek ZP Ptolemeusz musiał znać z wyliczeń innego znakomitego matematyka Eratostenesa (6000 km). Wartość kąta środkowego Z wyliczymy z długości łuku PM, który jest równy różnicy długości geograficznych punktów P oraz M. Pierwsze wzmianki o wyliczaniu długości oraz szerokości geograficznych pochodzą z II w p.n.e, a obliczenia te wykonywał Hipparchos. Z tego wynika, ze Klaudiusz Ptolemeusz musiał umieć wyliczać wyżej wspomniane odcinki. Wartość kąta Z wynosi 89 4 12. Z tablic Hipparcha wynika, że cos Z = 0,0163. Należy wiec zanotować : PZ:ZK = cos 89 4 12 =0,0163 Po przekształceniu można napisać, ze : PZ = ZK 0,0163 A po jeszcze jednym przekształceniu otrzymujemy, że ZK = PZ:0,0163 2

Długość promienia Ziemi, czyli PZ była mu jak pisałem znana i wynosiła podstawimy ją do równania. 6000 km, dlatego ZK= 6000 km :0,0163 = (w przybliżeniu) 367 500 km Obecnie przyjmuje się, że długość ta wynosi 384 400 km, więc wynik jak na tamte czasy można powiedzieć, że prawie idealny, a jeszcze trzeba pamiętać, że promień ziemski wynosi nie 6000 km, a 6371 km, a wartość cosinusa też jest przybliżona. Ważnym elementem dokonań naukowych Ptolemeusza, a obecnie dosyć zapomnianym było sformułowanie twierdzenia o iloczynach długości przekątnych w czworokącie wpisanym w okrąg. I tutaj pojawia się ważna kwestia. Kiedy na czworokącie można opisać okrąg? Odpowiedź jest banalna. Gdy suma miar przeciwległych kątów tego wielokąta jest równa 180. Twierdzenie to nazwane na część odkrywcy twierdzeniem Ptolemeusza brzmi następująco: iloczyn długości przekątnych w czworokącie wpisanym w okrąg jest równy sumie iloczynów długości przeciwległych boków. Lepiej to wyjaśnia ten rysunek: AC BD = AD BC + AB DC Jednak jak udowodnić, że jest to prawda? Wystarczy na przekątnej AC narysować dowolny punkt, ja nazwę go P, ale nie może on być byle jakim punktem. Musi leżeć w takim miejscu, żeby kąt PBC był równy kątowi ABD, co ilustruje poniższy rysunek. Kąty, które są zaznaczone na zielono na obrazku 3

mianowicie kąt BAC oraz kąt BDC mają takie same miary, gdyż są kątami wpisanymi opartymi na tym samym łuku. Łuk ten ma zaznaczyłem kolorem różowym. To samo można powiedzieć o kątach, które są pomalowane na czerwono, czyli o kątach ADB oraz ACB. Również są wpisane i oparte na tym samym łuku, który zaznaczyłem kolorem niebieskim. Kolejnym punktem w udowadnianiu tego twierdzenia musi być znalezienie 2 par trójkątów podobnych. Na pierwszy rzut oka wysuwa się trójkąt ABP oraz trójkąt DBC. O tych trójkątach można powiedzieć, że są podobne, gdyż mają 3 kąty o takiej samej mierze. Pierwszy identyczny kąt w obu trójkątach jest zaznaczony na zielono, drugi to suma α + β, a trzeci mają taki sam, bo suma kątów w trójkącie zawsze jest równa 180 stopni. Mając trójkąty podobne układamy proporcję : DB : AB = DC : AP Drugą parą trójkątów podobnych jest trójkąt BPC oraz trójkąt BAD. Tutaj również wykorzystamy zasadę, że jeżeli 2 trójkąty mają 3 kąty o takiej samej mierze to są podobne. Jak widać na rysunku są to kąty zamalowane na czerwono, są również kąty α i jest ostatni kąt, który tak jak poprzednim razem musi być taki sam, gdyż suma kątów w trójkącie zawsze wynosi 180 stopni. Posiadając drugą parę trójkątów podobnych układamy również proporcję : 4

AD : PC = DB : BC Teraz należy przekształcić te proporcję na iloczyny : DB : AB = DC : AP AD : PC = DB : BC DB AP = AB DC PC DB = AD BC Po dodaniu tych dwóch iloczynów stronami wychodzi nam : DB AP + PC DB = AB DC + AD BC Po lewej stronie równania możemy przed nawias wyciągnąć wspólny czynnik DB i tak właśnie zrobimy : DB ( AP + PC ) = AB DC + AD BC Jak należy zauważyć na rysunku drugim, AP + PC = AC. Zamieniamy sumę odcinków AP + PC na AC. Wychodzi nam równanie, które jest zapisaną symbolicznie tezą twierdzenia Ptolemeusza. DB AC = AB DC + AD BC Iloczyn długości przekątnych = sumie iloczynów przeciwległych boków w czworokącie wpisanym w okrąg. Na podstawie tego wzoru można udowodnić również jakżeż popularne twierdzenie Pitagorasa, i to w banalny sposób. Spójrzmy na rysunek załączony poniżej : c 5

Na rysunku są dwa przystające trójkąty prostokątne,dlatego widzimy prostokąt. Znając już twierdzenie może od razu przejdźmy do obliczeń. Suma iloczynów długości przeciwległych boków w tym wypadku będzie wynosić : a a + b b Natomiast iloczyn przekątnych będzie równy c c Po zapisaniu iloczynów w postaci potęg wychodzi nam równanie : a 2 + b 2 = c 2, a tak wygląda twierdzenie Pitagorasa oraz droga wyprowadzania go z twierdzenia Ptolemeusza. Teza Ptolemeusza jest bardzo, ale to bardzo uniwersalna. Można z niej wyprowadzić wiele wzorów, ale myślę, że ten, który zaraz pokażę jest bardzo przydatny. Mianowicie jest to twierdzenie mówiące, że pole deltoidu wpisanego w koło jest równe iloczynowi długości dwóch jego przeciwległych boków. Twierdzenie Ptolemeusza brzmi trochę inaczej, gdyż jest tam wspominany iloczyn długości przekątnych, a nie pole deltoidu. W takim razie pole deltoidu oraz iloczyn długości przekątnych w takiej figurze wpisanej w okrąg musi być równy. Korzystając ze wzoru, że pole deltoidu jest równe połowie iloczynu długości przekątnych piszemy równanie : ½ d2 d1 = P (polu deltoidu) 6

Natomiast stosując twierdzenie Ptolemeusza otrzymujemy na następującą równość : d2 d1 = a b + a b Redukując wyrazy podobne po lewej stronie będziemy mieli : d2 d1= 2ab Podstawiając do pierwszego równania za iloczyn przekątnych 2ab wyliczamy, że a b = P Znając taki wzór, bez najmniejszego problemu rozwiązujemy zadania z polem deltoidu wpisanego w koło, bo znając tylko długości dwóch różnych boków, obliczamy jego pole. Teraz chciałbym przedstawić dwa możliwe zastosowania twierdzenia Ptolemeusza w zadaniach. Zadanie 1 W okrąg wpisano trójkąt równoboczny ABC. Jeżeli M jest dowolnym punktem tego okręgu to udowodnij, że jedna z odległości AM, BM lub CM jest równa sumie dwóch pozostałych. Myślę, że lepiej uzmysłowić sobie tą sytuację patrząc na poniższy rysunek. Z warunków zadania wynika iż AB = BC = AC = a Teraz napiszemy równość wynikającą z twierdzenia Ptolemeusza, ponieważ mamy czworokąt wpisany w okrąg. AB MC = MB AC + AM BC Teraz zamieniamy AB, BC i AC na a. MC a = MB a + MA a /:a 7

MC = MB + MA CM = BM + AM Cnd Zadanie 2 Na przeciwprostokątnej trójkąta prostokątnego ABC (gdzie kąt C = 90 ) zbudowano na zewnątrz kwadrat. Oblicz odległość punktu przecięcia przekątnych kwadratu P od punktu C jeśli wiesz, że a + b = m (a, b długości przyprostokątnych). Sytuację tą doskonale ilustruje ten rysunek : 8

Na czworokącie APBC da się opisać okrąg, bo miara kąta C = 90, miara kąta P = 90 z czego wynika, że miara kąta A + miara kąta B = 180 2 boki w tym czworokącie będą miały długość ½ C, a dwa pozostałe A oraz B. Teraz należy wykorzystać twierdzenie Ptolemeusza : ½ C b + ½ C a = c x (gdzie x = długości drugiej przekątnej ) / :1/2 C b + C a = 2 c x bc + ac = 2 c x / :2c (bc + ac ) : 2c = x ½ b + ½ a = x Teraz wyciągniemy wspólny czynnik przed nawias. W warunkach zadania było, że a + b = m ½ ( a + b ) = x x = ½ m Odp. Odległość punktu przecięcia przekątnych kwadratu P od punktu C wynosi ½ m. Myślę, że tą pracą rozjaśniłem jaką wybitną postacią był Ptolemeusz oraz wyjaśniłem jego najważniejsze osiągnięcia. Pokazałem, że twierdzenie Ptolemeusza jest bardzo uniwersalne i można z niego wyprowadzić bardzo wiele wzorów. W wielu zadaniach to twierdzenie może nam ułatwić życie. Literatura : 1. Przez rozrywkę do wiedzy Rozmaitości matematyczne, Stanisław Kowal, Wydawnictwo Naukowo Techniczne. 2. Matematyka czasopismo dla nauczycieli nr 4 / 2003 3. pl.wikipedia.org 4. Bazy ciekawych zadaniach w Internecie. 9