Geometrie Wszechświata. 3. Punkty w nieskończoności 4. Czy Wszechświat jest nieskończony? materiały do ćwiczeń

Podobne dokumenty
Geometrie Wszechświata. 2. Problem z Euklidesem materiały do ćwiczeń

Kombinowanie o nieskończoności. 3. Jak policzyć nieskończone materiały do ćwiczeń

Rysunek 1. Udowodnij, że AB CD = BC DA. Rysunek 2. Po inwersji o środku w punkcie E. Rysunek 3. Po inwersji o środku w punkcie A

METODY KONSTRUKCJI ZA POMOCĄ CYRKLA. WYKŁAD 1 Czas: 45

Odległośc w układzie współrzędnych. Środek odcinka.

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

Geometrie Wszechświata. 9. O rozmaitościach 10. Geometrie wewnętrzne 11. Masa zakrzywia materiały do ćwiczeń

TO TRZEBA ROZWIĄZAĆ-(I MNÓSTWO INNYCH )

SPRAWDZIAN NR Zaznacz poprawne dokończenie zdania. 2. Narysuj dowolny kąt rozwarty ABC, a następnie przy pomocy dwusiecznych skonstruuj kąt o

Bukiety matematyczne dla gimnazjum

FIGURY I PRZEKSZTAŁCENIA GEOMETRYCZNE

PLANIMETRIA CZYLI GEOMETRIA PŁASZCZYZNY CZ. 3

Wielokąty i Okręgi- zagadnienia

Próbny egzamin maturalny z matematyki Poziom rozszerzony

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

Inwersja w przestrzeni i rzut stereograficzny zadania

Zadania otwarte krótkiej odpowiedzi na dowodzenie

Geometrie Wszechświata. 5. Czwarty wymiar materiały do ćwiczeń

Kolorowanie płaszczyzny, prostych i okręgów

Planimetria VII. Wymagania egzaminacyjne:

GEOMETRIA ELEMENTARNA

Podstawowe pojęcia geometryczne

Jednokładność i podobieństwo

Notatki przygotowawcze dotyczące inwersji na warsztaty O geometrii nieeuklidesowej hiperbolicznej Wrocław, grudzień 2013

EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI

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

KONSTRUKCJE ZA POMOCĄ CYRKLA. Ćwiczenia Czas: 90

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

7. PLANIMETRIA.GEOMETRIA ANALITYCZNA

Zadanie 1. W trapezie ABCD poprowadzono przekątne, które podzieliły go na cztery trójkąty. Mając dane pole S 1

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

Praca klasowa nr 2 - figury geometryczne (klasa 6)

SPIS TREŚCI. Do Nauczyciela Regulamin konkursu Zadania

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI

Ćwiczenia z Geometrii I, czerwiec 2006 r.

Matura próbna 2014 z matematyki-poziom podstawowy

Kurs ZDAJ MATURĘ Z MATEMATYKI MODUŁ 11 Zadania planimetria

Geometria płaska - matura Przyprostokątne trójkąta prostokątnego mają długości 3 7cm poprowadzona z wierzchołka kąta prostego ma długość: 12

Kombinowanie o nieskończoności. 2. Wyspy, mosty, mapy i kredki materiały do ćwiczeń

1. ODPOWIEDZI DO ZADAŃ TESTOWYCH

Matematyka podstawowa VII Planimetria Teoria

MATERIAŁ DIAGNOSTYCZNY Z MATEMATYKI

MATERIAŁY DIAGNOSTYCZNE Z MATEMATYKI

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI

GEOMETRIA ANALITYCZNA. Poziom podstawowy

Zadania na dowodzenie Opracowała: Ewa Ślubowska

Równania prostych i krzywych; współrzędne punktu

Twierdzenie Talesa. Adrian Łydka Bernadeta Tomasz. Teoria

Bukiety matematyczne dla gimnazjum

Jarosław Wróblewski Matematyka Elementarna, zima 2014/15

NOWA FORMUŁA EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI POZIOM PODSTAWOWY MMA 2019 UZUPEŁNIA ZDAJĄCY. miejsce na naklejkę UZUPEŁNIA ZESPÓŁ NADZORUJĄCY

ZADANIA ZAMKNIETE W zadaniach 1-25 wybierz i zaznacz na karcie odpowiedzi poprawna

Uwaga. 1. Jeśli uczeń poda tylko rozwiązania ogólne, to otrzymuje 4 punkty.

EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI

Geometria analityczna

EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI 5 MAJA 2016 POZIOM PODSTAWOWY. Godzina rozpoczęcia: 9:00. Czas pracy: 170 minut. Liczba punktów do uzyskania: 50

ARKUSZ PRÓBNEJ MATURY Z OPERONEM MATEMATYKA

KURS MATURA PODSTAWOWA Część 2

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

Dydaktyka matematyki, IV etap edukacyjny (ćwiczenia) Ćwiczenia nr 7 Semestr zimowy 2018/2019

EGZAMIN MATURALNY OD ROKU SZKOLNEGO

X Olimpiada Matematyczna Gimnazjalistów

Mini tablice matematyczne. Figury geometryczne

MATERIAŁY DIAGNOSTYCZNE Z MATEMATYKI

STOWARZYSZENIE NA RZECZ EDUKACJI MATEMATYCZNEJ KOMITET GŁÓWNY OLIMPIADY MATEMATYCZNEJ JUNIORÓW SZCZYRK 2017

Treści zadań Obozu Naukowego OMJ

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

LX Olimpiada Matematyczna

ARKUSZ PRÓBNEJ MATURY Z OPERONEM MATEMATYKA

Matematyka. dla. Egzamin. Czas pracy będzie

XIII Olimpiada Matematyczna Juniorów

IX Olimpiada Matematyczna Gimnazjalistów

Próbny egzamin maturalny z matematyki Poziom rozszerzony. Kujawsko-Pomorskie Centrum Edukacji Nauczycieli w Bydgoszczy PLACÓWKA AKREDYTOWANA

EGZAMIN MATURALNY OD ROKU SZKOLNEGO

Projekt Innowacyjny program nauczania matematyki dla liceów ogólnokształcących

Zajęcia nr 1 (1h) Dwumian Newtona. Indukcja. Zajęcia nr 2 i 3 (4h) Trygonometria

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

Skrypt 23. Geometria analityczna. Opracowanie L7

STEREOMETRIA CZYLI GEOMETRIA W 3 WYMIARACH

KONKURS ZOSTAŃ PITAGORASEM MUM. Podstawowe własności figur geometrycznych na płaszczyźnie

Projekt Zobaczę-dotknę-wiem i umiem, dofinansowany przez Fundację mbanku w partnerstwie z Fundacją Dobra Sieć

FUNKCJA LINIOWA, OKRĘGI

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

ZADANIA NA DOWODZENIE GEOMETRIA, cz. II Wojciech Guzicki

Planimetria poziom podstawowy (opracowanie: Mirosława Gałdyś na bazie

Matematyka rozszerzona matura 2017

Próbny egzamin maturalny z matematyki Poziom rozszerzony

ZADANIA ZAMKNIETE W zadaniach 1-25 wybierz i zaznacz na karcie odpowiedzi poprawna

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI LISTOPAD 2010 POZIOM PODSTAWOWY. Czas pracy: 170 minut. Liczba punktów do uzyskania: 50 WPISUJE ZDAJĄCY

EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI

Odkrywanie twierdzeń geometrycznych przy pomocy komputera

Wskazówki do zadań testowych. Matura 2016

EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI POZIOM PODSTAWOWY 5 MAJA Godzina rozpoczęcia: 9:00. Czas pracy: 170 minut. Liczba punktów do uzyskania: 50

Lista NR 6. Przedstaw obliczenia we wszystkich zadaniach.

Geometria wykreślna. 3. Równoległość. Prostopadłość. Transformacja celowa. dr inż. arch. Anna Wancław. Politechnika Gdańska, Wydział Architektury

Twierdzenia o czworokącie wpisanym w okrąg i o czworokącie opisanym na okręgu.

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

Transkrypt:

Geometrie Wszechświata. 3. Punkty w nieskończoności 4. Czy Wszechświat jest nieskończony? materiały do ćwiczeń Projekt Matematyka dla ciekawych świata spisał: Michał Korch 16 marzec 2017 Prezentacja multimedialna do wykładu 3. Inwersja w pigułce Inwersja to przekształcenie płaszczyzny z punktem w nieskończoności. Inwersja względem okręgu o o środku w punkcie O i promieniu r można sobie wyobrażać jako symetrię względem tego okręgu w takim sensie, że przekształca wnętrze tego okręgu na zewnętrze i zewnętrze na wnętrze. W szczególności (przez mam na myśli, że odpowiednie rzeczy na siebie przechodzą przy tej inwersji): ˆ punkt O punkt w nieskończoności, ˆ dowolny punkt A na A, gdzie A leży na prostej OA oraz: OA OA = r 2, ˆ okrąg jest zatem okręgiem punktów stałych, ˆ dowolna prosta przechodząca przez O przechodzi na siebie (ale punkty na niej generalnie nie są stałe), ˆ okrąg przechodzący przez O prosta nieprzechodząca przez O, ˆ okrąg nieprzechodzący przez O okrąg nieprzechodzący przez O, ˆ inwersja zachowuje kąty. Przekształcenie rzutowe w pigułce Przekształcenie rzutowe to przekształcenie płaszczyzny z prostą w nieskończoności. Chodzi o to, że wybieramy nową prostą, która będzie w nieskończoności (a dawny horyzont będzie teraz zwyczajną prostą). Poste przechodzą na proste, jeśli jakieś 3 przecinały się w jednym punkcie, 1

to nadal tak jest (w szczególności, jeśli jakieś proste przecinają się na prostej, którą wyrzucamy na horyzont, to po przekształceniu są równoległe ). Pamiętamy, że dawne proste równoległe przecinają się na prostej, która kiedyś była horyzontem. Jeśli jakieś 3 punkty leżały na jednej prostej, to nadal leżą na jednej prostej. Przekształcenie rzutowe nie zachowuje oczywiście kątów i odległości. 1 Zadania łatwe 1. Jak w hotelu Hilberta (pokoje numerowane od zera) zakwaterować elementy następujących zbiorów? ˆ {1, 2, 3, 4,...} ˆ N {π} ˆ N {2014} ˆ zbiór liczb parzystych. 2. Narysuj okrąg o promieniu 2cm oraz zaznacz dwa punkty: pierwszy dowolny w odległości 1cm od środka okręgu i drugi dowolny w odległości 8cm od środka okręgu. Przy pomocy linijki z podziałką znajdź ich obrazy w inwersji względem narysowanego okręgu. Wskazówka: OA OA = r 2 3. Narysuj okrąg o oraz zaznacz punkt na tym okręgu. Na co przejdzie ten okrąg w inwersji względem okręgu o środku w narysowanym punkcie (i dowolnym promieniu)? 4. Narysuj dwie proste równoległe do siebie oraz okrąg styczny do obu tych prostych. Naszkicuj obraz tego rysunku w inwersji względem narysowanego okręgu. 5. Naszkicuje dwie proste przecinające się w punkcie A oraz dowolny okrąg wpisany w kąt tworzony przez te proste. Naszkicuj obraz tego rysunku w inwersji względem narysowanego okręgu. 6. Niech będzie dany okrąg o oraz okrąg s styczny do o od wewnątrz i przechodzący przez środek okręgu o. Naszkicuj obraz tego rysunku w inwersji względem okręgu o oraz obraz tego rysunku w inwersji względem okręgu s. 7. Niech będą dane dwie proste równoległe k i l oraz prosta m przecinająca je. Naszkicuj ten rysunek po przekształceniu rzutowym w wyniku którego prosta m będzie w nieskończoności. Wskazówka: Zacznij od ustalenia dowolnej prostej, która będzie dawnym horyzontem. Po przekształceniu k i l przecinają się na niej. 8. Niech będzie dany trójkąt ABC. Naszkicuj jego obraz po przekształceniu rzutowym, w wyniku którego prosta równoległa do BC, a przechodząca przez punkt A znajdzie się w nieskończoności. Wskazówka: Proste AC i AB staną się równoległe, bo przecinają się w jednym puncie w nieskończoności. 2

2 Zadania trochę mniej łatwe niż łatwe 1. Jak w hotelu Hilberta (pokoje numerowane od zera) zakwaterować elementy następujących zbiorów? ˆ { 1 n+1 n N} = {1, 1 2, 1 3,...}. n N} N. ˆ { 1 n+1 ˆ liczby całkowite ({0, 1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4,...}). 2. Niech będzie dany trójkąt prostokątny ABC o przeciwprostokątnej AB. Naszkicuj jego obraz w inwersji względem okręgu na nim opisanego. Wskazówka: Ponieważ kąt przy C jest prosty, AB jest średnicą tego okręgu. 3. Narysuj obraz kwadratu w inwersji względem okręgu na nim opisanego. Wskazówka: Pamiętaj, że inwersja zachowuje kąty. 4. Narysuj obraz kwadratu w inwersji względem okręgu w niego wpisanego. 5. Okrąg o 1 jest styczny zewnętrznie do rozłącznych okręgów o 2 i o 4. Podobnie rozłączny z o 1, okrąg o 3 jest styczny zewnętrznie do o 2 i o 4. Wykaż, że te cztery punkty styczności leżą na jednym okręgu. Wskazówka: Rozważ inwersję względem jednego z punktów styczności (o dowolnym promieniu) i wykaż, że pozostałe muszą leżeć wtedy na jednej prostej. 6. Niech będzie dany okrąg o o środku w punkcie O oraz punkt A różny od O oraz nie leżący na o. Przy pomocy cyrkla i linijki bez podziałki skonstruuj obraz punktu A w inwersji względem okręgu o. Wskazówka: Wykorzystaj zadanie 3 z Łatwych z pierwszych ćwiczeń. 7. Jak będzie wyglądać równoległobok po przekształceniu rzutowym, w wyniku którego prosta zawierająca jeden z jego boków znajdzie się w nieskończoności? Wskazówka: Zaznacz najpierw dowolną prostą, która jest dawnym horyzontem. Jakie proste przecinają się na niej w jednym punkcie? 8. Jak będzie wyglądać równoległobok po przekształceniu rzutowym, w wyniku którego prosta zawierająca jego przekątną znajdzie się w nieskończoności? 9. Naszkicuj poniższy obrazek po przekształceniu rzutowym w wyniku którego prosta g zostaje przeniesiona do nieskończoności. 3

10. Naszkicuj powyższy obrazek po przekształceniu rzutowym w wyniku którego prosta f zostaje przeniesiona do nieskończoności. 11. Niech będą dane dwie nierównoległe proste przecinające się poza Twoją kartką oraz punkt pomiędzy nimi. Korzystając jedynie z linijki bez podziałki, wyznacz prostą, która przechodzi przez dany punkt i przecina się z danymi prostymi w jednym punkcie. Wskazówka: Skorzystaj z twierdzenia odwrotnego do twierdzenia Desarguesa (patrz zadanie 5 z trudniejszych). Niech dwie dane proste to będą proste AA, CC, zaś dany punkt to niech będzie punkt B. Narysuj resztę rysunki po kolei tak, żeby punkty przecięć AB z A B, BC z B C, AC z A C leżały na jednej prostej. Wtedy BB to szukana prosta. 3 Zadania trudniejsze 1. Jak w hotelu Hilberta zakwaterować liczby wymierne (liczby postaci p/q, gdzie p, q są całkowite oraz q 0)? Wskazówka: Rozpatrz nieskończoną tabelką liczb wymiernych, w których w wierszach zmienia się p, a w kolumnach q. Jaką trasę po tej tabelce może przejść recepcjonista, żeby zakwaterować wszystkie liczby? 2. W czworokącie ABCD, okręgi wpisane w trójkąty ABC i ACD są styczne ze sobą. Wykaż, że punkty styczności tych okręgów z bokami czworokąta leżą na jednym okręgu. Wskazówka: Rozważ inwersję względem punktów styczności tych okręgów (o dowolnym promieniu). 3. Rozwiąż następujące słynne zadanie Apoloniusza: skonstruuj okrąg styczny do trzech danych okręgów, z których dwa są styczne zewnętrznie, a trzeci z nimi rozłączny. Wskazówka: Wykonaj zadanie po przekształceniu wszystkiego przez inwersję względem tego punktu styczności. Powróć do poprzedniej sytuacji korzystając z zadania 6 z serii Zadania trochę mniej łatwe niż łatwe. 4. Rozwiąż następujące słynne zadanie Apoloniusza w ogólnym przypadku: skonstruuj okrąg styczny do trzech danych rozłącznych okręgów okręgów. Wskazówka: Powiększ dwa z nich tak, żeby były styczne. 4

5. Rozważmy geometrię rzutową. Udowodnij twierdzenie odwrotne do twierdzenia Desarguesa: niech będą dane trójkąt ABC oraz A B C oraz niech P, Q, R będą punktami przecięcia odpowiednio AB z A B, BC z B C oraz AC z A C. Załóżmy, że P, Q, R leżą na jednej prostej. Udowodnij, że proste AA, BB oraz CC przecinają się w jednym punkcie. Wskazówka: Postępuj podobnie, jak w dowodzie tw. Desarguesa przedstawionym na wykładzie. Zadania inspirowane: listą zadań W krzywym zwierciadle opublikowaną w Delcie autorstwa J. Jaszuńskiej, pomysłami Michała Korcha. Literatura dodatkowa [1] Richard Courant, Herbert Robbins, and Ian Stewart. Co to jest matematyka? Prószyński i S-ka, Warszawa, 1998. rozdziały: II.4, III.4, III.6, IV.4 i IV.5. [2] Tony Crilly. 50 teorii matematyki. PWN, Warszawa, 2009. rozdziały: 7 i 31. [3] Timothy Ferris, editor. Skarby astronomii. Amber, Warszawa, 1991. rozdziały: 8 i 14. [4] David Filkin. Wszechświat Stephena Hawkinga. Rebis, Poznań, 1998. rozdziały: 2, 3, 4, 5 i 6. [5] John Gribbin and Mary Gribbin. Czas i przestrzeń. Arkady, Warszawa, 1995. rozdziały: 22 i 28. [6] Stephen Hawking. Krótka historia czasu. Alfa, Warszawa, 1990. rozdziały: 1, 3 i 8. [7] Stephen Hawking. Wszechświat w skorupce orzecha. Zysk i S-ka, Poznań, 2002. rozdział: 3. [8] Stephen Hawking. Ilustrowana teoria wszystkiego. Zysk i S-ka, Poznań, 2004. rozdziały: 1 i 2. [9] Marek Kordos. Wykłady z historii matematyki. Script, Warszawa, 2005. rozdziały: 8, 11, 12, 13 i 18. [10] Serge Lang. Młodzi i matematyka. Gdańskie Wydawnictwo Oświatowe, Gdańsk, 1995. rozdział 9. [11] Roger Penrose. Nowy umysł cesarza. PWN, Warszawa, 2000. rozdział VII.6. [12] Michał Szurek. Opowieści geometryczne. WSiP, Warszawa, 1995. rozdziały: 6 i 29. [13] Steven Weinberg. Pierwsze trzy minuty. Prószyński i S-ka, Warszawa, 1998. 5