04 Σ Povzetek V okviru običajnega pouka si učitelj težko privošči, da bi učencem nudil dovolj priložnosti celovite obravnave proble- mov oziroma obravnave, pri kateri bi bil poudarek predvsem na povezovanju obravnavane snovi z ostalimi znanji oziroma izkušnjami. Prav zaradi tega so za delo z nadarjenimi učenci pomembne tudi drugačne oblike dela. V prispevku predstav- ljam nekatere naloge, ki jih nadarjeni učenci rešujejo na mate- matičnem taboru. Ključne besede: nadarjeni, matematika, matematični tabor, naloge za nadarjene. Matemati čni tabor za nadarjene Vesna Harej Osnovna šola Dravlje Math camp for the gifted Σ Abstract During the course of normal instructions, the teacher can hard- ly afford to provide pupils with enough opportunities for a ho- listic discussion of problems or discussion in which the emphasis would lay primarily on the integration of the treated material with other knowledge or experiences. That is why diverse types of work are so important for work with gifted students. The pa- per presents some of the exercises which gifted pupils solved in math camp. Keywords: gifted, mathematics, math camp, exercises for the gifted α Matematika v šoli ∞ XIX. [2013] ∞ 04-18 α Delo z nadarjenimi u čenci pri matematiki O tem, kako delati z nadarjenimi učenci, katera temeljna načela upoštevati, je veliko zapisanega v konceptu »Odkrivanje in delo z nadarjenimi učenci v devetletni šoli«, ki ga je izdal Nacionalni kurikularni svet leta 1999. Tudi Strmčnik (1998) navaja določena izhodišča in načela, ki jih je treba upošteva- ti pri delu z nadarjenimi učenci. Predlagane oblike dela in aktivnosti za nadarjene učen- ce se lahko izvajajo pri rednem pouku ali pa izven njega. Verjetno se prav vsi učitelji, ki smo že imeli priliko delati z nadarjenimi učenci, zavedamo, da ni ene same metode, s katero bi poskrbeli zanje. Učinkovite so vse tiste oblike in metode, ki poudarjajo razvi- janje zahtevnejših miselnih sposobnosti. Na- darjenosti ne smemo enačiti s popolnost jo, saj popolnosti ne moremo zahtevati od ni- kogar. Učence lahko samo spodbujamo in jim pomagamo, ne smemo pa jim česarkoli vsiljevati. β Matemati čni tabor za nadarjene Na naši šoli že dvanajsto leto organizira- mo matematični tabor za nadarjene učence. Njegov glavni namen je ustvariti primerne razmere in omogočiti vsem udeležencem razvijanje njihovih ustvarjalnih sposobnos- tih. Učenci s svojim znanjem samostojno in celovito obravnavajo problemsko situacijo, ki jo najprej definirajo, postavijo raziskoval- na vprašanja, oblikujejo hipoteze, načrtu- jejo poti reševanja in na koncu ovrednotijo rešitve. Tako jih vodimo k samostojnemu odkrivanju. Naloge, s katerimi se srečujejo učenci na taboru, so kompleksnejše, čeprav običajno niso prezahtevne, njihova glavna značilnost pa je odprtost. Za take naloge je značilno, da je podano le izhodišče razmiš- ljanja, cilj naloge je okvirno določen, prav tako nista določena postopek reševanja na- loge oziroma pot do cilja. Matematični tabor organiziramo za učen- ce od 7. do 9. razreda, izjemoma pa na tabor povabimo tudi učence 6. razreda. Učenci 9. razreda, ki so se že v preteklih letih udeleže- vali matematičnega tabora, so pri nekaterih nalogah že v vlogi mentorja mlajšim udele- žencem. Tak način dela je pokazal pozitivne odzive prav pri vseh učencih in seveda tudi pri učiteljih, ki sodelujejo na taboru. Običaj- no organiziramo petdnevni tabor v domovih ZPM ali v CŠOD v mesecu aprilu. Pri načrtovanju vsebine tabora za nadar- jene sem seveda izhajala iz koncepta »Odkrivanje in delo z nadarjenimi učen- ci« in želje, da udeleženci tabora poglobijo svoje znanje z odkrivanjem in raziskovan- jem. Razpravljati o matematičnih idejah, ne da bi ob tem predstavili najrazličnejše mate- matične probleme, se mi je zdelo nesmisel- no. Tako sem vsebino in delo tabora razdelila na štiri stopnje (Cofman, 2001): 1. stopnja: Spodbujanje k samostojnemu raziskovanju Samostojna pot do odgovora na zastav- ljeno vprašanje ponuja užitek prav vsem reševalcem, zato se na začetku lotimo lažjih nalog, ki jih učenci lahko rešujejo sami brez dodatnih nasvetov. 2. stopnja: Razne poti reševanja nalog Po samostojnem reševanju učenci posta- nejo kritični do svojih rešitev in se sprašu- jejo, ali morda obstaja boljša, hitrejša, eno- stavnejša ali lepša rešitev zastavljene naloge. 05 Matemati čni tabor za nadarjene 06 V tem delu sem učence naučila kar nekaj tehnik reševanja matematičnih problemov. 3. stopnja: Znani matemati čni problemi iz preteklosti Učence sem seznanila z nekaterimi prob- lemi, s katerimi so se srečali matematiki v prejšnjih stoletjih. Ob tem se ne le ostri ve- ščina reševanja, temveč učenci začnejo ceniti matematiko tudi kot pomemben del kulture človeštva. 4. stopnja: Sodobni problemi matematike Kljub današnji zahtevnosti matematike obstajajo problemi v teoriji števil ali kombi- natoriki, ki jih lahko razumemo brez obsež- nega znanja matematike. δ Vsebina raziskovalnega tabora Že zelo zgodaj lahko opazovanje številskih vzorcev in oblik človeka vodi k presenetljivim odkritjem, ki so osnova mnogih zanimivih problemov. Tako raziskovanje nam utira pot k umetnosti reševanja problemov. Kaj naj raziskujemo in kako naj to počne- mo? Znani načini raziskovanja: • Ponavljanje nekega postopka in analiza dobljenih rezultatov. • Iskanje vzorcev. Iskanje izjem in po- sebnih primerov znotraj ugotovljenih vzorcev. • Posploševanje danih problemov. • Preučevanje obratnih problemov. Različni načini reševanja nalog: • Formulacija naloge na drugačen način. • Dokazovanje s protislovjem. • Uporaba analogij iz fizike. ε Cilji, ki sem jih zasledovala pri izvajanju raziskovalnega tabora • Razvijati sposobnosti, motivacijo in ustvarjalnost učencev. • Krepiti zaupanje učencev v lastne spo- sobnosti. • Razvijati pozitivni odnos učencev do pridobljenega znanja. • Družiti nadarjene učence med seboj. • Spodbujati in razvijati samostojno učenje. • Seznanjanje učencev z oblikami in me- todami dela pri raziskovanju. • Pri učencih uveljavljati sodelovalno učenje. • Razširiti interes učencev in spodbuditi njihovo sodelovanje pri izbiri programa. • Skrbeti za celostni osebnostni razvoj nadarjenih učencev. γ Metode in oblike dela Delo je potekalo v majhnih skupinah z začetnim uvodnim frontalnim delom. Ude- ležence sem seznanila z načini raziskovanja pri matematiki, jim nakazala problem in sodelovala pri njihovem delu. Ves čas sem spodbujala njihovo ustvarjalnost, izvirnost in kreativnost. Skozi različne aktivnosti sem pripravlja- la učence na samostojno razmišljanje ter jih seznanjala s terminologijo in abstraktnimi strukturami. η Primeri vsebin z nalogami V nadaljevanju je predstavljenih nekaj vsebin, ki jih na taboru obravnavamo, in na- loge 1 , ki jih učenci rešujejo. 1 Nekatere naloge navajamo vključno z rešitvami. 07 1. Ponavljanje nekega postopka in analiza dobljenih rezultatov Naj bo dan enakostranični trikotnik, ka- terega ploščina znaša eno ploščinsko enoto. Trikotnik razdelimo na štiri skladne triko- tnike tako, da povežemo razpolovišča stra- nic prvotnega trikotnika. Zatem odstranimo osrednjega od dobljenih štirih trikotnikov, nato odstranimo »sredine« preostalim trem trikotnikom in ponovimo opisani postopek n-krat (slika 1). Ugotovi: a) Skupno ploščino trikotnikov, ki jih od- stranimo, ko postopek 2-krat, 3-krat, …, n-krat ponovimo. b) Kaj se dogaja s ploščino, ko se n veča čez vse meje? Ponavljanje postopka pripelje učence do pojma fraktal in pri tem tudi spoznajo, kako rastejo fraktali. Izberemo začetni geometrijski objekt, na primer daljico, geometrijski lik ali geo- metrijsko telo. Na njem izvajamo določen postopek – algoritem. Izhodni podatki po prvem koraku predstavljajo vhodne podatke za drugi korak, izhodni podatki po drugem koraku so vhodni podatki za tretji korak in tako naprej. Nešteto ponovitev algoritma nas pripelje do fraktala. Omenjene lastnosti si ogledamo na Ko- chovi krivulji in trikotniku Sierpinskega. 2. Iskanje vzorcev Poligonska števila Izraz mnogokotniška − poligonska števila so vpeljali že stari Grki, ko so določena na- ravna števila predstavili kot obliko mnogo- kotnika iz točk oziroma kamenčkov. Gre za naravna števila, ki so enolično do- ločena z mrežo pravilnega mnogokotnika različnih dimenzij. Razišči trikotniška, kvadratna, petkotni- ška, šestkotniška in poljubna mnogokotniška števila. Trikotniška števila Trikotniško število je število, ki je predstav- ljeno v obliki točk mreže trikotnika, kjer na posamezni stranici leži ena točka več kot na stranici manjšega trikotnika, kar je ponazor- jeno spodaj (slika 2). Trikotniška števila ob višanju dimenzije lahko strnemo v zaporedje naravnih števil. Vsota zaporednih naravnih števil so tri- kotniška števila. Primer : 1 + 2 = 3 1 + 2 + 3 = 6 1 + 2 + 3 + 4 = 10 Koliko pik sestavlja 5. člen vzorca? Koliko pik sestavlja 7. člen vzorca? Ali opaziš preprosto pravilo, ki povezuje število pik z zaporednim številom člena? Koliko pik sestavlja n-ti člen vzorca? Ugotovitve sproti vnašaj v preglednico 1. [Slika 1] Trikotnik Sierpinskega [Slika 2] Trikotniška števila 08 Če seštejemo kakšno trikotno in nadaljnje večje trikotno število, vedno dobimo kvadrat- no število. Primer: 1 + 3 = 4 = 2 2 3 + 6 = 9 = 3 2 6 + 10 = 16 = 4 2 Vsa trikotniška števila nastopajo v Pasca- lovem trikotniku. Kvadratna števila Kvadratna števila (slika 3) prikažemo kot točke v kvadratni mreži, potrebne za kvad rat ustrezne dimenzije. Že iz opazovanja spre- minjanja števila točk v mreži z višanjem di- menzije uganemo splošno formulo za kvad- ratna števila. Vsota prvih zaporednih lihih števil je zmeraj kvadrat naravnega števila – kvadra- tna števila. Primer : 1 + 3 = 4 = 2 2 1 + 3 + 5 = 9 = 3 2 1 + 3 + 5 + 7 = 16 = 4 2 Koliko pik sestavlja 5. člen vzorca? Koliko pik sestavlja 7. člen vzorca? Ali opaziš preprosto pravilo, ki povezuje število pik z zaporednim številom člena? Koliko pik sestavlja n-ti člen vzorca? Petkotniška števila Petkotniška (pentagonalna) števila (slika 4) prikažemo kot točke v mreži, potrebni za oglišča pravilnega petkotnika ustrezne di- menzije. Petkotniška števila pa lahko dobimo tudi kot vsoto trikotniških in kvadratnih pri n ≥ 2. P n = K n + T n-1 ; n ≥ 2 5 = 4 + 1 12 = 9 + 3 Koliko pik sestavlja 5. člen vzorca? Koliko pik sestavlja 7. člen vzorca? Ali opaziš preprosto pravilo, ki povezuje število pik z zaporednim številom člena? Koliko pik sestavlja n-ti člen vzorca? ime n= 12345678… n Trikotniško T n 13 [Preglednica 1] Trikotniška števila ime n= 12345678… n Kvadratno K n 14 [Preglednica 2] Kvadratna števila [Slika 4] Petkotna števila [Slika 3] Kvadratna števila Matemati čni tabor za nadarjene 09 Šestkotniška števila Šestkotniška (heksagonalna) števila (Slika 5) so naravna števila, določena s številom točk mreže v obliki pravilnega 6-kotnika raz- ličnih dimenzij. Koliko pik sestavlja 5. člen vzorca? Koliko pik sestavlja 7. člen vzorca? Ali opaziš preprosto pravilo, ki povezuje število pik z zaporednim številom člena? Koliko pik sestavlja n-ti člen vzorca? Šestkotniška števila pa lahko dobimo tudi kot vsoto trikotniških in petkotniških. Velja namreč: H n = P n + T n-1 ; n ≥ 2 6 = 5 + 1 15 = 12 + 3 28 = 22 + 6 Spoznali smo trikotniška, kvadratna, pet- kotniška in šestkotniška števila. Seveda se red mnogokotnika lahko tudi poljubno viša. Tako poznamo tudi heptagonalna, oktago- nalna, nonagonalna, dekagonalna . . . števila. Če je s število stranic mnogokotnika, je enačba za n-to s-mnogokotniško število: Če okoli dveh kvadratnih števil, ki na diagonali sledita druga za drugim, narišemo kvadrat, ki zajema štiri števila, in seštejemo števila v njem, dobimo kvadratno število. 1 23456 2 4 6 8 10 12 369 12 15 18 481 2 16 20 24 [Preglednica 5] Kvadratna števila Primer: glej preglednico 5 1 + 2 + 2 + 4 = 9 = 3 2 4 + 6 + 6 + 9 = 25 = 5 2 Še nekaj dodatnih zanimivih nalog o številih Pravokotna števila Vsota zaporednih prvih sodih števil je zmnožek dveh zaporednih naravnih števil, lahko pa ga ponazorimo s točkami, ki dolo- ime n= 12345678… n Petkotniško P n 15 [Preglednica 3] Petkotna števila ime n= 12345678… n Šestkotniško H n 16 [Preglednica 4] Šestkotniška števila [Slika 5] Šestkotniška števila n((s–2)n+4–s) 2 8128 = 1 + 2 + 4 + 8 + 16 + 32 + 64 + 127 + 254 +508 + 1016 + 2032 + 4064 Prijateljski števili Prijateljski števili sta števili, katerih vsota njunih pravih deliteljev je križno enaka dru- gemu številu. Prvi tak par je 220 in 284. Pravi delitelji števila 220 so 1, 2, 4, 5, 10, 11, 20, 22, 44, 55, 110, njihova vsota pa je 284. Pravi delitelji števila 284 so 1, 2, 4, 71, 142, njihova vsota pa je 220. Dokaži, da so naslednji trije pari: 1184 in 1210, 2620 in 2924 in pa 5020 in 5564 prija- teljska števila. Vzvišeno število Vzvišeno število je število, katerega števi- lo pozitivnih deliteljev je popolno število in katerih vsota je spet popolno število. Primer: Število 12 je vzvišeno. Število nje- govih pozitivnih deliteljev (6) je popolno šte- vilo: 1, 2, 3, 4, 6 in 12; njihova vsota pa je spet popolno število: 1+ 2 + 3 + 4 + 6 + 12 = 28. Kot zanimivost: Znani sta le dve taki šte- vili: 12 in 6 086 555 670 238 378 989 670 371 734 243 169 622 657 830 773 351 885 970 528 324 860 512 791 691 264. Srečno število Srečna števila tvorimo s podobnim po- stopkom kot praštevila z Eratostenovim si- tom. Postopek, po katerem je Poljski matema- tik Ulam opredelil srečna števila, je naslednji: Najprej prečrtamo vsa soda števila. 10 čajo pravokotnik. Temu zmnožku pravimo pravokotno število. Primer: 2 + 4 = 6 = 2 ∙ 3 2 + 4 + 6 = 12 = 3 ∙ 4 Pomembna je tudi razdelitev naravnih števil na praštevila ali primitivna števila in na sestavljena števila. Obstojna praštevila Če v praštevilu zamenjamo vrstni red števk in spet dobimo praštevilo, so to obstoj- na praštevila. Ko v številu 13 zamenjamo vr- stni red števk, dobimo praštevilo 31. Med praštevili do 100 poišči vsa obstojna praštevila. Kaj ugotoviš? V desetiškem zapisu obstojnega števila nastopajo le števke 1, 3, 7 in 9. Med praštevili do 100 so taka praštevila 11, 13, 17, 19, 31, 37, 71, 73, 79, 97, ki so vsa razen 19 obstojna. Vseh dvomestnih prašte- vil je 21, 9 pa je obstojnih. Popolna števila Odkritje popolnih števil po navadi pove- zujejo s šolo Pitagorejcev. Pitagorejci (učenci matematika Pitagore iz 6. stoletja pr. Kr.) so opazili, da imajo nekatera števila posebno lastnost, in sicer da je vsota deliteljev števi- la enaka številu samemu (pri tem gledamo samo delitelje manjše od števila samega). Popolno ali perfektno število je število, ki je enako vsoti vseh svojih pravih deliteljev. Je tudi samo sebi prijateljsko število. Najmanjše tako število je 6. Prva štiri popolna števila so: 6 = 1 + 2 + 3 28 = 1 + 2 + 4 + 7 + 14 496 = 1 + 2 + 4 + 8 + 16 + 31 + 62 + 124 + 248 Matemati čni tabor za nadarjene [Slika 6] Ponazoritev vsote prvih n naravnih šte- vil s pomočjo kvadrata s stranico dolžine n 11 Dobimo zaporedje lihih števil. Drugi člen je število 3. Sedaj prečrtamo vsako tretje število, ki je ostalo na seznamu. Tretje število je sedaj 7. Prečrtamo torej vsako sedmo število in posto- pek ponavljamo po zgoraj opisanem načinu. Če ta postopek ponovimo velikokrat, ostanejo vsa srečna števila do 100: 1, 3, 7, 9, 13, 15, 21, 25, 31, 33, 37, 43, 49, 51, 63, 67, 69, 73, 75, 79, 87, 93, 99. Med srečnimi števili do 100 so kar štirje kvadrati naravnih števil 1 = 1 2 , 9 = 3 2 , 25 = 5 2 , 49 = 7 2 Praštevilo je srečno ali pa tudi ne. Do 100 je 25 praštevil, med njimi so srečna 3, 7, 13, 31, 37, 43, 67, 73 in 97. Srečno število je zmeraj liho število. Vča- sih sta zaporedni lihi števili obe srečni. Do 100 imamo pare (1, 3), (7, 9), (13, 15), (31, 33), (49, 51), (67, 69), (73, 75). Takšnim pa- rom pravimo srečni dvojčki. 3 Vsote in vrste Pri obravnavanju končnih in neskončnih vrst se naučimo dokazovanja formul, kot na primer: s popolno matematično indukcijo. Izjava je pravilna za vsak k = n, če je pravilna za k = 1 in če iz pravilnosti za k = n sledi tudi pravilnost k = n + 1. Vsota prvih n naravnih števil Zapiši vsoto prvih n naravnih števil: 1 + 2 + 3 + … + n = ??? n vsota 11 2 1 + 2 3 1 + 2 + 3 4 1 + 2 + 3 + 4 5 1 + 2 + 3 + 4 + 5 … n 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + … + n [Preglednica 7] Vsota prvih n naravnih števil 1234567891 01 11 2 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 … [Preglednica 6] Kako poiščemo srečna števila n k=1 k 2 n(n + 1) = 12 Vsoto prvih n naravnih števil lahko pona- zorimo s pomočjo kvadrata s stranico dolži- ne n. Razišči geometrijski prikaz vsote prvih n naravnih števil. Narišemo mrežo kvadratkov s ploščino 1. S slike prepoznamo zaporedne člene 1, 2, 3 … n, saj so to ravno ploščine posameznih stolpcev. Obarvane kvadratke na sliki lahko razdelimo na: • rumeni del, katerega ploščina je enaka polovici ploščine kvadrata s stranico n, • rdeči del, ki je sestavljen iz n enakih tri- kotnikov s ploščino 1/2. S pomočjo geometrijskega prikaza zapiši vsoto prvih n naravnih števil. 1 + 2 + 3 + ... + n = Vsota prvih n lihih števil Zapiši vsoto prvih n lihih števil: 1 + 3 + 5 + … + (2n – 1) = ??? n vsota 11 2 1 + 3 3 1 + 3 + 5 4 1 + 3 + 5 + 7 5 1 + 3 + 5 + 7 + 9 … n 1 + 3 + 5 + 7 + 9 + … + n [Preglednica 8] Vsota prvih n lihih števil Vsoto prvih n lihih števil lahko ponazori- mo s pomočjo kvadrata s stranico dolžine n. Narišemo mrežo kvadratkov s ploščino 1. Kaj so zaporedni členi 1, 3, 5, 7, …, 2n-1 ? Kaj pa njihove vsote? Razišči geometrijski prikaz vsote prvih n lihih števil. 4 Uporaba geoploš če pri raziskovanju Geopološče omogočajo izvajanje razno- vrstnih aktivnosti s področja elementarne geometrije. Skozi različne aktivnosti omo- gočajo pripravo učencev na samostojno raz- mišljanje ter seznanjanje s terminologijo in abstraktnimi strukturami. Uporaba: raziskovanje različnih strategij iskanja ploščine lika, risanje različnih likov z istimi ploščinami, vrste trikotnikov, risanje štirikotnikov, večkotnikov, prikaz delov ce- lote, preslikave, simetrije, podobnost, iskanje skladnosti likov, risanje mrež, primitivne pi- tagorejske trojke ... itd. Poišči vse možne, ploščinsko različne, kvadrate (pravokotnike, paralelograme, pra- vokotne trikotnike … ), na geoplošči 5 X 5. Matemati čni tabor za nadarjene [Slika 7] Ponazoritev vsote prvih n lihih števil s pomočjo kvadrata s stranico dolžine n 13 5 Posploševanje problemov PICKOV IZREK na celoštevilski kvadrat- ni mreži Leta 1899 je matematik George Pick do- kazal trditev, ki opisuje zvezo med ploščino večkotnika na celoštevilski mreži in številom notranjih in robnih točk na mreži. (Večkotnik na sliki ima 8 robnih točk, kar zapišemo B = 8. Prav tako ima 1 notranjo toč- ko in zapišemo I = 1). Razišči Pickov izrek na kvadratni mreži. Ali bi podobno veljalo tudi na trikotni mreži, šestkotni mreži? Konstruiraj večkotnike brez notranjih točk (I = 0). Zapiši ploščino vsakega več- kotnika v preglednico. Število notranjih točk [ I ] Število robnih točk [ B ] Ploščina [ S ] v enot. kvadratih 03 04 05 06 07 ……… [Preglednica 9] Pickov izrek v večkotnikih brez not- ranjih točk Naslednji večkotniki naj vsebujejo po eno notranjo točko. Zapiši ploščino v preglednico. Število notranjih točk [ I ] Število robnih točk [ B ] Ploščina [ S ] v enot. kvadratih 14 15 16 17 18 ……… [Preglednica 10] Pickov izrek v večkotnikih z eno notranjo točko [Slika 9] Primer Pickovega izreka [Slika 8] Ploščinsko različni kvadrati na geoplošči 5 X 5 14 Naslednji večkotniki naj vsebujejo na- tančno dve točki v notranjosti. Poišči plošči- no in jo zapiši v tabelo. Število notranjih točk [ I ] Število robnih točk [ B ] Ploščina [ S ] v enot. kvadratih 26 27 2 8 2 9 2 10 … …… [Preglednica 11] Pickov izrek v večkotnikih z dve- ma notranjima točkama Zapiši pravilo, ki si ga odkril. Pravilo povezuje: • ploščino večkotnika … S • število notranjih točk … I • število robnih točk … B 6 Znani matemati čni problemi iz preteklosti Grafi Graf je diagram, ki ga sestavljajo točke, imenovane tudi vozlišča. Točke so povezane s črtami, ki jih poimenujemo povezave grafa. Kot prvi primer vzamemo nalogo napeljav. Povezati želimo tri hiše s tremi napeljava- mi: plinovodom, vodovodom in električno napeljavo. Zaradi varnosti zahtevamo, da se napeljave ne smejo križati. Ali lahko naredi- mo vse povezave? Kaj pa če bi nalogo predstavili z grafom? Poznamo točke grafa in vemo, kateri pari točk so povezani s povezavami. Narišimo povezave. Raziskoval čev problem Raziskovalec bi rad pregledal vse ceste med številnimi mesti. Ali lahko najde tak obhod, da bo vsako cesto prehodil natanko enkrat? (Eulerjev ob- hod) Popotnikov problem Popotnik bi rad obiskal določena mesta. Ali lahko najde tak obhod, da bo obiskal vsa- ko mesto natanko enkrat? (Hamiltonov cikel) Zapiši oba obhoda. Barvanje grafov Točkam grafa dodelimo barve, tako da sosednje točke dobijo različne barve. Dolo- [Slika 10] Tri hiše s tremi napeljavami [Slika 11] Popotnikov problem A B C D F O E Matemati čni tabor za nadarjene 15 čimo lahko najmanjše število barv, s katerimi lahko to storimo (kromatično število). Z najmanj koliko barvami lahko obarva- mo grafe po točkah? a) b) c) Problem štirih barv Pred približno sto leti je neki ravnatelj dal svojim učencem naslednjo nalogo. Dokaži, da lahko vsak zemljevid pobar- vamo s štirimi barvami tako, da so sosednje države pobarvane različno. Z najmanj koliko barvami lahko pobarva- mo zemljevide? (a) (b) (c) (d) (e) Nariši risbo, za barvanje katere potrebu- jemo: a) samo dve barvi, b) vsaj tri barve, c) vsaj štiri barve. Problem osmih dam To je problem šahovskega tipa. Postavimo osem dam na šahovnici 8X8 tako, da druga druge ne napadajo. Pri tem seveda veljajo običajna pravila gibanja dame. Barva je pri tej igri nepomembna. Problem osmih dam lahko torej posplošimo: dve dami ne moreta biti hkrati v isti vrstici, istem stolpcu ali diagonali. Poišči čim več rešitev: [Slika 13] Barvanje zemljevidov [Slika 14] Šahovnica, problem osmih dam [Slika 12] Barvanje grafov 16 S tem problemom so se ukvarjali številni matematiki, med drugimi tudi Gauss, Polya in Lucas. Problem je prvi predstavil nemški šahist Max Bezzel leta 1848 v časopisu Ber- liner Schachzeitung. Vseh 92 rešitev je prvi našel Franz Nauck. 7 Eulerjeva poliedrska formula Povezava med številom oglišč, robov in ploskev poliedrov je zagotovo ena izmed pomembnejših lastnosti teles. Matematiki so jo odkrili šele v 17. oz. 18. stoletju. Pre- senetljivo, če vemo, da je bila že v starogrški matematiki študiju poliedrov namenjena ena izmed osrednjih vlog in da je bilo že takrat s tega področja na voljo precej znanja. Za poljuben enostaven polieder razišči last- nost, ki povezuje: p – število oglišč, r – število ploskev in q – število robov poliedra. ime in slika mnogokotnik ploskve število ploskev število robov število oglišč št. ploskev v vsakem oglišču tetraeder trikotnik kocka kvadrat oktaeder trikotnik dodekaeder petkotnik ikozaeder trikotnik Enostaven polieder je vsak tisti, ki bi ga bilo mogoče, če bi bil primerno prožen, z raztegovanjem preoblikovati oz. napihniti v kroglo, ne da bi se pri tem na kateremkoli mestu pretrgal. Torej zagotovo niso enostav- ni poliedri tisti, ki imajo, denimo kakšno »luknjo«, ali pa so sestavljeni iz dveh ali več manjših poliedrov, ki se stikajo zgolj vzdolž enega samega robu. Preveri Eulerjevo formulo za dana telesa. Matemati čni tabor za nadarjene [Preglednica 12] Raziščimo Eulerjevo poliedrsko formulo [Slika 15] Različna geometrijska telesa 17 Število ploskev r Število robov q Število oglišč p [Preglednica 13] Preverimo Eulerjevo poliedrsko formulo za dana telesa γ Mnenja udeležencev »Raziskovanje mi je bilo všeč, ker je pote- kalo v sproščenem vzdušju. Zahtevnost na- log je bila kar velika, veliko mi je pomenilo, da sem rešitev naloge lahko predstavil osta- lim. Učiteljica nam je pri majhnih »hakeljč- kih« namignila. Tak način dela bi bil dober tudi v šoli, saj smo se veliko več naučili kot bi se sicer. Zelo mi je bil všeč Pickov izrek in njegova uporabnost. Res sem se lepo po- čutil.« »Na taboru sem se prvič dobro počutil med vrstniki, čeprav nismo bili vsi enako stari. Bila je dobra kombinacija matematike in športa. Prav škoda, da je tabor potekal samo en teden. Naj novi minister v naše šole uvede tak način dela. En mesec matematike, en mesec slovenščine, en mesec zgodovine in zemljepisa ... en mesec izbirnih vsebin in še kak mesec počitnic.« »Čez teden sem se pri raziskovalcih veliko naučila. Najbolj mi je bil všeč Pickov izrek in poliedrska števila, pa tudi druga zanimiva števila. Način dela mi je bil všeč. Učiteljica je bila prijazna in nas je znala spodbuditi k delu. Sploh ne vem, kako je lahko pet ali šest ur matematike na dan tako hitro minilo. Všeč mi je bilo poročanje, čeprav sem imela prvič malo treme. Če bo naslednje leto spet tak tabor, bi se ga rada udeležila, čeprav bom že v 1. letniku srednje šole.« »Če primerjam to z rednim poukom, ni primerjave. Imeli smo se krasno, veliko novega smo spoznali. Naloge so bile nekatere prav res težke, pa smo jih vseeno rešili. Pomagali smo drug drugemu. Najbolj mi je bil všeč Pickov izrek in dokazovanje Eulerjeve formule. Še bi šel na tak tabor.« 18 δ Viri in literatura: 1. Kmetič, S., L. Frobisher (1996), Izzivi za mlade mate- matike, Založba Obzorja. 2. Kmetič, S… (1996), Prispevki k poučevanju matema- tike, Založba Rotis. 3. Strnad, M., … (2004), Presečišče 7, 8, 9, Ljubljana, Dr- žavna založba Slovenije 4. Strnad, M., … (2004), Vodnik po Presečišču 7 in 8, Ljubljana, Državna založba Slovenije. 5. Cofman, J. (2001), Kaj naj rešujemo 1. del, DMFA. 6. Cofman, J. (2001), Kaj naj rešujemo 2. del, DMFA. 7. Pečovnik, M. A. Slikovne in geometrijske ponazori- tve matematičnih trditev, v: Matematika v šoli, letnik 11, str. 100-106. 8. Štembergar, M. Diplomska naloga, Pedagoška fakul- teta Ljubljana, 2004. 9. Hodnik, T., Felda, D., Vasle, H., Jeromen, V. (2006), Matematični izzivi za prvo triletje, Ljubljana: Državna založba Slovenije. 10. Felda, D., Arnuš, O., Jakob, M., Domajnko, V . (2005), Matematična delavnica 7, Ljubljana: Državna založba Slovenije. Matemati čni tabor za nadarjene