OBZORNIK ZA MATEMATIKO IN FIZIKO Glasilo Društva matematikov, .zikov in astronomov Slovenije Ljubljana, JANUAR 2014, letnik 61, številka 1, strani 1–40 Naslov uredništva: DMFA–založništvo, Jadranska ulica 19, p. p. 2964, 1001 Ljubljana Telefon: (01) 4766 553, 4232 460 Telefaks: (01) 4232 460, 2517 281 Elektronska pošta: zaloznistvo@dmfa.si Internet: http://www.obzornik.si/ Transakcijski raˇ03100–1000018787 cina 4, cun: Mednarodna nakazila: SKB banka d.d., Ajdovšˇ 1513 Ljubljana SWIFT (BIC): SKBASI2X IBAN: SI56 0310 0100 0018 787 Uredniški odbor: Peter Legiša (glavni urednik), Sašo Strle (urednik za matematiko in odgovorni urednik), Aleš Mohoriˇ c (urednik za .ziko), Mirko Dobovišek, Irena Drevenšek Olenik, Damjan Kobal, Petar Paveši´ c, Marko Petkovšek, Marko Razpet, Nada Razpet, Peter Šemrl, Matjaž Zaveršnik (tehniˇ cni urednik). Jezikovno pregledal Janez Juvan. Raˇ cunalniško stavila in oblikovala Tadeja Šekoranja. Natisnila tiskarna COLLEGIUM GRAPHICUM v nakladi 1250 izvodov. ˇ Clani društva prejemajo Obzornik brezplaˇclanarina znaša 24 EUR, za druge cno. Celoletna ˇdružinske ˇcnina za ustanove je 35 EUR, za tujino 40 EUR. clane in študente pa 12 EUR. NaroˇPosamezna številka za ˇ clane stane 3,19 EUR, stare številke 1,99 EUR. DMFA je vˇclanjeno v Evropsko matematiˇcno društvo (EMS), v Mednarodno matematiˇcno unijo (IMU), v Evropsko .zikalno društvo (EPS) in v Mednarodno združenje za ˇcisto in uporabno .ziko (IUPAP). DMFA ima pogodbo o reciproˇcnosti z Ameriškim matematiˇc­nim društvom (AMS). Revija izhaja praviloma vsak drugi mesec. So.nancira jo Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije iz sredstev državnega proraˇ cuna iz naslova razpisa za so.­nanciranje domaˇcnih publikacij. cih znanstvenih periodiˇ©c2014 DMFA Slovenije – 1931 Poštnina plaˇcana pri pošti 1102 Ljubljana NAVODILA SODELAVCEM OBZORNIKA ZA ODDAJO PRISPEVKOV Revija Obzornik za matematiko in .ziko objavlja izvirne znanstvene in strokovne ˇ clanke iz mate­matike, .zike in astronomije, vˇcasih tudi kak prevod. Poleg ˇclankov objavlja prikaze novih knjig s teh podroˇcila o dejavnosti Društva matematikov, .zikov in astronomov Slovenije ter vesti cij, poroˇ o drugih pomembnih dogodkih v okviru omenjenih znanstvenih ved. Prispevki naj bodo zanimivi in razumljivi širšemu krogu bralcev, diplomantov iz omenjenih strok. ˇ Clanek naj vsebuje naslov, ime avtorja (oz. avtorjev), sedež institucije, kjer avtor(ji) dela(jo), izvle­ˇcek v angleškem jeziku, klasi.kacijo (MSC oziroma PACS) cek v slovenskem jeziku, naslov in izvleˇin citirano literaturo. Slike in tabele, ki naj bodo oštevilˇcene, morajo imeti dovolj izˇcrpen opis, da jih lahko veˇceno od besedila. Avtorji ˇ cinoma razumemo tudi loˇclankov, ki želijo objaviti slike iz drugih virov, si morajo za to sami priskrbeti dovoljenje (copyright). Prispevki so lahko oddani v raˇ cunalni­ški datoteki PDF ali pa natisnjeni enostransko na belem papirju formata A4. Zaželena velikost ˇ crk je 12 pt, razmik med vrsticami pa vsaj 18 pt. Prispevke pošljite odgovornemu uredniku ali uredniku za matematiko oziroma .ziko na zgoraj na­pisani naslov uredništva. Vsak ˇ clanek se praviloma pošlje dvema anonimnima recenzentoma, ki morata predvsem natanˇcno oceniti, kako je obravnavana tema predstavljena, manj pomembna pa je originalnost (in pri matematiˇclankih splošnost) rezultatov. ˇ cnih ˇCe je prispevek sprejet v objavo, potem urednik prosi avtorja še za izvorne raˇ cunalniške datoteke. Le-te naj bodo praviloma napisane v eni od standardnih razliˇcic urejevalnikov TEX oziroma LATEX, kar bo olajšalo uredniški postopek. Avtor se z oddajo ˇ clanka strinja tudi z njegovo kasnejšo objavo v elektronski obliki na internetu. ZNAˇCKE TRIKOTNIKA KOT FUNKCIJE CILNE TOˇ BOJAN HVALA Fakulteta za naravoslovje in matematiko Univerza v Mariboru Math.Subj.Class.(2010): 51M05; 51A20 Kimberlingovaenciklopedijaznaˇcilnih toˇck trikotnika vsebujeˇzeveˇckot5600 toˇck.V ˇclankude.niramopojemznaˇcilnetoˇcketrikotnika,kotjetostorilKimberling,inspoznamo nekaj z njimi povezanih zanimivosti. TRIANGLE CENTERS AS FUNCTIONS Clark Kimberling’s Encyclopedia of triangle centers contains well over 5600 centers. In the article we explain Kimberling’s de.nition of a triangle center and present some related curiosities. Uvod Kimberlingovo Enciklopedijo znaˇcilnih toˇck trikotnika [4] uvaja naslednji zapis: Preddavnimiˇcasije nekdo narisal trikotnikinˇcezenj potegnil tridaljice. Vsaka od njih seje zaˇcela v ogliˇsˇcu trikotnikain sekonˇcala na sredi nasprotne stranice. Daljice so se sekale v skupni toˇcki. Bilje navduˇseninjeponovilposkus,tokrat natrikotnikudrugaˇcne oblike. Daljice so se spet sekale. Narisal je ˇse tretji trikotnik, tokrat zelo natanˇcno, z enakim rezultatom. Povedalje svojimprijateljem. Na njihovopreseneˇcenjein navduˇsenje jedoistegapojavapriˇslotudipri njih. Vest o tem seje razˇsirilainˇcarobnosttrehdaljic sopripisalidelovanju viˇsjih sil. Stoletjasominila,innekdoje dokazal, da se teˇziˇsˇcnice v trikotnikuressekajovtoˇcki, kijosedaj imenujemo teˇsˇZe v starem veku so naˇsli ˇse ziˇce.ˇdrugetoˇcke, kijihdanesimenujemo srediˇsˇce vˇcrtane kroˇznice, srediˇsˇce oˇcrtane kroˇznice in viˇsinska toˇcka. Spet so minila stoletja, odkrili smo nove in nove tovrstne toˇcke, in pojavila sejede.nicija znaˇcilne toˇcke trikotnika. Tako kot pri de.niciji zvezne funkcije tuditej de.niciji zadoˇsˇca neskonˇcno mnogo objektov, odkaterihjihbolekonˇcno mnogo kadarkoli naˇslo svoje mesto v literaturi. Tekst nasje od zaˇcetkov civilizacije vhitremlokupripeljaldokonca20. stoletjaindoglavnetemenaˇsegaˇclanka –de.nicijeznaˇcilne toˇcke trikotnika. Ker smo po tem loku zdrveli nekoliko prehitro, zapis osvetlimo s ˇse nekaj dodatnimi informacijami. Najstarejˇse starogrˇske znaˇcilne toˇcke trikotnikaimajo nekaterepreproste geometrijske znaˇcilnosti. Srediˇsˇceoˇcrtanekroˇznice O je enako oddaljeno od vseh treh ogliˇsˇc trikotnika, srediˇsˇce vˇcrtanekroˇznice I paje enako oddaljeno od vseh treh stranic. Ce teˇˇziˇsˇce G poveˇzemo z ogliˇsˇci trikotnika, trikotnik razreˇzemo na triploˇsˇcinsko enakedele. Najverjetnejeje najstarejˇsa znaˇcilna toˇckatrikotnika,kije stariGrkiˇse nisopoznali,takoimenovana Fermatova toˇcka Fe (Pierre de Fermat, 1601–1665). Tudi ta ima lepo geometrijsko zna­ˇcilnost: njene zveznice z ogliˇsˇci trikotnika razreˇzejo polni kot pri toˇcki Fe na tri skladne kote po 120. . Skoraj 2000letpoEvklidujebilatorej na seznamˇstirih znaˇcilnihtoˇck trikotnika dodana peta toˇcka. 18. stoletje sicer ni prineslo novih toˇck, je pa Euler ugotovil marsikako zanimivost, povezano z ˇze obstojeˇcimi – med drugimto,datri od njihleˇzijo napremici,kijodanesimenujemo Euler­jeva premica. Nove znaˇcilne toˇcke trikotnika so se zaˇcele pojavljati spet v zaˇcetku 19. stoletja. Tako smo v naslednjih desetletjih dobili znaˇcilne toˇcke trikotnika, ki so svoja imena dobile po matematikih, kot so Joseph Diaz Gergonne (1771–1859), Jakob Steiner (1796–1863), Christian Heinrich von Nagel (1803–1882), Emile Lemoine (1840–1912), Frank Morley (1860–1937) itd.,pa tudipo nematematikih,kotje to vprimeru prve in druge Napole­onove toˇcke. Seznam sejez zmernimtempomveˇcalnekakodoleta1980, kojepojavprogramov zadinamiˇcnogeometrijo rojevanje novih znaˇcilnih toˇck izrazito pospeˇsil. V razmerah desetin in stotin novih znaˇcilnih toˇck trikotnikasejepojavilapotrebapopreciznejˇsemkonceptuin sistematiˇcnej­ˇsem pristopu. Zanj se moramo zahvaliti ameriˇskemu matematiku Clarku Kimberlingu. Tajepojem znaˇcilne toˇcke trikotnika (v angleˇsˇcini triangle center)de.­niral vˇclanku[9]izleta1993in natoidejo razvijal vˇclanku[7]. Leta1998je izdalknjigo[8],kjerjepreglednopredstavil seznam400 znaˇcilnih toˇck triko­tnikainjih zaporedoma oznaˇcil z X(n). Kasnejeje seznampreselil na splet in nastalajeKimberlingova Enciklopedija znaˇcilnih toˇck trikotnika (ETC) [4],kijoavtorurejaˇsedanes. ˇck seveˇzezdavnajjepreseglo Stevilotoˇca(ˇ5600),prav takopa tudikoliˇcina z njimipovezanihpodatkov. Spletna stran meddrugimponujatudi uˇcinkovitsistem, skaterimpreverimo,alijemorda toˇcka, na katero smo naleteli sami, ˇze uvrˇsˇcena na seznam. Ob enciklope­dijijeClarkKimberling tudi avtorˇstevilnihdrugihtehtnihpublikacij otej tematiki. Vtem sestavkubomo spoznaliglavnoidejoKimberlingovede.nicije zna­ˇcilne toˇcke trikotnika kot funkcije ter nekaj iz nje izhajajoˇcih dejstev. Ob koncu bomo predstavljena spoznanja komentirali, razmiˇsljanja pa zaˇcinili z nekaterimi iskrivimi premisleki ameriˇskega matematika Douglasa Hofstad­terjaiz uvoda vKimberlingovoknjigo[8]. cilne toˇ Nekaj tehniˇcne predpriprave Naj bo vseskozi ABC pozitivno orientiran trikotnik. Dolˇzine njegovih stra­nicbomokot obiˇcajno oznaˇcevali z a,b,c, velikosti notranjihkotov z A,B,C, ploˇsˇcino pa s S. V nadaljevanju bomo potrebovali trilinearne in baricen­triˇcne koordinate v ravnini glede na referenˇcni trikotnik ABC. Prve so bile v Obzorniku ˇze predstavljene, in sicer v ˇclanku [10], druge pa so prvim precej podobne in zanje veljajo tudi podobni rezultati. Zato ponovimo le najnujnejˇse. Pri danem trikotniku ABC poljubni toˇcki P v ravninipriredimotrojico ˇstevil .d,ßd,.d, ki so predznaˇcene razdalje toˇcke P do nosilk stranic a,b in c. Natanˇcneje: ˇstevilo .d je enako razdalji toˇcke P do nosilke stranice a s predznakom +, ˇce toˇcka leˇzi na istem bregu te nosilke kot ogliˇsˇce A, ter s predznakom - sicer. Drugi dve ˇstevili sta de.nirani analogno. Tro­jici (.d,ßd,.d) reˇcemo dejanske trilinearne koordinate toˇcke P. Toˇcka P natankodoloˇcasvojedejansketrilinearnekoordinateinobratno: trojicade­janskihtrilinearnih koordinat natanko doloˇca toˇcko P. Pravzapravjetoˇcka P doloˇcena ˇze z dvema dejanskima koordinatama: ˇce poznamo npr. .d in ßd, toˇcko P dobimo kot preseˇciˇsˇce dveh vzporednic stranicama a in b na ustrezni razdaljiin na ustreznembregu. Zatojejasno,dadvedejanski trilinearni koordinati doloˇcata tretjo. Za toˇcko P znotraj trikotnika ABC je ploˇsˇcina trikotnika ABC enaka vsoti ploˇsˇcin trikotnikov ABP,BCP in APC, od koder sledi: a.d + bßd + c.d =2S. (1) Niteˇzko videti,data zveza veljatudi zatoˇcke zunaj trikotnika. Zdajje jasno,kakodvedejanskikoordinatidoloˇcata tretjo. Ta ugotovitev nam omo­goˇca, da lahko namesto z dejanskimi trilinearnimi koordinatami delamo z njihovimi veˇckratniki. Trojico(.,ß,.)imenujemohomogene trilinearne ko­ordinate (alikartrilinearnekoordinate)toˇcke P,ˇce obstaja neniˇcelno realno ˇstevilo k,da velja(.,ß,.)= k(.d,ßd,.d). Zaraditede.nicijehomogene tri­linearne koordinate oznaˇcujemo takole: . : ß : .. Iz homogenih trilinearnih koordinat zlahka dobimo dejanske koordinate: te so homogene koordinate, deljene z nekim faktorjem k,kigaizraˇcunamoiz zveze(1). ˇ Ce toˇcki P namesto trojice(.d,ßd,.d) predznaˇcenih razdalj do nosilk stranicpriredimo trojicopredznaˇcenihploˇsˇcin trikotnikov((BCP),(CAP), (ABP)), dobimodejanske baricentriˇcne koordinate toˇcke P,kijih obiˇcajno oznaˇcujemo (xd,yd,zd). Zveza z dejanskimi trilinearnimi koordinatami je 1 preprosta: xd = 2a.d, podobno za preostali koordinati. Enakost (1) to­krat nadomesti ˇse preprostejˇsa zveza xd + yd + zd = S. Analogno potem de.niramo tudi (homogene) baricentriˇcne koordinate x : y : z. Omenimo Slika 1. Trilinearne in baricentriˇcne koordinate. ˇse, da iz zveze (1) sledi, da za trilinearne koordinate toˇck v ravnini velja a.+ bß + c. 0, analogno za baricentriˇ+ z 0. = cne koordinate x + y= Dilema, ali uporabljati trilinearne ali baricentriˇcne koordinate, je ena od vsakokratnih odloˇcitev pri delu na tem podroˇcju matematike. Vˇcasih sobistvenougodnejˇseene,drugiˇcspetdruge. Tokratnaodloˇcitevjekom­binacija obeh. Nekatere sklepe je namreˇc laˇze izpeljati, ˇce razmiˇsljamo o razdaljah in ne o ploˇsˇcinah; zato bomo v zaˇcetku uporabljali trilinearne koordinate. Baricentriˇcne koordinate pa tudi imajo svoje prednosti. Ena najveˇcjihjepreprostodelozvektorji. ˇc x : y : z baricentriˇ Ce so namreˇcne koordinate toˇcke P in so A ,AC,Ack A,B,C in P, po- B,AP radij vektorji toˇx Ay Az A tem velja: PA= A + B + C. Od todjejasno,dajepri x+y+zx+y+zx+y+z delu z vektorji ugodno,ˇcepri raˇcunih uporabljamo normiranebaricentriˇcne koordinate, torejtake, za katere velja x + y + z =1. Pojem znaˇcilne toˇcke trikotnika Znaˇcilnatoˇckatrikotnikajepredpis,ki vsakemutrikotniku.priredi toˇcko P. v ravnini. Toˇcka P. je seveda odvisna od lege trikotnika ., zato njeno lego najlaˇze opiˇsemo zdejanskimi trilinearnimikoordinatami tetoˇckeglede na trikotnik ., torej P. =(.P,ßP,.P). S trojico (a,b,c) dolˇzin stranic trikotnika . je oblika trikotnika doloˇcena. Ker je smiselno predpostaviti, da je relativna lega toˇcke P. glede na trikotnik . odvisna le od oblike trikotnika, nepa odnjegovelege,lahkodejanske trilinearnekoordinate toˇcke P. zapiˇsemo v obliki(fd(a,b,c),gd(a,b,c),hd(a,b,c)). Iz tega vidimo, da lahko znaˇcilno toˇcko trikotnika razumemo kot preslikavo (a,b,c) › (fd(a,b,c),gd(a,b,c),hd(a,b,c)), kitrojicidolˇzin stranic trikotnikapriredidejanske(zatoindeks d)trilinearne koordinate prirejene toˇcke. cilne toˇ Slika 2. Cikliˇcna zamenjava stranic. Funkcije fd,gd in hd so funkcije treh spremenljivk. Natanˇcneje, njihovo de.nicijsko obmoˇcjeje mnoˇzica trojic(a,b,c),kiso stranicetrikotnika, torej: T = {(a,b,c). R3;0 1 in bi torej vsaka nadaljnja generacija vej imela veˇcjo prostornino in torej po vsej verjetnosti tehtala veˇc kot prejˇsnja, kar je ˇze samo po sebi rdeˇci alarm. Skupna prostornina vseh vej bi torej bila veˇc kot tridesetkratna prostornina debla, natanˇcneje bi prostornina lesenih delov bila 30 . k31 - 1 V0 kn = V0 . 191 · V0 . 450 m3 , k - 1 n=0 saj je prostornina debla V0 = 3. m3 . To je le nekoliko pretirano – ˇceprav 4 so v debelih drevesih lahko precejˇsnje koliˇcine lesa, kot bomo videli. Vse skupaj je dobra ilustracija avtorjeve zaˇcetne ugotovitve, da imajo modeli omejitve in da jih moramo primerjati s stvarnostjo. ˇ Se primer iz slovenske stvarnosti. V vasi Malence v bliˇzini Kostanje­vice na Krki, na robu zaˇsˇcitenega Krakovskega gozda, stoji na Cvelbarjevi domaˇciji drugi najveˇcji hrast dob v Sloveniji. Star je kakih 350 let, obseg debla je 7 m. Premer debla (v viˇsini prsi) je torej veˇc kot dva metra. Pred Matematiˇ tremi desetletji je vihar odlomil eno od najveˇcjih vej. Gospodar domaˇcije je povedal, da je bilo v odpadli veji okrog ˇstiri kubike uporabnega lesa. Na­ˇsel sem kratek video o tem drevesu [4]. (Mimogrede: Ta hrast ima sreˇco, da stoji v vasi. Precej drugih debelih hrastov na tem zaˇsˇcitenem podroˇcju je bilo zadnje leto ilegalno posekanih. Lesni tatovi oˇcitno dobro ocenju­jejo prostornine dreves. Dobili so krila, saj v podobnem primeru pred leti kljub odkritim storilcem in trdnim dokazom z DNK nihˇce ni bil obsojen. Poplavni Krakovski gozd je ˇcudovit, ko zacveti spomladi – v drugi polovici aprila. Vendar vzemite ˇskornje in ostajajte na oznaˇcenih poteh. Ena od njih se imenuje po izumitelju ladijskega vijaka inˇzenirju Resslu, ki je bil gozdar na tem podroˇcju in je dal izkopati veˇc kanalov v gozdu. Poleti in v zgodnji jeseni pa boste le beˇzali pred komarji.) Vrnimo se h knjigi. Imamo ˇse Kratek slovar matematiˇcnih pojmov in funkcij. Avtor namesto rotacijski elipsoid uporablja besedo sferoid. Z opi­som Besselove funkcije J1 se avtor ni ravno potrudil, povrhu pa je uporabil sliko, na kateri so ˇse druge (nepotrebne) funkcije. ˇ Ce strnem svoje ugotovitve: Avtor je napol .zik, napol matematik. To ima mnoge dobre strani, saj bi zelo teˇzko naˇsli matematika, ki bi toliko vedel o .zikalnem ozadju pojavov v naravi. Po drugi strani avtor razume matematiˇcni naˇcin razmiˇsljanja in se mu veˇcinoma dobro prilagodi. Zgoraj sem navedel paˇc vse (po mojem) vpraˇsljive stvari v knjigi. Kot sami vidite, za tako obseˇzno knjigo tega res ni veliko. To je tudi zasluga prevajalke, ki je v soglasju z avtorjem popravila nekaj stvari iz originala. Veliko je vreden tudi obˇsiren seznam literature. Predvsem pa bralca pritegne avtor­jevo navduˇseno preuˇcevanje raznih, nevajenemu oˇcesu tudi komaj opaznih stvari in pojavov v naravi. Tisti z manj znanja matematike ali .zike bodo morali kaj preskoˇciti. Vsak, ki bo prebral vsaj nekaj te knjige, pa bo prihodnjiˇc na izletu ali sprehodu verjetno pozoren na nove stvari in bo tako od doˇzivetja narave imel veˇc. LITERATURA [1] John A. Adam, A Mathematical Nature Walk, Princeton University Press, Princeton 2009, 246 str. [2] T. Goleˇz, Prizemljitev in.nitezimalnega raˇcuna, Zavod sv. Stanislava, Ljubljana 2012, 64 str. [3] Earth Science Picture of the Day (EPOD) http://epod.usra.edu/, ogled 5. 12. 2013. [4] Malence http://www.youtube.com/watch?v=Kcy0kq_DCnE, ogled 5. 12. 2013. Peter Legiˇsa Alfred S. Posamentier, Ingmar Lehmann, The Secrets of Trian­gles: A Mathematical Journey, Prometheus Books, Amherst, New York, 2012, 387 strani. ˇ Ceprav bi morda kdo mislil, da tako preprost matematiˇcen objekt, kot je trikotnik, ne pre-more kakˇsnih posebnih skrivno­sti, pa je vendarle res, da so ˇste­vilne ˇcudovite in osupljive rela­cije med razliˇcnimi njegovimi elementi (razliˇcnimi znameniti­mi toˇckami in daljicami, pa tudi koti in ploˇsˇcinami v njem) zna­ne le redkim. Tudi matematiki veˇcinoma ne poznajo dobro tega podroˇcja, razen tistih, ki se po­sveˇcajo geometriji bodisi kot pe­dagogi bodisi pri svojem razi­skovalnem in znanstvenem delu. ˇ Ce malce parafraziramo Preˇser­novo pesem Pevcu, lahko to si­tuacijo lepo ilustriramo takole: GEOMETRU Kdo zna dokazat’, kar pravi Fermat, da se da? (»Spojnice vrhov enako­straniˇcnih trikotnikov nad stranicami trikotnika in njim nasprotnih ogliˇsˇc se sekajo v isti, t. i. Fermatovi, toˇcki.«) Kdo ve, kaj nam ˇcke L, M, N na strani- Cevov izrek pove? (»Za poljubne toˇcah BC, CA in AB trikotnika ABC se daljice AL, BM, CN sekajo v isti BN CL toˇcki natanˇcno takrat, ko je AM ·· = 1.«) MC NA LB Kdo uˇci, kako se neenakosti v trikotniku dobi? (Na primer, da je skupna The Secrets of Triangles: A Mathematical Journey dolˇzina teˇziˇsˇcnic manjˇsa od vsote stranic: ta + tb + tc