9 770351 665067 6 MATEMATIKA+FIZIKA+ASTRONOMIJA+RAČUNALNIŠTVO# ISSN0351-6652 9 770351 665067 PRESEK LETNIK 50 (2022/2023) ŠTEVILKA 6 ˇ  ˇ   ˇ      P    Presek list za mlade matematike, fizike, astronome in raˇ cunalnikarje letnik 50, šolsko leto 2022/2023, številka 6 Uredniški odbor: Vladimir Batagelj, Nino Baši´ c (raˇ cunalništvo), Mojca ˇ Cepiˇ c, Mirko Dobovišek, Vilko Domajnko, Andrej Guštin (astronomija), Maja Klavžar, Damjan Kobal, Lucijana Kraˇ cun Berc (tekmovanja), Boštjan Kuzman (matematika), Peter Legiša (glavni urednik), Andrej Likar (fizika), Matija Lokar, Aleš Mohoriˇ c (odgovorni urednik), Marko Razpet, Grega Rihtar (jezikovni pregled), Matjaž Vencelj, Matjaž Zaveršnik (tehniˇ cni urednik). Dopisi in naroˇ cnine: DMFA–založništvo, Presek, Jadranska ulica 19, p. p. 2964, 1001 Ljubljana, telefon (01) 4766 633, telefaks (01) 4232 460, 2517 281. Internet: www.presek.si Elektronska pošta: info@dmfa-zaloznistvo.si Naroˇ cnina za šolsko leto 2022/2023 je za posamezne naroˇ cnike 22,40eur – posamezno naroˇ cilo velja do preklica, za skupinska naroˇ cila uˇ cencev šol 19,60eur, posamezna številka 6,00eur, stara številka 4,00eur, letna naroˇ cnina za tujino pa znaša 30eur. Transakcijski raˇ cun: 03100–1000018787. List sofinancira Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije iz sredstev državnega proraˇ cuna iz naslova razpisa za sofinanciranje domaˇ cih poljudno-znanstvenih periodiˇ cnih publikacij. Založilo DMFA–založništvo Oblikovanje Tadeja Šekoranja Tisk Collegium Graphicum, Ljubljana Naklada 900 izvodov © 2023 Društvo matematikov, fizikov in astronomov Slovenije – 2167 ISSN 2630-4317 (Online) ISSN 0351-6652 (Tiskana izd.) Razmnoževanje ali reproduciranje celote ali posameznih delov brez poprejšnjega dovoljenja založnika ni dovoljeno. Poštnina plaˇ cana pri pošti 1102 Ljubljana. Presekobjavljapoljudneinstrokovneˇ clankeizmatematike, fizike, astronomije in raˇ cunalništva. Poleg ˇ clankov objavlja Pri- kaze novih knjig s teh podroˇ cij in poroˇ cila z osnovnošolskih in srednješolskih tekmovanj v matematiki in fiziki. Prispevki naj bodozanimiviinrazumljiviširšemukrogubralcev,uˇ cencemviš- jih razredov osnovnih šol in srednješolcem. ˇ Claneknajvsebujenaslov,imeavtorja(oz.avtorjev)insedež institucije,kjeravtor(ji)dela(jo). Slikeintabele,kinajbodoošte- vilˇ cene, morajo imeti dovolj izˇ crpen opis, da jih lahko veˇ cinoma razumemo loˇ ceno od besedila. Slike v elektronski obliki morajo biti visoke kakovosti (jpeg, tiff, eps ...), velikosti vsaj 8 cm pri loˇ cljivosti300dpi. Vprimeruslabšekakovostiseslikaprimerno pomanjša ali ne objavi. Avtorjiˇ clankov, ki želijo objaviti slike iz drugih virov, si morajo za to sami priskrbeti dovoljenje (copyri- ght). Zaželena velikost ˇ crk je vsaj 12 pt, razmak med vrsticami pa vsaj 18 pt. Prispevke pošljite odgovornemu uredniku na naslov uredni- štva DMFA–založništvo, Presek, p. p. 2964, 1001 Ljubljana ali na naslov elektronske pošte info@dmfa-zaloznistvo.si. Vsakˇ claneksepravilomapošljevsajenemuanonimnemure- cenzentu, ki oceni primernostˇ clanka za objavo. ˇ Ce je prispevek sprejet v objavo in ˇ ce je besedilo napisano z raˇ cunalnikom, po- temuredništvoprosiavtorjazaizvornedatoteke. Le-tenajbodo praviloma napisane v eni od standardnih razliˇ cic urejevalnikov TeX oziroma LaTeX, kar bo olajšalo uredniški postopek. Avtor se z oddajoˇ clanka strinja tudi z njegovo kasnejšo ob- javo v elektronski obliki na internetu. ˇ   ˇ   P50(2022/2023)6 2 Nagradastrokovnjaku zaparcialne diferencialneenaˇ cbe Abelova nagrada je ena izmed najprestižnejših mednarodnih nagrad za dosežke na podroˇ cju mate- matike. PodeljujejoNorveškaakademijaznanostiin književnosti z namenom dati priznanje prelomnim znanstvenimdosežkomvmatematikiinnjihovimav- torjem, poveˇ cati širši ugled matematike in spodbu- diti zanimanje zanjo tudi med mladimi. Letošnjo Abelovo nagrado je prejel argentinsko- ameriški matematik Luis Caffarelli (rojen 1948) za svoje delo na podroˇ cju parcialnih diferencialnih enaˇ cb (PDE). S takimi enaˇ cbami pogosto opisujemo delovanje in uˇ cinek razliˇ cnih sil v naravi v odvisno- stiodkrajainˇ casa–tipiˇ cenprimernjihovepraktiˇ cne uporabe je recimo napovedovanje vremena s pomo- ˇ cjo matematiˇ cnih modelov. Na uˇ cinek razliˇ cnih sil obiˇ cajno vpliva tudi geometrija okolice. Obnašanje plina,kiteˇ ceskozicev,jedenimomoˇ cnoodvisnood oblikecevi: ožjacevpovzroˇ cihitrejšitokplina,ovire vcevipavrtinˇ castetokove. Caffarellijevsvojihdelih obravnaval številne probleme s prostim robom, pri katerih je rob obmoˇ cja spremenljiv: pri raztapljanju ledene kocke v vodi se rob kocke vesˇ cas spreminja, pravtakosespreminjaoblikateniškežogicemedod- bojem na podlagi in podobno. Njegove rešitve so po besedah komisije kombinacija izjemnega geometriˇ c- nega vpogleda in globokih analitiˇ cnih orodij. PrispevaljetudikrazumevanjuznameniteNavier- Stokesove enaˇ cbe, ki opisuje gibanje tekoˇ cin, katere rešitev pa še ne razumemo povsem natanˇ cno. Pro- blem obstoja in gladkosti rešitve Navier-Stokesove enaˇ cbevtrehdimenzijahjedenimoedenizmedsed- mih milenijskih problemov, za katere je Clayev ma- tematiˇ cni inštitut iz ZDA razpisal nagrado 1 milijon dolarjev. Omenjeni problem v zelo poenostavljeni razlagi sprašuje, ali je mogoˇ ce matematiˇ cno izpe- ljati zgornjo mejo za hitrost tornadov. Morda bo to uspelo komu od nove generacije mladih znanstvenic in znanstvenikov. Po informacijah s spletne strani abelprize.no povzel in priredil Boštjan Kuzman. ××× S  : Fuzija znanosti in umetnosti? Primer dobreprakseizpredstavitvenegasalonajeklarnevoestalpine v avstrijskem Linzu. Fotografija: Andrej Guštin ˇ   2 Nagrada strokovnjaku za parcialne diferencialne enaˇ cbe  4 Nasvidenje prihodnje leto (Boštjan Kuzman)  5–8 Roˇ cno korenjenje (Vid Kavˇ ciˇ c)  12–15 Žarnice in Stefanov zakon (Simon ˇ Copar in Jošt Stergar)  18–23 Sferna trigonometrija inˇ cas v astronomiji (Vid Kavˇ ciˇ c) ˇ ˇ  24–27 Fittsov zakon (Matjaž Kljun)  16–17 Nagradna križanka (Marko Bokaliˇ c) 27 Rešitev nagradne križanke Presek 50/5 (Marko Bokaliˇ c) 28–31 Izbrane slike in fotografije v petdesetih letih Preseka – nadaljevanje in konec (NadaRazpet,MarkoRazpetinAndrejLikar) 32 Bilo je nekoˇ c v reviji Presek – Plemljeva spominska soba na Bledu  8–11 EDMO 2023 (Ana Meta Dolinar in Luka Horjak) priloga Tekmovanje v znanju fizike za zlato Stefanovo priznanje – državno tekmovanje priloga 32. tekmovanje iz razvedrilne matematike – državno tekmovanje  P50(2022/2023)6 3 Kazalo  P50(2022/2023)6 4 Nasvidenje prihodnje leto Bˇ  K,    Iztekasešeenošolskoleto. Maturantjevtehdneh opravljajo maturo, državna tekmovanja iz znanja so zakljuˇ cena. Poˇ citnic se veselimo vsi, uˇ cenci, dijaki, uˇ citelji in profesorji. Veˇ cinoma so že izbrane tudi ekipe za mednarodna tekmovanja iz matematike, fi- zike,astronomije,ekonomije,naravoslovjainmorda še kakšnega pod okriljem društva DMFA Slovenije. Nekaj najbolj uspešnih tekmovalk in tekmovalcev se botakoševelikdelpoletjasreˇ cevalonapripravahin potovanjih, pa tudi veliko drugih bo preživelo vsaj del poˇ citnic na kakšnem raziskovalnem taboru ali poletni šoli s teh podroˇ cij, ki jih je v Sloveniji na voljo precej. Lepo je videti, da imajo mladi na vo- ljo tovrstne aktivnosti in da se jih tudi z veseljem in zadovoljstvom udeležujejo. Do jeseni pa bo vsak od nas zagotovo vsaj malo razmišljaltudioprihodnosti. Samprecejrazmišljam o prihodnosti matematiˇ cnega izobraževanja v svetu, vkateremmatematikapostaja,vsajnavidez,vsebolj skrita in nepotrebna. Blagajna v trgovini sama pre- bere ˇ crtne kode in sešteva zneske, fotografski algo- ritmi sami optimalno popravljajo fotografije, spletni prevajalniki ponujajo povsem sprejemljive prevode krajših besedil v slovenšˇ cino, aplikacije na mobilni- kih same prepoznajo matematiˇ cne izraze in enaˇ cbe injihrešijoznatanˇ cnoizpisanimikoraki(lahkotudi na veˇ c naˇ cinov) in ne nazadnje, AI-boti, z umetno in- teligenco podprti klepetalniki, postajajo resna gro- žnja tistim, ki se ukvarjajo s kreativnim pisanjem (alipaprofesorjem,kiželijoocenjevatipisneizdelke svojih uˇ cencev). Ali je v današnjem svetu res pomembno, da zna osnovnošolec z ravnilom in šestilom konstruirati si- metralo daljice, pisno deliti štirimestno število z dvomestnim ali dokazati, da je kvadratni koren iz 2iracionalnoštevilo? Marsikomusetoresnezdiveˇ c pomembno, toda dokler smo živi, moramo ohraniti radovednost. V tokratni številki denimo objavljamo prispevek o roˇ cnem korenjenju, pozabljeni spretno- sti, ki je bila nekoˇ c del osnovnošolskega pouka, av- tor prispevka pa je kot srednješolec o tem napisal raziskovalno nalogo, ker ga je paˇ c iskreno zanimalo, kako izraˇ cunati kvadratni koren brez kalkulatorja. Verjamem,daimamotakoradovednihmladihšepre- cej. Ponuditi pa jim je treba ustrezne izzive in spod- budo. Morda nam to uspe v tej reviji vsaj še nekaj let. SLIKA1. Udeleženci tabora MaRS 2022 študirajo linearno regresijo. ××× www.dmfa.si  P50(2022/2023)6 5 Roˇ cnokorenjenje V Kˇ ˇ  Danes v šoli kvadratne korene števil veˇ cinoma raˇ cunamo s pomoˇ cjo žepnih raˇ cunal, vˇ casih pa so se že v osnovni šoli uˇ cili doloˇ citi kvadratni koren roˇ cnopoposebnempostopku,kigalahkonajdemo vstarihuˇ cbenikih,uporabljalpagajetuditudiNa- pierov mehanski raˇ cunski stroj v 17. stoletju. V ˇ clanku bomo ta postopek predstavili in utemeljili, hkrati pa bomo nakazali njegove posplošitve in ga primerjali z drugimi metodami za korenjenje. Predstavitevalgoritmazaraˇ cunanje kvadratnegakorena Algoritem za roˇ cno korenjenje bomo najprej prika- zali na konkretnem primeru števila 189225. Številko razdelimo na tri razdelke po dve števki: 18|92|25. Najprej doloˇ cimo najveˇ cje naravno šte- vilo, katerega kvadrat je manjši ali enak najbolj levemu razdeleku. To je jasno število 4, saj je 4 2 ≤ 18. Desno od enaˇ caja zapišemo 4, pod prvi razdelek pa vrednost 4 2 = 16, ki jo odštejemo in podˇ crtozapišemoostanek2,kimupripišemona- slednji razdelek. p 18|92|25=4 16 2 92 Dobljeno število je 292, dvakratnik dosedanjega rezultata pa 2· 4 = 8. Zdaj s poskušanjem do- loˇ cimo najveˇ cjo števko, ki jo lahko zapišemo na ˇ crtici, da velja neenakost 292≥8 · . Z nekaj raˇ cunanja ugotovimo, da je 292≥83·3= 249in292<84·4=336, torejjeiskanaštevka3, ki jo napišemo naˇ crtici in še pri novem vmesnem rezultatu 43. Vrednost 249 odštejemo od 292 in dobljenemu ostanku 43 pripišemo naslednji raz- delek 25, da dobimo 4325. p 18|92|25=43 16 2 92≥83·3 2 49 43 25 Zdaj ponovimo prejšnji korak. Dvakratnik dose- danjegarezultataje2·43=86. Naˇ crticizapišemo najveˇ cjo števko, za katero velja 4325 ≥ 86 · . Tokratjetoštevka5,sajje865·5=4325≤4325. Števko 5 dodamo tudi v vmesni rezultat, da do- bimo 435. Ker velja 865· 5 = 4325, dobimo pri odštevanju ostanek 0, kar pomeni, da smo s kore- njenjem zakljuˇ cili. Konˇ cni rezultat je torej 435. p 18|92|25=435 16 2 92≥83·3 2 49 43 25≥865·5 43 25 0 Kvadratni koren decimalnega števila doloˇ cimo po- dobno, le z nekaj izjemami. Korenjenec razdelimo na razdelke po dve števki od decimalne vejice proti levi in proti desni. Preden obravnavamo prvi razde- lek desno od vejice, v rezultat za enaˇ caj postavimo decimalno vejico. ˇ Ce ima razdelek na skrajni desni leenoštevko,mupripišemošeštevko0. Poglejmosi ta postopek na primeru števila 1,5129. √ 1|,51|29=1,23 1 0 51≥22·2 44 7 29≥243·3 7 29 0 Ker smo dobili ostanek 0, je algoritem konˇ can. Is- kani rezultat je 1,23, kar je natanko kvadratni koren števila 1,5129. Postopek lahko strnjeno predstavimo s koraki:  P50(2022/2023)6 6 Številorazdelimonarazdelkepodveštevki,odde- cimalne vejice levo in desno. Najbolj levi razdelek je v primeru lihega števila števk enomesten. ˇ Ce je potrebno, decimalna števila z niˇ clo dopolnimo tako, da ima sodo decimalk. Poišˇ cemo najveˇ cje enomestno število, katerega kvadrat je manjši ali enak številu v prvem raz- delku. To je prva števka korena. Njen kvadrat od- štejemo od števila v prvem razdelku ter ostanku pripišemo drugi razdelek. Dobljenemu številu bomo rekli zahtevek. Poišˇ cemo najveˇ cjo tako števko, ki je lahko dopi- sanadvakratnikudosedanjegarezultata,dabodo- bljenoštevilo,pomnoženostoistoštevko,manjše ali enako zahtevku. Dobljeno števko zapišemo za enaˇ caj kot drugo števko rezultata. To števko po- množimo s številom, ki ima to isto števko pripi- sano, dobljeni rezultat pa odštejemo od zahtevka in dobimo nov ostanek. Novemu ostanku pripišemo števki v naslednjem razdelku in postopek nadaljujemo. ˇ Ceporabimovserazdelkeinvzadnjemkorakudo- bimoostanek0,smoizraˇ cunalitoˇ cnovrednostko- rena zaˇ cetnega števila. V nasprotnem primeru pa lahko postopek nadaljujemo do želene natanˇ cno- sti,takodazadnjemuostankuinvsemnaslednjim pripisujemopodveniˇ cli,kinamdoloˇ catadodatno mesto v rezultatu. Utemeljitevalgoritma Za utemeljitev algoritma definirajmo posplošeni de- setiški sestav. Vsako naravno število N ∈N lahko v posplošenem desetiškem sestavu izrazimo kot N=a 1 a 2 ...a n−1 a n =10 n−1 ·a 1 +10 n−2 ·a 2 +...+10 1 ·a n−1 + 10 0 ·a n , kjer veljaa i ∈N∪{0} zai∈{1,2 ... n}. Posplošeni desetiški sestav se torej od obiˇ cajnega razlikuje v tem, da lahko za števke vzamemo po- ljubna naravna števila (vkljuˇ cno z 0), ne pa le cela številaod0do9. Sevedataksestavneomogoˇ caeno- liˇ cnegazapisaštevila,vendargabomoprisamemdo- kazu potrebovali. Poskusimo algoritem najprej utemeljiti na primeru korenjenja kvadrata dvomestnega naravne- ga številax 1 x 2 : (x 1 x 2 ) 2 =(10x 1 +x 2 ) 2 =100x 2 1 +20x 1 x 2 +x 2 2 , =100x 2 1 +x 2 ·(20x 1 +x 2 ), =100x 2 1 +x 2 ·(2x 1 )x 2 . Zadnji izraz razjasni algoritem, ki v tem primeru se- stoji iz dveh faz. V prvi fazi je treba poiskati eno- liˇ cno doloˇ ceno števko x 1 , ki predstavlja desetice re- zultata korena. Nadalje je treba doloˇ citi enice, tj. števkox 2 , ki nastopa v drugemˇ clenu izraza, s kate- rimsmozapisalikorenjenec,torejvx 2 ·(20x 1 +x 2 )= x 2 ·(2x 1 )x 2 . Zapis desno od enaˇ caja utemeljuje po- stopanje iz algoritma; to, kar imamo v dozdajšnjem rezultatu (v tem primeru je tox 1 ), množimo z 2, po- tempaišˇ cemotakoštevkox 2 ,kijomoramodopisati števki 2x 1 , da bo dobljeno število, pomnoženo s to isto števko x 2 , dalo število, ki bo zajelo ostanek, ki ga nismo zajeli s prvimˇ clenom, tj. 100x 2 1 . Utemeljitev algoritma zdaj posplošimo na kore- njenje kvadrata n-mestnega števila. V tem primeru sebomosklicalinanaslednjoenakost,kiveljazapo- ljubnarealnaštevilainjolahkobralcipreverijospo- moˇ cjo matematiˇ cne indukcije: (x 1 +x 2 +···+x n ) 2 = n X i,j=1 i2. Za vsako A B C D H K L SLIKA4. Višinska toˇ cka leži na premiciKL  P50(2022/2023)6 11 naravno številok definiramo njegov zasuk k ′ na sle- deˇ c naˇ cin: zapišemok v oblikias+b, kjer staa inb nenegativnicelišteviliinb 0. Tako lahko sklepamo, da sta zaporedjid 1 ,d 3 ,d 5 ,... ind 2 ,d 4 ,d 6 ,... padajoˇ ci. Še veˇ c, enakostk=k ′′ ve- lja natanko v primeru p = 0, oziroma a < s, kar je ekvivalentnok