Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Komentāri par tēmu un tās apgūšanas iespējām
Tēmu esot izvēlējušies paši (kāda daļa?) skolēni...
Tēma visai nepiemērota skolas sagatavotības līmenim.
Dzirdēt un redzēt nenozīmē saprast.
Vēsturiska informācija: pamatjēdzieni, idejas un to attīstītāji.
Krāsotāja paradokss.
Viena lekcija ir piliens iepriekš nepazīstamas matemātikas jūrā.
Cik ilgs laiks vajadzīgs robežas, atvasinājuma, integrāļa apgūšanai?
Kas ir robeža, figūras laukums, līknes garums, ...? (Vairāki simti gadu)
Par atvēlēto laiku LU Fizikas un matemātikas fakultātē u.c.
Literatūra
1914 - 2010 1851-1916
1. izd. 1910,
1914, 1946,
1998
Scientific American
Matemātisko spēļu
slejas vadītājs
> 25 g.
~ 60 gr. autors
Fizika, prof.,
gleznošana,
dzejošana
Žurnāli: Математика в школе
Квант.
Маркушевич А. И., Площади и логарифмы, Москва, ГИТТЛ, 1952, 52 с.
Виленкин Н. Я., Мордкович, А.Г,
Производная и интеграл,
Москва, Просвещение, 1976, 96 с.
Literatūra
Krievu val.
J. Stillwell, Mathematics and its history, Springer, 2002, 544 p.
Ļoti labs vizuālais materiāls, PDF, 1564 lpp.
Thomas, Calculus
Angļu val.
Stewart, Calculus
ž. Zvaigžņotā Debess: 1996, Skaitlis e.
2011, Integrālis
Latviešu val.
(Robeža)
Vai skolēns spēj saprast robežas,
integrāļus un pat robežas no integrāļiem?
9. –10. klašu skolēniem Площади и логарифмы, 1952, 52 с.
Ģeometriskā progresija un robežas jēdziens esot pazīstami jau
9. klases 2. ceturksnī.
Kādreiz…
Daži tomēr spēj...
A German 16-year-old, Shouryya Ray, solved two fundamental particle
dynamic theories posed by Sir Isaac Newton over 350 years ago,… has solved a mathematical problem which has stumped mathematicians for centuries
– tā raksta un pārspīlē žurnālisti.
Skolēns apguvis iespaidīgu daudzumu literatūras un DFV risināšanas metodes.
Brīvi operē ar diferenciālrēķinu tehniku:
(atvasinājumi, integrāļi, diferenciālvienādojumi)!
Prof. Ralph Chill, and Jürgen Voigt (TU Dresden) have released a statement
about the affair (Ekspertiem tas zināms, par izdomājumu, ka Newton over 350…):
Augstvērtīgs komentārs uz 4 lpp.
Daži uzdevumi no Rumānijas
,
;
.1,1
lim1
ax
dxn
a
nn
A. Cibulis, R. Ozols, Par kādu Rumānijas skolēniem domātu integrāli,
Zvaigžņotā Debess, Pavasaris, 2012, 49.-52. lpp
Piezīme. Man nav zināms, cik rumāņu skolēnu spēja atrast šādu robežu.
Skolēni dažkārt pamanās atrisināt kādu olimpiādes uzdevumu,
maz ko saprotot no lietotajiem jēdzieniem.
Viņi vienkārši ir apmācīti lietot attiecīgo tehniku.
Daži spēj
http://www.math.ucla.edu/~tao/
(homepage)
Terence Tao, 16
11 gados piedalījās IMO un 15 gados sarakstīja grāmatu Solving Mathematical
Problems: A Personal Perspective, New York, Oxford University Press, 2006, 103 p.
Matijasēvičs, Perelmans.
A. Klero (1713 – 1765) jau desmit gadu vecumā
esot lasījis Lopitāla grāmatu par diferenciālrēķiniem…
(9. klase, 8. LAMO)
Nepaskaidrots apzīmējums
Kādreiz LMO ... 1
0
1
0
.0)(,0)( dxxfxdxxf
Pierādīt, ka intervālā [0; 1] eksistē vismaz divi dažādi skaitļi a un b, kuriem
0)(af un 0)(bf
Dots, ka )(xf ir nepārtraukta funkcija un
(11. klase, 8. LAMO)
x
x
x
][limAprēķināt
.0)(lim 1 nnn
xx)( nx ir augoša virkne. Zināms, ka Dots, ka
Vai noteikti eksistē galīga robeža nn
xlim ? (9. klase, 9. LAMO)
Tagad LU 1. kurss
– veselā daļa no apakšas. x
297,2 397,2
Tagad
Latvijas MO uzdevumu par atvasinājumiem un integrāļiem nav
Vai skolā jāmāca robežas, atvasinājums, integrālis, …,
matemātiskās analīzes elementi?
Integrāļu daudzveidība: Rīmaņa, Lebega, Stiltjesa, u.c.
Tagad
Arī modernais rēķināšanas rīks (dators) var nedot analītisku izteiksmi
Eksperimentālā matemātika
Tagad…
The math we have now was invented to solve a particular problem.
Some problems come from science, economics, or real life,
while others are purely mathematical.
The only way to get good at math is through problem solving.
/Halmos/
Tagad skolās matemātikas sirds – pierādījumi –
izskausti (?) kā šķira.
Uzdevumu risināšanai ir īpaša nozīme.
Neatrisinātas problēmas (labi uzdevumi) nereti ir pirmsākums
jaunām metodēm, jaunām teorijām un jauniem uzdevumiem.
Skolas kursā informācijas nav (?) MO
MMU 3. nodarbība: Kā dalīt ar nulli un bezgalību (ieskats vienkāršākajās robežās).
Redzēt un dzirdēt nenozīmē saprast
Kas ir atvasinājums?
Īsa atbilde. Matemātikā atvasinājums ir robeža.
Kas ir integrālis?
Integrālis (noteiktais) ir robeža.
Pastāv uzskats, ka robežas jēdziens ir viens no cilvēces domas lielākajiem sasniegumiem. Robežas jēdziens intuitīvā izpratnē bija
pazīstams jau senajiem grieķiem. Šai sakarā minams sengrieķu
filozofs Zēnons (apt. 490 - 430 p. m. ē.).
Analoģija: bez saprašanas, kas notiek motorā, mēs varam vadīt mašīnu,
bez saprašanas mēs varam lietot un lietojam datorus.
Tas, ka mēs nesaprotam, kas notiek kuņģī, netraucē mūs ēst, utt.
LU FMF līdz atvasinājumam nonāk 1. semestra beigās (apt. 4
mēneši)
Vai mācīties, …, veikt dažādas darbības var bez saprašanas?
).( fdx
d
dx
dff
Atvasināšanas automāts
ff
1
sincos
cossin
pp pxx
xx
xx
xx ee
vuvu )(vuvuuv)(
2,
v
vuvuf
v
ufuccu)(
c
0
x
1
fFFf :1
cossin
sincos
1
p
xx
xx
xx
pp
cx
dxx3
32
)()()( aFbFdxxF
b
a
Integrēšanas automāts
dxxff )(b
a
Rdxxff )(x
x2/2
Redzam, bet vai saprotam?
1646-1716 1642-1727 (287-212 p.m.ē.)
pamatlicēji
Arhimēds Ņūtons Leibnics
Arhimēds 1. MR autors
...142,37
13,...1408,3
71
103,
7
13
71
103
1580. g. 20 ciparus aiz komata spēja aprēķināt Adriēns van Rūmens.
Tam viņš patērēja vairākus gadus.
Madhava of Sangramagrama (1350-1425)
spēj atrast 11 zīmes: 3.14159265359.
Daudzus gadsimtus Arhimēda precizitāte netika pārspēta.
Tad vēl nebija decimāldaļskaitļu!
Bija vajadzīgi
smalkāki
līdzekļi
Arktangensa rinda
1998 Manuskriptu atrod atkal.
Tas pārdots izsolē par
2 milj. dolāru.
1839
1907 Konstantinopoles bibl.
Arhimēda sacerējums
Palimpsest
http://www.maa.org/editorial/mathgames/mathgames_11_17_03.html
Dažas svarīgas robežas
xx
xx
x arcsinarctgarctgarcsin
sintgtgsinlim
0
Ja kāds domā, ka ..., tad lai pamēģina aprēķināt šādas robežas
V. Arnolds
.1sin
lim0 x
x
x
.1
1lim ex
x
x
.11
lim0 x
e x
x.1
)1ln(lim
0 t
t
t
nn
nsinlim
Atvasinājums
ax
afxfaf
ax
)()(lim)(
h
xfhxfaf
h
)()(lim)(
0
x
xfxxf
x
xfxf
xx
)()(lim
)(lim)( 00
0
0
00
Funkcijas pieauguma pret argumenta pieaugumu attiecības robeža,
kad argumenta pieaugums tiecas uz nulli.
Pieaugums kā vārds var maldināt, jo ar to parasti saprot kaut ko pozitīvu,
bet matemātikā tas var būt arī negatīvs. Varēja šo vārdu aizstāt ar – izmaiņas.
Varbūt noder…
Agrāk differential coefficient, tagad derivative,
Agrāk indefinite integral,
tagad antiderivative (первообразная)
d – diferencēšanas simbols, („a little bit of”) lieluma x maza daļa.
dx nozīmē visu mazo lieluma x daļu dx summu.
Integrāļa zīmi 17. gs. beigās ieviesis vācu matemātiķis Leibnics
Leibnica apzīmējumi Diferencēšanas operatora
apzīmējums
Terminu atvasinājums esot ieteicis 18. gs. beigās Arbogasts (1759 – 1803).
Primitīvā funkcija Pirmfunkcija
Kā latviski?
Atvasinājuma izmantošana
Funkciju pētīšanā:
ekstrēmi, monotonitāte, izliektība
Vienādību un nevienādību pierādīšanā
Rindu teorijā
Aproksimācijā, tuvinātos rēķinos
Citos priekšmetos var sastapt pat citus nosaukumus. Ekonomikā: marginālās izmaksas.
2
12
)1(
1......321
xnxxx n
.421
1n
n
n
xxx
1
1...1 2
Atvasinājuma izmantošanas piemērs
Kā iegūts?
Parabolas segmenta laukums
To pirmais pratis aprēķināt Arhimēds, turklāt vismaz trijos veidos.
)...321(11
...4111 222
32
2
22n
nn
n
nnnnn
Izsmelšanas
metode Eudokss
~ (406-355)
Dēmokrīts
~ (460-380)
Arhimēds
(287-212)
)12)(1()...21(6 222 nnnn
Skaties!
6
)12)(1(...21 222 nnn
n
Integrālis un laukums
Bernhard Riemann (1826-1866)
,0max,: 1 kk
kkk xxxx
.)~(lim:)(1
k
n
k
k
b
an
xxfdxxf
Pirmā stingrā noteiktā integrāļa
(Rīmaņa integrāļa) definīcija.
.)()(
b
a
dxxSxV
Integrālis un tilpums
h
xLs
h
L
x
s
.3
1)0()(
3)( 2
0
2
23
2
22
hLFhFh
LxxFdx
h
Lxh
Vai mēs tā varētu?
Kavaljēri (1598-1647) princips. Galileja skolēns.
Ķermeņiem ar vienādiem šķēlumu laukumiem ir vienādi tilpumi.
Izmantojot šo principu, var eleganti iegūt lodes tilpuma formulu.
x = h
.3
2
3
1 322 RRRRRV
).()( 222 xRrxS
3
16
44
3/4 3
2
23 rV
r
r
V
r
Vai mēs tā varētu?
Aprēķināt divu cilindru
kopējās daļas tilpumu.
Ļoti asprātīgs
Arhimēda
risinājums
Aprēķināt sarkanās daļas laukumu,
ja kvadrāta malas garums ir 1.
Laukums
Izteikt laukumu ar integrāļa palīdzību.
.)214(
35,0
0
2 dxxL
Integrēšanas automāts 21 x pārveidotu par
xxx
xF arcsin2
11
2)( 2
.1
,1
)(2
21
xxFx
xxF
).()()( aFbFdxxF
b
a
.)1()()(1
2
1
2 FFdxx
dxxfV
Krāsotāja paradokss
1
2 1 1
y = 1/x
Piltuves
tilpums ir galīgs
.)()(
b
a
dxxSxV
Krāsotāja paradokss
Pamatojums bez integrāļa
.2...9
1
4
11...2
2
2
1 hrhrV
nnnnn
1
1
1
)1(
112
Piltuves tilpums ir mazāks nekā attiecīgo cilindru tilpumu summu.
1)1(
1
1n nn2
1
3
1
4
11
n 1
2
)1(
1
1
11
nnnn
Skaties!
...8
1
7
1
6
1
5
1
4
1
3
1
2
1L
...8
1
8
1
8
1
8
1
4
1
4
1
2
1...
8
1
7
1
6
1
5
1
4
1
3
1
2
1L
....2
1
2
1
2
1L
1
y = 1/x
2 3 4 n
Krāsotāja paradokss
Plāksnītes laukums ir bezgalīgi liels
Kur kļūda?
Kā tas var būt, ka ar galīgu krāsas daudzumu
var nokrāsot bezgalīgi lielu laukumu?
Piedāvāt izskaidrojumu, kur, jūsuprāt, ir kļūda.
Gaišas domas Jaunajā gadā!