I triangoli di Alice [Aggiornato]

Da QUI

Lewis Carroll, l'autore di Alice nel Paese delle Meraviglie, scriveva sul suo diario, il 19 dicembre 1898:
Ieri notte sono stato sveglio sino alle 4 di mattina, per questo provocante problema, mandatomi da New York: trovare tre triangoli rettangoli (uguali in area) con lati espressi da numeri razionali. Ne ho trovati due, i cui lati sono 20, 21, 29 e 12, 35, 37; ma non sono riuscito a trovarne tre.

Il problema è stato ripreso da Martin Gardner, il grande esperto in giochi matematici, il quale osserva che esistono infinite soluzioni, anche per un numero di triangoli superiore a tre, ma in questo caso, le superfici hanno valori non inferiori a numeri di sei cifre.
"Nel caso di tre triangoli esiste tuttavia una soluzione - dice Gardner -
in cui l'area è inferiore a 1000 e i tre triangoli hanno lati con numeri interi". Qual è questa soluzione?

Io mi sono divertita a rappresentare la soluzione [si trova su Polymath, il sito indicato] su GeoGebra (sempre per il gusto di esplorarne ancora le potenzialità. Ho collegato valori numerici e calcoli al valore dello slider ...). Clic su img

[Aggiornamento]

Ho modificato il Geogebra non soddisfacendo, purtroppo, la richiesta di Daniele ,  ma inserendo il Foglio di calcolo che mostra le possibili coppie di fattori di 1680 (Io non ho saputo far di meglio, con formule! Se qualche amico che si trova a passare di qui, vuol suggerire ... grazie!).

La prima tabella riporta le possibili combinazioni per trovare il primo elemento delle coppie. La seconda calcola il secondo fattore con la formula inversa (1680/fattore). I valori validi sono quelli in rosso. Gli altri sono ripetuti oppure non validi perché non interi entrambi.

Per evidenziarli ho fatto prima il lavoro su Excel, dove ho sfruttato la formattazione condizionale (ancora non disponibile sul foglio geogebra), con le formule:

per l’intervallo A2:E8, e

 

per l’intervallo F2:F8.

Il foglio di calcolo riporta anche la verifica delle terne pitagoriche intere.

 CLIC per aprire l’applet. Con il doppio clic si può scaricare il .ggb. Il Foglio di calcolo, con Geogebra 4.0 Beta può essere visualizzato anche in altra finestra.

Ciao, Martin Gardner

Ho appena appreso da Gli Studenti di oggi.

Per ricordare il “matematico, illusionista, filosofo e divulgatore statunitense, autore per molti anni della rubrica “Mathematical Games” sulla rivista “Scientific American”, autore di testi (oltre 65 libri) e innumerevoli articoli che hanno dato contributi significativi in diversi ambiti, quali matematica, letteratura, filosofia, religione...” [dalla collana Sfide Matematiche]

vi propongo, ragazzi, da Viaggio nel tempo e altre stranezze matematiche – Martin Gardner -

un simpatico problemino. Leggete e osservate

Ragazzi, poiché non dev’essere una fatica, vi aiuto con la seguente

Martin Gardner sul questo blog ci ha fatto compagnia altre volte. Ciao, Martin.

Tassellature del piano con poligoni non regolari

Abbiamo già visto in una nostra attività (e anche qui),
che, fra i poligoni regolari, solo il triangolo equilatero, il quadrato e l’esagono regolare possono tassellare il piano, cioè è possibile  “pavimentare” o “piastrellare” il piano accostando i poligoni l'uno all'altro, senza sovrapporli e senza avere degli spazi vuoti tra essi. In ciascuno di tali poligoni l’angolo interno è sottomultiplo di un angolo giro.
E’ però possibile realizzare delle “pavimentazioni” o tassellature, anche con poligoni non regolari.
E’ stato dimostrato che nessun poligono convesso con più di sei lati può tassellare il piano.
Consideriamo dunque i poligoni di tre, quattro, cinque e sei lati. 
Tasselli triangolari
Qualunque triangolo può tassellare il piano. Si può costruire il simmetrico del triangolo rispetto al punto medio di uno dei suoi lati:  “i lati corrispondenti di due triangoli identici combaciano e si forma un parallelogramma. Com’è ovvio, le repliche di un parallelogramma si possono far combaciare lungo i lati per formare una fila illimitata di lati paralleli, e le strisce, a loro volta, si possono avvicinare l’una all’altra per ricoprire interamente il piano”.
Nella costruzione con geogebra, ho utilizzato solamente successive simmetrie di centro punto medio di un lato dei triangoli. Clic sulla figura per aprire l’applet. Sul foglio di lavoro l’indicazione più semplice se si vuole … estendere la pavimentazione! (ho lasciato visibili solo i segmenti esterni per motivi estetici)
Tasselli a forma di quadrilatero
“Qualunque quadrilatero tassella il piano!” Anche in questo caso si può costruire il simmetrico del quadrilatero rispetto al punto medio di uno dei suoi lati:  “i lati corrispondenti di due quadrilateri identici combaciano e si forma un esagono. Ogni lato dell’esagono è necessariamente uguale e parallelo al lato opposto. Tale esagono, con una semplice operazione di traslazione, formerà un motivo tassellante”
Anche in questo caso, con geogebra ho utilizzato successive simmetrie di centro punto medio di un lato dei quadrilateri. Il quadrilatero inoltre può anche non essere convesso. Clic sulla figura per aprire l’applet. Indicazioni sul foglio di lavoro…
Modificando il quadrilatero da convesso a  concavo si può avere una figura simile

Tasselli a forma di pentagono
I tasselli a forma di pentagono convesso possono essere classificati in otto tipologie. Cinque furono trovate da Reinhardt. Kershner li descrive contrassegnando i pentagoni per tipi. Nell’immagine il tipo e la tassellatura corrispondente:
Le caratteristiche dei singoli tipi:

Angoli: A + B + C = 360° Angoli: A + B + D = 360° Angoli: A = C = D = 120° Angoli: A = C = 90°   Angoli: A = 60°, C = 120°

lati: a = d lati: a = b, d = c + e lati: a = b, c = d lati: a = b, c = d

a queste cinque tipologie se ne aggiungono altre tre… e
“Non è dimostrato il fatto che non esistano altri pentagoni convessi capaci di tassellare il piano, per l’eccellente ragione che una dimostrazione completa richiederebbe un libro piuttosto voluminoso”
Con geogebra la tassellatura del 5° tipo.  Costruita con i passi segg:

1. Punto medio del lato e del pentagono ABCDE
2. Simmetrico di ABCDE rispetto al punto
3. Rotazione di 60°  del simmetrico ottenuto, con centro il punto corrispondente del punto A nella simmetria.
4. Rotazioni successive di ampiezza 60°, con medesimo centro, dei pentagoni ottenuti.
5. Ripetere dal punto 1.

Clic sull’immagine per aprire l’applet. Indicazioni sul foglio di lavoro…
Variando la forma del pentagono, conservando le proprietà di lati e angoli…
Infine, se il pentagono diventa concavo
Per ora mi fermo qui. In un altro post le tassellature esagonali (almeno) .
Ma quanto altro nel capitolo 13, Mosaici di poligoni convessi, del:
Viaggio nel tempo e altre stranezze matematiche -  Martin Gardner – Sfide Matematiche  !
- Le scritte in grigio e l’illustrazione dei tipi-tasselli pentagonali, dal testo.-
Link sulle Tassellazioni del piano:
Matematica e dilettanti
Attività di tassellazione con GeoGebra

Il problema dei tre cerchi

Un "piacevole" teorema….
Così lo presenta Martin Gardner nel volume Viaggio nel tempo e altre stranezze matematiche (Sfide Matematiche).
Tracciate tre cerchi di tre dimensioni diverse in una parte qualunque di un foglio, con l'unica eccezione che non si sovrappongano.
Per ogni coppia di cerchi, tracciate le loro due tangenti comuni.
[…] sarete sorpresi di scoprire che le intersezioni delle tre coppie di tangenti si incontrano sulla stessa retta.
Ecco la costruzione realizzata con geogebra. Clic sull'immagine.

 Come ci si potrebbe aspettare, esistono molti modi per dimostrare il teorema mediante costruzioni geometriche.

[Con geogebra ho costruito le coppie di tangenti comuni alle circonferenze c-k e c-e.
A e B sono, rispettivamente, le intersezioni delle due coppie di tangenti.
 L'intersezione C della coppia di tangenti comuni alle circonferenze k-e, cade necessariamente sulla stessa retta r, cui appartengono le due precedenti]
Ad ogni modo, Popular Computing ha riferito, nel suo numero di dicembre 1974, che il teorema si presta ad un'elegante soluzione se si abbandona il piano bidimensionale per passare a una generalizzazione tridimensionale.
[…] I redattori della rivista informano che quando il teorema fu mostrato a John Edson Sweet, un professore di ingegneria alla Cornell University morto nel 1916, questi osservò per un po' il disegno e commentò: "Sì, è perfettamente evidente!"
__Qual era la "dolce" soluzione del professore Sweet?

Naturalmente io sono andata a leggere la soluzione del prof. Sweet e le altre soluzioni descritte nel volume :-)
La soluzione di John Edson Sweet del teorema dei tre cerchi è fornita nella risposta la problema 62 del volume di L.A. Graham Ingenious Mathematical Problems and Methods (Dover 1959).
Si scopre anche che non è necessario che i cerchi siano disgiunti. Il teorema è valido anche per cerchi contenuti completamente uno nell'altro.
Inoltre: il teorema è chiamato "teorema di Monge", in onore del matematico francese Gaspard Monge (amico di Napoleone), che lo enunciò in un trattato del 1798.
 R.C. Archibald, in The American Mathematical Monthy (vol 22, 1915, p.65), fa risalire il teorema agli antichi greci (scrive Donald Keeler)
Il teorema di Monge per tre circonferenze nel piano è citato da Herbert Spencer nella sua autobiografia. Scrive Spencer: "Si tratta di una verità che non posso contemplare senza rimanere colpito dalla sua bellezza e insieme dal sentimento di meraviglia e timore che suscita in me: il fatto che tre circonferenze, apparentemente senza relazione, siano comunque legate da questo plexus di relazioni appare davvero incomprensibile".
Non riporto le dimostrazioni: metti che qualche lettore appassionato voglia proporne una! Se così fosse, ringrazio:-)

Enigmi di aritmetica: Dischi rotti

Ancora da
ESPERIENZA A-AH! - Martin Gardner
un rompicapo davvero carino ... :-)

DISCHI ROTTI

Bob e Helen sono appassionati di rompicapi. Il loro passatempo preferito è escogitare quesiti per mettersi alla prova.


Un giorno Bob a Helen passarono davanti a un negozio di dischi.
Bob: Hai ancora i tuoi dischi di musica country?


Helen: No, ne ho regalato la metà, più la metà di un disco, a Suzy.


Helen: Poi ho regalato la metà di quel che mi era rimasto, più la metà di un disco, a Joe.

Helen: Ora mi è rimasto soltanto un disco, e lo regalerò a te se saprai dirmi quanti dischi di musica country avevo all'inizio.


Bob era sconcertato perché non riusciva a capire a che cosa potesse servire mezzo disco.


All'improvviso gli venne un'idea, e capì che neppure un disco era stato spezzato.
Rispose alla domanda di Helen, e lei gli regalò quell'ultimo disco.
Quale intuizione ebbe Bob?

Suggerimento:

Sì, sì: è un suggerimento!
Chi spiega la soluzione? :-)
Per i ragazzi aggiornerò il post con ulteriori dritte.
[Aggiornamento] Avvio l'attività con i ragazzi.
Ragazzi, per trovare la soluzione al rompicapo rappresentiamo in un primo momento la situazione con degli schemi: un trattino (__) rappresenta un disco, mezzo trattino (_), "la metà" di un disco. Tra virgolette, perché nessun disco è stato rotto!

Riflettiamo sulla situazione finale: a Helen è rimasto 1 solo disco dopo i regali a Suzy e Joe:

Helen dice di aver regalato a Joe la metà di quel che le era rimasto, più la metà di un disco.
(mi raccomando, non facciamoci ingannare da quel "metà di un disco", ripeto, nessun disco spezzato!)
SE dunque ha regalato la metà più un mezzo (1/2), quell'unico disco che le è rimasto rappresenta la metà di quelli che aveva alla quale metà manca un mezzo (1/2):
questa è la metà dei dischi che aveva Helen prima del regalo a Joe.
Quindi, osservate ancora:
ho messo in evidenza la metà e la metà più un mezzo.
Quanti dischi aveva Helen prima di regalare a Joe?
Quanti dischi ha regalato a Joe?
La risposta, sù... è trooppo chiara!:-)

Ora, ripetiamo il ragionamento partendo dal numero di dischi che aveva Helen prima del regalo a Joe e dopo il regalo a Suzy:
dice di avere regalato a Suzy la metà (di quelli che aveva in totale) , più la metà ...
Quindi il numero di dischi dopo il regalo a Suzy, rappresenta la metà del totale, a cui manca un mezzo.
La metà del totale è dunque:

E la metà più un mezzo:

Quanti dischi ha regalato Helen a Suzy?
Quanti dischi aveva in totale inizialmente?

Un'altra riflessione importante è: la metà di qualcosa più un mezzo (1/2) può essere un numero intero!
La metà di quali numeri? .................................