חקירת מקומות גאומטריים בסביבת גאומטריה דינמית
Transcription
חקירת מקומות גאומטריים בסביבת גאומטריה דינמית
חקירת מקומות גאומטריים בסביבת גאומטריה דינמית -מה אפשר ללמוד מזה? רותי סגל מכללת שאנן ,מכללת אורנים הפיקוח על הוראת המתמטיקה משה סטופל מכללת שאנן ,מכללת גורדון • המקום הגיאומטרי כהגדרתו כאוסף כל הנקודות בעלות תכונה משותפת ובתכונה זו ניתן להשתמש לפתרון של מגוון רחב של בעיות • מקובל לתאר את המקומות הגיאומטריים היסודיים כ :הקו הישר, קווים מקבילים ,אנך אמצעי לקטע ,חוצה הזווית ,המעגל ,הפרבולה, האליפסה וההיפרבולה. • לפעמים הפעולה שבוצעה מובילה ליצירת מקום גיאומטרי כצורתו של המקום המקורי ולפעמים נוצר מקום גיאומטרי מסוג אחר .כאן נתמקד בקבלת מקומות גיאומטריים הדומים בצורתם למקום הגיאומטרי המקורי. שילוב תוכנה גיאומטרית דינמית ) (D.G.Sבתהליך ההוראה והלמידה • מחקרים בחינוך מחפשים אחר דרכים לשפר את איכות ההוראה והלמידה ומתוך כך הם מתמקדים גם בשילוב הטכנולוגיה בהוראה .הכלי הטכנולוגי מאפשר לבנות ולהציג אובייקטים מתמטיים באופן דינמי תוך כדי מתן משוב למשתמש במהלך פתרון בעיות (Alakoc, 2003; Martinovic & Manizade, ).2013 • בלמידה באמצעות כלי טכנולוגי תלמידים יכולים לתאר טוב יותר מושגים וקשרים מתמטיים בהשוואה להוראה שאינה משלבת כלי טכנולוגי .הלומדים משיגים הבנה טובה יותר של מושגים אלה והם מונגשים עם רעיונות מתמטיים ברמה גבוהה). (Hohenwarter, Hohenwarter & Lavicza, 2008 שלב א' הצגת משימות חקר ראשוניות .1לבנות אליפסה קנונית החותכת את ציר ה x-בנקודות Aו . B-לבחור נקודה כלשהי Cעל האליפסה ,כך שניתן לגרור אותה על גבי עקום שלה. התקבל משולש . CABמחברים את הנקודה Cעם הנקודה – Oראשית הצירים .הקטע OCהוא תיכון במשולש .על הקטע OCיש למקם ע"י בנייה את הנקודה – Mנקודת מפגש התיכונים במשולש CABבאופן שעם הזזת הנקודה Cתנוע בהתאמה הנקודה . Mהשאלה היא :מהו המקום הגיאומטרי עליו נעה .? M איור 1 שלב א' הצגת משימות חקר ראשוניות .2לבנות פרבולה שקודקודה על ציר ה ,y -החותכת את ציר ה x-בנקודות A ו . B-לבחור נקודה כלשהי Cעל הפרבולה ,כך שניתן לגרור אותה על גבי עקום שלה .התקבל משולש . CABמחברים את הנקודה Cעם הנקודה O –ראשית הצירים ,והקטע OCהוא תיכון במשולש .על הקטע OCיש למקם ע"י בנייה את הנקודה – Mנקודת מפגש התיכונים במשולש CABבאופן שעם הזזת הנקודה Cתנוע בהתאמה הנקודה .Mהשאלה היא :מהו המקום הגיאומטרי עליו נעה .? M איור 2 שלב א' הצגת משימות חקר ראשוניות .3לבנות מעגל על-פי שעורי מרכזו ורדיוסו .לבחור על המעגל נקודה קבועה Aוממנה לבנות לפחות 6-8מיתרים כלשהם ,ולאחר מכן לבנות את נקודות האמצע של כל אחד מהמיתרים . M1,M2,M3,…. :השאלה היא : היכן נמצאות כל הנקודות Mהנוצרות באופן זה? שלב ב' העמקה של משימת החקר • נחקור את משימות 1-2למקרה שהנקודה Mמחלקת את הקטע OCביחס השונה מ( 1:2 -מפגש תיכונים) ואת משימה 3כאשר הנקודה Mמחלקת את המיתרים ביחס השונה מ( 1:1 -אמצע המיתר). • יישומון :1מקום גיאומטרי באליפסה https://www.geogebratube.org/student/m149059 • יישומון :2מקום גיאומטרי בפרבולה http://tube.geogebra.org/student/m149060 • יישומון :3מקום גיאומטרי בעיגול http://tube.geogebra.org/student/m149061 :הוכחה מתמטית להיווצרות אליפסה בתוך אליפסה . x2 y2 . 2 2 1 a b C(XC,YC) . MC n k : OM m . ,OC M M , C .(XM,YM) - M .YM - XM ,YM - XM C .YM - XM :הוכחה מתמטית להיווצרות אליפסה בתוך אליפסה :M . XM mxC myC , YM mn mn : . YC mn n mn n YM ( 1) YM (k 1) YM , x C XM ( 1) XM (k 1)XM m m m m . : C(XC,YC) YC (k 1) YM - x C (k 1)XM k 1XM 2 k 1YM 2 a2 b2 1 :הוכחה מתמטית להיווצרות אליפסה בתוך אליפסה . : C(XC,YC) YC (k 1) YM - x C (k 1)XM k 1XM 2 k 1YM 2 a2 b2 2 XM a k 1 1 2 2 YM b k 1 2 1 (k 1) M . , שלב ג' של משימת החקר האם הנקודה שממנה יוצאים קטעים המתחברים עם נקודות שעל המקום הגיאומטרי המקורי יכולה להיות בכל במקום בתוכו ועדיין הנקודה Mתנוע על מקום גיאומטרי דומה? איור 6 שלב ג' של משימת החקר n k :k m . O t (m n) l (m n) 2R )1( (t l )(m n) 2R )2( m(t l ) 2r )3( 6 איור r .k 1 R k 1 P r m R : nm )2( - . )3( :4 http://tube.geogebra.org/student/m149062 המקרה הכללי O . . C1 , C2 , C3 , OC1 , OC2 , OC3 , M 1 , M 2 , M 3 , OM 3 OM 1 OM 2 m m . , M 1C1 M 2 C 2 M 3C3 n n ? M 1 , M 2 , M 3 , C טרנספורמציות -הומוטתיה • השימוש בטרנספורמציות שונות ,בין יסודיות ובין מורכבות-מאפשר ,במקרים רבים ,פתרון פשוט יותר של בעיות בהנדסת מישור או בהנדסה אנליטית. • ביצוע הטרנספורמציה מחזק את התפיסה ,שצורה גיאומטרית איננה משהו "קפוא" ,אלא דבר שאפשר להניע. • ההומוטתיה היא טרנספורמציה המתייחסת למרכז Oומתאימה לכל נקודה Xנקודה ' Xעל הישר OXכך ש ,OX'=k∙OXכאשר kנקרא מקדם הדמיון. הומוטתיה • התמונה של כל נקודה Aעל המקום הגאומטרי היא נקודה ' Aהמקיימת OA' = kOA כאשר Oנקודה נתונה במישור ו k -מספר ממשי חיובי .נראה שלטרנספורמציה זו, הנקראת הומותטיה ,שתי תכונות המסבירות את התופעות שהתגלו בחקירה .1 B- A 'B' - A .A'B' = kAB AB : 'A'B ( .k .OA'B' OAB ) הומוטתיה • התמונה של כל נקודה Aעל המקום הגאומטרי היא נקודה ' Aהמקיימת OA' = kOA כאשר Oנקודה נתונה במישור ו k -מספר ממשי חיובי .נראה שלטרנספורמציה זו, הנקראת הומותטיה ,שתי תכונות המסבירות את התופעות שהתגלו בחקירה B ,Aו C -נמצאות על ישר אחד אז .2 תמונותיהן המתקבלות באמצעות הטרנספורמציה נמצאות אף הן על ישר אחד .גם תכונה זו נובעת מדמיון משולשים :כיוון ש = - ''+ ' ו , = ' -אם +=180 .= 180 הומוטתיה • התמונה של כל נקודה Aעל המקום הגאומטרי היא נקודה ' Aהמקיימת OA' = kOA כאשר Oנקודה נתונה במישור ו k -מספר ממשי חיובי. : , , .R P . R P kR , 'P.kR , kR - דוגמאות נוספות להומוטתיה בשילוב תוכנה דינמית דוגמא א' – גרף של פונקציה אלגברית .f(x)=x3-9x2 , A , . ,B AB BP . k BA k :5 . . http://tube.geogebra.org/student/m149066 דוגמאות נוספות להומוטתיה בשילוב תוכנה דינמית דוגמא ב' – הדגמת התכונה על משולש כשלהו . ABC . P M M . http://tube.geogebra.org/student/m149069 : 6 .k .9 ?האם כל הפרבולות דומות . ,a b - a, b 0 y bx 2 - y ax 2 y cx .B - A .c 10 איור BA AO .10 פריטים מבחינות בגרות 5יחל ()807 פריטים מבחינות בגרות 5יחל ()807 מבט מתמטי רחב ומעמיק על תכונת השימור של אובייקטים מתמטיים כלי מתמטי נוסף ב"ארגז הכילים" של המורה ושל התלמיד הכלי הטכנולוגי כשותף להבנה של תהליכים דינמיים מופשטים הבנה משמעותית יותר של המושג "מקום גיאומטרי" הערך המוסף המתמטי והדידקטי הכללה של תופעה מתמטית והקשה למשימות דומות שילוב פעילות חקר בתהליכי הלמידה פיתוח ידע מתמטי להוראת מתמטיקה בהיקף של 5יח"ל קישוריות בין הנושאים השונים (דמיון ,מקום גיאומטרי, פונקציות)...