A dinamikus geometriai rendszerek használatának egy lehetséges területe

Hasonló dokumentumok
Interaktív geometriai rendszerek használata középiskolában -Pont körre vonatkozó hatványa, hatványvonal-

Kinematikus geometria. Strommer: Ábrázoló geometria 469. o. Petrich: Ábrázoló geometria o. Dr. Vaskó Lászlóné: Ábrázoló geometria o.

Egy feladat megoldása Geogebra segítségével

CIKLOISOK GÖRBE A KÁVÉSCSÉSZÉBEN. Gabika és a Slepp július 25. Miskolci Herman Ottó Gimnázium

Koordináta geometria III.

A program a köröket és köríveket az óramutató járásával ellentétes irányban rajzolja meg.

Középpontos hasonlóság szerkesztések

Bevezető. Mi is az a GeoGebra? Tények

Egyenes mert nincs se kezdő se végpontja

egyenletrendszert. Az egyenlő együtthatók módszerét alkalmazhatjuk. sin 2 x = 1 és cosy = 0.

Egy kinematikai feladat

Érettségi feladatok Koordinátageometria_rendszerezve / 5

Alapszerkesztések 2. (Merőlegesek szerkesztése, nevezetes szögek, háromszög három oldalból) Merőleges szerkesztése egyeneshez külső pontból

Egybevágóság szerkesztések

Dinamikus geometriai rendszerek jellemzõi

Érettségi feladatok: Koordináta-geometria 1/5

Háromszögek, négyszögek, sokszögek 9. évfolyam

Koordináta-geometria alapozó feladatok

(d) a = 5; c b = 16 3 (e) b = 13; c b = 12 (f) c a = 2; c b = 5. Számítsuk ki minden esteben a háromszög kerületét és területét.

Geometria 1 összefoglalás o konvex szögek

Koordináta-geometria feladatok (emelt szint)

10. Koordinátageometria

Koordináta-geometria feladatgyűjtemény

Vektorok és koordinátageometria

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Geometria III.

A Vonallánc készlet parancsai lehetővé teszik vonalláncok és sokszögek rajzolását.

3. tétel Térelemek távolsága és szöge. Nevezetes ponthalmazok a síkon és a térben.

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Koordináta-geometria

Helyvektorok, műveletek, vektorok a koordináta-rendszerben

8. előadás. Kúpszeletek

Koordináta-geometria feladatok (középszint)

Koordináta-geometria feladatgyűjtemény (A feladatok megoldásai a dokumentum végén találhatók)

Egybevágósági transzformációk. A geometriai transzformációk olyan függvények, amelyek ponthoz pontot rendelnek hozzá.

Az egyenes ellipszishenger ferde síkmetszeteiről

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Feuerbach kör tanítása dinamikus programok segítségével

2. Síkmértani szerkesztések

A tér lineáris leképezései síkra

18. Kerületi szög, középponti szög, látószög

EGY ABLAK - GEOMETRIAI PROBLÉMA

1.Háromszög szerkesztése három oldalból

EÖTVÖS LORÁND SZAKKÖZÉP- ÉS SZAKISKOLA TANÍTÁST SEGÍTŐ OKTATÁSI ANYAGOK MÉRÉS TANTÁRGY

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT. Koordináta-geometria

Forogj! Az [ 1 ] munkában találtunk egy feladatot, ami beindította a HD - készítési folyamatokat. Eredményei alább olvashatók. 1.

Kerék gördüléséről. A feladat

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

Matematika III előadás

Matematikai, informatikai, fizikai kompetenciák fejlesztése

Dinamikus geometriai programok

Segédlet: Főfeszültségek meghatározása Mohr-féle feszültségi körök alkalmazásával

Feladatok Házi feladat. Keszeg Attila

Geometria I. Vígh Viktor

Koordinátageometriai gyakorló feladatok I ( vektorok )

V. Békés Megyei Középiskolai Matematikaverseny 2012/2013 Megoldások 11. évfolyam

Matematika 11 Koordináta geometria. matematika és fizika szakos középiskolai tanár. > o < szeptember 27.

Skaláris szorzat: a b cos, ahol α a két vektor által bezárt szög.

11.5. Ellipszis és ellipszisív

Egybevágósági transzformációk

A LECSÚSZÓ KÖR ÁBRÁZOLÓ GEOMETRIÁJA. Írta: Hajdu Endre

KOSZTOLÁNYI MIKE MATEMATIKA ÖSSZEFOGLALÓ FELADATGYÛJTEMÉNY ÉVESEKNEK MEGOLDÁSOK (II. KÖTET)

A bifiláris felfüggesztésű rúd mozgásáról

Dinamikus geometriai programok

2. ELŐADÁS. Transzformációk Egyszerű alakzatok

Lengyelné Dr. Szilágyi Szilvia április 7.

BEVEZETÉS AZ ÁBRÁZOLÓ GEOMETRIÁBA

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

x = cos αx sin αy y = sin αx + cos αy 2. Mi a X/Y/Z tengely körüli forgatás transzformációs mátrixa 3D-ben?

Mechatronika segédlet 3. gyakorlat

Síkgeometria 12. évfolyam. Szögek, szögpárok és fajtáik

MINTAFELADATOK. 1. feladat: Két síkidom metszése I.33.,I.34.

1 2. Az anyagi pont kinematikája

10. Tétel Háromszög. Elnevezések: Háromszög Kerülete: a + b + c Területe: (a * m a )/2; (b * m b )/2; (c * m c )/2

Mechatronika segédlet 2. gyakorlat

A hiperbolikus síkgeometria Poincaré-féle körmodellje

2014/2015. tavaszi félév

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Koordináta-geometria

Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Kar Geometriai Tanszék AZ EVOLUTÁK VILÁGA. BSc szakdolgozat. tanári szakirány. Budapest, 2013.

3. előadás. Elemi geometria Terület, térfogat

Térbeli transzformációk, a tér leképezése síkra

Hasonlósági transzformációk II. (Befogó -, magasság tétel; hasonló alakzatok)

Differenciálgeometria feladatok

Egy mozgástani feladat

Követelmény az 5. évfolyamon félévkor matematikából

Módszertani különbségek az ábrázoló geometria oktatásában matematika tanár és építészmérnök hallgatók esetén

1. A komplex számok ábrázolása

GEOMETRIA 1, alapszint

HASONLÓSÁGGAL KAPCSOLATOS FELADATOK. 5 cm 3 cm. 2,4 cm

Két körhenger általánosabban ( Alkalmazzuk a vektoralgebrát! ) 1. ábra

Koordináta - geometria I.

A keresett kör középpontja Ku ( ; v, ) a sugara r = 1. Az adott kör középpontjának koordinátái: K1( 4; 2)

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2009/2010-es tanév első (iskolai) forduló haladók II. kategória

VI.1. NEVEZETESSÉGEK HÁROMSZÖGORSZÁGBAN. A feladatsor jellemzői

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK EMELT SZINT Koordinátageometria

Tömegpontok mozgása egyenes mentén, hajítások

54. Mit nevezünk rombusznak? A rombusz olyan négyszög,

pont százalék % érdemjegy (jeles) (jó) (közepes) (elégséges) alatt 1 (elégtelen

x = 1 = ı (imaginárius egység), illetve x 12 = 1 ± 1 4 2

Exponenciális és logaritmusos kifejezések, egyenletek

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Átírás:

Fejezetek a matematika tanításából A dinamikus geometriai rendszerek használatának egy lehetséges területe Készítette: Harsányi Sándor V. matematika-informatika szakos hallgató Porcsalma, 2004. december 12.

A ruletták speciális, elsősorban műszaki alkalmazásaik miatt fontos síkgörbék, vizsgálatuk azonban számos geometriai érdekességet is tartogat számunkra. A ruletták ábrázolását, vizsgálatát jelentősen megkönnyítik a különféle geometriai szerkesztőprogramok. Ebben a cikkben szeretnék bemutatni néhány fontosabb rulettát, valamint rávilágítani azok egy szemléltetési lehetőségére a Geogebra dinamikus geometriai program segítségével. Vizsgálódásaim a mozgási geometria témakörébe tartoznak. A téma ugyan nem szerepel a közoktatás tananyagában, módszertani szempontból mégis hasznosnak és érdekesnek tekinthető. A mozgások megjelenítése, ábrázolása általában látványos animációkat eredményez, ezért módszertanilag alkalmas a tanulók érdeklődésének felkeltésére. A mozgások megjelenítéséhez a Geogebra program számos lehetőséget kínál. Mindezek tudatos felhasználásához azonban megfelelő rutinnal kell rendelkeznünk a választott geometriai szerkesztőprogram használatában. A rutin megszerzéséhez szükséges ismeretek elsajátításában kívánok segítséget nyújtani úgy, hogy részletesen ismertetem néhány ruletta előállításának technikai lépéseit a Geogebra program segítségével a dinamikus geometriai rendszer erre alkalmas eszközeinek szemléltetésével párhuzamosan. Legyenek adottak a g 1 és a g 2 síkgörbék! Rögzített g 1 mellett g 2 -t úgy mozgassuk el g 1 mentén, hogy mozgás közben a két görbe mindig érintkezzen egymással, azaz az érintkezési pontban közös legyen az érintőjük, valamint az érintkezési pont mindkét görbén állandó irányban haladjon! Ekkor, ha g 1 bármely két P 1 és P 2 pontjára és a g 2 -n nekik megfelelő P 1 és P 2 pontokra teljesül, hogy a P 1 P 2 ív egyenlő hosszú a P 1 P 2 ívvel, akkor azt mondjuk, hogy a g 2 görbe a g 1 görbe mentén csúszás nélkül gördül. Ha g 1 és g 2 két egymást fedő közös síkban van, g 1 síkját rögzítjük, g 2 -é viszont gördülés közben g 2 -vel együtt mozog, akkor a mozgó sík minden pontja egy pályagörbét ír le. Ezeket a görbéket nevezzük rulettáknak. A ruletták természetesen a g 1 és a g 2 görbék megválasztásától függően nagyon sokfélék lehetnek. Én most csak néhány, a gyakorlati alkalmazások szempontjából lényeges görbét szemléltetek. Példáimban g 1 és g 2 minden esetben kör, illetve egyenes lesz. Ha a g 1 görbe egyenes, a g 2 pedig kör, akkor gördülés közben g 2 síkjának pontjai cikloisokat írnak le. Cikloist ír le pl.: a mozgó kerékpár kerekének egy rögzített pontja is. Erre a rulettára néha a trochoid elnevezést is használjuk. Cikloisív szerkesztése a Geogebra program segítségével: A munkalapon vegyünk fel egy a gördülő kör sugarát definiáló szakaszt, és egy - a g 1 görbét reprezentáló, A és B pontokra illeszkedő egyenest (1. ábra)! 2

1. ábra. Ezek után vegyünk fel egy félegyenest és azon egy mozgó pontot (M) az elmozdulás mértékének manuális módosításához (2. ábra)! 2. ábra. 3

Az F 1 pont fix objektummá való átdefiniálása, és az F 2 pont elrejtése után határozzuk meg a gördülő kör középpontját! Ehhez körözzünk az A pontból a d(f 1, M) sugárral, és jelöljük ki a kör, illetve a g 1 egyenes metszéspontját (T)! Adott sugarú kör rajzolására a Circle[középpont, sugár] parancs input mezőbe való beírásával, és az ENTER billentyű leütésével utasíthatjuk a rendszert, ahol a középpont és a sugár formális paraméterek értékét a megfelelő aktuális paraméterértékekkel kell helyettesítenünk. A létrejött metszéspontban állítsunk merőlegest a g 1 egyenesre! A keresett kör középpontja (O) ezen az egyenesen fog elhelyezkedni a metszésponttól (T) d(r 1,R 2 ) távolságra (3. ábra). 3. ábra. A szerkesztés folytatása előtt a továbbiakban nem használt objektumokat az átláthatóság segítésére elrejthetjük! Szerkesszük meg a g 2 görbét reprezentáló O középpontú, d(r 1,R 2 ) sugarú kört! Nézzük meg, mi történik akkor, amikor a g 2 kör a g 1 egyenes mentén csúszás nélkül gördül! A gördülés kezdetén a kör az A pontban érinti a g 1 egyenest. Ha a gördülés csúszásmentes, és a kör egy későbbi helyzetében a kezdeti érintési pont (A) aktuális helyzetét P jelöli, akkor szűkségképpen d(a,t) = TP, ahol T jelöli az aktuális érintési pontot, TP pedig a kör megfelelő ívének hosszát. Ezt úgy is megfogalmazhatjuk, hogy a kezdeti érintési pont annyit fordul el a körvonalon, amennyit az érintési pont a g 1 egyenesen halad. A körvonalon mozgó P pont szerkesztéséhez a Geogebra beépített utasításként tartalmazza egy objektum forgatását, ha ismerjük a forgatás centrumát és az elforgatás szögét radiánban megadva. Ezt a szolgáltatást a Command 4

utasításcsoporton belül a Rotate[] utasítással érhetjük el, amelynek formális paraméterezése: Rotate[objektum, szög, centrum] (4. ábra). 4. ábra. A cikloisív megjelenítéséhez a P pont nyomvonalát kell kirajzoltatni az M pont mozgatása közben (5. ábra). 5. ábra. 5

További cikloisokat is megjeleníthetünk, ha nem kötjük ki, hogy a d(o,p) távolság egyezzen meg a gördülő kör sugarával. Ha a P pont a körrel együtt gördül, de nem illeszkedik annak körvonalára, akkor a mozgás során P hurkolt vagy nyújtott cikloist ír le, attól függően, hogy P a körön kívül, vagy azon belül helyezkedik-e el (6. ábra). 6. ábra. Legyen most a g 1 és a g 2 síkgörbe is kör! Ha g 2 a g 1 -et kívülről érintve gördül, akkor g 2 síkjának pontjai epicikloist írnak le. Ha a fix g 1 kör és a gördülő g 2 kör belülről érintkeznek, a létrejövő ruletták a hipocikloisok. Természetesen sokféle epiciklois és hipociklois elképzelhető attól függően, hogy a g 1 és a g 2 körök sugara hogyan aránylik egymáshoz, illetve a g 2 kör síkjának mely pontját tekintjük. Hipocikloisív megjelenítése a Geogebra program segítségével: Első lépésként vegyünk fel két szakaszt (r 1, r 2 ) a g 1 és a g 2 körök sugarának definiálására! A körök sugarát a későbbiekben interaktív módon a megfelelő szakaszok végpontjainak mozgatásával módosíthatjuk. Ezek után jelöljük ki a g 1 kör középpontját (O 1 ), mint fix objektumot, és szerkesszük meg a kört r 1 sugárral (7. ábra)! 6

7. ábra. Vegyünk fel egy félegyenest és azon egy mozgó pontot (M) az elmozdulás mértékének manuális módosításához (8. ábra)! 8. ábra. 7

Adjuk meg a két kör kezdeti érintési pontját (ábránkon az A-val jelölt pont), majd határozzuk meg az M pont F 1 -től mért távolságának függvényében az aktuális érintési pontot! Nézzük meg, mi történik akkor, amikor a g 2 kör a g 1 kör mentén csúszás nélkül gördül! A gördülés kezdetén a g 2 kör az A pontban érinti a g 1 kört. Azt szeretnénk, ha az M pontnak az F 1 ponttól mért d(f 1,M) távolsága esetén a g 1 és a g 2 körök aktuális érintési pontjára az alábbi összefüggés teljesülne: d(f 1, M) = AA, ahol A jelöli az aktuális érintési pontot, AA pedig a g 1 kör megfelelő ívének hosszát. Ezt úgy is megfogalmazhatjuk, hogy a kezdeti érintési pont annyit mozdul el a g 1 kör körvonalán, amennyit az M pont a félegyenesen halad. Az A pont megszerkesztéséhez határozzuk meg az elforgatás szögét, majd forgassuk el a kezdeti érintési pontot az O 1 pont körül a megadott szöggel negatív irányban! Használjuk a Geogebra korábban ismertetett beépített objektum forgató utasítását (9. ábra)! 9. ábra. Az aktuális érintési pontból (A ) állítsunk félegyenest a g 1 kör középpontján keresztül! A gördülő kör aktuális középpontja erre a félegyenesre fog illeszkedni az érintési ponttól r 2 távolságra. Szerkesszük meg a g 2 kör aktuális középpontját (O 2 ), majd a g 2 kört (10. ábra)! 8

10. ábra. A szerkesztés folytatása előtt a továbbiakban nem használt objektumokat az átláthatóság érdekében elrejthetjük (11. ábra)! 11. ábra. 9

A ruletták definíciója alapján a hipociklois aktuális P pontja úgy helyezkedik el a g 2 körvonalon, hogy a g 2 körön mért A P körív hossza megegyezik a g 1 körvonalon mért AA körív hosszával. Mivel a g 1 és a g 2 körök sugarának aránya és az A P, valamint az AA körívekhez tartozó középponti szögek aránya megegyezik, ez lehetőséget biztosít a P pont elforgatáson alapuló szerkesztésére. A P pontot úgy kapjuk meg, hogy A t elforgatjuk az O 2 pont körül az A O 1 A szög r 1 /r 2 -szeresével pozitív irányban (12. ábra). 12. ábra. A hipocikloisív megrajzolásához a P pont nyomvonalát kell megjeleníttetni az M pont mozgatása közben (13. ábra). 10

13. ábra. 11