III.4. JÁŐÖK Tárgy, téma A feladatsor jellemzői Algebra (és számelmélet), szöveges feladatok, mozgásos feladatok, geometria. Előzmények Az idő fogalma, mértékegység-váltás (perc óra), a sebesség fogalma: közös többszörös, relatív prím fogalma. Cél s v, legkisebb t Mozgásos feladatok előkészítése, mozgásos szituációk elképzelése, lejátszása fejben vagy eszközökkel, különböző megoldási módszerek megismerése. A modellalkotás és szövegértés fejlesztése. A feladatsor által fejleszthető kompetenciák Tájékozódás a térben + Ismeretek alkalmazása + Tájékozódás az időben + Problémakezelés és -megoldás + Tájékozódás a világ mennyiségi viszonyaiban + Alkotás és kreativitás + Tapasztalatszerzés + Kommunikáció + Képzelet + Együttműködés + Emlékezés + Motiváltság + Gondolkodás + Önismeret, önértékelés + Ismeretek rendszerezése A matematika épülésének elvei Ismerethordozók használata + Felhasználási útmutató Az ilyen típusú feladatoktól általában félnek a gyerekek, mert nehéznek érzik. Ez a feladatsor is látszólag bonyolult, pedig remélhetően kiderül nagyon egyszerű lépésekkel, ötletek nélkül megoldható, csak el kell képzelni a helyzetet, és egy picit számolni kell. Mindig érdemes egy teljes megoldás után visszakérdezni, hogy: Mi okozott nehézséget neked a megoldásban?, illetve, hogy: Látva a megoldást, mit tartasz nehéznek?. Ez azért fontos, mert sok gyereknek el is kell hinnie, hogy meg tudja oldani a feladatokat. Érdemes többféle megoldási módszert, gondolatmenetet összegyűjteni. Javasoljuk a gyerekeknek konkrét szituációk elképzelését, illetve lejátszását, kis számítás, előkészítés után a mozgás elképzelését, annak megállapítását, hogy adott időpillanatban hol vannak az autók! Az órán érdemes párokban dolgozni (kék és fehér, azaz külső és belső járőrautó), a feladatok megoldása során lehet modellezni a települést és az autókat. A feladatok megoldása közben érdemes megfigyelni, hogy értik-e a diákok a feladat szövegét. (Külső és belső körút, sebesség, irány, találkozás stb.) Tudnak-e sebességből és távolságból menetidőt számolni? Tudnak-e értelemszerű és megfelelő információkat kiszűrni, és a feladat megoldásához egyszerű számításokkal eljutni? III. Számelmélet, számrendszerek, hatványozás III.4. Járőrök 1.oldal/5
A feladatok megoldásának különböző eredményességi szintjei lehetnek: a szituáció megértése; egy-egy autó menetrendjének kiszámítása; a menetrendek összevetése; a következtetések meghozása, válaszadás; a megoldás célszerű leírása; ötletes, az autók sebessége alapján számolással célhoz érő, rajzos, ábrás, grafikonos megoldás. III. Számelmélet, számrendszerek, hatványozás III.4. Járőrök 2.oldal/5
JÁŐÖK Feladat sor Egy kistelepülés úthálózatát látjuk. A belső körút négyzet alakú, és minden utca 500 méter hosszú. Minden nap sötétedéstől másnap reggel 7-ig két szuper-lassú járőrautó biztosítja az ott lakók nyugalmát. Ha bármilyen problémát észlelnek, akkor nem állnak meg, hanem azonnal betelefonálnak a re, és onnan egy motoros járőr siet a helyszínre. A kék színű Külső Járőrautó a tól indul, és a külső utcákat járja körbe-körbe, míg a fehér színű Belső Járőrautó a elől indul, és a belső körúton cirkál az ábrán feltüntetett irányokban. 1. Hétfőn mindkét járőrautó állandó 12 km/h sebességgel rótta az utcákat. Este 10 órakor a Külső Járőrautó éppen a előtt, míg a Belső Járőrautó a előtt haladt el. Hány percig tart az egyik, illetve a másik autónak, míg megtesznek egy teljes kört? 2. Találkozik-e a két autó valahol az éjszaka folyamán? Ha igen, akkor hánykor és hol? Add meg az összes találkozási helyszínt és időpontot! 3. Hajnali 3 óra 15 perckor a fehér autós járőr valami problémát észlelt, és azonnal riasztotta a motorost, aki 60 km/h átlagsebességgel haladva gyorsan a helyszínre ért. Hány órakor érkezett a motoros és hova? 4. Hajnali 4 órakor valamelyik járőrautó riasztotta a motoros járőrt. Vajon hová ment a motoros? III. Számelmélet, számrendszerek, hatványozás III.4. Járőrök 3.oldal/5
MEGOLDÁSOK 1. A külső körút 4 km hosszú, így a külső autónak 12 km/h-s sebességgel haladva 1/3 óráig, vagyis 20 percig tart az út. A belső körút éppen fele olyan hosszú, így a belső autónak csak 2 km-t kell megtennie, ami 10 percig tart. 2. Első megoldás (elemi) Kis folyamatábrán követjük az autók útját. A két autót a két kör szimbolizálja (a vastagabb vonallal határolt kör jelzi a belső autót). 10 00 10 05 10 10 10 15 10 20 Jól látszik, hogy az autók 10 perc múlva találkoznak a nél, majd újabb 10 perc múlva visszaáll a kiindulási helyzet. (Ez a 10, illetve a 20 perces menetidőket figyelembe véve érthető.) Majd minden kezdődik elölről. Tehát az autók 20 percenként találkoznak a nél 10 10 -kor, 10 30 -kor, 10 50 -kor, 11 10 -kor... Második megoldás (a mozgás linearizálása, periodikusság, lkkt) Figyeljük az autók szirénáit, amelyek a 4 csúcspontban, a két körút találkozásánál villannak nagyot. A külső autó szirénája (5 perces eltolódásokkal) 20 percenként villan egy-egy csúcsban, a belső autó szirénája (2,5 percenkénti eltolódásokkal) 10 percenként villan egy-egy csúcsban. 1. ábrázolás időtengelyeken a villanás helyének összehasonlítása Fehér autó B B B Idő Kék autó B B Idő III. Számelmélet, számrendszerek, hatványozás III.4. Járőrök 4.oldal/5
A két autó akkor találkozik, ha egy csúcsban egyszerre villan a két sziréna. Mivel a kezdeti villanás 2 sarokra történt, így leolvasható, hogy 10 10 -től kezdve 20 percenként találkoznak (lkkt (4,8) = 8). 2. ábrázolás helytengelyeken a villanás idejének összehasonlítása Fehér autó B B B Hely Kék autó B B B Hely Harmadik megoldás (következtetéses megoldás fejben mozizóknak ) Mivel a két autó sebessége ugyanakkora, így amíg a külső autó megtesz egy kört, addig a belső két kört megy, vagyis amíg a külső megtesz fél kört, addig a belső egy kört megy, azaz éppen visszaér a re. Mivel a a től fél körre van, így éppen találkoznak a nél. Innen számítva a belső újabb 2 kör megtétele után találkozik a külső autóval a nél stb. Tehát az autók 20 percenként találkoznak a nél: 10 10 -kor, 10 30 -kor, 10 50 -kor, 11 10 -kor Negyedik megoldás (az ÁNYÉK színre lép, az ötlet szerepe) Vegyük úgy, hogy a külső autónak van egy árnyéka, ami feleakkora sebességgel halad, de a belső körúton. (Tulajdonképpen levetítjük a mozgását a belső körútra merőlegesen.) A külső és a belső autó pontosan akkor találkozik, amikor az árnyék és a belső autó találkozik, de csakis a két körút 4 közös csúcspontjának egyikében. Most az árnyék sebessége a belső autó sebességének a fele, így mivel a két autónak kezdetben fél kör volt a távolsága, először akkor találkoznak, amikor az árnyék éppen fél kört, a belső autó pedig egy kört haladt. Ez a nél lesz 10 10 -kor. Innen számítva a belső autó elhagyja az árnyékot, és két kör megtétele után éri utol (körözi le) ismét a nél stb. Tehát az autók 20 percenként találkoznak a nél: 10 10 -kor, 10 30 -kor, 10 50 -kor, 11 10 -kor 3. A belső autó 10 percenként visszaér a hez, így 3 10 -kor is ott van. 5 perccel később a belső körút felénél jár, azaz 3 15 -kor éppen a nál lesz. A motorosnak 1 km-t kell robognia, azaz 1 perc alatt odaért a hoz. 4. Hajnali 4 órakor a belső autó a nél volt, a külső pedig a nál. Így a motorosnak nem kellett sokat gondolkoznia, hogy melyik riasztási helyszínt válassza. A hoz indult sebesen. III. Számelmélet, számrendszerek, hatványozás III.4. Járőrök 5.oldal/5