Mtemtik emelt szintû érettségi témkörök 05 Összeállított: Kovácsné Németh Srolt (gimnáziumi tnár)
Tájékozttó vizsgázóknk Tisztelt Vizsgázó! szóeli vizsgán tétel címéen megjelölt tém kifejtését és kitûzött feldt megoldását várják el vizsgázóktól. tétel címéen megjelölt témát logikusn, rányosn felépített, szd elõdásn, önállón kell kifejteni. Ehhez felkészülési idõ ltt célszerû vázltot készíteni. Een tervezze meg címen megjelölt témkör(ök)höz trtozó ismeretnyg rövid áttekintését, dolgozz ki zokt részeket, melyeket részletesen kifejt, oldj meg feldtot. vizsgázó vázltát felelete közen hsználhtj. feleleten feltétlenül szerepelniük kell z lái részleteknek: egy, témához trtozó, vizsgázó válsztás szerinti definíció pontos kimondás; egy, témához trtozó, vizsgázó válsztás szerinti tétel pontos kimondás és izonyítás; kitûzött feldt megoldás; tém mtemtikán elüli vgy zon kívüli lklmzás (tö lklmzás felsorolás, vgy egy részletese kifejtése). H tételhez trtozó kitûzött feldt izonyítást igényel, kkor ennek megoldás nem helyettesíti témkörhöz trtozó tétel kimondását és izonyítását. Vizsgázónként szükséges segédeszköz tételsorn szereplõ feldtokhoz kpcsolódó összefüggéseket trtlmzó, tételcímekkel együtt nyilvánosságr hozott képlettár, továá szöveges dtok tárolásár és megjelenítésére nem lklms zseszámológép. tételt vizsgázónk önállón kell kifejtenie. Közekérdezni csk kkor lehet, h teljesen helytelenül indult el, vgy nyilvánvló, hogy elkdt. Értékelés szóeli vizsgán elérhetõ pontszám 35. z értékelés központi értékelési útmuttó lpján történik. z értékelési szempontok: felelet trtlmi összetétele, felépítésének szerkezete feleleten szereplõ, témához illõ definíció helyes kimondás feleleten szereplõ, témához illõ tétel helyes kimondás és izonyítás kitûzött feldt helyes megoldás H felelõ feldtot csk vizsgázttó segítségével tudj elkezdeni, kkor mimum 5 pont dhtó. lklmzások ismertetése Egy odillõ lklmzás megemlítése pont, ennek részletezése, vgy továi -3 lényegesen eltérõ lklmzás említése továi 3 pont. Mtemtiki nyelvhsznált, kommunikációs készség 0 pont pont 6 pont 8 pont 4 pont 5 pont
Mtemtik emelt szintû szóeli vizsg témkörei (tételek) 05.. Hlmzok, hlmzmûveletek. Nevezetes ponthlmzok síkn és téren.... 4. Vlós számok hlmz és részhlmzi. Véges és végtelen hlmzok számosság. Számelméleti lpfoglmk és tételek.... 3. mtemtiki logik elemei. Logiki mûveletek. Állítás és megfordítás, szükséges és elégséges feltétel.... 6 4. Htványozás, htványfoglom kiterjesztése, htványozás zonossági. z n-edik gyök foglm. négyzetgyök zonossági. Htványfüggvények és négyzetgyökfüggvény.... 0 5. logritmus foglm és zonossági. z eponenciális és logritmusfüggvény.... 8 6. Egyenletmegoldási módszerek, ekvivlenci, gyökvesztés, hmis gyök. Másodfokú és másodfokúr visszvezethetõ egyenletek.... 3 7. dtsokság, leíró sttisztik jellemzõi, digrmok. Nevezetes közepek.... 37 8. Számsoroztok és tuljdonságik (korlátosság, monotonitás, konvergenci). Nevezetes számsoroztok, végtelen mértni sor.... 4 9. Függvények lokális és gloális tuljdonsági. differenciálszámítás és lklmzási... 47 0. hsonlóság foglm és lklmzási háromszögekre vontkozó tételek izonyításán.... 53. Derékszögû háromszögek. hegyesszögek szögfüggvényei. szögfüggvények áltlánosítás.... 58. Háromszögek nevezetes vonli, pontji és körei.... 66 3. Összefüggések z áltlános háromszögek oldli között, szögei között, oldli és szögei között.... 7 4. Húrnégyszögek, érintõnégyszögek, szimmetrikus négyszögek.... 74 5. Egyevágósági trnszformációk. Konve sokszögek tuljdonsági, szimmetrikus sokszögek.... 79 6. kör és részei, kör és egyenes kölcsönös helyzete (elemi geometrii tárgylásn). Kerületi szög, középponti szög, látószög.... 84 7. Vektorok, vektormûveletek. Vektorfelontási tétel. Vektorok koordinátái. Skláris szorzt.... 90 8. Szkszok és egyenesek koordinátsíkon. lineáris függvények grfikonj és z egyenes.... 95 9. kör és prol koordinátsíkon. Kör és egyenes, prol és egyenes kölcsönös helyzete. Másodfokú egyenlõtlenségek grfikus megoldás.... 00 0. Térelemek távolság és szöge. Téreli lkztok. Felszín- és térfogtszámítás.... 07. terület foglm. Területszámítás elemi úton és z integrálszámítás felhsználásávl.. 4. Komintorik. inomiális tétel. Gráfok.... 0 3. vlószínûség-számítás elemei. vlószínûség kiszámításánk komintorikus modellje. Nevezetes eloszlások (inomiális, hipergeometrikus).... 6 4. izonyítási módszerek és emuttásuk tételek izonyításán.... 30 3
. Hlmzok, hlmzmûveletek. Nevezetes ponthlmzok síkn és téren. Vázlt: I. Hlmzok, részhlmzok n elemû hlmz részhlmzink szám II. Hlmzmûveletek (komplementer, unió, metszet, különség, Descrtes-szorzt), mûveletek tuljdonsági III. Nevezetes ponthlmzok: kör (göm), párhuzmos egyenespár (hengerfelület), szkszfelezõ merõleges egyenes (sík), középpárhuzmos, szögfelezõ, prol IV. Egyé ponthlmzok: ellipszis, hiperol, 3 ponttól, illetve 3 egyenestõl egyenlõ távolágr lévõ pontok, látókörív V. lklmzások evezetés: hlmzelmélet mtemtikán elül viszonylg új területnek számít, precíz kidolgozásár csk XIX. százd végén került sor. hhoz, hogy hlmzelmélet önálló tudományággá váljon, nnk felismerése kellett, hogy mtemtik minden ág különözõ hlmzokkl fogllkozik. Kidolgozás: I. Hlmzok, részhlmzok hlmz és hlmz eleme lpfoglom, ezeket kifejezéseket nem definiáljuk. De hlmz megdásánk szigorú követelménye vn: egy hlmzt úgy kell megdnunk, hogy minden szó jöhetõ dologról egyértelmûen eldönthetõ legyen, hogy z dott hlmzhoz trtozik vgy sem. hlmzokt nyomttott ngyetûvel, hlmz elemeit kisetûvel jelöljük következõ módon: = {; ; c}, een z eseten Œ, œ. Hlmz megdási módji: Elemeinek felsorolásávl: = {0; ; 4; 6} z elemeit egyértelmûen meghtározó utsítássl: = {egyjegyû pártln számok} Szimólumokkl: = {Ω - - 6 = 0}, = {Ω > 9} Venn-digrmml: DEFINÍCIÓ: Két hlmz egyenlõ, h ugynzokt z elemeket trtlmzzák. DEFINÍCIÓ: z elem nélküli hlmzt üres hlmznk nevezzük. Jele: { } vgy. DEFINÍCIÓ: z hlmz részhlmz hlmznk, h minden eleme hlmznk is eleme. Jele: Õ. 4
DEFINÍCIÓ: z hlmz vlódi részhlmz hlmznk, h részhlmz -nek, de nem egyenlõ vele. Jele: Ã. Tuljdonságok: z üres hlmz minden hlmznk részhlmz: Õ. Minden hlmz önmg részhlmz: Õ. H Õ és Õ, kkor =. H Õ és Õ C, kkor Õ C. TÉTEL: z n elemû hlmz összes részhlmzink szám: n (n ŒN). IZONYÍTÁS I.: izonyítást teljes indukcióvl végezzük, melynek lényege, hogy elõször elátjuk egy konkrét n esetére z állítást, mjd zt muttjuk meg, h z állítás igz egy tetszõleges n-re, kkor igz z õt követõ (n + )-re is, zz izonyítjuk z állítás öröklõdését. z üres hlmznk egyetlen részhlmz vn: önmg ( 0 = ). Egy egyelemû hlmznk részhlmz vn: z üres hlmz és önmg ( = ). Egy kételemû hlmznk 4 részhlmz vn: z üres hlmz, egyelemû hlmz és önmg ( = 4). Tegyük fel, hogy egy k elemû hlmznk k d részhlmz vn. izonyítni kell, hogy ez öröklõdik, vgyis egy (k + ) elemû hlmznk k + d részhlmz vn. Tekintsük z elõi k elemû hlmzt. Ekkor h z eddigi elemek mellé egy (k + )-edik elemet teszünk hlmz, kkor ezzel megkétszerezzük lehetséges részhlmzok számát, hiszen z új elemet vgy kiválsztjuk z eddigi részhlmzok, vgy nem. Vgyis (k + ) elemû hlmz részhlmzink szám k = k +, mit izonyítni kívántunk. IZONYÍTÁS II.: z n elemû hlmznk n 0 d 0 elemû, n d elemû, n d elemû, n n d n - elemû, n n d n elemû részhlmz vn, mert n elemõl k d-ot kiválsztni n k -féleképpen lehet. Így z összes részhlmzok szám: n + n + n +... + n + n 0 n n. n Vizsgáljuk meg -t: n n n 0 0 ( ) n n n n n n... n n = + = n 0 + + + + + n n, mi egyenlõ n + n + n +... + n + n -nel inomiális tétel mitt. 0 n n II. Hlmzmûveletek DEFINÍCIÓ: zt hlmzt, melynek vizsgált hlmzok részhlmzi, lphlmznk vgy univerzumnk nevezzük. Jele: U vgy H. DEFINÍCIÓ: Egy hlmz komplementer hlmzánk z lphlmz zon elemeinek hlmzát nevezzük, melyek z hlmznk nem elemei. Jele:. (Fontos tuljdonság: =.) DEFINÍCIÓ: Két vgy tö hlmz uniój vgy egyesítése mindzon elemek hlmz, melyek leglá z egyik hlmznk elemei. Jele:». 5
DEFINÍCIÓ: Két vgy tö hlmz metszete vgy közös része pontosn zoknk z elemeknek hlmz, melyek mindegyik hlmznk elemei. Jele: «. DEFINÍCIÓ: Két hlmz diszjunkt, h nincs közös elemük, vgyis metszetük üres hlmz. «=. DEFINÍCIÓ: z és hlmz különsége z hlmz mindzon elemeinek hlmz, melyek hlmznk nem elemei. Jele: \. DEFINÍCIÓ: z és hlmz Descrtes-féle szorzt z hlmz, melynek elemei z összes olyn rendezett (; ) pár, melynél Œ és Œ. Jele:. U U U U Komplementer hlmz Két hlmz uniój Két hlmz metszete U U Diszjunkt hlmzok és hlmz \ különsége Hlmzmûveletek tuljdonsági Kommuttív (felcserélhetõ) sszocitív (csoportosíthtó) Disztriutív (széttgolhtó)» =» «= «(» )» C =» (» C) ( «) «C = «( «C)» ( «C) = (» ) «(» C) «(» C) = ( «)» ( «C) De-Morgn zonosságok = és = Továi zonosságok» =» =» = U» U = U = «= «= «= «U = III. Nevezetes ponthlmzok síkn és téren DEFINÍCIÓ: zoknk pontoknk hlmz síkon, melyek sík egy dott O pontjától dott r távolságr vnnk, egy O középpontú, r sugrú kör. DEFINÍCIÓ: zoknk pontoknk hlmz téren, melyek tér dott O pontjától dott r távolságr vnnk, egy O középpontú, r sugrú göm. DEFINÍCIÓ: dott egyenestõl dott távolságr lévõ pontok hlmz síkon z egyenessel párhuzmos egyenespár. 6
DEFINÍCIÓ: dott egyenestõl dott távolságr lévõ pontok hlmz téren olyn hengerfelület, melynek tengelye z dott egyenes. DEFINÍCIÓ: Két ponttól egyenlõ távolságr lévõ pontok hlmz síkn szksz felezõ-merõleges egyenese. P F Q DEFINÍCIÓ: Két ponttól egyenlõ távolságr lévõ pontok hlmz téren szksz felezõmerõleges síkj. F DEFINÍCIÓ: Két párhuzmos egyenestõl egyenlõ távolságr lévõ pontok hlmz síkn olyn egyenes, mely két dott egyenessel párhuzmos és távolságukt felezi (középpárhuzmos). DEFINÍCIÓ: Két metszõ egyenestõl egyenlõ távolságr lévõ pontok hlmz z áltluk ezárt szögek szögfelezõ egyenesei. Két ilyen egyenes vn, ezek merõlegesek egymásr. e f DEFINÍCIÓ: Egy egyenestõl és egy rjt kívül lévõ ponttól egyenlõ távolságr lévõ pontok hlmz síkon: prol. z dott pont prol fókuszpontj, z dott egyenes prol vezéregyenese (direktrie), pont és z egyenes távolság prol prmétere. t P d p F T IV. Egyé ponthlmzok DEFINÍCIÓ: zoknk pontoknk hlmz síkon, melyeknek sík két különözõ dott pontjától mért távolságösszege z dott pontok távolságánál ngyo állndó: ellipszis. 7
két dott pont (F és F ) z ellipszis fókuszpontji. z dott távolság z ellipszis ngytengelye, z F F szksz felezõmerõlegesének z ellipszis trtományá esõ szksz z ellipszis kistengelye. DEFINÍCIÓ: zoknk pontoknk hlmz síkon, melyeknek sík két különözõ dott pontjától mért távolságkülönségének szolút értéke két dott pont távolságánál kise állndó: hiperol. két dott pont (F és F ) hiperol fókuszpontji, z dott távolság hiperol fõtengelye. TÉTEL: Három dott ponttól egyenlõ távolságr lévõ pontok hlmz síkon egy pont (h 3 pont nem esik egy egyenesre), vgy üres hlmz (h 3 pont egy egyenesre esik). C K C TÉTEL: háromszög három oldlfelezõ merõlegese egy pontn metszi egymást. IZONYÍTÁS: Tekintsük z C háromszög és C oldlánk oldlfelezõ merõlegesét. Ezek z egyenesek metszik egymást, mert háromszög oldli nem lehetnek párhuzmosk egymássl. Jelöljük két oldlfelezõ merõleges metszéspontját M-mel. Ekkor M pont egyenlõ távolságr vn és csúcsoktól (mert M illeszkedik szkszfelezõ merõlegesére), illetve és C csúcsoktól (mert M illeszkedik C szkszfelezõ merõlegesére). Eõl következik, hogy M egyenlõ távolságr vn és C csúcsoktól, tehát M-n áthld C oldlfelezõ merõlegese. Tehát három oldlfelezõ merõleges egy pontn metszi egymást. C M f C f TÉTEL: háromszög oldlfelezõ merõlegeseinek metszéspontj háromszög köré írt kör középpontj. IZONYÍTÁS: z elõi izonyítás szerint M egyenlõ távolságr vn -tól, -tõl és C-tõl. Legyen ez távolság M = M = MC = r. Ekkor, és C pontok r távolságr vnnk M-tõl, zz illeszkednek egy M középpontú, r sugrú körre. háromszög köré írt kör középpontj hegyesszögû háromszög esetén háromszögön elül, derékszögû háromszög esetén z átfogó felezõpontjá, tompszögû háromszög esetén háromszögön kívülre esik. 8
O O O TÉTEL: Három dott ponttól egyenlõ távolságr lévõ pontok hlmz téren egy olyn egyenes, mely áthld három pont, mint háromszög köré írhtó kör középpontján, és merõleges 3 pont síkjár (h 3 pont nem esik egy egyenese), vgy üres hlmz (h 3 pont egy egyenese esik). TÉTEL: Három egyenestõl egyenlõ távolságr lévõ pontok hlmz síkon: H 3 egyenes párhuzmos, kkor üres hlmz. H egyenes párhuzmos (e ª f), egy pedig metszi õket (g), kkor párhuzmos egyenes középpárhuzmosán két olyn pont, melyek illeszkednek két metszõ egyenes (pl. e és g) szögfelezõire. g e M M f H 3 egyenes 3 különözõ pontn metszi egymást, kkor szögfelezõ egyeneseik metszéspontji. 4 ilyen pont vn, z egyik háromszög eírt körének, 3 pedig háromszög hozzáírt köreinek középpontj. O O O O 3 H 3 egyenes egy pontn metszi egymást, kkor egyetlen pont, 3 egyenes metszéspontj. f g M e 9
DEFINÍCIÓ: zoknk pontoknk hlmz síkon, melyekõl egy dott szksz dott szögen (0º < < 80º) látszik két, szksz egyenesére szimmetrikusn elhelyezkedõ körív (látókörívek). O O O O O = 90º 0 < < 90º 90º< < 80º V. lklmzások iológián rendszertn, kémián periódusos rendszereli csoportosítás is hlmzelméleti foglmk. Mûveletek: melyik csoport melyiknek részhlmz? Vércsoport szerint z emerek különözõ hlmzok sorolhtók. Mûveletek: ki kinek dht vért? Európ országi hivtlos nyelvük lpján hlmzok sorolhtók. Mûveletek: melyik országn hivtlos nyelv z ngol vgy német? z érettségin nem kötelezõ tárgyk válsztás szerint is hlmzok sorolhtók vizsgázók. Mûveletek: ki vizsgázik kémiáól és iológiáól is? függvényekkel kpcsoltn is hsználjuk hlmzokt (értelmezési trtomány, értékkészlet). Egyenletek értelmezési trtományánk vizsgáltkor számhlmzok metszetét képezzük. Koordinát-geometrián kör, prol, z ellipszis és hiperol egyenletének felíráskor z dott göre definícióját hsználjuk fel. Látókörívek: egy tégllp egyik oldl szomszédos oldl mely pontjáól látszik legngyo szögen (színház, sportpály). Szerkesztési feldtokn: háromszög szerkesztése egy oldl, vele szemközti szög és z oldlhoz trtozó mgsság ismeretéen, vgy dott. egy pont és egy egyenes, szerkesszük meg z egyenest érintõ, ponton áthldó, dott sugrú köröket. Prolntennák. Két tny közös postládát kp z országút mentén. Hov helyezzék, hogy mindkét tnyától egyenlõ távolságr legyen? F P út 0
. Vlós számok hlmz és részhlmzi. Véges és végtelen hlmzok számosság. Számelméleti lpfoglmk és tételek. Vázlt: I. Számhlmzok: természetes, egész, rcionális, irrcionális, vlós számok, ezek zártság II. Mûveleti tuljdonságok: kommuttivitás, sszocitivitás, disztriutivitás III. Hlmzok számosság: véges, végtelen (megszámlálhtón illetve nem megszámlálhtón végtelen) hlmzok IV. Számelméleti lpfoglmk: osztó, töszörös, oszthtóság foglm, tuljdonsági, oszthtósági szályok Prímszám, összetett szám, számelmélet lptétele, osztók szám Legngyo közös osztó, legkise közös töszörös V. lklmzások evezetés: számfoglom kilkulás ngyon hosszú folymt eredménye. fejlõdés kori szkszán is szükség volt z emer számár fontos dolgok megszámlálásár. számlálás igénye lkított ki pozitív egész számok foglmát. mtemtik fejlõdését kuttók szerint ezután hosszú idõ telt el null felfedezéséig. Kidolgozás: I. Számhlmzok DEFINÍCIÓ: természetes számok hlmz (N) pozitív egész számokól és 0-ól áll. természetes számok hlmz zárt z összedásr és szorzásr nézve, zz ármely két természetes szám összege és szorzt természetes szám. Ugynkkor kivonás és z osztás már nem végezhetõ el ezen hlmzon elül, ezek mûveletek kimuttnk hlmzól. Pl. 3 - = 5 egyenlet megoldás. DEFINÍCIÓ: z egész számok hlmz (Z) természetes számokól és zok ellentettjeiõl áll. z egész számok hlmz z összedáson és szorzáson kívül kivonásr nézve is zárt, ugynkkor z osztás kimuttht hlmzól. Pl. + 3 = 4 egyenlet megoldás. DEFINÍCIÓ: rcionális számok hlmz (Q) zokól számokól áll, melyek felírhtók két egész szám hánydosként, zz lkn, hol, ŒZ, π 0. z hánydos következõ lkokn fordulht elõ (, ŒZ, π 0, és tört végsõkig leegyszerûsített, zz és legngyo közös osztój.): egész szám, h osztój -nk. véges tizedes tört, h prímtényezõs felontásán és z 5 számokon kívül nincs más prímszám. végtelen szkszos tizedes tört, h prímtényezõs felontásán és z 5 számokon kívül más prímszám is vn.
Tehát rcionális számok következõ lkúk: közönséges törtek, egészek, véges vgy végtelen szkszos tizedes törtek. rcionális számok hlmz mind 4 lpmûveletre zárt (osztásr, h z osztó nem 0), de itt is tlálunk olyn egyenletet, melynek nincs megoldás ezen hlmzon. Pl.: - 3 = 0. DEFINÍCIÓ: zokt számokt, melyek nem írhtók fel két egész szám hánydosként, irrcionális számoknk (Q*) nevezzük. TÉTEL: irrcionális szám. IZONYÍTÁS: izonyítást indirekt módon végezzük, lényege, hogy izonyítndó állítás tgdásáról eizonyítjuk, hogy z hmis. Ez zt jelenti, hogy izonyítndó állítás igz. Tegyük fel hogy rcionális szám, zz felírhtó lkn, hol, ŒZ, π 0, (; ) =. Ekkor z egyenlet jo oldlán szereplõ ( ) szám prímtényezõs felontásán mindenféleképpen páros kitevõn (kár nulldikon) szerepel, míg l oldlon levõ szám ( ) prímtényezõs felontásán kitevõje pártln (legkevese ). Ez zonn lehetetlen, hiszen számelmélet lptétele szerint egy pozitív egész számnk nincs két lényegesen különözõ felontás. Tehát nem igz z indirekt feltevésünk, vgyis igz z eredeti állítás: irrcionális. + = 0 Q *, z irrcionális számok hlmz nem zárt 4 lpmûveletre ( ( )) = Q *, : = Q *. z irrcionális számok tizedes tört lkj végtelen nem szkszos tizedes tört. DEFINÍCIÓ: rcionális és z irrcionális számok hlmz diszjunkt hlmzok (Q «Q* = ), két hlmz egyesítése vlós számok hlmz: R = Q» Q*. vlós számok hlmz zárt 4 lpmûveletre. vlós számok és részhlmzi: Q R Q* 3 0 Z N N + 0,6 947 86 0,3 /3 p II. Mûveleti tuljdonságok:,, c ŒR esetén. z összedás és szorzás kommuttív (felcserélhetõ) + = + és =. z összedás és szorzás sszocitív (csoportosíthtó) ( + ) + c = + ( + c) és ( ) c = ( c) 3. szorzás z összedásr nézve disztriutív (széttgolhtó) ( + ) c = c + c
III. Hlmzok számosság DEFINÍCIÓ: Egy hlmz számosság z hlmz elemeinek számát jelenti. Jele: ΩΩ. Egy hlmz számosság lehet véges vgy végtelen. DEFINÍCIÓ: Egy hlmz véges hlmz, h elemeinek számát egy természetes számml megdhtjuk. Ellenkezõ eseten, zz h hlmz elemeinek számát nem dhtjuk meg természetes számml, kkor végtelen hlmzról eszélünk. DEFINÍCIÓ: végtelen hlmzok között tlálhtunk olyt, melynek elemei sor rendezhetõk, tehát megdhtó z.,., 3., 4., eleme. pozitív természetes számokkl megegyezõ számosságú hlmzokt megszámlálhtón végtelen hlmzoknk nevezzük. megszámlálhtóság és sor rendezhetõség egy végtelen hlmznál ugynzt jelenti. Minden olyn hlmz megszámlálhtón végtelen számosságú, melynek elemei és természetes számok között kölcsönösen egyértelmû megfeleltetés létesíthetõ. Megszámlálhtón végtelen számosságúk: egész számok, páros számok, négyzetszámok, rcionális számok. DEFINÍCIÓ: vlós számok számosságávl megegyezõ számosságú hlmzokt nem megszámlálhtón végtelen vgy kontinuum számosságú hlmzoknk nevezzük. Pl.: irrcionális számok hlmz, számegyenes pontjink hlmz, intervllum pontjink hlmz. TÉTEL: Számosság és hlmzmûveletek kpcsolt (logiki szit):, és C véges hlmzok számosságár érvényesek következõk: Ω» Ω = ΩΩ + ΩΩ - Ω «Ω Ω Ω = ΩUΩ - Ω» Ω Ω»» CΩ = ΩΩ + ΩΩ + ΩCΩ - Ω «Ω - Ω «CΩ - Ω «CΩ + Ω ««CΩ IV. Számelmélet DEFINÍCIÓ: Egy egész szám osztój egy egész számnk, h tlálhtó olyn c egész szám, melyre c =. Jelölés: Ω. (Természetesen cω is igz). Een z eseten zt is mondhtjuk, hogy oszthtó -vl és c-vel. Ekkor zt is mondhtjuk, hogy töszöröse -nk. 0 szerepe számelméleten: 0 minden egész számnk töszöröse (0-szoros), zz 0 minden nemnull egész számml oszthtó. 0 nem osztój egyetlen nemnull egész számnk sem, ugynis h 0 osztój lenne -nk, kkor létezne egy olyn egész szám, melyre 0 = π 0 lenne, ez pedig lehetetlen. Oszthtóság tuljdonsági: H,, c ŒZ, kkor Ω, Ω és Ω0, h π 0 Ω és Ω fi = Ω és Ωc fi Ωc Ω fi Ω c Ω és Ωc fi Ω ± c Ω és Ω + c fi Ωc (, ) = és Ωc és Ωc fi Ωc 3
Oszthtósági szályok: Egy n egész szám oszthtó -vel, h n páros, vgyis utolsó jegye Œ{0; ; 4; 6; 8}. 3-ml, h számjegyek összege oszthtó 3-ml. 4-gyel, h két utolsó jegyõl képzett szám oszthtó 4-gyel. 5-tel, h utolsó jegye Œ{0; 5}. 6-tl, h -vel és 3-ml oszthtó. 8-cl, h három utolsó jegyõl képzett szám oszthtó 8-cl. 9-cel, h számjegyek összege oszthtó 9-cel. 0-zel, h utolsó jegye 0. DEFINÍCIÓ: zokt pozitív egész számokt, melyeknek pontosn két pozitív osztój vn, prímszámoknk nevezzük. Pl.: ; 3; 5; 7; z nem prímszám. DEFINÍCIÓ: zokt z -nél ngyo számokt, melyek nem prímszámok, összetett számoknk nevezzük. z összetett számoknk -nél tö pozitív osztój vn. Pl.: 4; 6; 8; 9; 0; TÉTEL: számelmélet lptétele: ármely összetett szám felírhtó prímszámok szorztként, és ez felontás tényezõk sorrendjétõl eltekintve egyértelmû. 3 k Knonikus lk: n= p α p α p α p α, hol p, p, p 3,..., p k különözõ prímek,,, 3 3,..., k nemnegtív egész számok. Ekkor z n szám prímosztói: p, p, p 3,..., p k. k TÉTEL: Meghtározhtó z n szám osztóink szám következõ módon: fenti n számnk ( + ) ( + ) ( 3 + )... ( k + ) dr pozitív osztój vn. DEFINÍCIÓ: Két vgy tö pozitív egész szám legngyo közös osztój közös osztók közül legngyo. Jele: (; ). Elõállítás: felírjuk számok prímtényezõs lkját, vesszük közös prímtényezõket (melyek z összes felontásn szerepelnek), ezeket hozzájuk trtozó legkise kitevõvel vesszük és összeszorozzuk. DEFINÍCIÓ: H két pozitív egész szám legngyo közös osztój, kkor két szám reltív prím. DEFINÍCIÓ: Két vgy tö pozitív egész szám legkise közös töszöröse közös töszörösök közül legkise. Jele: [; ]. Elõállítás: felírjuk számok prímtényezõs lkját, vesszük z összes prímtényezõt, ezeket hozzájuk trtozó legngyo kitevõvel vesszük és összeszorozzuk. Összefüggés két pozitív egész szám legngyo közös osztój és legkise közös töszöröse között: (; ) [; ] =. V. lklmzások: Rcionális számok: rányok, rányosság, hsonlóság Irrcionális számok: szályos háromszög mgsság 3 kerülete (rp), területe (r p). Legngyo közös osztó: törtek egyszerûsítése Legkise közös töszörös: törtek közös nevezõre hozás Kifejezések legõve értelmezési trtományánk meghtározás, pl. Függvény értékkészletének megállpítás, négyzet átlój ( ) + +., kör 4
Kétismeretlenes egyenlet megoldás természetes számok hlmzán (oszthtóság felhsználásávl) pl.: 3+ y= y 3 = y y 3 = y( ) y= 3 = 3 6 + 6 = 3+ 6 N Ω6 Ez következõ eseteken lehetséges: - 3 6 - - -3-6 3 4 5 8 0 - -4 y 9 6 5 4-3 0 táláztn szerepel z összes megoldás, z 5 megjelölt számpár felel meg feltételnek. 5
3. mtemtiki logik elemei. Logiki mûveletek. Állítás és megfordítás, szükséges és elégséges feltétel. Vázlt: I. mtemtiki logik foglm II. Logiki mûveletek (tgdás, diszjunkció, konjunkció, implikáció, ekvivlenci), mûveletek tuljdonsági III. Állítás és megfordítás Szükséges és elégséges feltétel IV. lklmzások evezetés: z ókori filozófi vetette fel zokt kérdéseket, melyek vizsgált logik kilkulásához vezetett. görög logosz szó jelentése gondolt, igzság, görög logiké szó érvelést, következtetést jelent. logik segíti definíciók, állítások pontos megfoglmzását, fontos szerepe vn prolémák megfoglmzásán, tudományos, lkotó kommunikáción. Kidolgozás: I. mtemtiki logik foglm mtemtiki logik gondolkodás mtemtiki formán kifejezhetõ, mtemtiki eszközökkel vizsgálhtó összefüggéseinek, törvényeinek feltárásávl fogllkozik. Fõ feldt következtetések helyességének vizsgált. II. Logiki mûveletek DEFINÍCIÓ: z állítás (vgy kijelentés) olyn kijelentõ mondt, melyrõl egyértelmûen el lehet dönteni, hogy igz vgy hmis. DEFINÍCIÓ: z igz és hmis kijelentés logiki értéke. H z állítás igz, állítás hmis, kkor úgy is mondhtjuk, hogy z logiki értéke igz, logiki értéke hmis. Jelekkel: ΩΩ = i és ΩΩ = h. z igz értéket szokták -gyel, hmis értéket 0-vl jelölni. DEFINÍCIÓ: kijelentéseket összekpcsolhtjuk. zokt kijelentéseket, melyeket más kijelentésekõl lehet elõállítni, összetett kijelentéseknek nevezzük. DEFINÍCIÓ: H z összetett kijelentések logiki értéke csk z õt lkotó állítások logiki értékétõl és z elõállítás módjától függ, kkor logiki mûveletekrõl eszélünk. logiki mûveleteket igzságtál segítségével végezhetjük el. DEFINÍCIÓ: z állítás tgdás egyváltozós mûvelet. Egy kijelentés negációj (tgdás) z kijelentés, mely kkor igz, h hmis és kkor hmis, h igz. Jele: vgy ÿ. TÉTEL: Egy állítás tgdásánk tgdás mg z állítás (kettõs tgdás törvénye). Jele: =. 6
TÉTEL: Egy állítás és tgdás nem lehet egyszerre igz (ellentmondásmentesség elve). TÉTEL: Egy állítás és tgdás nem lehet egyszerre hmis ( hrmdik kizárásánk elve). DEFINÍCIÓ: Két, -tól és -tõl függõ állítás kkor egyenlõ, h és minden lehetséges logiki értékére két állítás igzságértéke egyenlõ. logiki mûveletek eredménye csk tgok logiki értékétõl függ. DEFINÍCIÓ: Állítások diszjunkciój: logiki vgy : Két kijelentés diszjunkciój pontosn kkor igz, h leglá z egyik kijelentés igz, különen hmis. Jele:. DEFINÍCIÓ: Állítások konjunkciój: logiki és : Két kijelentés konjunkciój pontosn kkor igz, h mindkét kijelentés igz, különen hmis. Jele: Ÿ. Logiki mûveletek tuljdonsági: Tuljdonság Diszjunkció Konjunkció Kommuttív (felcserélhetõ) sszocitív (csoportosíthtó) Disztriutív (széttgolhtó) De-Morgn zonosságok Továi zonosságok = Ÿ = Ÿ ( ) C = ( C) ( Ÿ ) Ÿ C = Ÿ ( Ÿ C) ( Ÿ C) = ( ) Ÿ ( C) Ÿ ( C) = ( Ÿ ) ( Ÿ C) = = i = = és = Ÿ = Ÿ = h DEFINÍCIÓ: Állítások implikációj: h, kkor kpcsoltnk megfelelõ logiki mûveletet implikációnk (következtetésnek) nevezzük. z implikáció logiki értéke pontosn kkor hmis, h igz és hmis, különen z implikáció igz. z állítást feltételnek, -t következménynek nevezzük. következtetés csk kkor hmis, h feltétel igz, de következmény hmis. Hmis állításól ármi következhet. Jele: Æ. DEFINÍCIÓ: Állítások ekvivlenciáj: z kkor és csk kkor kpcsoltnk megfelelõ logiki mûveletet ekvivlenciánk (következtetésnek) nevezzük. z ekvivlenci logiki értéke pontosn kkor igz, h és logiki értéke zonos, különen hmis. H z igz, kkor zt mondjuk, hogy és állítások ekvivlensek egymássl. Jele:. Igzságtálávl: Æ i i i i i i i h h i h h h i i h i h h h i h h i 7
TÉTEL: Tetszõleges és kijelentésekre Æ =. IZONYÍTÁS: Igzságtálázttl: Æ i i h i i i h h h h h i i i i h h i i i negyedik oszlop igzságértékei megegyeznek z implikáció igzságértékeivel, tehát z egyenlõség és minden lehetséges logiki értékére fennáll, zz zonosság. TÉTEL: Tetszõleges és kijelentésekre = ( Æ ) Ÿ ( Æ ) IZONYÍTÁS: Igzságtálázttl: Æ Æ ( Æ ) Ÿ ( Æ ) i i i i i i i h h i h h h i i h h h h h i i i i z ötödik oszlop igzságértékei megegyeznek z ekvivlenci igzságértékeivel, tehát z egyenlõség és minden lehetséges logiki értékére fennáll, zz zonosság. III. Állítás és megfordítás, szükséges és elégséges feltétel z állításokt gykrn H igz, kkor igz ( fi ) formán foglmzzuk meg. Tehát egy állítás igzságáól következik egy állítás igzság (vgyis, h z Æ implikáció igz), zt mondjuk, hogy z állításól következik állítás, vgy zt, hogy állítás állításnk elégséges feltétele (hiszen állítás igzságánk izonyításához elég z állítás igzságát izonyítni). Ilyenkor állítás z állításnk szükséges feltétele (hiszen z állítás nem lehet igz, h állítás nem igz). H ilyen eseten z állítás igzságáól állítás igzságár következtetünk, z helyes következtetés. H zt krjuk kimuttni, hogy z állításól nem következik állítás, elég egyetlen példát muttni olyn esetre, mikor igz és hmis. H ilyen eseten állításól állításr következtetünk, z nem helyes, vgyis helytelen következtetés. H z állításól következik állítás, és fordítv is: állításól következik z állítás, kkor zt mondjuk, hogy z állításnk állítás szükséges és elégséges feltétele. Jele: ( kkor és csk kkor igz, mikor ). Ez zt jelenti, hogy és egyszerre igz, vgyis ekvivlensek (egyenértékûek). Egy tétel feltételeinek és feltételei következményeinek felcserélésével kpjuk tétel megfordítását. Így fenti tétel megfordítás: H igz, kkor igz. ( fi ) H tétel és megfordítás is igz, kkor két tétel ekvivlens. ( ) Erre péld Thlész-tétel: 8
TÉTEL: Thlész-tétel: h egy kör átmérõjének két végpontját összekötjük kör ármely más pontjávl, kkor derékszögû háromszöget kpunk. IZONYÍTÁS: O középpontú kör, átmérõ, C tetszõleges pont körvonlon. C O O = OC = r fi OC háromszög egyenlõ szárú fi OC = OC =. OC = O = r fi OC háromszög egyenlõ szárú fi OC = CO =. z C háromszög elsõ szögeinek összege 80º fi + = 80º fi + = 90º fi C = 90º. TÉTEL: Thlész-tétel megfordítás: h egy háromszög derékszögû, kkor köré írhtó körének középpontj z átfogó felezõpontj. IZONYÍTÁS: C derékszögû háromszöget tükrözzük z átfogó F felezõpontjár. tükrözés tuljdonsági mitt C = C és C = C és C = C szögei 90º-osk. tégllp átlói egyenlõk és felezik egymást fi F = F = FC fi F z C háromszög köré írt kör középpontjávl egyenlõ. C F C TÉTEL: Thlész-tétel és megfordítás összefogllv: sík zon pontjink hlmz, melyekõl egy megdott szksz derékszögen látszik, szkszhoz, mint átmérõhöz trtozó kör, elhgyv elõle szksz végpontjit. IV. lklmzások: Mtemtiki definíciók, tételek pontos kimondás, tételek izonyítás Tétel megfordításánk kimondás izonyítási módszerek kidolgozás (direkt, indirekt, sktuly elv, teljes indukció) Komintorik, vlószínûségszámítás hsználj logiki mûveleteket és zok tuljdonságit. utomták tervezése prolémák részekre ontásávl. mtemtiki mûveletek és hlmzmûveletek párhuzm állíthtók. Egyenletek, egyenlõtlenségek megoldás során sokszor végzünk logiki mûveleteket (ekvivlens átlkítások). 9
4. Htványozás, htványfoglom kiterjesztése, htványozás zonossági. z n-edik gyök foglm. négyzetgyök zonossági. Htványfüggvények és négyzetgyökfüggvény. Vázlt: I. Pozitív egész kitevõjû htványok, htványozás zonossági II. Permnenci-elv III. Negtív egész, törtkitevõs, irrcionális kitevõjû htvány IV. z n-edik gyök foglm (n ŒN +, n π ). V. négyzetgyök zonossági VI. Htványfüggvények és zok tuljdonsági VII. Négyzetgyökfüggvény és tuljdonsági VIII. lklmzások evezetés: htványozást ugynz z igény hívt létre, mint szorzást. szorzás z ismételt összedást jelenti, htványozást zonos számok szorzásár vezették e, késõ kiterjesztették értelmezését. gyökvonás mûvelete htványkitevõ és htvány ismeretéen z lp kiszámolását teszi lehetõvé. Kíni mtemtikusok már z idõszámításunk kezdetén ismerték négyzetgyök és kögyök foglmát. mi jelölésrendszere XVI. százdn lkult ki. Kidolgozás: I. Pozitív egész kitevõjû htványok DEFINÍCIÓ: H tetszõleges vlós szám és n -nél ngyo természetes szám, kkor n htvány zt z n tényezõs szorztot jelenti, melynek minden tényezõje. H n =, kkor =. z számot htvány lpjánk, z n számot htvány kitevõjének nevezzük, ez utói megmuttj, hogy htványlpot hányszor kell szorzótényezõül venni. htványozás zonossági pozitív egész kitevõ esetén: (, ŒR, m, n ŒN + ) TÉTEL: zonos lpú htványokt úgy is szorozhtunk, hogy közös lpot kitevõk összegére emeljük: m n = m + n IZONYÍTÁS: 0 = ( ) ( ) = = + m n m n htv. def. szorzás htv. def. md nd sszoc. m+ nd TÉTEL: zonos lpú htványokt úgy is oszthtunk, hogy közös lpot kitevõk különségére emeljük: m = m n, h π 0, m > n. n.