03.12.2012 Views

Geometri - Links

Geometri - Links

Geometri - Links

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

<strong>Geometri</strong><br />

Ib Michelsen<br />

Ikast 2008


Forsidebilledet<br />

Detalje fra Matematiker Johannes Meyers kort over Aabenraa Amt og Lundtofte Herred (1648)<br />

tilhørende Ib Michelsen.<br />

Version: 1.01 16-8<br />

Version: 1.02 18-8<br />

Version: 1.03 29-8 Rettet trykfejl side 22; tilføjet hyperlink samme sted.<br />

Version: 1.04 13-9 Tilføjer Astronomi-afsnit og trigonometri<br />

Version: 1.05 6-10 Rettet sætning om hk side 53<br />

Version: 1.06 18-10 Rette (=fjernet for a og b) fodtegn p. 58.<br />

Tilføjer Pythagoraskapitlet<br />

Ordnet ombrydning<br />

Ajourført indeks og indholdsfortegnelse<br />

Tlføjet link til udv sindef


Indholdsfortegnelse<br />

Praktiske bemærkninger...........................................................................................................5<br />

Brug af bogen...................................................................................................................7<br />

Arven fra Grækenland..............................................................................................................9<br />

Græsk matematik..........................................................................................................11<br />

Ideernes verden...................................................................................................12<br />

Sprogbrug.............................................................................................................13<br />

Hvad betyder det?...............................................................................................13<br />

Konstruktioner...............................................................................................................20<br />

At dele et linjestykke...........................................................................................21<br />

Ligedannede figurer............................................................................................24<br />

Ensvinklede trekanter.........................................................................................24<br />

Trekanter med proportionale sider...................................................................24<br />

Ligedannede trekanter........................................................................................25<br />

Ligedannede trekanter........................................................................................25<br />

Ligedannede trekanter........................................................................................25<br />

Euklid..............................................................................................................................31<br />

Aksiomerne..........................................................................................................33<br />

Euklids første sætninger i bog 1........................................................................34<br />

Kongruens............................................................................................................34<br />

Nogle af Euklids øvrige sætninger fra bog I....................................................35<br />

Verdensbilledet og Astronomiske beregninger.........................................................37<br />

Jordens omkreds (Eratosthenes)........................................................................38<br />

Afstand til sol og måne I.....................................................................................39<br />

Afstand til sol og måne II (Aristarchos)............................................................40<br />

Afstanden til månen............................................................................................41<br />

Trigonometri ...........................................................................................................................45<br />

Trekantsberegninger - en oversigt...............................................................................47<br />

Korttegning....................................................................................................................47<br />

Johannes Mejers kort...........................................................................................48<br />

Trianguleringen i Danmark...............................................................................48<br />

Målebordsblade...................................................................................................49<br />

Standardtrekanter..........................................................................................................51<br />

Definition: sin(A).................................................................................................52<br />

Definition: cos(A)................................................................................................52<br />

Sætning: mk = hyp*sin(v)...................................................................................53<br />

Sætning: hk = hyp*cos(v)....................................................................................54<br />

Definition: tan(A)................................................................................................57<br />

Sætning: tan(v) = mk / hk...................................................................................57<br />

3


Pythagoras sætning.............................................................................................58<br />

Pythagoras og andre sætninger.............................................................................................63<br />

Pythagoras............................................................................................................65<br />

Pythagoras sætning.............................................................................................66<br />

Omvendt Pythagoras..........................................................................................68<br />

Pythagoras i standardtrekanten........................................................................69<br />

Afstandsformlen..................................................................................................70<br />

Sinus og cosinus igen..........................................................................................71<br />

Definition af sinus og cosinus (ny)....................................................................72<br />

Sinusrelationerne.................................................................................................73<br />

Trekantens areal..................................................................................................76<br />

Cosinusrelationerne............................................................................................76<br />

Litteratur...................................................................................................................................81<br />

Stikordsregister........................................................................................................................82<br />

4


Praktiske bemærkninger


Brug af bogen<br />

Du kan finde denne bog på http://pc-p4.mimimi.dk/08/c.pdf og downloade den gratis.<br />

Fra den elektroniske udgave kan du benytte hyperlinkene direkte ved at klikke på<br />

dem. Du vil så derfra have adgang til flere hjælpemidler.<br />

Er der noget, du gerne vil spørge om eller fortælle, er du velkommen til at sende en email<br />

til mig: ib.michelsen@mimimi.dk<br />

Du skal skrive i din bog! Du tænker bedre med en blyant i hånden. Og det er vigtigt, at<br />

du ikke læser hen over teksten uden at have sikret dig, at du har forstået, hvad du læste.<br />

Det er blandt andet det, diverse opgaver skal sikre. Ligeledes er det vigtigt, at du<br />

kan huske, hvad du læste.<br />

Det kontrollerer du dels ved at løse opgaver og dels ved at fortælle en anden, hvad du<br />

har læst. Eller skrive en note om det – efter at du har lukket bogen.<br />

Altså: Skriv i bogen: Du skal ikke være bange for at skrive noget forkert. Så opdager<br />

du, at det er forkert, og så retter du det. Går det helt galt, findes bogen jo på Internettet,<br />

hvorfra du kan udskrive reservesider.<br />

For at du kan finde rundt i bogen, som består af 4 dele (<strong>Geometri</strong>, Funktioner, Statistik<br />

og Sandsynlighed samt et appendiks), er den forsynet med en indholdsfortegnelse forrest,<br />

et stikordsregister (og en litteraturliste) bagerst. Nogle af siderne har fået en baggrundsfarve;<br />

betydningen fremgår af afsnittet side 25.<br />

Når du læser en roman eller ser en film, er det vigtigt, at du forstår alt og får det hele<br />

med. Men hvis du springer et par kedelig sider over eller henter en kop kaffe under filmen,<br />

kan du godt føle, at du får det fulde udbytte. Det gælder slet ikke i matematik:<br />

Du er nødt til at få det hele med! Det, du skulle have lært i sidste uge, er nødvendig viden<br />

for at forstå den følgende uges matematik. Derfor: kom ikke bagefter.<br />

7


Arven fra Grækenland


Græsk matematik<br />

Der er i dag - ca. 2500 år efter den græske kulturs blomstringstid - en stor lighed<br />

mellem grækernes opfattelse af matematik dengang og en moderne opfattelse.<br />

Ud fra en række nærmere beskrevne begreber og nogle grundantagelser ("aksiomer")<br />

udledes ("bevises") en række sætninger (dvs. "generelle påstande") om<br />

en eller anden sammenhæng. Arbejdet hermed er "matematik".<br />

Tidligere kulturer som den babyloniske og den ægyptiske har også anvendt<br />

matematik, og man har kendt mange af de regler, der genfindes i den græske.<br />

Disse kulturer har haft et ret praktisk syn på matematikken: "Hvis det virker,<br />

kan vi bruge det." Typisk er det, at fx arealet af en cirkel er blevet beregnet på<br />

mange forskellige måder. Fx. beregnedes på et tidspunkt som 256/9 2 *r 2 , ikke rigtigt,<br />

men næsten idet 256/9 2 = 3,1605; det tit anvendte 3+1/7 = 3,1429 og π =<br />

3,1416... 1<br />

Det emne, vi vil undersøge først, er "geometri"; ordet er græsk og betyder jordmåling.<br />

Matematikken har her en praktisk betydning, når den kan levere velbegrundede<br />

regler for, hvorledes noget af praktisk betydning kan udregnes. Og<br />

sådan er megen matematik opstået for at kunne beskrive og løse et praktisk<br />

problem. Både af hensyn til skatteforhold og af hensyn til naboer, er det vigtigt<br />

at vide, hvor stor ens jordlod er og hvor grænserne går.<br />

Men megen matematik er også opstået, fordi matematikere har fundet spændende<br />

og udfordrende strukturer, som har dannet grundlag for en teoriopbygning<br />

uden noget praktisk formål. Nogle matematikere har oven i købet fundet,<br />

at denne "unyttige" matematik var den "rigtige" matematik. Forunderligt nok<br />

har det somme tider vist sig - måske lang tid efter at teoriopbygningen blev<br />

startet - at den unyttige teori har fået praktisk anvendelse: et ofte fremhævet<br />

eksempel er studiet af primtal, som er kommet til at danne grundlag for<br />

kryptologi. I forbindelse med Internettet er kryptologi, som handler om<br />

hemmeligholdelse af information, blevet særdeles vigtigt.<br />

I tiden, før grækerne ændrede forholdet, har man som nævnt levet med regler,<br />

der ikke er blevet bevist: nogle rigtige, andre kun omtrent rigtige. Dengang har<br />

man ved studiet af mange eksempler set generelle træk, og derfor accepteret<br />

den observerede regelmæssighed som en almengyldig regel. I Euklids arbejder<br />

ser vi et væsentligt højere ambitionsniveau: han vil med argumenter sikre sig, at<br />

1 For en oversigt se: http://mathforum.org/isaac/problems/pi2.html<br />

11


eglen altid gælder uden undtagelser.<br />

Som et eksempel: Pythagoras sætning har været kendt lang tid før Pythagoras.<br />

Han har fået æren for den. Og hos Euklid ser vi den bevist. Og derefter er den<br />

blevet bevist mange millioner gange siden: både af matematikere, der har kunnet<br />

bevise sætningen på nye måder, men nok så mange gange ved gentagelser<br />

af det kendte bevis for at senere generationer også skulle overbevises om sætningens<br />

rigtighed og forstå argumentationen.<br />

Det er en umulig opgave selv at finde alle mønstrene: Derfor har det været almindeligt,<br />

at læreren viser sætningen og argumenterne for den, dvs. beviser den. Er man meget<br />

kvik, har man nu lynhurtigt fået et instrument til at løse opgaver. Men man har ikke<br />

fået en forståelse af matematikerens slidsomme arbejde med at finde disse mønstre - og<br />

måske undtagelser fra mønstrene. Denne bog er tilrettelagt sådan, at noget af arbejdet<br />

med at lære matematik sætter dig i den arbejdende matematikers stol. Du er dog lidt<br />

heldigere stillet og behøver ikke at arbejde i årevis. Selvom læreren ikke fortæller dig<br />

hvordan, vil hans og bogens spørgsmål hjælpe dig på vejen mod målet.<br />

Ideernes verden<br />

Euklid er en berømt græsk matematiker, der lever ca. år 300 FVT; han er<br />

inspireret af den lidt tidligere filosof Platon (429 - 348 fvt.) Denne sondrede<br />

mellem de fysiske fænomener (floder, heste o.l.) og ideen om fænomenet.<br />

Platon opfattede "ideen om hesten", det som kendetegner alle heste, som den<br />

"rigtige hest".<br />

Når Euklid skal forklare (definere), hvad punkter, linjer og trekanter er, taler<br />

han ikke om de fysiske fænomener, men ideerne om dem. Det ses tydeligt i<br />

hans berømte værk: Elementerne, hvor han i begyndelsen beskriver de begreber,<br />

han vil anvende i matematikken.<br />

Som to eksempler fra værket (Bog 1) viser:<br />

1. Et punkt er det, som ikke kan deles<br />

Det er set med moderne øjne ikke en specielt god definition; modsat ved alle<br />

hans læsere omtrent, hvad et punkt er. Og nu bliver det sat helt på plads: Et<br />

punkt kan ikke deles!<br />

2. En linje er en længde uden bredde<br />

Igen er det klart, at Euklid arbejder med et begreb, som ikke findes i den fysiske<br />

verden. Når du tegner en ret linje, har den en bredde lige meget, hvor spids din<br />

blyant er. Din tegning kan støtte dig i at holde styr på tankerne, men må ikke<br />

12


forlede dig til at tro, at det du ser (på tegningen), er det, der gælder. De sandheder,<br />

du kan finde frem til, er alene dem du logisk kan argumentere for med udgangspunkt<br />

i dine antagelser.<br />

På den baggrund er det klart, at du aldrig kan tegne en rigtig cirkel, en rigtig<br />

trekant osv. Alligevel tillader vi os gang på gang at gøre det vel vidende, at figurerne<br />

ikke er fuldkomne. Men når du så anvender de fundne resultater fra<br />

matematikken i den ufuldkomne virkelige verden, skal du selvfølgelig være opmærksom<br />

på, at modellens resultater ikke kan overføres uden videre.<br />

Sprogbrug<br />

Matematik har sit eget tit meget præcise sprog. Næsten hvert ords betydning forklares<br />

meget nøje. Disse forklaringer kaldes definitioner. De følgende (kursiverede) ords betydning,<br />

må du gerne kende:<br />

Hvad betyder det?<br />

Et plan kaldes hos Euklid: En plan flade. I definition 7 forklares: "En plan flade er en<br />

flade, som ligger lige mellem de rette linjer i den." Meningen er nok lidt uklar,<br />

men i dagligdagen har vi ikke besvær med at forestille os idealiserede gulve,<br />

vægge, tavler osv. som plane flader. De kan både være begrænsede eller ubegrænsede;<br />

det sidste er tit forudsat.<br />

En trekant er en figur, der er indesluttet af 3 rette linjestykker. Linjestykkerne er trekantens<br />

sider. De tre punkter (linjestykkerne ligger imellem) kaldes trekantens hjørner<br />

eller vinkelspidser. Hjørnerne navngives med store bogstaver, den modstående<br />

side (der forbinder de to andre punkter) navngives med det tilsvarende lille bogstav.<br />

Til hjørnet A svarer altså siden a. Da a har endepunkterne B og C kaldes<br />

linjestykket også BC.<br />

Til højre på siden ses ΔABC. Sæt de manglende<br />

betegnelser på tegningen (både for<br />

hjørner og sider.)<br />

Siderne har en længde, der kan måles. Hvis det er siden a, vi<br />

vil angive længden på, kan vi for eksempel skrive a = 3,<br />

hvis a har længden 3. Oftest vil vi ikke angive, om det<br />

er cm eller km, men angiver længden som et ubenævnt<br />

tal. Du bemærker altså, a har to betydninger: det er ΔABC<br />

både navnet på siden og er samtidig et tal, nemlig<br />

tallet der angiver længden. Vi kan også benytte skrivemåden |BC| for længden,<br />

13


hhv. BC som navn for a.<br />

Mål ΔABC 's sider (med en almindelig lineal), og skriv målene i tabellen<br />

herunder med 1 decimals nøjagtighed:<br />

Side a b cc<br />

Længde i cm<br />

En vinkel er en figur bestående af et punkt (vinkelspidsen) og to halvlinjer (eller linjestykker)<br />

gående ud fra punktet. Halvlinjerne kaldes vinklens ben; forestil dig, at du<br />

sidder i vinklens spids og placerer dine ben over<br />

vinklens ben. Så er vinklens venstre ben under dit<br />

venstreben og tilsvarende for højre vinkelben. Vinkler<br />

har også et navn og en størrelse, og som for siderne<br />

bruges ofte samme betegnelse for vinklen og vinklens<br />

størrelse. I ΔABC kan der benyttes flere navne<br />

for den samme vinkel: ∠A understreger, at det er en vinkel med vinkelspidsen A,<br />

∠BAC præciserer, at A er en vinkelspids (da det er det midterste bogstav) og at B<br />

og C er punkter, der ligger på hver sit vinkelben. I forbindelse med trigonometriske<br />

beregninger – som sin(A) – undlades vinkeltegnet. Endelig kan vi vælge særskilte<br />

symboler for punkt og vinkelstørrelse, for eksempel: A og α (alfa, det græske<br />

alfabets første bogstav). Der var intet i vejen for at benytte andre danske bogstaver,<br />

som for eksempel v, men benyttes det græske bogstav, kan man se, at vinkelstørrelsen<br />

α hører sammen med A. Der findes adskillige måder at måle vinkler<br />

på: I begyndelsen vil vi her benytte grader som måleenhed, men på et senere<br />

tidspunkt introduceres et andet mål: radianer. Du er sikkert bekendt med, at en<br />

hel cirkel svarer til 360°. Vinkler inddeles i grupper efter størrelse: lige (præcis<br />

180°), stumpe (mellem 90° og 180°), rette (præcis 90°) og spidse vinkler (mellem<br />

0°og 90°).<br />

Skriv vinklens type i hver sin ramme<br />

14


Indenfor søfart har man brugt streger til at angive retninger. På en kompasrose er der<br />

16 navngivne retninger som fx NNV. Mellem disse 16 er der yderligere 16 som kan<br />

angives fx NØ til N (for retningen mellem NNØ og NØ).<br />

Find en kompasrose på Internettet og skriv den ud –<br />

Skriv navne på de 16 retninger<br />

Beregn for hver retning vinklen med vinkelspids i rosens centrum og det<br />

ene ben gående gennem N og det andet gennem den valgte retning. Når<br />

du bevæger dig fra N mod Ø (dvs. "med uret") vokser vinklen og efter at<br />

have passeret S er vinklen over 180°<br />

Lav en tabel, der viser sammenhængen mellem retning, streger og grader.<br />

Forklar også sammenhængen "med ord".<br />

Enhver trekant har nogle linjer (linjestykker) med særlige navne:<br />

● højder, som er linjestykker fra en vinkelspids<br />

til den modstående side, der står vinkelret<br />

på denne. Højden fra B til b betegnes h<br />

eller hb, for at præcisere hvilken af de tre<br />

højder, der er tale om.<br />

Hvad hedder den tegnede højde mere præcist? Skriv det på tegningen.<br />

● vinkelhalveringslinjer som er halvlinjer fra<br />

en vinkelspids, der deler vinklen i 2<br />

lige store vinkler. Betegnelsen er v eller<br />

vA (hvis vinkelspidsen er A).<br />

Hvilken præcis betegnelse kan bruges for v (på tegningen)? Skriv det!<br />

Hvis ∠A = 61°, .hvor stor er så β? Skriv det.<br />

● medianer, der er linjestykker fra en vinkelspids<br />

til midtpunktet af den modstående side.<br />

De betegnes m eller mc (hvis medianen<br />

går fra C til et punkt på c).<br />

15


Hvad vil du kalde den tegnede linje m mere præcist?<br />

● midtnormaler til siderne er linjer, der står vinkelret<br />

på en side i sidens midtpunkt. Afhængig<br />

af øvrige anvendte betegnelser, kan<br />

du benytte betegnelser som m eller n for<br />

linjen. 2<br />

Kald skæringspunktet for midtnormalerne O, og skriv det på tegningen<br />

Med O som centrum og |OP| som radius tegnes en cirkel<br />

Kender du navnet på cirklen? skriv navnet her!<br />

På figuren sættes ens mærker på lige lange linjestykker (mærker, dvs. en<br />

eller to små tværstreger eller en lille cirkel ol.)<br />

Hvad kan du sige om længden af linjestykkerne: PV, VQ, QS, SR, RU,<br />

UP? Skriv det herunder:<br />

Der findes særlige trekantstyper:<br />

● Ligesidede, hvis alle 3 sider er lige store,<br />

● ligebenede, hvis 2 af de 3 sider er lige store,<br />

● spidsvinklede, hvis trekantens største vinkel er spids,<br />

● retvinklede, hvis trekantens største vinkel er ret, og<br />

● stumpvinklede, hvis trekantens største vinkel er stump.<br />

2 Der er ikke mange 100 % faste regler for navngivning, men derimod mange sædvaner, som<br />

det er fornuftigt at følge, fordi det ikke forvirrer læseren, hvis navnene følger det vante<br />

skema.<br />

16


Tegn alle 5 trekantstyper på en transparent<br />

En cirkel er en plan figur begrænset af en linje: cirkelperiferien; alle punkterne på cirkelperiferien<br />

har den samme afstand til ét punkt: cirklens centrum. Afstanden kaldes<br />

radius og ethvert linjestykke mellem centrum og et punkt på cirkelperiferien kaldes<br />

en radius.<br />

Prøv at lave en lang liste over alle de ord, der benyttes ved omtale af<br />

cirkler: diameter, korde, tangent, centervinkel, periferivinkel ... og beskriv<br />

for hver af dem præcist, hvad de betyder.<br />

Hvilke formler kender du i forbindelse med cirkler? Skriv dem herunder:<br />

17


Tegn en række cirkler: både store og små. Karton og pap er velegnet til de<br />

små og lidt større cirkler. Klip eller skær dem ud. Find også andre cirkler:<br />

cykelhjul, fade, møllesten ...<br />

For alle måles og noteres radius og omkreds. Noter resultaterne i en tabel<br />

med 2 rækker: øverst radius (x-værdi), lige under den tilsvarende omkreds<br />

(y-værdi). Omkredsen findes i nogle tilfælde lettest ved at markere<br />

et punkt på periferien; cirklen "trilles" langs en ret linje indtil mærket er i<br />

samme position og den kørte afstand måles.<br />

Sommetider er centrum givet, men ikke altid. Forklar, hvordan du så vil<br />

finde det!<br />

Indret et koordinatsystem på mm-papir, så din tegning fylder hele<br />

papiret: indtegn et punkt for hver cirkel med de målte værdier som<br />

koordinater.<br />

Forsøg at tegne en ret linje gennem (0 ; 0) tæt ved alle punkterne:<br />

Kan det lade sig gøre?<br />

Hvorfor skal linjen gå gennem (0 ; 0)?<br />

Kan du ved hjælp af tegningen finde omkredsen for en cirkel med radius<br />

10 cm - selv om du ikke har målt en sådan cirkel?<br />

Besvar samme spørgsmål, hvor radius er 1 cm. Ligner det sidste svar<br />

et tal du kender?<br />

18


● Hvis firkanten har 4 rette vinkler, kaldes den et rektangel;<br />

● er også alle siderne er lige store, kaldes den et kvadrat.<br />

● Hvis firkanten har ét par modstående sider parallelle, er den et trapez;<br />

● er begge par modstående sider parallelle, kaldes den et parallelogram;<br />

● er alle siderne lige store i parallelogrammet, kaldes det en rombe.<br />

Udfyld skemaet om firkanter med<br />

krydser<br />

Dvs. for hvert ord i forspalten sættes ét<br />

eller flere 'x' under de betegnelser, der<br />

også kan anvendes. For eksempel står<br />

der 'Rektangel' i forspalten. På samme<br />

linje er der 5 tomme felter. Når vi ved, at<br />

vi har et rektangel, kan ordet rektangel<br />

anvendes – derfor x under rektangel.<br />

Men ikke alle rektangler er kvadrater:<br />

derfor skal næste felt være tomt. 3. felt er<br />

under trapez: vi har et rektangel, kan det<br />

også kaldes et trapez? hvis ja, sætter vi<br />

'x'. Og sådan fortsætter du ...<br />

Parallelle linjer er rette linjer, der ikke skærer hinanden.<br />

19<br />

Rektangel<br />

Kvadrat<br />

Trapez<br />

Parallellogram<br />

Rombe<br />

Hvilke firkanter kan<br />

have flere navne?<br />

Tegn 2 sæt parallelle linjer (på et løst A4-ark) med samme afstand mellem<br />

de parallelle linjer. Linjerne skærer hinanden, så der dannes en firkant.<br />

Hvilken type firkant er det? Skriv svaret her:<br />

Hvad er begrundelsen for dit svar?<br />

Rektangel<br />

Kvadrat<br />

Trapez<br />

Parallellogram<br />

Rombe


Konstruktioner<br />

med passer og lineal<br />

For de græske matematikere var det ikke nok at vide, hvordan man skulle udføre<br />

en bestemt konstruktion. Mindst lige så vigtigt var det at kunne påvise,<br />

hvorfor konstruktionen var rigtig.<br />

Det hedder "konstruktioner med passer og lineal", fordi det var de eneste redskaber,<br />

der måtte benyttes. Når man opbygger en teori, er det vigtigt at starte<br />

på et enkelt, klart grundlag: så få, enkle redskaber som muligt. Du kan så spekulere<br />

over, hvorfor man netop har valgt disse? Og hvilken passer og lineal, der<br />

kan bruges i marken?<br />

En interessant tilføjelse er, at en dansker: Georg Mohr (1640 - 1697) påviste, at<br />

linealen ikke var nødvendig, men at man kunne nøjes med en passer, i værket:<br />

Euclides Danicus, Amsterdam 1672. Berømmelsen udeblev imidlertid i<br />

samtiden, og først ved et tilfælde dukker bogen op i 1928.<br />

Præcisering af reglerne<br />

● Opgaven drejer sig om punkter: Enten vi vil finde et bestemt punkt, en<br />

linje (hvor vi skal benytte 2 punkter), en cirkel (stadig 2 punkter) eller en<br />

trekant eller noget fjerde.<br />

● Vi er nødt til at starte med 2 punkter: et udgangspunkt og et mere for at<br />

skabe en afstand (måleenhed).<br />

● Det er så tilladt med linealen at tegne en ret linje gennem 2 kendte<br />

punkter<br />

● Det er tilladt at placere passerens ene ben i et kendt punkt og indstille<br />

den, så det andet ben er i et andet kendt punkt, og derefter tegne en cirkel<br />

● Nye - derefter kendte - punkter opstår ved skæring mellem<br />

○ 2 rette linjer eller<br />

○ 2 cirkelbuer eller<br />

○ en ret linje og en cirkelbue<br />

Tegn to punkter på et kladdepapir. Hvor mange nye (kendte) punkter kan<br />

du finde med 3 handlinger (tegning af linjer eller cirkler)?<br />

20


At dele et linjestykke<br />

Konstruktionsopgaven går ud på at dele et kendt<br />

linjestykke. Vi beskriver her punktvis, hvorledes opgaven<br />

løses:<br />

1. Opgaven<br />

○ Vi kender et linjestykke givet ved endepunkterne<br />

A og B<br />

○ og skal konstruere et nyt punkt M på<br />

linjestykket, således at AB deles i to lige store linjestykker, dvs. at |AM| = |<br />

MB|.<br />

Nedenunder følger konstruktionsbeskrivelsen. Tegn samtidig med<br />

gennemlæsningen figuren på et kladdepapir. Når du er færdig, rentegnes<br />

den i rammen på næste side.<br />

2. Konstruktionsbeskrivelsen<br />

I. Tegning af en ligesidet trekant på<br />

AB<br />

○ Med A som centrum og |<br />

AB| som radius tegnes en<br />

cirkel(bue).<br />

○ Med B som centrum og |<br />

AB| som radius tegnes en<br />

cirkel(bue).<br />

○ Cirklerne skærer hinanden i<br />

punkterne C og C'.<br />

II. Tegning af vinkelhalveringslinjen i<br />

C<br />

○ Halvlinjen v fra C gennem<br />

C' tegnes<br />

III. Løsningen M<br />

○ Halvlinjen v skærer<br />

linjestykket AB i punktet M<br />

3. Konstruktionen tegnes af dig i rammen<br />

til højre:<br />

4. Begrundelse for rigtigheden af konstruktionen<br />

21


Nedenfor begrunder du, hvorfor konstruktionen er rigtig. Mest elegant vil det være<br />

at henvise til de relevante sætninger, men da dette er en introduktionsopgave,<br />

benyttes lidt mere uformelle begrundelser:<br />

Konstruer en trekant<br />

Konstruer en cirkel<br />

Hvorfor er Δ ABC en ligesidet trekant?<br />

Hvor meget ligner Δ ACC'<br />

og Δ Β C C ' hinanden?<br />

Hvorfor er v en vinkelhalveringslinje?<br />

Hvor meget ligner Δ AMC og Δ Β MC hinanden?<br />

Hvorfor deler M AB på midten?<br />

Givet linjestykket AB skal du konstruere en ligesidet trekant, hvor alle<br />

siderne er dobbelt så lange som AB. Udfør alle 4 punkter.<br />

Givet linjestykket AB skal du konstruere en cirkel, hvor både A og B<br />

ligger på cirkelperiferien. Udfør alle 4 punkter.<br />

Vil alle løsninger nødvendigvis være ens?<br />

Vil alle løsninger blive ens, hvis radius skal have længden |AB|?<br />

22


Benyt GeoGebra<br />

GeoGebra er et gratis matematikprogram, der både kan bruges til geometriske<br />

konstruktioner og til beregninger. Måske ligger det på din PC? Ellers kan du hente<br />

det her: Download GeoGebra<br />

Klik på GeoGebra WebStart<br />

Du ser så dialogboksen her:<br />

og klikker ok!<br />

En betingelse for at programmet virker er, at du<br />

har programmet Java på din PC.<br />

I mange af bogens øvelser og opgaver er det ikke<br />

nødvendigt at have GeoGebra installeret i forvejen;<br />

man kan blot klikke på det pågældende link og de<br />

nødvendige programdele hentes automatisk. Dog er det stadig en betingelse, at Java<br />

er installeret.<br />

Eksperimenter med GeoGebra: Klik her<br />

Benyt samme link til at konstruere et linjestykke AB og derefter finde<br />

midtpunktet M, jævnfør øvelsen side 21-22<br />

Kontroller, at konstruktionen ”virker”, selv om du flytter A eller B med<br />

musen<br />

Gem dit arbejde som en hjemmeside sådan:<br />

Klik på Fil / Eksport / Dynamisk ark som Netside ...<br />

Udfyld titel: Linjestykkets midtpunkt<br />

Skriv dit navn<br />

Tilpas tekst over / under konstruktion – evt. bare tomt felt<br />

Klik på Eksport<br />

Vælg mappe og filnavn<br />

Gem<br />

Når din hjemmeside vises: tjek, at den ser rigtig ud<br />

Udskriv<br />

Benyt igen samme link til at lave andre konstruktioner på samme<br />

måde:<br />

Nedfæld den vinkelrette<br />

Oprejs den vinkelrette 23<br />

Konstruer en vinkelhalveringslinje<br />

Konstruer højder i en trekant<br />

Konstruer medianer i en trekant<br />

Konstruer midtnormaler i en trekant


Ligedannede figurer<br />

Først vil vi se nærmere på par af trekanter; dertil indføres følgende definitioner:<br />

Ensvinklede trekanter<br />

To trekanter er ensvinklede, hvis der for hver vinkel i den ene findes en tilsvarende lige<br />

så stor vinkel i den anden.<br />

Trekanter med proportionale sider<br />

To trekanter har proportionale sider, hvis der for hver side i den ene findes en tilsvarende<br />

side i den anden, der blot er forstørret (eller formindsket) med den samme skalafaktor.<br />

Tegn på et A4-ark en ret stor – tilfældigt valgt – trekant<br />

Mål siderne – og skriv målene på figuren<br />

Tegn en ny trekant, hvor alle siderne er halvt så store<br />

Mål alle 6 vinkler<br />

Sammenlign dit resultat med de andre elevers<br />

Tegn evt. en ny trekant, hvor du har ganget de oprindelige sidelængder<br />

med et tilfældigt valgt tal (skalafaktoren). Mål også de nye vinkler ...<br />

Kan du formulere en regel? Skriv den herunder:<br />

Tegn på et A4-ark en ret stor – tilfældigt valgt – firkant<br />

Mål siderne – og skriv målene på figuren<br />

Tegn en ny firkant, hvor alle siderne er halvt så store<br />

Mål alle 8 vinkler<br />

Sammenlign dit resultat med de andre elevers – og med den foregående<br />

øvelses resultat.<br />

Kan du formulere en regel?<br />

24


Ligedannede trekanter<br />

To trekanter er ligedannede, hvis de både er ensvinklede og er trekanter med proportionale<br />

sider<br />

Ligedannede trekanter<br />

To trekanter er ligedannede, hvis de enten er ensvinklede eller er trekanter med proportionale<br />

sider<br />

1. Sætningen påstår, at ved jeg, at trekanterne er ensvinklede, har de også proportionale<br />

sider.<br />

2. Og: Hvis jeg i stedet ved, at de har proportionale sider, ved jeg også, at trekanterne<br />

er ensvinklede.<br />

Bemærk, at sætningen i virkeligheden er 2 sætninger. Der er to – forskellige påstande.<br />

Ligedannede trekanter<br />

Vi vil ikke bevise 3 ovenstående sætninger (om ligedannede trekanter). Men ved hjælp<br />

af de tidligere opgaver er du måske overbevist om rigtigheden? Men hvordan bliver<br />

du sikker på, at sætningens påstand altid gælder?<br />

Farvernes betydning<br />

Tegn på et A4-ark en ret stor – tilfældigt valgt – trekant<br />

Mål vinklerne – og skriv målene på figuren<br />

Tegn en ny trekant, hvor vinklerne har samme mål<br />

Mål alle 6 sider<br />

Beregn de 3 forhold mellem tilsvarende siders længder, fx<br />

k = a/a', k' = b/b' og k'' = c/c'<br />

Sammenlign dit resultat med de andre elevers<br />

Kan du formulere en regel? Skriv den herunder:<br />

For at gøre bogens struktur mere gennemskuelig, er der benyttet farvet baggrund mv.<br />

for nogle afsnit.<br />

3 Sætningen hører ikke til de mest elementære sætninger, men den trækkes frem her, fordi alle<br />

de geometriopgaver, du skal kunne løse, direkte eller indirekte afhænger af den.<br />

25


Definitioner 4<br />

Når vi definerer begrebet ligedannede trekanter som ovenfor, betyder det, at vi kommer<br />

med en præcis forklaring på, hvornår vi vil kalde to trekanter ligedannede. Tilsvarende<br />

gælder for andre definitioner.<br />

Forklaringerne er konsekvent markeret med en lys gul baggrundsfarve som her.<br />

Sætninger<br />

En sætning er en påstand; ovenstående sætning påstår blandt andet, at hvis du ved , at<br />

to trekanter er ensvinklede, så kan du være sikker på, at de er ligedannede.<br />

Denne sætning er en generel påstand: det er alle par (og ikke bare nogle) ensvinklede<br />

trekanter, der også er ligedannede.<br />

Sætninger er konsekvent markeret med en lys violet baggrundsfarve som her.<br />

Beviser<br />

En sætning er- som sagt - en påstand. Den kan være rigtig eller forkert. Vi vil meget<br />

naturligt gerne være sikker på, at de sætninger, vi arbejder med altid er rigtige.<br />

Tænk for eksempel på sætningen om vinkelsummen i en trekant. Hvordan kan man<br />

vide, at den altid er rigtig? Ingen kan have undersøgt alle trekanter! Men når mange<br />

har undersøgt mange trekanter og ikke fundet undtagelser, ligner det et mønster. Man<br />

regner med, at der findes en regelmæssighed og reglen formuleres. Sådan laves matematik.<br />

Men nu mangler vi bare at sikre os imod, at der kommer en med en speciel trekant,<br />

hvor reglen ikke gælder. For så ville sætningen jo ikke være sand. Hvis det skete ville<br />

sætningen være forkert eller falsk (og ikke gældende); den ville være falsificeret. Et<br />

modeksempel er nok til at reglen ikke er sand.<br />

Det vi mangler, er at stable nogle argumenter på benene, således at både vi og andre<br />

indser, at sætningen nødvendigvis altid er sand. At gøre dette er at bevise sætningen;<br />

argumenterne er beviset.<br />

Beviser er konsekvent markeret med en lyseblå baggrundsfarve som her.<br />

Baggrundsviden<br />

Forskellige former for baggrundsviden – ofte historisk – er markeret med en lys grøn<br />

farve som her.<br />

4 Farvebetegnelserne er upræcise. Her henviser de til den trykte udgave. På skærmen kan<br />

farverne være anderledes.<br />

26


Oversigter<br />

Nogle steder i bogen er der nogle oversigter, der opsummerer fx definitioner, sætninger,<br />

teknikker mv. Disse er markeret med en lys rød farve som her.<br />

Opgaver eller øvelser<br />

I en tynd blå ramme er opgaver og øvelser skrevet med rød skrift. Med punkttegn er<br />

der markeret, at her skal du gøre noget!<br />

Her ser du et minieksempel:<br />

Orientering om opgaven ....<br />

Opgaven: Besked om, hvad du skal gøre<br />

Eksempel på beregninger<br />

Trekanterne herover er ligedannede. Vinkelspidser (hvor vinklerne er lige) store er<br />

navngivet med samme bogstav - i den røde trekant med fodtegnet 1.<br />

Det er oplyst, at forstørrelsesfaktoren k = 1,7. Oplyses det også, at a = 10,66, kan a1 beregnes<br />

ved indsættelse i<br />

a1 = k*a, dvs.<br />

a1 = 1,7*10,66 ⇔<br />

a1 = 18,13<br />

Oplyses det, at c1 = 16,62, kan c beregnes ved indsættelse i<br />

c = a/k, dvs.<br />

c = 16,62/1,7 ⇔<br />

27


c = 9,77<br />

Model for skriftlige besvarelser<br />

Opgaven<br />

ΔABC og ΔA1B1C1 er ensvinklede, hvor<br />

∠Α = ∠Α1, ∠Β = ∠Β1 og ∠C = ∠C1.<br />

a = 3 og a1 = 5,2; desuden kendes c1 = 4,8.<br />

Beregn c.<br />

Tegn en pil fra den blå trekant til den røde. Marker den med "*k". Hvorfor?<br />

Tegn en pil fra den røde til den blå og marker den med ...?<br />

Hvordan findes sider, der svarer til hinanden?<br />

28


Besvarelsen<br />

Skitse (Tegning) 5<br />

Da de to trekanter er ensvinklede,<br />

ved vi at de også er ligedannede<br />

og at der findes en fælles<br />

skalafaktor k for sider, der svarer<br />

til hinanden. . 6<br />

Da siderne a og a1 er modstående<br />

sider til den samme vinkel kan forstørrelsesfaktoren k findes ved:<br />

k = a1 / a<br />

De kendte tal indsættes i formlen:<br />

k = 5,2 / 3 7<br />

Da siderne c og c1 er modstående sider til den samme vinkel, gælder der også:<br />

k = c1 / c ⇔ c = c1 / k<br />

De kendte tal indsættes i formlen:<br />

c = 4,8 : (5,2 / 3) = 2,76 = 2,8 8<br />

Ekstra opgave<br />

5 <strong>Geometri</strong>opgaver indledes altid med en tegning påført de oplyste størrelser<br />

6 Begrundelse for at trekanterne er ligedannede; det sidste skal benyttes ved løsningen<br />

7 Omskrivning til decimalbrøk unødvendig<br />

8 Bemærk parentesen om brøken og svaret både før og efter afrunding. Der vælges at aflevere<br />

facit med samme nøjagtighed som de oplyste størrelser.<br />

29<br />

*k<br />

3 5,2<br />

4,8<br />

Antag, at du også kender b = 1,8 fra opgaven lige ovenover. Vis den fulde<br />

besvarelse ved beregning af b1 (men genbrug blot tegningen;-)


Flere opgaver<br />

En sommerdag har Jens en skygge på 2,60 m; han måler selv 1,85 m i<br />

højden. En mast i nærheden har en skygge 7,50 m. Hvor høj er masten?<br />

Hvile forudsætninger har du benyttet ved beregningen? Præciser dem.<br />

Hvor bred er åen? Vibeke og Yrsa kan se et træ på brinken på den anden<br />

side af åen og har med pejlestokke og<br />

målebånd lavet nedenstående skitse -<br />

som ikke er målfast. Deres mål er:|AB| =<br />

40 m, |CD| = 50 m, |AC| = 15 m, |BD| =<br />

45 m. Beregn bredden.<br />

Bredden er m<br />

Hvad er stiltiende forudsat?<br />

30


Euklid<br />

et overblik


Aksiomerne<br />

Som nævnt begynder Euklid med at definere punkter, rette linjer, figurer med<br />

videre. 23 definitioner i alt. En definition er en forklaring på, hvad der menes<br />

med et bestemt (nyt) ord. Du har læst om et punkt og en linje bl.a.<br />

Euklid går endvidere ud fra nogle "indlysende sandheder" (aksiomer.) Han<br />

forudsætter de 5 følgende postulater som (sit) grundlag for geometrien:<br />

1. At man kan tegne et linjestykke mellem 2 punkter<br />

2. At man kan forlænge et linjestykke ud i et til en ret linje<br />

3. At man kan tegne en cirkel med ethvert centrum og enhver radius<br />

4. At alle rette vinkler er lige store<br />

5. At når én ret linje skærer 2 rette linjer, mødes<br />

de to rette linjer på den side, hvor summen af<br />

de indvendige vinkler er mindre end summen<br />

af to rette vinkler.<br />

Postulaternes indhold er visualiseret: følg links.<br />

Derudover baserer Euklid sin argumentation på de følgende 5 almindelige<br />

begreber:<br />

6. Størrelser, der er lige så stor som en anden størrelse, er lige store.<br />

7. Hvis der lægges lige meget til lige store størrelser, fås lige store<br />

størrelser.<br />

8. Hvis der trækkes lige meget fra lige store størrelser, fås lige store<br />

størrelser.<br />

9. Størrelser, der kan dække hinanden, er lige store.<br />

10. Det hele er større end en del.<br />

På dette grundlag bygges geometrien. Enhver sætning, der anvendes, skal først<br />

bevises ved hjælp af disse aksiomer eller andre allerede beviste sætninger.<br />

33


Euklids første sætninger i bog 1<br />

Over en periode på flere tusinde år, er det næsten umuligt at overlevere bøger,<br />

på trods af at bøger før Gutenberg har været kostbarheder, der måtte værnes<br />

om. Så hvad vi i dag ved om Euklid er baseret på afskrifter af afskrifter med<br />

den usikkerhed det giver, kommentarer og henvisninger i andre værker og<br />

sammenligning og sammendrag af mange forskellige kilder.<br />

I Danmark blev der i slutningen af 1800-tallet lavet et stort og fortjenstfuldt arbejde<br />

af den klassiske filolog J. L. Heiberg, som udarbejdede en græsk udgave<br />

af Euklids bøger baseret på en lang række kilder sammen med H. Menge. Hans<br />

elev, Thyra Eibe, oversatte dette værk til dansk omkring århundredeskiftet<br />

(1900). Denne oversættelse fik uvurderlig betydning i Danmark til den dag i<br />

dag - og kunne i højere grad også have fået det internationalt om dansk havde<br />

været et internationalt sprog.<br />

Bogen findes i nyere oplag, men er ikke tilgængelig på Internettet. Det er derimod<br />

D. E. Joyce hjemmeside på adressen:<br />

http://aleph0.clarku.edu/~djoyce/java/elements/elements.html<br />

hvor en kommenteret tekst kan findes med illustrerende java-apletter.<br />

På trods af at Euklid ikke selv benytter ordet kongruens, vil vi alligevel anvende det om<br />

"ens trekanter".<br />

Kongruens<br />

To trekanter siges at være kongruente, hvis de har siderne parvis ens, vinklerne parvis<br />

ens og samme arealer.<br />

Kongruens<br />

I. (SVS) To trekanter er kongruente, hvis de har to sider parvis ens samt den<br />

mellemliggende vinkel. (Euklid, I.4)<br />

II. (SSS) To trekanter er kongruente, hvis de har alle sider parvis ens. (Euklid, I.8)<br />

III.<br />

● (VSV)To trekanter er kongruente, hvis de har to vinkler parvis ens samt den<br />

mellemliggende side.<br />

● (VVS) To trekanter er kongruente, hvis de har to vinkler parvis ens samt en af<br />

de modstående sider.<br />

(Euklid, I.26)<br />

34


Forkortelserne – som fx SVS - beskriver en trekantstype, med kendt side, vinkel , side<br />

Disse sætningerne bevises ikke; den interesserede studerende henvises fx til D. E.<br />

Joyce' hjemmeside (se ovenfor.)<br />

Nogle af Euklids øvrige sætninger fra bog I<br />

De første sætninger handler om:<br />

● at kunne konstruere en ligesidet trekant<br />

● at kunne flytte linjestykker<br />

● at trække et linjestykke fra et andet<br />

● at en ligebenet trekant har lige store grundvinkler<br />

● og at hvis grundvinklerne er ens, er trekanten ligebenet<br />

● at kunne konstruere en vinkelhalveringslinje<br />

● at kunne dele et linjestykke<br />

● at kunne oprejse den vinkelrette (dvs. konstruere en linje vinkelret på en anden<br />

i et givet punkt)<br />

● at kunne nedfælde den vinkelrette (dvs. konstruere et linje gennem et givet<br />

punkt, der står vinkelret på en given linje)<br />

● ...<br />

Ekstra konstruktionsopgaver<br />

Konstruer med passer og lineal følgende en vinkelhalveringslinje<br />

en midtnormal<br />

givet et punkt og en linje konstrueres en linje vinkelret på den givne<br />

gennem punktet<br />

en indskreven cirkel (i en trekant)<br />

en omskreven cirkel (om en trekant)<br />

eller benyt GeoGebrakonstruktionerne fra side 23<br />

Argumenter for rigtigheden af konstruktionerne<br />

Renskriv bedste konstruktion med forklaringer<br />

35


Verdensbilledet og Astronomiske beregninger<br />

Vedrørende diskussionen om jordens facon følger her et kort citat fra slutningen af<br />

Holbergs Erasmus Montanus (skrevet 1731):<br />

Act V, Scen. 5<br />

MONTANUS.<br />

Ach gunstige Herre! Jeg skal følge hans Raad, og beflitte mig paa, at blive et<br />

andet Menniske herefter.<br />

LIEUTENANT.<br />

Got, saa gir jeg eder da løs igien, naar I har giort de Løffter baade til eders egne,<br />

og eders Sviger-forældre, og bedet dem om Forladelse.<br />

MONTANUS.<br />

Jeg beder eder da ydmygst med grædende Taare alle om Forladelse, og lover at<br />

føre et gandske andet Levnet herefter, fordømmer mit forrige Væsen, fra hvilket<br />

jeg er bragt ikke meere ved den Tilstand, jeg er geraadet udi, end ved denne<br />

brave Mands grundige Tale og Lærdom, for hvilken jeg derfor næst mine<br />

Forældre, skal altid have meest estime for.<br />

JERONIMUS.<br />

Saa holder I da ikke meere for min kiære Svigersøn, at Jorden er rund; thi den<br />

post ligger mig meest om Hiertet.<br />

MONTANUS.<br />

Min hierte Svigerfar, jeg vil ikke disputere videre derom. Men jeg vil allene sige<br />

dette, at alle lærde Folk er nu omstunder af de Tanker, at Jorden er rund.<br />

JERONIMUS.<br />

A - - - Hr. Lieutenant! Lad ham blive Soldat igien, til Jorden bliver flack.<br />

MONTANUS.<br />

Min kiære Svigerfar, Jorden er saa flack, som en Pandekage, er han nu fornøyet.<br />

JERONIMUS.<br />

Ja, nu er vi gode Venner igien; nu skal I faae min Dotter, kommer nu<br />

allesammen ind hos mig, og drikker paa en Forligelse; Hr. Lieutenant giør os<br />

den Ære at komme ind.<br />

37


Verdensbilledet i gennem 2000 år<br />

I det antikke Grækenland opfattede man Jorden som verdens centrum med sol,<br />

måne og planeter kredsende rundt om jorden. Denne opfattelse blev formuleret<br />

(og begrundet) af filosoffen Aristoteles (384 FVT – 322 FVT) og blev overtaget af<br />

kirken. I små 2000 år accepteres modellen af de fleste; Aristarchos (se nedenfor)<br />

er en enkelt undtagelse. Først i 1543 foreslår Kopernicus en model med solen i<br />

centrum. Tycho Brahe (1546 – 1601) arbejdede stadig med en model med jorden<br />

i centrum, men hans mange observationer af himmelrummet satte Kepler (1571<br />

– 1630) i stand til at formulere en teori om, at planeterne i vort solsystem<br />

kredser om solen i ellipseformede baner. Endelig i 1687 kommer Isac Newtons<br />

(1642 – 1727) tyngdelov og giver mulighed for at forklare himmellegemernes<br />

bevægelser. Hermed indledes oplysningstiden.<br />

Jordens omkreds (Eratosthenes)<br />

Eratosthenes (240 FVT.) opnåede berømmelse for sin vurdering af jordens omkreds.<br />

Hans argumenter var:<br />

● På en bestemt dag stod solen lodret over Syrene; samtidig kunne Erastostenes i<br />

Alexandria måle vinklen mellem lodret og en linje til solen som 1/50 af en hel<br />

cirkel.<br />

● Alexandria ligger stik nord for<br />

Syrene, altså på samme<br />

meridian.<br />

● Afstanden mellem Alexandria og<br />

Syrene blev opmålt til 5000<br />

stadier<br />

● Denne afstand (buelængden) er<br />

ligefrem proportional med<br />

centervinklen (som er den<br />

samme som den målte β, da<br />

solstrålerne forudsættes at være<br />

paralle)<br />

Derfor beregnes jordens omkreds (over<br />

polerne) til 50x5000 stadier = 250.000<br />

stadier eller godt 40.000 km 9<br />

9 Argumentationen er rigtig, men forudsætningerne halter en lille smule: Solen har ikke stået<br />

præcist lodret over Syrene og Alexandria ligger ikke præcist N for Syrene, men den største<br />

38


Hvad forestiller de røde, rette linjer på tegningen?<br />

Hvor mange grader er 1/50 af en hel cirkel?<br />

Hvorfor er det vigtigt, at Alexandria ligger stik nord for Syrene?<br />

Er solstrålerne parallelle?<br />

Hvilken sætning bruges for at begrunde, at de to markerede vinkler er<br />

ens?<br />

Hvordan ville du praksis måle β ?<br />

Kugle eller pandekage?<br />

Eratostenes går ud fra, at jorden er rund. Før ham har der ikke været almindelig<br />

enighed herom. Dog kan det ikke have været en fjern tanke, fordi det - i<br />

modsætning til den flade model - kan forklare:<br />

● hvorfor ser sømanden, der er på vej mod land, først bjergets top?<br />

● hvorfor jordens skyggebillede ved måneformørkelser altid er cirkulært -<br />

en skiveformet jord ville oftere lave et elliptisk skyggebillede? 10<br />

Afstand til sol og måne I<br />

Set fra jorden er det ikke umiddelbart indlysende, at de<br />

to "største" himmellegemer: solen og månen, ikke er<br />

lige store. De fylder jo lige meget på himlen: nemlig ca.<br />

½ °. At de er meget tæt på at være lige store, kan du<br />

nemt overbevise<br />

dig<br />

om ved at se<br />

på billeder af<br />

solformørkelser som dette. Men det betyder<br />

jo ikke, at de er lige store - blot at skivernes<br />

radier har det samme forhold som afstandene<br />

til betragteren (eller som afstandene til<br />

jordens centrum; i den sammenhæng er jordens<br />

radius ikke stor) Bemærk de to ligedannede<br />

trekanter på principskitsen.<br />

fejlkilde har været den unøjagtige bedømmelse af afstanden mellem de to byer. Yderligere<br />

mangler vi præcis viden om forholdet km/stadier.<br />

10 http://en.wikipedia.org/wiki/Flat_Earth<br />

39


Forklar, hvad tegningen ovenover forestiller.<br />

Hvor er der solformørkelse?<br />

Viser skitsen også, hvor der er delvis solformørkelse?<br />

Hvis solen - mere realistisk - havde en større afstand til jord og måne,<br />

hvad ville der så ske med: arealet af området med total solformørkelse?<br />

og med arealet af området med delvis solformørkelse?<br />

Find de to ligedannede trekanter<br />

Forklar, hvorfor de er ligedannede<br />

Hvad er skalafaktoren på skitsen ( k > 1)? I virkeligheden er den ca. 400<br />

Vælg nogle passende, beskrivende navne på længderne af siderne i<br />

trekanterne (fx Afstand_Til_Sol) og skriv k som 2 ens, men forskelligt<br />

skrevne brøker med disse navne<br />

Afstand til sol og måne II (Aristarchos)<br />

Aristarchos (310 - 230 FVT) er (måske) den første med et heliocentrisk verdensbillede: i<br />

stedet for at have jorden som verdens centrum sætter han solen i centrum. Skitsen<br />

ovenover belyser, hvorledes han fandt forholdet mellem afstandene fra jorden til hhv.<br />

solen og månen.<br />

Antag, at vi har halvmåne; det betyder, at månen set fra jorden belyses fra siden og at<br />

∠SMJ = 90°. ∠MJS kan måles på jorden (og blev målt til ca. 87°). Dermed kan der tegnes<br />

trekanter, der er ligedannede med himmelrummets trekant og derfra kan forholdet<br />

findes - omend med stor usikkerhed. Senere vil du indse, at forholdet også kan beregnes<br />

(med trigonometriske funktioner); dette ændrer dog ikke noget på usikkerheden,<br />

der ligger i at bestemme ∠MJS nøjagtigt – og fastslå præcist, hvornår det er halvmåne.<br />

Hvert minuts fejl medfører en vinkelfejl på ca. 0,01°. Og uden særlige hjælpemidler vil<br />

en fejl på adskillige timer være det normale.<br />

Ved at følge linket her, kan du se en model, der demonstrerer, hvad små ændringer af<br />

vinklen gør mht. forholdet af afstandene. På grund af fejlbedømmelsen af vinklen<br />

finder Aristarchos forholdet til 19:1, hvor det skulle være 389:1.<br />

40


Lav en tabel med to rækker og 10 kolonner ved at benytte linket til<br />

Aristarchos model: øverst skrives en række vinkler, nedenunder de<br />

tilsvarende størrelsesforhold mellem afstandene til solen og månen.<br />

Udskriv 2 af trekanterne<br />

Er Aristarchos resultater værdiløse, når der tages hensyn til målefejl?<br />

Hvis vi benytter Aristarchos resultat: hvad er forholdet mellem<br />

rumfanget af solen og rumfanget af månen?<br />

Hvad er forholdet, hvis vi i stedet går ud fra at forholdet mellem<br />

afstandene er 389:1 ?<br />

Afstanden til månen<br />

Figuren herunder viser solen og jorden og helskyggen på jordens natside. Når<br />

månen er på jordens natside kan den ofte ses alligevel, fordi månens bane ligger<br />

udenfor jordens helskygge. Den svæver oftest uden om skyggen. Men engang<br />

imellem kommer den ind i skyggen og vi kan så se en måneformørkelse.<br />

Aristarchos noterer sig, at tiden, fra måneformørkelsen begynder til månen er<br />

helt inde i skyggen, svarer til tiden, den er helt inde i skyggen: derfor kan<br />

månen som tegningen viser ligge på halvdelen af den del af månebanen, der<br />

ligger i helskyggen.<br />

41


Begrund påstanden. Følg linket. Benyt skyderen på figuren til at lade månen<br />

passere skyggen.<br />

Månen kan passere jordens helskygge i forskellige baner: de kan variere<br />

fra lige at strejfe skyggen til at gå tværs igennem skyggen. Hvad betyder<br />

det for måneformørkelsens udseende og tid? og for Aristarchos argumentation?<br />

Linjen gennem jordens og solens centrer tangerer derfor månen, når den lige er<br />

kommet helt ind i helskyggen - eller lige er på vej ud. Samtidig tangeres månen<br />

på den anden side af solens og jordens fællestangent - der jo ligger i helskyggens<br />

yderflade.<br />

Den hvide vinkel er 0,5°; det er jo vinklen, som månen ses under (og det gør<br />

ikke megen forskel om det er fra jordens overflade eller fra jordens centrum;<br />

forskellen på afstandene er under 2 %.)<br />

Den grønne vinkel er præcist halvdelen af den vinkel solen ses under: dvs.<br />

0,25°. Da den mellemliggende vinkel så udgør resten af 180°, fås, at i ΔSCM kendes<br />

en vinkel og da siden overfor M er (mindst) 19 gange længere end siden<br />

over for S, vil ∠M være ca 19 gange større end ∠S. Noget unøjagtigt kan ∠M<br />

beregnes til 0,71°.<br />

Tegn 3 forskellige stumpvinklede trekanter, hvor den ene af de<br />

hosliggende sider er 19 gange større end den anden.<br />

Mål de spidse vinkler<br />

Beregn forholdet mellem de spidse vinkler, dvs.<br />

(største spidse vinkel):(mindste spidse vinkel)<br />

Kommenter dit resultat<br />

Hvorledes fremkommer 0,71°?<br />

Benyt evt. linket: http://pc-p4.mimimi.dk/c/maaneFormoerkelse4.html<br />

42<br />

Linjestykket CH er en linje fra jordens<br />

centrum ud til røringspunktet for tangenten<br />

SM. CH står vinkelret på SM. I den<br />

"mest røde" ΔMCH kendes nu både den<br />

rette ∠H og den spidse ∠M samt siden<br />

overfor M (det er jo jordens radius.) Derfor<br />

kan vi nu (i princippet) tegne en formindsket<br />

udgave af trekanten: ΔM'C'H'<br />

med de samme vinkler. Forstørrelsesfaktoren<br />

k kan – når man kender jordens ra-


dius - så beregnes. Alternativt kan afstanden fra jorden til månen måles i jordradier. 11<br />

I stedet for at studere tiden for en passage genne jordens skygge, kan man også<br />

studere et fotografi af en måneformørkelse – og fx med GeoGebra finde de (relative)<br />

diametre for hhv. måne og et tværsnit af jordens skygge, hvor månen passerer<br />

skyggen. Følg linket.<br />

Prøv selv noget tilsvarende med andre fotografier af måneformørkelser.<br />

11 Du skal snart se, hvorledes man beregner disse størrelser uden nødvendigvis at måle på<br />

trekanter<br />

43


Trigonometri<br />

Vinkel v sin(v) Vinkel v sin(v) Vinkel v sin(v)<br />

0,00 0,00 30,00 0,50 60,00 0,87<br />

1,00 0,02 31,00 0,52 61,00 0,87<br />

2,00 0,03 32,00 0,53 62,00 0,88<br />

3,00 0,05 33,00 0,54 63,00 0,89<br />

4,00 0,07 34,00 0,56 64,00 0,90<br />

5,00 0,09 35,00 0,57 65,00 0,91<br />

6,00 0,10 36,00 0,59 66,00 0,91<br />

7,00 0,12 37,00 0,60 67,00 0,92<br />

8,00 0,14 38,00 0,62 68,00 0,93<br />

9,00 0,16 39,00 0,63 69,00 0,93<br />

10,00 0,17 40,00 0,64 70,00 0,94<br />

11,00 0,19 41,00 0,66 71,00 0,95<br />

12,00 0,21 42,00 0,67 72,00 0,95<br />

13,00 0,23 43,00 0,68 73,00 0,96<br />

14,00 0,24 44,00 0,69 74,00 0,96<br />

15,00 0,26 45,00 0,71 75,00 0,97<br />

16,00 0,28 46,00 0,72 76,00 0,97<br />

17,00 0,29 47,00 0,73 77,00 0,97<br />

18,00 0,31 48,00 0,74 78,00 0,98<br />

19,00 0,33 49,00 0,75 79,00 0,98<br />

20,00 0,34 50,00 0,77 80,00 0,98<br />

21,00 0,36 51,00 0,78 81,00 0,99<br />

22,00 0,37 52,00 0,79 82,00 0,99<br />

23,00 0,39 53,00 0,80 83,00 0,99<br />

24,00 0,41 54,00 0,81 84,00 0,99<br />

25,00 0,42 55,00 0,82 85,00 1,00<br />

26,00 0,44 56,00 0,83 86,00 1,00<br />

27,00 0,45 57,00 0,84 87,00 1,00<br />

28,00 0,47 58,00 0,85 88,00 1,00<br />

29,00 0,48 59,00 0,86 89,00 1,00<br />

30,00 0,50 60,00 0,87 90,00 1,00


Trekantsberegninger - en oversigt<br />

Den retvinklede trekant<br />

● Pythagoras' sætning: c 2 =a 2 �b 2<br />

● Modstående katete (mk) = hyposenusen*sin(v), hvor v er størrelsen af den<br />

aktuelle spidse vinkel<br />

● Hosliggende katete (hk) = hypotenusen*cos(v)<br />

● Modstående katete (mk) = hosliggende katete (hk)*tan(v)<br />

-------------------------------------------------------------------------------------<br />

En vilkårlig trekant<br />

● Ensvinklede trekanter er ligedannede og omvendt<br />

● Sætning om vinkelsummen i en trekant:<br />

∠A + ∠B + ∠C + = 180°<br />

● 1. arealsætning: T =½⋅h g<br />

● 2. arealsætning: T =½⋅ab⋅sin�C �<br />

● 3. Herons formel: T =� s⋅�s−a�⋅�s−b�⋅�s−c�<br />

hvor s er trekantens halve omkreds<br />

● Sinusrelationerne:<br />

Trigonometri betyder trekantsberegninger. Grunden til at trekanten benyttes er, at den<br />

er en meget enkel figur, hvori beregningerne er forholdsvis lette. Samtidig kan enhver<br />

polygon ( det betyder mangekant) opdeles i trekanter. Firkanten deles for eksempel af<br />

diagonalen i to trekanter.<br />

Trigonometri er vigtig ved korttegning. I Danmark fx er en stor mængde målepunkter<br />

spredt ud landet; de forbindes til et net af trekanter for at kunne fastlægge målepunkternes<br />

placering i forhold til hinanden. Det kaldes triangulering.<br />

Korttegning<br />

a b c<br />

= =<br />

sin �A� sin � B� sin �C �<br />

● Cosinusrelationerne: c 2 =a 2 �b 2 −2bc⋅cos� A�<br />

Som det allerede er nævnt, betyder geometri jordmåling og resultaterne benyttes til at<br />

47


tegne kort. Formålet kunne fx være at finde vej eller at fastlægge skel eller beregne<br />

ejendommes størrelse.<br />

I Danmark skyldes de ældste kort optegnelser gjort af Ptolemæus fra Alexandria ca.<br />

200 EVT. Selve kortet er dog tegnet væsentligt<br />

Det ældste Danmarkskort senere.<br />

Kort tegnet efter optegnelser fra<br />

Ptolemæus af Alexandria, 200 E.V.T.<br />

Johannes Mejers kort<br />

De første første gode kort i Danmark og hertugdømmerne<br />

skyldes Johannes Mejer fra<br />

Husum. Han tegnede en lang række kort: først<br />

for hertugen på Gottorp, Friedrich 3. og senere<br />

for den danske konge, Christian 4. Han havde<br />

studeret matematik i København, som dengang<br />

også bl.a. inkluderede astronomi, landmåling<br />

og kartografi. I midten af 1600-tallet var hans<br />

kort ubestridt de bedste, og det vedblev de med at være i en lang periode.<br />

Trianguleringen i Danmark<br />

Blandt de mange kort, der blev tegnet før 1700-tallet, var der et uløst problem: at få lokale<br />

kort til at hænge rigtigt sammen med andre lokale kort. Først så sent som i 1764<br />

startede Bugge 12 en opmåling, hvor hele landet blev delt ind i trekanter, som skabte et<br />

net til at placere lokale kort korrekt. Teknikken var: Bugge startede med en omhyggelig<br />

opmåling af én side i den første trekant (basislinjen). Derefter målte han vinklen i et<br />

trekantshjørne, hvor basislinjen er det ene vinkelben og sigtelinjen mod trekantens 3.<br />

punkt er det andet ben. Denne vinkelmåling blev gentaget i det andet trekantshjørne<br />

på basislinjen. Så kunne alle sider og vinkler bestemmes i denne første trekant. Fra de<br />

beregnede sider i trekanten kunne man arbejde sig videre og opmåle nye trekanter<br />

udelukkende ved at bestemme vinkler. Således blev hele Danmark dækket af et net af<br />

trekanter, der kunne bruges til korrekt placering af de kort, der dækkede et mindre<br />

område. De lokale kort, der dækkede et areal på ca. 6,3 km x 9,4 km, udførtes som målebordsblade<br />

- se nedenfor. Vi vil både studere hvordan måleblade tegnes og hvorledes<br />

beregningerne i forbindelse med trekanter foretages.<br />

12 http://www.geomat.dk/landmaaling/kildetekster/pdf/Triangulering.pdf<br />

48


Målebordsblade<br />

Brøndbye Høi<br />

1.:Triangulering (Bugges første trekanter)<br />

Tinghøj<br />

Basislinjen er den blå (omhyggeligt opmålte) linje fra Tinghøj til Brøndbye Høj. Alle øvrige<br />

(sorte) afstande er beregnet ved hjælp af vinklerne og basislinjen. Fra de nye punkter arbejdes<br />

der videre på trekantsnettet over Ballerup, Ølstykke ... til det fjerne Jylland.<br />

Samtidigt med trianguleringen blev landet opmålt og tegnet på målebordsblade. Det var<br />

meget detaljerede kort i målestokken 1:20.000. De fik en ganske lang levetid under forskellige<br />

myndigheder. I hvertfald solgtes de stadig i boghandlen efter 1970 som fx M<br />

2108 Finderup, opmålt 1877, rettet 1954, trykt i Köbenhavn 1964 ved Geodætisk Institut.<br />

Det var teknikken ved fremstillingen, der gav dem navn. En lidt forenklet gengivelse af<br />

denne er: Man benyttede et bord, hvor det kommende kort blev fastgjort. 2 punkter<br />

(hvorfra der var en vis udsigt) A og B i naturen blev udvalgt, afstanden mellem dem<br />

målt, og punkterne overført til kortet med en tilsvarende (meget mindre) afstand mellem<br />

de tegnede punkter: lad os kalde dem A1 og B1.<br />

Bordet blev så stillet op: først ved fx A med kortets A1 præcist over A og linjen A1B1 lå<br />

lige over en del af AB.<br />

Andre punkter i landskabet blev lagt ind ved at tegne sigtelinjer fra A1 (A) på papiret<br />

sigtende fx mod et kirkespir K. Når et passende antal sigtelinjer mod vigtige punkter<br />

var indlagt, blev bordet flyttet til B med B1 lige ovenover og igen A1B1 liggende over en<br />

del af AB. Når der så herfra blev tegnet en sigtelinje mod K var der dannet to ligedannede<br />

trekanter: ABK i naturen og A1B1K1 på kortet. Med tilpas mange støttepunkter<br />

49<br />

Rundetårn


kunne den rutinerede kartograf indtegne øvrige detaljer på fri hånd.<br />

Herunder er vist det rektangulære målebord efter at det er flyttet. I positionen, hvor A1<br />

lå over A (og B1 lå over punktet i naturen markeret B1), blev den blå sigtelinje tegnet.<br />

Efter flytningen tegnes så en ny sigtelinje, og K1´s position findes i skæringspunktet.<br />

I skolegården eller et andet passende sted markeres 2 steder som<br />

hhv. A og B. Ude i gården er der plantet 3 eller flere landmålerstave<br />

i punkter, der skal afsættes på kortet.<br />

I skal i grupper lave et målebord og en anvendelig sigtelineal.<br />

Ved opstilling af bordet ved punktet A hhv. B og tegning af<br />

sigtelinjer findes de markerede øvrige punkters position på kortet.<br />

Rentegn kortet<br />

Forsyn kortet med diverse detaljer: vej, bygning, beplantning mv.<br />

Ved opmåling på kortet beregnes afstande mellem alle punkter i<br />

"naturen".<br />

Til sidst sammenlignes resultaterne med lærerens opmålinger.<br />

50


Standardtrekanter<br />

Her er der tegnet en retvinklet ΔABC:<br />

∠C =90°. Både ∠A og ∠B er spidse<br />

vinkler.<br />

Siden overfor den rette vinkel kaldes<br />

hypotenusen; de to andre sider (i en<br />

retvinklet trekant) kaldes kateterne.<br />

For at kende forskel på dem. kaldes de<br />

hhv. den modstående katete og den hosliggende<br />

katete. Hvad der er hvad, afhænger<br />

af, hvilken spids vinkel vi går ud fra.<br />

Hvis vi vælger at gå ud fra ∠A, ligger a overfor denne vinkel: a er den modstående katete.<br />

∠A har 2 ben: det ene er hypotenusen og det andet er den hosliggende katete (her<br />

b). Var vi gået ud fra ∠B, bytter kateterne navne.<br />

Sæt en lille ring om hjørnet A på figuren ovenover og skriv<br />

modstående og hosliggende på de tilsvarende kateter<br />

Lav samme øvelse på et nyt papir med samme tegning; nu går du<br />

ud fra B og sætter ring om dette hjørne<br />

Herunder er der tegnet et koordinatsystem, en enhedscirkel (dvs. radius har længden 1) og<br />

en retvinklet ΔABC, hvor A ligger i koordinatsystemets begyndelsespunkt og B ligger i 1.<br />

kvadrant på cirkelperiferien og C på x-aksen (eller første-aksen). En trekant, hvor hypotenusen<br />

har længden 1, kaldes en standardtrekant.<br />

51


På tegningen måles ∠A og a = |BC|. Resultaterne skrives i tabellen herunder:<br />

∠A a<br />

66° 0,92<br />

Definition: sin(A)<br />

sin(A) [læses: sinus til A] defineres som længden af den modstående katete til den<br />

spidse vinkel A i standardtrekanten.<br />

På helt tilsvarende måde kunne vi have målt den hosliggende side i standardtrekanten.<br />

Længderne svarende til vinklen A kaldes cos(A):<br />

Definition: cos(A)<br />

Tegn på mm-papir et koordinatsystem og en enhedscirkel (hvor 1<br />

svarer til 10 cm). Skriv tallene 0,1 ; 0,2; 0,3; ... ; 1,0 på begge akser.<br />

Vælg 5 punkter på kvartcirklen i 1. kvadrant og kald punkterne B1,<br />

B2, B3, B4, B5<br />

Tegn de tilsvarende standardtrekanter – gerne med forskellige<br />

farver.<br />

Mål i hver trekant ∠A og a = |BC| og skriv resultaterne i en tabel<br />

som ovenstående. Benyt tal med 2 decimaler.<br />

Kontroller alle resultaterne på lommeregneren ved at indtaste<br />

sin(A); lommeregnerens skærm er vist herover for eksemplet<br />

ovenover. Din lommeregner kan vise det lidt anderledes.<br />

Kontroller aflæsninger mv., hvis din aflæsning afviger mere end<br />

0,01 fra lommeregneren.<br />

Sammenlign med tabellen på kapitlets forside.<br />

cos(A) [læses: cosinus til A] defineres som længden af den hosliggende katete til den<br />

spidse vinkel A i standardtrekanten.<br />

52


Begrundelsen for at arbejde med standardtrekanter<br />

er, at alle størrelser i en<br />

standardtrekant er kendte: I standardtrekanten<br />

med den spidse vinkel v er<br />

hypotenusen 1, den ene spidse vinkel<br />

altså v og den anden 90° – v. Kateternes<br />

sidelængder kan enten måles på en tegning<br />

eller aflæses i en tabel eller beregnes<br />

på en lommeregner.<br />

Disse resultater benyttes så til at beregne<br />

størrelser i en vilkårlig retvinklet trekant,<br />

som det ses herunder:<br />

Sætning: mk = hyp*sin(v)<br />

I en retvinklet trekant, hvor en spids vinkel har størrelsen<br />

v, den tilsvarende modstående katete har længden mk og<br />

hypotenusen har længden hyp, gælder<br />

mk = hyp * sin(v)<br />

Bevis<br />

Der er givet en tilfældig retvinklet trekant hvor den spidse<br />

vinkel har størrelsen v (fx 63,69°).<br />

Denne trekant er ensvinklet med en standardtrekant, der<br />

også har en spids vinkel af størrelse v, idet det tredje par<br />

vinkler bliver ens pga. 180°−reglen.<br />

Derfor er trekanterne ligedannede; skalafaktoren k beregnes<br />

vha. siderne overfor den rette vinkel som<br />

k = hyp / 1 = hyp;<br />

da siderne med længderne mk og sin(A) ligger overfor<br />

vinkler med den samme størrelse, nemlig v, fås sætningen<br />

mk = k * sin(A) = hyp * sin(v)<br />

53


Sætning: hk = hyp*cos(v)<br />

I en retvinklet trekant, hvor en spids vinkel har størrelsen v, den tilsvarende hosliggende<br />

katete har længden hk og hypotenusen har længden hyp, gælder<br />

hk = hyp * cos(v)<br />

Løs resten af opgaven på samme måde, idet:<br />

Gennemfør beviset på tilsvarende måde som for den foregående<br />

sætning.<br />

Renskriv beviset.<br />

Typiske opgaver<br />

● Givet en retvinklet trekant med hypotenusen<br />

5 og en spids vinkel på 30°.<br />

● Beregn de to manglende sider.<br />

Løsning<br />

(Tegn altid en skitse, påfør de oplyste<br />

mål):<br />

Da trekanten er retvinklet, benyttes<br />

sætningen:<br />

mk = hyp * sin(v)<br />

De oplyste tal indsættes:<br />

mk = 5*sin(30°) = 5*0,50 ⇔<br />

mk = 2,50 ⇔<br />

mk = 2,5<br />

Løs resten af opgaven på samme måde, idet:<br />

du beregner den manglende vinkel<br />

benytter samme metode og opstilling som vist<br />

og desuden angiver en alternativ løsningsmetode<br />

Flere eksempler<br />

Tegn hjælpeskitser som den viste ud for de følgende eksempler.<br />

● Givet en retvinklet trekant med en spids vinkel på 30° og en modstående side<br />

på 0,8. Find hypotenusen.<br />

54


Løsning<br />

(Tegn selv en skitse, påfør de oplyste mål):<br />

Da trekanten er retvinklet, benyttes sætningen:<br />

mk = hyp * sin(v)<br />

De oplyste tal indsættes:<br />

0,8 = hyp*sin(30°) = hyp*0,50 ⇔ 13<br />

0,8 : 0,50 = hyp*0,50:0,50 ⇔<br />

1,6 = hyp<br />

● Givet en retvinklet trekant, hvor sin(v) = 0,6561. Find vinklen.<br />

Bemærkning: Hvis du ser på tabellen, der indleder kapitlet, er der to kolonner:<br />

en for vinkler og en for sinus-værdier. Tabellen kan læses begge veje: Kender<br />

du vinklen, starter du i 1. kolonne, kender du sinus-værdien, starter du i 2. kolonne<br />

og går tilbage til 1. kolonne. At gå tilbage (til vinklen) i sinustabellen skrives:<br />

sin -1 .<br />

Løsningsmetode 1<br />

sin(v) = 0,6561 ⇔<br />

v = sin -1 (0,6561) ⇔<br />

v = 41°<br />

Løsningsmetode 2<br />

Tabeller er ikke den bedste metode til at løse opgaven. Indtil for knap 30-40 år<br />

siden var det metoden, men i dag benyttes lommeregnere.<br />

På lommeregneren indtastes en sekvens som<br />

○ [2nd] [sin] ( 0,6561 ) [enter]<br />

eller<br />

○ 0,6561 [inv] [sin]<br />

eller noget tredje. Læs manualen til lommeregneren!<br />

Mht. opstilling er det principielt lige meget, hvordan du finder sin -1 (0,6561);<br />

13 Bemærk, at det er en almindelig ligning, der skal løses. I stedet for det sædvanlige x står der<br />

blot hyp. Metoden til at isolere hyp eller x er som altid: gør det samme på begge sider af<br />

lighedstegnet, således at den ubekendte står mere og mere alene.<br />

Her fjernes faktoren 0,50 ved at dividere på begge sider med 0,50<br />

55


dog bør du vise resultatet både før og efter en afrunding til det ønskede antal<br />

decimaler, som vist her:<br />

sin(v) = 0,6561 ⇔<br />

sin -1 (sin(v)) = sin -1 (0,6561) ⇔ 14<br />

v = 41,00° ⇔<br />

v = 41,0°<br />

● Find den spidse vinkel i en retvinklet trekant, når det oplyses, at hypotenusen<br />

har længden 20 og den modstående katete 3.<br />

Løsning<br />

(Tegn selv en skitse, påfør de oplyste mål):<br />

Da trekanten er retvinklet, benyttes sætningen:<br />

mk = hyp * sin(v)<br />

De oplyste tal indsættes:<br />

3 = 20 * sin(v) ⇔<br />

3 : 20= 20 * sin(v) : 20 ⇔<br />

3/20 = sin(v) ⇔<br />

sin(v) = 3/20 ⇔<br />

v = sin -1 (3/20) ⇔<br />

v = 8,62° ⇔<br />

v = 8,6°<br />

15<br />

14 Du bemærker, at vi som sædvanligt har gjort det samme på begge sider af lighedstegnet. Det<br />

betyder, at vi har to ens tal, finder dem i sinustabellens højre kolonne og derefter finder det<br />

tilsvarende tal i venstre kolonne. Og begge opslag i tabellen giver naturligvis det samme<br />

resultat. (Fordi alle tal i højre kolonne er forskellige!) Derfor er tallene i næste ligning også<br />

ens ... På venstre side står der: Find vinklen v i venstre kolonne, find den tilsvarende<br />

sinusværdi i højre kolonne og gå så tilbage og se, hvad der stod i venstre kolonne. Da du<br />

bare er gået frem og tilbage skriver man normalt straks: v.<br />

15 Bemærk, at det er hensigtsmæssigt at undlade at regne med afrundede decimalbrøker og at<br />

udskyde anvendelsen af lommeregneren indtil det endelige resultat kan udregnes ved én<br />

tastesekvens.<br />

56


Træningsopgaver:<br />

Tegn en lang række retvinklede trekanter (hvor den rette vinkel<br />

tegnes så præcist som muligt). Mål i hver af dem yderligere to<br />

størrelser og beregn derefter de manglende. Der bør indgå opgaver,<br />

hvor du kender<br />

en spids vinkel og den modstående katete<br />

en spids vinkel og den hosliggende katete<br />

en spids vinkel og hypotenusen<br />

en katete og hypotenusen<br />

Kontroller ved måling på din tegning, om du har regnet rigtigt.<br />

Definition: tan(A)<br />

tan(A) [læses: tangens til A], hvor A er en spids vinkel defineres som<br />

sin� A�<br />

tan �A�=<br />

cos�A�<br />

Sætning: tan(v) = mk / hk<br />

Når v er en spids vinkel i en retvinklet trekant, gælder<br />

tan �v�= mk<br />

hk<br />

Bevis<br />

Når v er en spids vinkel i en retvinklet trekant, gælder<br />

mk hyp⋅sin �v�<br />

=<br />

hk hyp⋅cos�v �<br />

mk<br />

hk<br />

mk<br />

hk<br />

hyp⋅sin �v� sin �v�<br />

= =<br />

hyp⋅cos�v� cos�v�<br />

= hyp⋅sin �v�<br />

hyp⋅cos�v�<br />

Typiske opgaver<br />

ifølge vore sætninger<br />

forkort med hyp<br />

sin �v�<br />

= =tan �v � iflg. definitionen<br />

cos�v �<br />

● Givet en retvinklet trekant hvor den modstående katete har længden 3 og den<br />

hosliggende har længden 5 beregnes de to spidse vinkler.<br />

Løsning<br />

(Skriv mål på skitsen):<br />

57


Da trekanten er retvinklet,<br />

benyttes sætningen:<br />

tan �v�= mk<br />

hk<br />

De oplyste tal indsættes:<br />

tan �v�= 3<br />

5 ⇔<br />

v=tan −1 � 3<br />

5 � ⇔<br />

v=30,96 ° =31,0 ° ⇔<br />

v = 31,0°<br />

Pythagoras sætning<br />

For enhver retvinklet trekant gælder:<br />

kvadratet på hypotenusen er lig med summen af kateternes kvadrater.<br />

Bemærkninger<br />

● Kvadratet på hypotenusen kan betyde:<br />

○ arealet af det kvadrat, der har hypotenusen som side<br />

○ eller arealets størrelse (dvs. et tal), der fås som længden af hypotenusen i<br />

anden<br />

● Kaldes længderne hyp, k1 og k2 fås: hyp 2 = k1 2 + k2 2<br />

● Ofte gengives sætningen (idet der som eksempel benyttes ΔABC) som c 2 = a 2 + b 2<br />

● Beviset for sætningen følger senere<br />

Typiske opgaver<br />

Når du kender 2 af siderne i en retvinklet trekant, kan du altid beregne den tredje ved<br />

indsættelse i ligningen herover. Ligninger af denne type har to løsninger, men der ses<br />

naturligvis bort fra den negative løsning; en sidelængde er et positivt tal.<br />

Eksempel: Hypotenusen i en retvinklet trekant har længden 5 og den ene katete længden<br />

3; beregn længden af den sidste katete.<br />

58


Løsning<br />

Bemærkninger<br />

(Skriv mål på skitsen):<br />

Da trekanten er retvinklet gælder<br />

Pythagoras sætning:<br />

hyp 2 = k1 2 + k2 2<br />

De oplyste størrelser indsættes:<br />

5 2 = 3 2 + k2 2 ⇔<br />

5 2 - 3 2 = 3 2 + k2 2 - 3 2 ⇔<br />

16 = k2 2 ⇔<br />

k2 = 4 (eller k2 = -4, hvilket ikke er<br />

muligt)<br />

k2 = 4<br />

Her er resultatet heltalligt – og er anført som et helt tal. Det normale er, at svaret er en<br />

decimalbrøk; hvis de oplyste værdier er hele tal eller tal anført med en decimal,<br />

angives svaret først uafrundet med 2 decimaler og derefter afrundet efter 5-reglen med<br />

1 decimal. Ellers anføres svaret med samme antal decimaler som i de oplyste størrelser.<br />

Længder i matematikopgaver oplyses ofte uden angivelse af enheder (som cm eller<br />

km); så skal svaret heller ikke angives med nogen enhed.<br />

Opgaver<br />

I en række retvinklede trekanter får du yderligere 2 oplysninger; find for dem<br />

alle de manglende sider, vinkler og arealet.<br />

Δ1: Hypotenusen har længden 10 og den ene katete har længden 6<br />

Δ2: Arealet er 12 og den ene katete har længden 8<br />

Δ3: Den ene spidse vinkel er 38° og den modstående katete har<br />

længden 40<br />

Δ4: De to kateter har hhv. længderne 5 og 12<br />

...<br />

Δ9: Den ene spidse vinkel er 30° og arealet er 42,37 (Kræver lidt<br />

fantasi!)<br />

59


Eksempel<br />

Ofte møder du en opgave med et eksempel fra "det virkelige liv". Den kunne være formuleret<br />

således:<br />

"Bestem solhøjden (dvs. vinklen mellem vandret plan og en sigtelinje til solen) når Peter,<br />

der måler 1,80 m kaster en 2,30 m lang skygge på jorden."<br />

Besvarelse<br />

Vi formulerer en matematisk model ved at indføre nogle<br />

forenklende antagelser:<br />

● Peter kan beskrives<br />

ved et<br />

lodret<br />

linjestykke<br />

med længden<br />

1,80,<br />

● hans skygge<br />

ved et vandret<br />

linjestykke.<br />

● De to<br />

linjestykker er benene i en ret vinkel med spids under<br />

Peters fødder.<br />

På tegningen herover er den matematiske model skitseret:<br />

Opgaven består i at finde vinklen β ; da de to kateter kendes i den retvinklede trekant,<br />

benyttes sætningen<br />

tan �v�= mk<br />

hk<br />

Heri indsættes de kendte størrelser:<br />

tan�beta�= 1,80<br />

2,30 ⇔<br />

beta=tan −1 � 1,80<br />

2,30 �=38,04° =38,0 °<br />

Dvs. at solhøjden β er 38,0°<br />

60


Egne geometriopgaver for par eller grupper I<br />

Alle gruppens medlemmer laver opgaver til hinanden vha. hjemmesiden pcp4.mimimi.dk/c/trigonometriRet<br />

På hjemmesiden trækker opgavestilleren punkterne A, B og C til en<br />

tilfældigt valgt position og udskriver siden i et passende antal<br />

eksemplarer.<br />

For de sider, der skal udleveres, skjuler du først algebravinduet:<br />

Menuen: Vis / Algebra vindue<br />

Til gengæld noterer opgavestilleren 2 af oplysningerne (om sider, højder<br />

eller vinkler eller arealer eller andre størrelser) fra sin egen kopi på de<br />

sider der udleveres til de andre. Benyt alle decimaler.<br />

Skriv spørgsmålstegn på tegningen for de størrelser, der ønskes beregnet.<br />

Beregninger foretages på løse ark. Svar skal gives med samme antal<br />

decimaler som de oplyste størrelser.<br />

For ikke at lave unøjagtige beregninger pga. afrunding af mellemfacit er det en god<br />

vane<br />

1. At udskyde brug af lommeregner indtil du kan finde det ønskede direkte<br />

uden at skulle genindtaste mellemfacitter.<br />

2. Hvis du skal bruge et tidligere beregnet resultat, bruger du ikke det<br />

nedskrevne resultat, men ét, du har gemt i lommeregnerens hukommelse.<br />

T er arealet, ∠ A = α, ∠ B = β.<br />

Du kan også selv lave dine egne opgaver: Tegn en tilfældigt valgt retvinklet trekant,<br />

mål 2 sider eller en vinkel og en side og beregn de manglende størrelser. Du<br />

kontrollerer svarene ved at måle på tegningen.<br />

61


Pythagoras og andre sætninger


Pythagoras<br />

Pythagoras fra den græske ø Samos levede i det 6. århundrede f.v.t. fra ca. 580 til ca.<br />

500. Han lægger som sagt navn til den sætning, vi tidligere har nævnt, og som det<br />

afbildede græske frimærke på den foregående side viser et eksempel på. Selve<br />

sætningen kan føres tilbage til babyloniske kilder, der er mindst 1000 år ældre end<br />

Pythagoras. Men hvem der er ophavsmand til det første bevis, står hen i det uvisse.<br />

Men nogle hundrede år senere kan vi finde 2 forskellige beviser for sætningen hos<br />

Euklid.<br />

Pythagoras lægger iøvrigt også navn til pythagoræiske talsæt: det vil sige 3 heltal, der<br />

svarer til sidelængderne i en retvinklet trekant. Et par eksempler er: {3; 4; 5} og<br />

{5; 12; 13}<br />

Nu vil vi bevise hans sætning med et af de mange beviser, der i tidens løb er<br />

fremkommet. Du kan finde en lang række andre beviser på<br />

http://www.cut-the-knot.org/pythagoras/index.shtml<br />

Det første, der nævnes der, er det ene af Euklids beviser for sætningen: nemlig I.47 fra<br />

Euklids første bog.<br />

De fleste af de øvrige sætninger i dette kapitel er direkte eller indirekte afledt af denne<br />

sætning.<br />

65


Pythagoras sætning<br />

For enhver retvinklet trekant gælder:<br />

kvadratet på hypotenusen er lig med summen af kateternes kvadrater. 16<br />

Bevis<br />

Hovedideen i beviset vises her; detaljer fremgår af den efterfølgende opgave:<br />

1. Vi har givet en<br />

vilkårlig retvinklet<br />

trekant (her kaldt<br />

ABC) med<br />

tilhørende<br />

kvadrater; c er<br />

hypotenusen og a<br />

og b er kateterne<br />

2. Vi betragter<br />

summen af<br />

kateternes<br />

kvadrater (svarende<br />

til arealet af den<br />

sammensatte blårøde<br />

figur)<br />

3. Vi fjerner et areal<br />

svarende til 2 gange<br />

trekantens areal<br />

(markeret med sort)<br />

- og lægger det<br />

samme til et andet<br />

sted (rød og blå<br />

trekant). Det<br />

samlede areal er<br />

uforandret.<br />

16 "Kvadratet på hypotenusen" kan opfattes: 1) som arealet af det kvadrat, der har samme<br />

sidelængde som hypotenusen eller 2) som tallet, der fortæller hvor stort kvadratets areal er<br />

(og det får man ved at gange hypotenusens længde med sig selv.) I det bevis der følger, vises<br />

sammenhængen for arealerne, men deraf følger sætningen (hvor der bruges tal):<br />

hypotenusen 2 = katete1 2 + katete2 2<br />

eller forkortet: hyp 2 = k1 2 + k2 2<br />

66


Den nye figur (til højre) er et kvadrat med samme side<br />

som hypotenusen; dermed er sætningen bevist.<br />

Opgave: Om frimærket fra kapitlets forside<br />

Vi måler længder på figurerne ved at sætte sidelængden på de helt små tern til<br />

1 (en). Den hvide trekant i midten er retvinklet.<br />

Hvor lang er hypotenusen?<br />

Svar:<br />

Hvad er hypotenusens kvadrat (som tal)?<br />

Svar:<br />

Hvad er den mindste katetes kvadrat?<br />

Svar:<br />

Hvad er den største katetes kvadrat?<br />

Svar:<br />

Hvad er måleenheden for arealerne?<br />

Svar:<br />

Passer Pythagoras sætning i dette tilfælde?<br />

Svar:<br />

Hvorfor?<br />

Svar:<br />

67


Opgave: Præciser argumentationen<br />

Der findes mange forskellige beviser for denne sætning. Her beviser vi den<br />

med geometriske argumenter; andre metoder benytter også algebraiske<br />

argumenter, det vil sige inddrager beregninger i argumentationen. Beviset<br />

gennemgås i et diasshow; det følger hovedideen som nævnt ovenfor, men er<br />

en mere detaljeret gennemgang. For at forstå beviset er det nødvendigt at<br />

besvare de spørgsmål, der kommer undervejs.<br />

Omvendt Pythagoras<br />

For enhver trekant gælder:<br />

at hvis kvadratet på en af siderne er lig med summen af de to andres kvadrater,<br />

så er det en retvinklet trekant.<br />

Eksempel<br />

Hent diasshowet: http://pc-p4.mimimi.dk/08/pythagoras/sakk.pps<br />

(fx. med Internet Explorer; højreklik og vælg 'fuld skærm'. Når<br />

du skal udskrive et dias, klik og udskriv normalt.<br />

Følg instruktionen på skærmen.<br />

Detaljen med at dreje trekanterne kan ses på hjemmesiden: http://pcp4.mimimi.dk/c/pythagorasBevis.html<br />

Bemærk, at ingen af begrundelserne har noget med den valgte<br />

trekant at gøre. Du kan faktisk ændre på størrelse og beliggenhed<br />

af ΔABC - og gentage alle argumenterne.<br />

Vi har en trekant med siderne 5, 12 og 13.<br />

Beregnes kvadraterne fås hhv. 25, 144 og 169.<br />

Det ses nemt, at 25 + 144 = 169 .<br />

Sætningen påstår så, at denne trekant er retvinklet.<br />

68


Opgave<br />

Bevis<br />

Det generelle bevis overlades til dig selv.<br />

Pythagoras i standardtrekanten<br />

Hvis v er en spids vinkel gælder<br />

cos 2 �v��sin 2 �v�=1<br />

Tegn en retvinklet trekant med kateter på 12 og 5 cm<br />

Beregn hypotenusens længde<br />

Begrund omhyggeligt, hvorfor din tegning har samme vinkler som<br />

trekanten i eksemplet med siderne 5, 12 og 13.<br />

Opgave<br />

De oplyste tal er de tre sidelængder i 5 trekanter: T, S, .... Sæt √ ud<br />

for de retvinklede.<br />

T: 16, 63, 65<br />

S: 12, 16, 20<br />

R: 20, 22, 29<br />

P: 97, 72, 65<br />

O: 65, 16, 63<br />

Hvis trekanten er retvinklet, har du et pythagoræisk talsæt.<br />

Bemærk betydningen af skrivemåden: cos 2 �v �=cos�v�⋅cos� v�<br />

Bevis<br />

Tegningen ved siden af er en tilfældig valgt<br />

standardtrekant.<br />

Kald den ene spidse vinkel v.<br />

Skriv sidernes længder på tegningen.<br />

Benyt Pythagoras sætning.<br />

69


Afstandsformlen<br />

Eksempel<br />

Opgaven er at beregne afstanden mellem P(-200;100) og Q(300;250) i det retvinklede<br />

koordinatsystem.<br />

Derfor dannes ΔPQR; R vælges med det ene punkts x-værdi og det andet punkts yværdi.<br />

Her har R koordinaterne (300;-100). PR er dermed parallel med x-aksen og QR<br />

med y-aksen. Trekanten er derfor retvinklet og Pythagoras sætning kan anvendes.<br />

Først beregnes længderne af kateterne:<br />

q = 300 - (-200) = 500 og<br />

p = 250 - (-100) =350<br />

Værdierne indsættes i:<br />

hyp 2 = k1 2 + k2 2 :<br />

hvorefter<br />

r 2 = 500 2 + 350 2 ⇔<br />

r 2 = 372500 ⇔<br />

r = 610,3 ⇔<br />

r = 610<br />

Det ses at, uanset om man beregner længden af kateten eller den tilsvarende negative<br />

70


værdi, vil værdien af afstanden være den samme når tallene er indsat i formlen.<br />

Generelt fås sætningen:<br />

Hvis P(x1;y1) og Q(x2;y2) er 2 punkter i et retvinklet koordinatsystem, kan afstanden<br />

mellem dem beregnes som<br />

∣PQ∣=�� x 2 −x 1 � 2 �� y 2 − y 1 � 2<br />

Sætningen kan nemt generaliseres; i det 3-dimensionale rum fås helt tilsvarende:<br />

∣PQ∣=�� x 2 −x 1 � 2 �� y 2 − y 1 � 2 �� z 2 −z 1 � 2<br />

Sinus og cosinus igen<br />

Vi har tidligere defineret sinus- og cosinusfunktionerne ved hjælp af<br />

standardtrekanter. Definitionerne var gældende for alle spidse vinkler.<br />

Der er herunder tegnet et koordinatsystem og en enhedscirkel. A ligger i (0 ; 0), B er et<br />

punkt på enhedscirklen (kaldet retningspunktet) og C er et punkt på x-aksen med<br />

samme x-værdi som B.<br />

Link til figur: http://pc-p4.mimimi.dk/c/udvidetsinusdefinition<br />

Først bemærkes, at cos(A) = |AC| og at sin(A) = |CB| ifølge vor hidtidige definition, så<br />

længe B ligger i 1. kvadrant. Det vil sige, at koordinaterne til B(xB;yB) = (cos(A) ; sin(A))<br />

sin(A) kunne derfor lige så godt være defineret som:<br />

sin(A) = yB , og tilsvarende for cos(A):<br />

cos(A) = xB .<br />

Hvis vi ændrer definitionen, får det ingen betydning for de hidtidige vinkler, men vi<br />

får nu mulighed for at finde sinus og cosinus til andre vinkler end hidtil. Ændringen af<br />

definitionen er en udvidelse; nu kan den anvendes på alle mulige vinkler: stumpe, rette,<br />

spidse osv.<br />

71


Definition af sinus og cosinus (ny)<br />

For en vilkårlig vinkel v vælges (0 ; 0) som vinkelspidsen. Det ene vinkelben er x-aksen,<br />

det andet er en linje drejet vinklen v mod uret fra x-aksen.<br />

For v > 0 er x-aksen vinklens højre ben, for v < 0 er x-aksen venstre ben.<br />

Principielt kan et hvilkensomhelst gradtal (blandt de reelle tal) anvendes.<br />

Der hvor det drejede ben skærer enhedscirklen findes retningspunktet B(xB;yB).<br />

Så defineres sin(A) = yB, og cos(A) = xB.<br />

Herunder findes en enhedscirkel med en række retningspunkter.<br />

Lav en tabel med overskrifterne: Navn, Positiv vinkel, Negativ vinkel,<br />

cos(v), sin(v). Ud over rækken med overskrifter skal der være 8 rækker:<br />

en for hvert punkt. Benyt vinkelmåler.<br />

Udfyld tabellen.<br />

Forklar: hvorfor har fx vinklerne 120° og -240° samme sinusværdi? er der<br />

flere vinkler med præcis denne sinusværdi? hvor mange?<br />

Tegn en række tilfældige trekanter og mål sider og vinkler så præcist som<br />

muligt (med lineal og vinkelmåler.)<br />

Kald den første trekant ABC.<br />

a<br />

Beregn brøkerne:<br />

sin � A� ;<br />

b<br />

sin � B� ;<br />

c<br />

sin�C �<br />

Beregn de tilsvarende brøker for dine andre trekanter.<br />

Kan du se et mønster?<br />

Sammenlign dine beregninger med din sidemands beregninger.<br />

Kan I formulere en regel? (En sætning.)<br />

Hvis JA: skriv den herunder:<br />

72


Sinusrelationerne<br />

I en vilkårlig ΔABC gælder:<br />

a b c<br />

= =<br />

sin � A� sin �B� sin �C �<br />

Bevis<br />

En vilkårlig ΔABC opdeles af en højde h i 2 retvinklede trekanter. I den brune<br />

retvinklede ΔACH er hypotenusen b; i forhold til vinkel A er h den modstående katete.<br />

Derfor gælder:<br />

h=b⋅sin� A�<br />

Tilsvarende fås for den guleΔBCH, at hypotenusen er a og i forhold til vinkel B er h<br />

igen den modstående katete. Derfor fås:<br />

h=a⋅sin � B�<br />

Da h er den samme i begge ligninger fås:<br />

b⋅sin � A�=a⋅sin � B� Divider begge sider med sin� A�⋅sin � B�.<br />

b⋅sin� A� a⋅sin �B�<br />

= ⇔ Forkort venstre side med sin � A�,<br />

sin � A�⋅sin � B� sin � A�⋅sin � B�<br />

b a<br />

=<br />

sin � B� sin � A�<br />

forkort højre side med sin � B�.<br />

På nøjagtig samme måde kan det vises ved at dele trekanten med højden fra B, at<br />

c a<br />

=<br />

sin �C � sin �A�<br />

Derfor er alle tre brøker lige store:<br />

a b c<br />

= =<br />

sin � A� sin � B� sin �C �<br />

hvilket skulle vises.<br />

73


I beviset ovenover har vi forudsat, at ΔABC kunne opdeles i to retvinklede trekanter.<br />

Det er ikke altid tilfældet - se figuren her.<br />

Men bevis så, at også her gælder:<br />

h=b⋅sin �A�<br />

Noter: hvor er den retvinklede<br />

trekant, hvor A er en spids<br />

vinkel og b er hypotenusen?<br />

h=a⋅sin �B�<br />

Bemærk, at sin(B) = sin(180°-B)<br />

Derfor er det uden betydning, om<br />

højden falder indenfor eller udenfor<br />

trekanten.<br />

Typiske opgaver<br />

For at anvende sinusrelationerne skal du kende en af brøkerne, dvs. både tæller og<br />

nævner. Sagt på en anden måde: du skal kende både en<br />

vinkel og den tilsvarende modstående side. Så skal du<br />

yderligere kende en side eller en vinkel mere.<br />

Er den 3. oplysning en vinkel, kan du nemt beregne den<br />

sidste vinkel og indsætte de kendte tal i formlen: der er<br />

altid præcist et svar for de manglende størrelser.<br />

Er den tredje oplysning en sidelængde, kan der opstå 3<br />

situationer: der er 1 løsning, 2 løsninger eller 0 løsninger. 17<br />

Hvordan kan det gå til? Se på figuren ovenover: her er vinkel A givet, c er givet og a<br />

er givet. De 2 første størrelser er vist på figuren. Forestil dig nu, at a er meget lille!<br />

hvad sker der så? eller a er meget stor! hvad sker der så? og endelig, at a har en<br />

mellemstørrelse.<br />

Find svarene ved at tegne cirkler på figuren.<br />

17 Når der skal findes vinkler, kan du skrive sinusrelationerne:<br />

sin �A�<br />

a<br />

� B� sin �C �<br />

=sin =<br />

b c<br />

Hvorfor er det også rigtigt? Hvorfor er det praktisk?<br />

74


Eksempel<br />

I ΔABC er ∠A= 75°; a = 5 og c = 4. Beregn manglende sider og vinkler.<br />

Svar<br />

Sinusrelationerne gælder i enhver trekant, derfor gælder:<br />

a c<br />

=<br />

sin� A� sin�C �<br />

Ved indsætning fås:<br />

eller<br />

sin �75� sin�C �<br />

=<br />

5 4 ⇔<br />

sin �C �=<br />

4⋅sin �75�<br />

5<br />

C=sin −1 � 4⋅sin�75�<br />

5<br />

∠ C = 50,60°<br />

= 50,6°<br />

18<br />

⇔<br />

�<br />

sin � A� �C �<br />

=sin<br />

a c<br />

Derefter kan ∠B beregnes med reglen om vinkelsummen i en trekant;<br />

∠Β<br />

= 180°<br />

− 50,6°<br />

− 75° = 54,4°<br />

Den sidste side fås ved at anvende sinusrelationerne igen:<br />

a b<br />

=<br />

sin � A� sin� B �<br />

Ved indsætning fås:<br />

5<br />

sin�75� =<br />

b<br />

sin �54,4� ⇔<br />

5⋅sin�54,4�<br />

sin �75� =b<br />

b = 4,20 = 4,2<br />

18 Sinus-ligningen har normalt to løsninger mellem 0° og 180°; hvis v er løsning er 180°-v også<br />

en løsning. Dog skal det også gælde, at overfor den største side ligger den største vinkel.<br />

Men da a > c og ∠A= 75° < 180 – 50,6° = 129,4°, kan ∠C ikke være 129,4°. I tilfældet her er der<br />

kun én løsning. Det kan også nemt indses ved at konstruere trekanten.<br />

75


Trekantsberegninger med sinusrelationer 19<br />

Trekantens areal<br />

Arealet T for en vilkårlig trekant ABC kan beregnes som<br />

T = 1<br />

1<br />

1<br />

bc⋅sin� A�= a c⋅sin � B�= a b⋅sin�C �<br />

2 2 2<br />

Bevis<br />

I beviset for sinusrelationerne viste vi, at<br />

h c =b⋅sin � A�=a⋅sin� B �<br />

Vælges c som grundlinje og hc som højde gælder:<br />

T = 1 1<br />

h g=<br />

2 2<br />

I ΔABC er ∠B= 68° og ∠C = 59°; c = 5. Beregn de manglende sider og<br />

vinkler.<br />

I ΔABC er ∠Β= 68° og b = 8 og c = 10. Beregn de manglende sider og<br />

vinkler.<br />

Tegn en vilkårlig trekant og mål 3 af størrelserne – heraf 1 eller 2 sider og<br />

mindst en vinkel overfor en kendt side. Beregn de manglende størrelser.<br />

Kontroller, at de beregnede mål stemmer overens med tegningen.<br />

1<br />

b⋅sin �A�⋅c= b c⋅sin � A�<br />

2<br />

T = 1<br />

1<br />

h g =1 a⋅sin �B�⋅c= a c⋅sin �B�<br />

2 2 2<br />

Den tredje sætning fås tilsvarende ved at benytte en af de andre højder.<br />

Cosinusrelationerne<br />

I en vilkårlig trekant gælder det, at<br />

a 2 =b 2 �c 2 −2⋅b⋅c⋅cos� A�<br />

b 2 =a 2 �c 2 −2⋅a⋅c⋅cos� B�<br />

c 2 =a 2 �b 2 −2⋅a⋅b⋅cos�C �<br />

og<br />

Huskeregel: Sætningen kaldes også "udvidet Pythagoras". Den ligner den alm.<br />

sætning, men der er til sidst et "rettelsesled" med alle 3 bogstaver. Vinklen skal svare til<br />

siden på venstresiden af ligninen.<br />

19 Lav nøjagtige tegninger, hvor mål kan kontrolleres.<br />

76


Bevis 20<br />

1.1 c=z�w<br />

1.2 c 2 = z 2 �w 2 �2⋅z⋅w<br />

1.3 z=b⋅cos� A�<br />

1.4 h 2 =b 2 −z 2<br />

1.5<br />

og h 2 =a 2 −w 2<br />

a 2 −w 2 =b 2 −z 2 ⇔<br />

a 2 =b 2 −z 2 �w 2 ⇔<br />

a 2 =b 2 �c 2 −z 2 �w 2 −c 2<br />

1.6<br />

a 2 =b 2 �c 2 −z 2 �w 2 −z 2 −w 2 −2⋅w⋅z ⇔<br />

a 2 =b 2 �c 2 −2⋅z 2 −2⋅w⋅z ⇔<br />

a 2 =b 2 �c 2 −2⋅z� z�w �<br />

1.7 a2 =b 2 �c 2 −2⋅b⋅cos� A�⋅c ⇔<br />

a 2 =b 2 �c 2 −2⋅b⋅c⋅cos� A�<br />

c deles ad H i linjestykkerne z og w<br />

fås af 1.1<br />

som fås af sætningen om den<br />

hosliggende katete anvendt på den<br />

venstre (blå) retvinklede trekant<br />

som fås af Pythagoras sætning<br />

anvendt på den blå og den røde<br />

trekant<br />

som følger af 1.4<br />

som følger af 1.5 idet 1.2 benyttes<br />

som følger af 1.1 og 1.3<br />

20 Det forudsættes stiltiende, at c kan deles i to linjestykker af punktet H (som er fodpunktet for<br />

højden.) Selvom det ikke er tilfældet kan sætningen også bevises, men det gøres ikke her.<br />

77<br />

QED


Gennemfør nu beviset i det tilfælde, at H ligger på linjestykket AB's<br />

forlængelse.<br />

Er sætningen også rigtig, hvis A (eller B) og H falder sammen?<br />

Hvad ville en af sætningerne hedde i trekant TUV?<br />

Cosinusrelationerne anvendes typisk til<br />

● at finde den tredje side når du kender den modstående vinkel og de to andre sider<br />

● at finde vinkler i en trekant med tre kendte sider<br />

Find vinklerne i en trekant med siderne 4,2; 6,0 og 5,8.<br />

Find den tredje side i en trekant, hvor den modstående vinkel er 116° og<br />

de to kendte sider har længderne 31 og 45.<br />

Renskriv den fulde løsning til den sidste opgave herunder.<br />

78


Egne geometriopgaver for par eller grupper II<br />

Alle gruppens medlemmer laver opgaver til hinanden vha. hjemmesiden pcp4.mimimi.dk/c/trekantsmaal<br />

På hjemmesiden trækker opgavestilleren punkterne A, B og C til en<br />

tilfældigt valgt position og udskriver siden i et passende antal<br />

eksemplarer.<br />

For de sider, der skal udleveres, skjuler du først algebravinduet:<br />

Menuen: Vis / Algebra vindue<br />

Til gengæld noterer opgavestilleren 3 af oplysningerne (om sider, højder<br />

eller vinkler eller arealer eller andre størrelser) fra sin egen kopi på de<br />

sider der udleveres til de andre. Benyt alle decimaler.<br />

Skriv spørgsmålstegn på tegningen for de størrelser, der ønskes beregnet.<br />

Beregninger foretages på løse ark. Svar skal gives med samme antal<br />

decimaler som de oplyste størrelser.<br />

For ikke at lave unøjagtige beregninger pgra. afrunding af mellemfacit er det en god<br />

vane<br />

1. At udskyde brug af lommeregner indtil du kan finde det ønskede direkte<br />

uden at skulle genindtaste mellemfacitter.<br />

2. Hvis du skal bruge et tidligere beregnet resultat, bruger du ikke det<br />

nedskrevne resultat, men ét, du har gemt i lommeregnerens hukommelse.<br />

T er arealet, ∠ A = α, ∠ B = β og ∠ C = γ. δ = ½ β.<br />

79


Litteratur<br />

Bjørn Grøn: Fra græsk geometri til moderne algebra ()<br />

Jessen, Møller og Mørk: Matematik - tanke, sprog og redskab,(hhv. HFfællesfag<br />

og HF-tilvalg), Gyldendal, 1991 og 1992<br />

D. E. Joyce: Euclid, Clark University<br />

http://aleph0.clarku.edu/~djoyce/java/elements/Euclid.html<br />

Eli Maor: Trigonometric Delights,Princeton University Press<br />

http://press.princeton.edu/books/maor/sidebar_b.pdf (om Plimpton 322,<br />

vinkelmåling og tabeller...)<br />

Georg Mohr: Euclides Danicus, Amsterdam 1672<br />

(se http://da.wikipedia.org)<br />

http://www.geomat.dk/landmaaling/kildetekster/pdf/ Triangulering.pdf<br />

http://mathforum.org/isaac/problems/pi2.html<br />

(Om jagten på π)<br />

http://en.wikipedia.org/wiki/Flat_Earth<br />

http://www.geomat.dk/landmaaling/kildetekster/pdf/Triangulering.pdf<br />

(Især om Det Kongelige Videnskabernes Selskab´s opmåling fra 1760érne og de næste<br />

mange år ved Bugge).<br />

http://www-istp.gsfc.nasa.gov/stargaze/Shipprc2.htm<br />

(Om afstanden til månen)<br />

81


Stikordsregister<br />

Afstand til sol og måne I.........................................................................................................39<br />

Afstand til sol og måne II ......................................................................................................40<br />

Afstand til sol og måne II (Aristarchos)................................................................................40<br />

Afstanden til månen................................................................................................................41<br />

Afstandsformlen......................................................................................................................70<br />

Aksiomerne..............................................................................................................................33<br />

almindelige begreber...............................................................................................................33<br />

Aristarchos...............................................................................................................................40<br />

basislinjen.................................................................................................................................48<br />

Baggrundsviden.......................................................................................................................26<br />

begyndelsespunkt....................................................................................................................51<br />

Bevis..........................................................................................................................................73<br />

Beviser.......................................................................................................................................26<br />

beviset.......................................................................................................................................26<br />

Bugge........................................................................................................................................48<br />

Bugge, Thomas.........................................................................................................................48<br />

cirkel..........................................................................................................................................17<br />

cirkelperiferien...................................................................................................................17, 51<br />

cirklens centrum......................................................................................................................17<br />

cos..............................................................................................................................................52<br />

cosinus.................................................................................................................................52, 71<br />

Cosinusrelationerne................................................................................................................76<br />

Cosinusrelationerne: ..............................................................................................................47<br />

D. E. Joyce.................................................................................................................................34<br />

Definitioner..............................................................................................................................26<br />

Det Kongelige Videnskabernes Selskab´s opmåling...........................................................81<br />

Eksempel..................................................................................................................................27<br />

Elementerne.............................................................................................................................12<br />

enhedscirkel.............................................................................................................................51<br />

ensvinklede..............................................................................................................................24<br />

Erasmus Montanus..................................................................................................................37<br />

Eratosthenes.............................................................................................................................38<br />

Euclides Danicus......................................................................................................................20<br />

Euklid..................................................................................................................................12, 31<br />

falsificeret.................................................................................................................................26<br />

Firkanter...................................................................................................................................19<br />

første-aksen..............................................................................................................................51<br />

Geodætisk Institut...................................................................................................................49<br />

82


geometri....................................................................................................................................11<br />

Georg Mohr..............................................................................................................................20<br />

grader........................................................................................................................................14<br />

Grøn..........................................................................................................................................81<br />

Grøn, Bjørn...............................................................................................................................81<br />

H. Menge..................................................................................................................................34<br />

Holberg.....................................................................................................................................37<br />

hosliggende katete...................................................................................................................51<br />

hypotenusen.............................................................................................................................51<br />

højd............................................................................................................................................15<br />

højder........................................................................................................................................15<br />

højre vinkelben........................................................................................................................14<br />

J. L. Heiberg..............................................................................................................................34<br />

Johannes Mejer.........................................................................................................................48<br />

Jordens omkreds......................................................................................................................38<br />

kateterne...................................................................................................................................51<br />

Konstruktioner.........................................................................................................................20<br />

koordinatsystem......................................................................................................................51<br />

Korttegning..............................................................................................................................47<br />

kryptologi.................................................................................................................................11<br />

kvadrant....................................................................................................................................51<br />

kvadrat......................................................................................................................................19<br />

ligebenede.................................................................................................................................16<br />

ligedannede..............................................................................................................................25<br />

Ligesidede................................................................................................................................16<br />

længde.......................................................................................................................................13<br />

Maor..........................................................................................................................................81<br />

Maor, Eli...................................................................................................................................81<br />

matematisk model, besvarelse...............................................................................................60<br />

medianer...................................................................................................................................15<br />

midtnormaler...........................................................................................................................16<br />

Model for skriftlige besvarelser.............................................................................................28<br />

modstående katete...................................................................................................................51<br />

Målebordsblade.......................................................................................................................49<br />

oversigt.....................................................................................................................................47<br />

oversigt, trekantsberegninger................................................................................................47<br />

Oversigter.................................................................................................................................27<br />

Parallelle linjer.........................................................................................................................19<br />

parallelle linjer.........................................................................................................................19<br />

plan............................................................................................................................................13<br />

polygon.....................................................................................................................................47<br />

83


postulater..................................................................................................................................33<br />

proportionale sider..................................................................................................................24<br />

Ptolemæus................................................................................................................................48<br />

Pythagoras....................................................................................................................12, 65, 68<br />

Pythagoras og andre sætninger.............................................................................................63<br />

Pythagoras sætning...........................................................................................................58, 66<br />

Pythagoras sætning, bevis......................................................................................................66<br />

Pythagoras, omvendt..............................................................................................................68<br />

radianer.....................................................................................................................................14<br />

radius........................................................................................................................................17<br />

rektangel...................................................................................................................................19<br />

rette............................................................................................................................................14<br />

retvinklede................................................................................................................................16<br />

rombe........................................................................................................................................19<br />

sin..............................................................................................................................................52<br />

Sinus..........................................................................................................................................71<br />

sinus..........................................................................................................................................52<br />

Sinusrelationerne.....................................................................................................................73<br />

skalafaktor................................................................................................................................24<br />

spidse vinkler...........................................................................................................................14<br />

spidsvinklede...........................................................................................................................16<br />

standardtrekant.......................................................................................................................51<br />

Standardtrekanter....................................................................................................................51<br />

stumpe......................................................................................................................................14<br />

stumpvinklede.........................................................................................................................16<br />

Sætninger..................................................................................................................................26<br />

tan..............................................................................................................................................57<br />

tangens......................................................................................................................................57<br />

Thyra Eibe................................................................................................................................34<br />

trapez........................................................................................................................................19<br />

trekantens hjørner....................................................................................................................13<br />

trekantens sider........................................................................................................................13<br />

trekant.......................................................................................................................................13<br />

Trekantens areal.......................................................................................................................76<br />

Triangulering...........................................................................................................................48<br />

Trigonometri......................................................................................................................45, 47<br />

venstre ben...............................................................................................................................14<br />

Verdensbilledet og Astronomiske beregninger...................................................................37<br />

vinkel.........................................................................................................................................14<br />

vinkelhalveringslinjer.............................................................................................................15<br />

vinkelspidsen...........................................................................................................................14<br />

84


vinkelspidser............................................................................................................................13<br />

vinklens ben.............................................................................................................................14<br />

x-aksen......................................................................................................................................51<br />

...................................................................................................................................................69<br />

.............................................................................................................................................40, 44<br />

π.................................................................................................................................................11<br />

85

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!