Geometri - Links
Geometri - Links
Geometri - Links
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