poniedziałek, 5 stycznia 2026

Matematyka jest fajna - magia okręgu i koła - czyli kto wszystkie tajemnice odkryć i zbadać zdoła (6)



Ciekawy jestem ilu uczniów zastanawia się nad tym, aby sprawdzić o co chodzi we wzorze na pole koła. Skąd się tak naprawdę bierze i jakie są relacje między nim a wielokątami foremnymi, a w szczególności kwadratem, sześciokątem, dwunasto i szesnastokątem.


Dla tych, którzy chcą mieć dobre wprowadzenie do tematu, polecam przypomnieć sobie to, co omawialiśmy w poniższych artykułach (szczególnie tym drugim). Poniżej linki do nich.

1) To jest dobra matematyka - czyli o nauce i sposobach jakie stosować wolno, trzeba a nawet należy (2)


2) Jak powstaje koło z kwadratu - czyli jak wygląda wnioskowanie na prostych koncepcjach


Doszliśmy wtedy do wniosku, że im bardziej zwiekszamy liczbę boków (kątów) w wielokącie foremnym wpisanym w okręgu (koło), tym mniej wolnego miejsca pozostaje między kołem a danym wielokatem. Badaliśmy wtedy kąty wewnętrzne wielokątów foremnych, aby zobaczyć jak szybko będą się zbliżać do miary kąta 180 stopni, którego nigdy nie mogą osiągnąć, ale będą się w nieskończoność do niego zbliżać.

Przy okazji można dodać, że dla praktycznych zastosowań, jeśli koło jest jest bardzo duże, wówczas 32-kąt foremny bardzo mocno je przypomina, zwłaszcza bez wyraźnie zaznaczonych wierzchołków. Podkreślmy, że wówczas kąt wewnętrzny wynosi 168,75 stopni, co sprawia, że dość trudno jest natychmiast odróżnić taki wielokąt od okręgu lub jeszcze lepiej - koła.

Jeśli ktoś chce coś więcej poczytać na temat czworokątów wpisanych w okrąg, to poświęciłem temu zagadnieniu serię 5 artykułów pod tytułem "Matematyka jest fajna - magia okręgu i koła - czyli kto wszystkie tajemnice odkryć i zbadać zdoła". Polecam szybko zerknąć na ostatni odcinek, zwłaszcza to jak obliczamy pole koła. Link poniżej.

3) Matematyka jest fajna - magia okręgu i koła - czyli kto wszystkie tajemnice odkryć i zbadać zdoła (5)


Tyle tytułem przypomnienia. Dziś chciałbym żebyśmy połączyli kilka koncepcji, tak aby udowodnić, że nawet tematy stosunkowo trudne, można zrealizować w sposób ciekawy, zrozumiały a przede wszystkim oparty na doświadczeniu i praktycznych przykładach.

Od razu podkreślam, że to co zaproponuję w tym artykule może być zrealizowane na kilku zajęciach. Wszystko zależy od tego czym konkretnie chcemy się zająć, kim są nasi odbiorcy, jakie mają doświadczenie, zapał do pracy połączony z poziomem ciekawości czy też dostępności czasu i energii.

Wyjaśnimy na praktycznych przykładach czym tak naprawdę jest wzór na pole koła. Wierzę, że jest to jedna z propozycji, która nie jest w ogóle spotykana w edukacyjnej praktyce. Dlaczego? Ponieważ nigdy wcześniej o niej nie słyszałem, a dodatkowo będę posiłkował się koncepcją, którą zaprezentował jeden z matematycznych edukatorów - Beau Janzen. Polecam serdecznie przejrzeć jego rewelacyjne filmiki w najbardziej popularnych social mediach (ja akurat odnalazłem je jako rolki na Facebooku).


Jakie koncepcje połączymy tym razem? Wymienię je pokrótce i wyjaśnię w jaki sposób się ze sobą łączą.

1) Pole i obwód: wielokąty oraz koło i okręg.

2) Wielokąty foremne: najważniejsze własności, pole oraz przekątne.

3) Trójkąty równoboczne, równoramienne, kwadraty i sześciokąt foremny.

4) Podział figury na inne wielokąty.

5) Rozcinanie i układanie (nowych) figur.

6) Pomiar i błąd: szacowanie, porównywanie i proste obliczenia.

7) Proporcje oraz procenty: szacowanie, porównywanie i proste obliczenia.

8) Figury wpisane w okrąg i opisane na okręgu.

9) Liczba Pi: czym jest i skąd się bierze jej nieskończone rozwinięcie dziesiętne.

10) Pole koła w stosunku do pól wielokątów foremnych: praktyczne podejście.


Podkreślam wyraźnie, że każdy z powyższych elementów (koncepcji) występuje w różnym zakresie. Jeśli nie chcemy realizować kilku długich zajęć, to trzeba zaznaczyć, że przynajmniej część z nich uczniowie powinni znać chociażby w podstawowym zakresie. Myślę, że na bazie tylko tego artykułu i powyższych zagadnień można spokojnie zrealizować 8-10 zajęć lekcyjnych (po 45 lub 60 minut). Wszystko zależy od kreatywności nauczyciela oraz dostępnych zasobów.

Głównym wątkiem tej inspiracji matematycznej jest zrozumienie tego czym jest wzór na pole koła. Będziemy to realizowali na przykładach praktycznych. Dodam, że można takie zajęcia przeprowadzić z uczniami w wieku 10-14 lat, dostosowując je do możliwości i poziomu wiedzy danej grupy uczniów.

Mamy 8 rodzajów wielokątów foremnych wpisanych w okrąg (3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, i 16-kąt). Z kolei okrąg jest dodatkowo wpisany w kwadrat. Pozornie wydaje się to niezrozumiałe, ale za chwilę wszystko się wyjaśni. Dodam, że nad tą koncepcją pracowałem naprawdę długo, ale wierzę, że dobre jej zrozumienie oraz przeprowadzenie zajęć praktycznych na jej podstawie może sprawić, że dzieci zaczną zupełnie inaczej postrzegać figury geometryczne w kontekście holistycznym.


Podzieliłem wszystko na trzy części. Mam nadzieję, że to zdecydowanie ułatwi objęcie całości, bo naprawdę jest tego sporo. Zaczynajmy!


CZĘŚĆ PIERWSZA (30-60 minut)

1. Jak się ma pole kwadratu do pola koła?

2. Jakie są relacje pola wielokątów foremnych wpisanych w koło?

3. Czy pola wielokątów wpisanych w koło można odnieść do pola (pełnego) kwadratu?

4. Jak rozcinać i układać wielokąty, aby mierzyć ich pola w stosunku do pola kwadratu?

5. Praca na czworokącie i sześciokącie (rozcinanie i układanie kwadratów).

6. Proste obliczenia i porównywanie pól obu figur (dokładne i szacunkowe).


Pole naszego (głównego) kwadratu składa się z czterech mniejszych kwadratów. Bok małego kwadratu to R, zaś głównego kwadratu to 2R. Teraz powinno być wyraźnie widoczne, że pole całego kwadratu to 4R^2 (dzieci muszą to zrozumieć, najlepiej rozcinając duży kwadrat na 4 mniejsze).


Każdy wielokąt foremny wpisany w koło ma zawsze mniejsze pole niż pole koła. Przy tym im więcej boków (kątów) ma dany wielokąt, tym mniejsza jest różnica pól między nimi. Można to uzasadnić poprzez prosty wniosek, bazujący na tym, że pomiędzy wielokątem a kołem są puste przestrzenie, które sprawiają, że wielokątowi foremnego zawsze ich brakuje, aby mógł mieć dokładnie takie samo pole jak ma koło. Na nieco wyższym poziomie można wycinać i układać owe wielokąty, tak aby tworzyć z nich pełne małe kwadraty. Na najwyższym poziomie oczywiście posługujemy się formalnymi (dokładnymi) obliczeniami wielokątów wpisanych w koło. Warto podkreślić, że jeśli nie mamy zbyt dużo czasu, to można wykorzystać do tego albo aplikacje albo wcześniej przygotowany arkusz kalkulacyjny w którym podajemy promień okręgu oraz liczbę kątów danego wielokąta i widzimy jakie ma pole.


Najlepiej jest zaczynać pracę na wpisanym czworokącie i sześciokącie, bo w przypadku czworokąta natychmiast można je złożyć w dwa małe kwadraty. Jeśli chodzi o sześciokąt foremny, to warto pamiętać, że możemy go tak rozcinać, aby wypełnić dokładnie dwa małe kwadraty, a potem dokładać pozostałe części do kolejnego kwadratu. Koniecznie należy w tym miejscu dobrze omówić i przypomnieć własności trójkąta równobocznego, bo dzięki temu można idealnie ułożyć dwa kwadraty, bazując na długości boku trójkąta i tym, że wysokość przecina go zawsze w połowie. Przy czym dobrze jest dać możliwość dzieciom rysowania linii pomocniczych, aby potem mogły wycinać i przenosić każdy (rozcięty) kawałek na matrycę dużego kwadratu podzielonego na cztery mniejsze.


Tak jak wspomniałem wyżej możemy w tym miejscu zrobić proste obliczenia i porównywanie pól obu figur w stosunku do kwadratu. Dzięki temu mamy uniwersalną jednostkę, która brzmi śmiesznie, ale jest moim zdaniem przełomem. Można je nazwać ją jako "małe kwadraty kwadratowe". Jeśli nie ma czasu lub możliwości na obliczenia, to można podkreślić, że w przypadku czworokąta mamy pole, które idealnie pokrywa dwa małe kwadraty, zaś w przypadku sześciokąta widać, że jest to pole wielkości 2,5 małych kwadratów. Nie wiemy dokładnie o ile więcej, ale na oko widać, że na pewno nie mniej niż 2 pełne kwadraty i połowa kolejnego. Na tym etapie to w pełni powinno wystarczyć, zwłaszcza jeśli realizujemy zajęcia z uczniami 4 czy 5 klasy.





CZĘŚĆ DRUGA (45-90 minut)

1. Dwunastokąt foremny oraz jego właściwości.

2. Rysowanie przekątnych tworzących trójkąty równoramienne.

3. Rysowanie trójkątów równobocznych na bokach dwunastokąta.

4. Łączenie każdego wierzchołka trójkąta równobocznego ze środkiem koła.

5. Kolorowanie trójkątów równobocznych i równoramiennych.

6. Rozcinanie trzech rakiet z ćwiartki koła.

7. Układanie rakiet jako dopełnienie trzech ćwiartek kwadratu.

8. Określanie wzoru na bazie praktycznego ćwiczenia.

9. Zapisanie wzoru końcowego na pole dwunastokąta foremnego.

10. Odszyfrowanie pola koła w stosunku do pola dwunastokąta foremnego.


Tutaj krótko omawiamy to czym jest dwunastokąt foremny oraz jakie są jego właściwości. Tradycyjnie jeśli mamy więcej czasu, to możemy dać dzieciom możliwość tworzenia wszystkiego od zera. Jeśli jednak chcemy nieco przyspieszyć i ułatwić pracę, wówczas możemy mieć przygotowane wielokąty, tak aby uczniowie mogli mieć już fundamenty na których mogą pracować.



Możemy mieć slajdy na wyświetlane ekranie lub prosty i duży rysunek tablicy, tak aby wszyscy uczniowie widzieli i rozumieli co mają zrobić na danym etapie. Tymi etapami są punkty od 2 do 5. Następnie rozcinamy trzy rakiety, tak aby w kolejnej fazie dopełnić je do trzech ćwiartek kwadratu.









Dalej mamy już określanie i zapisanie wzoru na pole dwunastokąta foremnego na bazie praktycznego ćwiczenia. I teraz następuje moment w którym możemy wyjaśnić na czym polega różnica między polem figury, którą ułożyliśmy a polem koła. Najprościej mówiąc, jeśli przypomnimy sobie, że pole koła to "Pi razy R kwadrat", to wiemy już, że wartość Pi w przybliżeniu to 3,14 a nasz dwunastokąt foremny ma pole "3 razy R kwadrat". Przekładając z polskiego na nasz: pole koła to 314 kratek, a dwunastokąta foremnego dokładnie 300.

Co to w praktyce oznacza? To, że jeśli podzielimy pole naszego wielokąta (300) przez powyższe (przybliżone) pole koła (314), to otrzymamy w przybliżeniu wynik 0,955. No dobrze, ale czym jest ów wynik? Pokazuje on proporcję pól obu figur, którą teraz zamieniamy na procenty. Daje to oczywiście 95,5%. A jak interpretować tę informację?

Otóż, aby z pola dwunastokąta foremnego otrzymać pole koła (czyli oba mają być identyczne) to musimy do pola naszego wielokąta foremnego dodać 4,5% pola koła. Inaczej mówiąc jeśli pole koła to 314 kwadracików, to 4,5% z tej liczby da nam wartość (odrobinę większą niż) 14 kratek. Tyle właśnie musielibyśmy (kratek) musielibyśmy dorysować do pierwotnych 300 zamalowanych kwadracików, żeby pole dwunastokąta foremnego dokładnie pokryło się z polem koła.

I teraz, aby dzieci mogły jeszcze lepiej to zrozumieć, to bierzemy jednostkowy (niezamalowany) kwadrat mający 100 kratek (tak ten o wielkości 10x10 kratek, czy jak kto woli 5cm x 5cm) i zamalowujemy 14 ze stu takich kratek. Ta zakolorowana różnica pokazuje ile kratek brakuje nam do naszego wielokąta foremnego (4,5% z 314), aby otrzymać pole koła (czyli dokładnie tak, aby oba się pokryły ze sobą).




Jeśli natomiast chcemy położyć nacisk na szacowanie, proporcje i procenty (to szczególnie z uczniami z wyższym poziomem lub bardziej ambitnymi), to wówczas dzielimy pole danego wielokąta foremnego przez pole koła. W takim wypadku będziemy mieli konkretną wartość stanowiącą to jaką częścią koła jest badany wielokąt foremny. I tak dla wybranych przykładów:

1) kwadrat ma dokładnie dwie jednostki kwadratowe (2,00 a jednostka oczywiście to R^2: to równowartość 200 kratek), więc po podzieleniu tej wartości przez przybliżoną wartość Pi jako 3,14 (R^2) otrzymamy w przybliżeniu wartość 0,637. Po jej zaokrągleniu i zamianie na procenty wychodzi 63,7%. Zatem do pola koła brakuje naszemu wielokątowi foremnemu 36,3%

2) sześciokąt ma w niewielkim przybliżeniu 2,6 jednostek kwadratowych (lub 260 kwadracików), więc po podzieleniu tej wartości przez przybliżoną wartość Pi jako 3,14 (R^2) otrzymamy w przybliżeniu wartość 0,828. Po jej zaokrągleniu i zamianie na procenty wychodzi 82,8%. Zatem do pola koła brakuje naszemu wielokątowi foremnemu nieco około 17,2%

3) dwunastokąt ma dokładnie 3 jednostki kwadratowe (lub 300 kwadracików), więc po podzieleniu tej wartości przez przybliżoną wartość Pi jako 3,14 (R^2) otrzymamy w przybliżeniu wartość 0,955. Po jej zaokrągleniu i zamianie na procenty wychodzi 95,5%. Zatem do pola koła brakuje naszemu wielokątowi foremnemu niewiele ponad 4 procenty: dokładnie 4,5%

4) szesnastokąt ma w niewielkim przybliżeniu 3,06 jednostek kwadratowych (lub też 306 kwadracików), więc po podzieleniu tej wartości przez przybliżoną wartość Pi jako 3,14 (R^2) otrzymamy w przybliżeniu wartość 0,974. Po jej zaokrągleniu i zamianie na procenty wychodzi 97,4%. Zatem do pola koła brakuje naszemu wielokątowi niecałe trzy procent: dokładnie 2,6%

W powyższym wypadku widzimy, że dla wpisanego w okrąg kwadratu i dwunastokąta foremnego, nie potrzebujemy żadnych wzorów na obliczenie ich pola. W przypadku sześciokąta foremnego przy dokładnym jego ułożeniu na jednostkowych kwadratach, powinno być wyraźnie widać, że jest to wartość niewiele większa niż 2,5 (lub też nieco więcej niż 250 kwadracików). Z kolei dla szesnastokąta foremnego przy prawidłowym podzieleniu i ułożeniu go na jednostkowych kwadratach, powinno być widoczne, że jego pole wypełni wyżej wspomniane trzy jednostki (lub też 300 kwadracików) i jeszcze odrobinę w czwartej (z dużą dokładnością 6 setnych - czyli dodatkowe 6 kwadracików).

Warto w tym momencie dodać, że żaden wielokąt foremny nie tylko nie może osiągnąć wartości pola większej niż Pi (3,1415...), ani tym bardziej jej przekroczyć. Inaczej mówiąc jeśli przy rozcięciu pola wielokąta foremnego o 64 kątach otrzymalibyśmy więcej niż 315 małych kwadratów (3 jednostki kwadratowe i 15 małych), wówczas jednoznacznie oznacza to, że coś nam wyszło niepoprawnie. Przy okazji dodam, że w przypadku dużo większej liczby kątów wielokąta foremnego, warto pamiętać, aby rysunek głównego kwadratu był wystarczająco duży, żeby łatwo było rozcinać ów wielokąt foremny na mniejsze kawałki (aby potem układać go w naszej głównej kwadratowej matrycy).

Teraz powoli wyjaśnia się to dlaczego idealnie byłoby, gdyby masz główny (największy kwadrat) miał wielkość 20x20 kratek (10cm x 10cm). Dzięki temu dzieci doskonale zrozumieją wizualnie to jak niewiele brakuje od pola dwunastokąta foremnego do pola koła w które został wpisany. Jeśli zamalujemy jednym kolorem wszystkie trzy "kwadratowe kwadraty" (najlepiej z pustego szablonu głównego kwadratu), wówczas będzie zamalowane 300 kratek, czyli pole naszego składanego wielokąta. Wystarczy teraz wziąć jeden podstawowy kwadrat (ten oznaczony jako R^2) i zamalować w nim 14 kratek (najlepiej innym kolorem), tak żeby było doskonale widoczna różnica między polami: koła i dwunastokąta foremnego.

No i znowu jeśli mamy na to przestrzeń i odpowiednie warunki, to można zabawić się w zgadywanie jaka będzie proporcja w przypadku pozostałych wielokątów foremnych. To jest moment na szacowanie, aby później móc zobaczyć na ile nasze przewidywane wyniki różnią się od tych, które obliczymy na końcu i sprawdzimy poziom błędu (może to być błąd względny, bezwzględny lub oba). To jest przy okazji ostatni punkt części trzeciej. Można go zrobić teraz lub w części ostatniej.


CZĘŚĆ TRZECIA (45-90 minut)

1. Praca na czworokącie i sześciokącie (rozcinanie i układanie kwadratów) - proporcje i procenty.

2. Bardziej złożone obliczenia i porównywanie pól obu figur (dokładne i szacunkowe) - proporcje i procenty.

3. Praca na ośmiokącie, dwunastokącie i szesnastokącie (rozcinanie i układanie kwadratów).

4. Praca na trójkącie, pięciokącie i dziesięciokącie (rozcinanie i układanie kwadratów).

5. Wpisywanie wszystkich danych do głównej tabeli.

4. Błąd pomiaru: wynik szacunkowy i dokładny.


Tu już powinno wszystko iść jak z górki. Teraz pozostaje nam praca na pozostałych wielokątach foremnych. I znowu w zależności od tego jak zdecyduje nauczyciel na podstawie znajomości uczniów, można realizować bardziej lub mniej złożone obliczenia. Obowiązkowo jednak trzeba dać dzieciom możliwość składania każdego z wielokątów, zaczynając (czy też dokładniej mówiąc: kontynuując) w tej części od ośmiokąta, przechodząc do dwunastokąta (tego pole już dokładnie znamy, prawda?) i szesnastokąta. Chodzi o to, że 8, 12 i 16-kąty są wielokrotnością czworokąta, więc bardzo łatwo można rozrysowywać a następnie wycinać połówki kwadratu, tak żeby układać je w całe kwadraty. Pozostałe 4 części, które są przystającymi trapezami równoramiennymi trzeba tak zagospodarować, aby żeby jak najlepiej (najpełniej) mogły zapełnić albo 1 albo 2 puste kwadraty (przestrzenie), ale w taki sposób, żeby uczeń mógł jak najdokładniej określić (oszacować) stopień ich zapełnienia. Inaczej mówiąc, chodzi o to, żeby określił pole danego wielokąta foremnego, wyrażając do w jednostkach kwadratowych (jako liczbę mieszaną lub procent).


 

 



Kolejno przechodzimy do trójkąta, pięciokąta i dziesięciokąta. W przypadku pola trójkąta jest o tyle łatwo, że można go szybko obliczyć ze wzoru albo chwilowo pominąć i po prostu wrócić do niego na samym końcu. Pięciokąt stanowi dość duże wyzwanie, ponieważ tylko jeden jego wierzchołek styka się z bokiem kwadratu, a w przypadku dziesięciokąta aż dwa! Dobrze jest zatem dać ponownie dzieciom okazję do tego, aby podały (tworzyły) swoje pomysły na to w jaki sposób można jak najlepiej rozcinać i przenosić figury, żeby dokładnie wypełniać nasze jednostkowe (kwadratowe) kwadraty. Oczywiście w tym wypadku zalecane będzie pracowanie z linijką, tak żeby w razie potrzeby jak najdokładniej odmierzać długości boków, by możliwie jak najlepiej wypełniać puste przestrzenie. Pamiętajmy, że nie chodzi o jak najdokładniejszy wynik, tylko o to, żeby tworzyć uczniom warunki do tego, żeby mogły generować różne pomysły i strategie rozwiązywania problemów. Dokładny wynik otrzymamy dzięki wzorom, ale to właśnie tworzenie i testowanie różnych koncepcji oraz wyciąganie wniosków jest kluczem do rozwijania myślenia.

  



No i na końcu warto pamiętać o tym, żeby stworzyć tabelę do tego, aby wpisywać niezbędne dane - zarówno te szacunkowe jak i dokładne. Dzięki temu będziemy mogli bardzo szybko dostrzegać istotne zależności, określać poziom błędu jak też wyciągać wnioski z poszczególnych etapów pracy czy też rozwiązywaniu sytuacji problemowych.


Jeśli nasi uczniowie są nadal ciekawi tego czym jest tajemnicza liczba Pi, to można wyjaśnić im to czym jest i skąd się bierze jej nieskończone rozwinięcie dziesiętne. Jedną z prostych i bardzo wciągających pomocy jest sprawdzenie tego na którym miejscu po przecinku znajduje się określona data (data urodzenia lub jakiegoś wydarzenia historycznego). Można znaleźć odpowiedzi na takie zapytania na stronie "MyPiDay" (link poniżej).


Z kolei w przypadku omawiania zagadnienia pola koła w stosunku do pól wielokątów foremnych, to koniecznie warto podkreślić, że rozwinięcie dziesiętne liczby Pi było dawniej generowane za pomocą metody Archimedesa. Metoda jest dość prosta: to średnia arytmetyczna sumy obwodu wielokąta opisanego na okręgu i wpisanego w okrąg. Warto wspomnieć, że posługiwał się nią Archimedes. W razie potrzeby można sprawdzić te wartości dla kilku wybranych wielokątów foremnych: trójkąta, kwadratu, sześciokąta, ośmiokąta, dwunastokąta i szesnastokąta. Obecnie używa się znacznie bardziej skomplikowanych i dających ogromnie długie rozwinięcie liczby Pi (można o tym poczytać poniżej).

[Cytat] "W swojej pracy [Archimedes] wykorzystał geometrię. Jego metoda polegała na wyznaczeniu długości boków dwóch figur – dziewięćdziesięciosześciokątów foremnych – z których jedna była wpisana w okrąg, a druga opisana na tymże okręgu. Na tej podstawie Archimedes obliczył średnią arytmetyczną wartość obwodów obydwu figur, uzyskując przybliżoną długość okręgu".



Czas najwyższy kończyć. Mam nadzieję, że ta inspiracja do realizowania zajęć z matematyki będzie dobrą pomocą dla nauczycieli, którzy chcą, aby ich uczniowie mogli odkrywać i doświadczać matematyki w różnych jej aspektach. Pamiętajmy, że im lepiej opracujemy matematyczne koncepcje, tym większą szansę będą mieli nasi uczniowie, aby nie tylko zrozumieć matematykę, ale także ją pozytywnie doświadczać jak i odkrywać jej niezwykłe właściwości także za pomocą działań na konkretach.

Mam nadzieję, że teraz dość dobrze widać, że ten artykuł daje potężne możliwości związane z integracją figur, a jednocześnie dostrzegania różnych zależności między nimi. Warto być świadomym tego, że każdy z powyższych dziesięciu punktów może być bez problemu osobnymi zajęciami, trwającymi po co najmniej kilkadziesiąt minut. Matematyka może być dziedziną w której możemy zapomnieć o czasie i przestrzeni.

EDIT: wybrane dodatkowe obrazy/slajdy z prezentacji

Załączam przykładowe obrazy (slajdy) z prezentacji wykonanej za pomocą modelu sztucznej inteligencji NotebookLM. Myślę, że mogą być dobrym wsparciem w lepszym zrozumieniu tego artykułu czy też samodzielnym opracowywaniu tego typu materiałów edukacyjnych.






niedziela, 20 lipca 2025

Matematyka rozrywkowa od A do Z - przewodnik po świecie łamigłówek, ciekawostek, gier i logicznych zagadek (2)



Często zastanawiamy się nad tym do czego przydają nam się figury płaskie. Z jednej strony wszyscy wiemy, że bez problemu znajdziemy dziesiątki czy nawet setki kształtów figur geometrycznych, które sobą obok nas w świecie rzeczywistym. Z drugiej strony uczymy się o figurach płaskich tych zagadnień, które wiążą się z ich bokami, wysokością, obwodem, polem a nawet właściwościami przekątnych.

To oczywiście ważne, aby później rozumieć jak można to wykorzystać. Przykładowo ile płytek trzeba kupić do łazienki na podłogę albo ile paneli jest niezbędne, aby położyć podłogę w największym pokoju (czy też wszystkich pokojach) w całym domu. Potem także uczymy się na temat tego ile trzeba kupić farby, aby pomalować pokój czy też wszystkie pokoje. Zastanawiam się jednak nad tym czy jednak nie warto byłoby więcej czasu poświęcić na tym, aby manipulować tymi figurami płaskimi, aby przekonać się w jaki sposób ze sobą się łączą oraz co dzięki takim niezwykłym przekształceniom można tworzyć.

Spróbujmy zatem uzupełnić tę lukę, bo mam wrażenie, że dzięki temu matematyka będzie mogła być postrzegana i doświadczana znacznie głębiej.

Od razu dodam, że już jest kilka gotowych artykułów, które stworzyłem, a można z nich skorzystać, bo są w nich pomysły, które nie tylko warto sprawdzić, ale także wykorzystać na zajęciach. Podzielę się nimi od razu, aby ci, którzy mają ochotę się z nimi zapoznać, mieli taką możliwość (te z gwiazdką mogą nie zawierać konkretnych pytań, lecz samą teorię).

1) Z jakim obiektem przystajesz takim się trójkątem stajesz

*2) Figury podobne są jak trójkąty ozdobne – kształt ten sam, ale inna skala… i to właśnie nas na kolana powala

*3) Figury podobne i skala – czyli o tym jak zabawa figurami radość i potencjał wyzwala

4) Proste i ich magiczne właściwości - odkrywamy i tworzymy ciekawe zależności (4)

5) Czy ten prostokąt jest trójkątem a tamten kwadrat na pewno jest kołem - czyli ustalenie oraz zaakceptowanie jednoznacznych definicji

6) Jak powstaje koło z kwadratu - czyli jak wygląda wnioskowanie na prostych koncepcjach

7) Jak z prostokąta powstaje trójkąt i dlaczego te eksperymenty są takie istotne

8) Klonowanie i układanie kwadratów, prostokątów i trójkątów - czyli budowanie zrozumienia właściwości podstawowych czworokątów

9) Klonowanie i układanie kwadratów, prostokątów i trójkątów dla zaawansowanych - czyli jak przemycić pociągi Sierpińskiego i trójkąty Pitagorasa


Warto pamiętać, że to jest moja propozycja z której można skorzystać, gdy ktoś potrzebuje ciekawych pomysłów. Niektóre z nich będą bardziej lub mniej przydatne, więc jeśli konkretny artykuł nie przypadł ci do gustu, to po prostu sprawdź następne. Wierzę, że spośród tych powyżej wymienionych znajdzie się co najmniej 1-2 pomysły, które mogą dać gotowy materiał do skorzystania na zajęciach lub też inspirację do własnych wytworów.

Zakładam, że wśród osób mnie czytających są zapewne takie, które w młodości bawiły się płaskimi figurami, którymi manipulowały albo na stole albo na podłodze - w takim celu, aby sprawdzić co się stanie, gdy się je ze sobą odpowiednio połączy. Tak, tak! To są tak zwanych "fajne wzorki", które są określane w taki sposób jak: parkietaże, mozaiki czy też po prostu układanie płytek, zaś matematycy fachowo nazywają to zagadnienie jako TESELACJA.

W ostatnim z polecanych artykułów wygenerowałem najwięcej pytań, które teraz pozwolę sobie przypomnieć. Przy okazji przedostatni artykuł również pokazuje jak bawić się figurami, a jednocześnie odkrywać ich własności.

CZĘŚĆ 1: Łączenie kwadratów ze sobą.

1) Ile klocków (kwadratów) potrzeba do tego, aby ułożyć figurę, która będzie miała 3, 5, 7, 10, 20, 30 warstw?

2) W jaki sposób obliczyć ile jest warstw tej figury jeśli znamy liczbę klocków?

3) Ile klocków potrzeba, aby z 5-warstwowca ułożyć 10-warstwowiec?

4) Co ci przypomina i z czym ci się kojarzy powstawanie kolejnych figur?

5) Jeśli bok każdego klocka (kwadratu) wynosi jeden, to jaki będzie obwód każdej z figur, która ma odpowiednio 3, 5, 7, 10, 20, 30 warstw?

6) Co się stanie z figurą jeśli jej prawą część odetniemy i przeniesiemy na lewą, aby powstała nowa figura? Jaka to będzie figura?

7) Czy pole nowej figury będzie inne niż podstawowej figury?

8) W jaki sposób najłatwiej obliczyć pole nowej figury w zależności od liczby warstw?


CZĘŚĆ 2: Łączenie trójkątów równobocznych ze sobą

1) ile różnych figur może powstać gdy połączymy ze sobą trzy trójkąty?

2) ułóż z trzech i pięciu trójkątów - trapez, a z sześciu - sześciokąt foremny

3) ułóż z czterech, dziewięciu i szesnastu trójkątów - trójkąt

4) jakie dostrzegasz zależności pomiędzy kolejnymi liczbami trójkątów: jak się mają do liczby kwadratów z których budujemy większe kwadraty?

5) wykorzystanie pytań, które zadawaliśmy w przypadku kwadratów (to samo co w części pierwszej) oraz wyjaśnienie czym jest analogia

*6) wprowadzenie w zagadnienie: trójkąt i dywan Sierpińskiego

7) Narysowanie dużego trójkąta, przekształcenie w trójkąt Sierpińskiego i następnie wycinanie niepotrzebnych części (trójkątów)


CZĘŚĆ 3: Budowanie (układanie) na trójkącie prostokątnym (połowa prostokąta): kwadratu, półkwadratusa i trójkąta równobocznego

1) na bokach trójkąta prostokątnego (połowa prostokąta) budujemy kwadraty

2) na bokach trójkąta prostokątnego (połowa prostokąta) budujemy półkwadratusy

3) na bokach trójkąta prostokątnego (połowa prostokąta) budujemy trójkąty równoboczne

4) pole której figury (zbudowanej na każdym z boków) jest największe i dlaczego?

5) jak się ma suma pól obu figur (zbudowanej na każdej z przyprostokątnych) w stosunku do pola największej figury?


No i teraz coś co jest wejściem na kolejne poziomy, które pokaże, że matematyka może być niezwykle wciągająca, jeśli tylko wybierzemy to, co będzie dla nas miało sens i wartość. Pamiętajmy o tym, że moje propozycje to jedynie uchylenie drzwi do niesamowitej krainy w której każdy znajdzie coś dla siebie.

Jedną z ciekawszych opcji jest wykorzystanie owych wielokątów do tego, aby móc nimi manipulować w określony sposób. Przykładem takiej gry logicznej, która opiera się na układaniu figur płaskich (wielokątów) w określone kształty jest TANGRAM.




W telegraficznym skrócie TANGRAM to:

Starożytna chińska sztuka układania konkretnych kształtów w określone kształty (obrazy). Warto pamiętać, że tangram to popularna aktywność matematyczna polegająca na rozwiązywaniu problemów, ponieważ trzeba wiele razy poszukiwać nieoczywistych rozwiązań i sprawdzać, które jest tym pasującym do naszego zadania.


Układanka tangram składa się z 7 geometrycznych elementów, znanych jako tany, które są zwykle umieszczone w pudełku w kształcie kwadratu. Są to: dwa małe, jeden średni i dwa duże trójkąty, jeden równoległobok i jeden kwadrat. Celem układanki jest utworzenie konkretnego kształtu (podanego jedynie w postaci konturu lub sylwetki) przy użyciu wszystkich siedmiu elementów, które nie mogą na siebie nachodzić.


No i teraz mamy dwie możliwości kształcenia naszej wyobraźni przestrzennej z użyciem tangramu - wersję na żywo (papierową, drewnianą czy też plastikową) bądź wersję online.

Najpierw wersja na żywo, bo nie wymaga ona żadnych urządzeń elektronicznych, ekranu czy też połączenia z internetem.

Na samym dole poniższej strony (link) mamy możliwość skorzystania z 5 dokumentów w których są podane wzory do układania. Jest ich razem około 140, a podzielone są na następujące kategorie: zwierzęta, obiekty wizualne, ludzie, cyfry oraz święta. Po kliknięciu w określoną miniaturę (obrazek), pojawia się nowe okno z dokumentem w formacie PDF.



I znowu: można wybrać sobie określone kształty, które chcemy układać, w zależności od tego ile mamy wolnego czasu i na co mamy ochotę.

Z kolei jedna z firm produkujących gry i zabawy publikuje wzory do układania, które nie tylko są podpisane po polsku oraz ponumerowane, ale dodatkowo przy większym powiększeniu widać linie, które podpowiadają, które z elementów (tanów) mają się znaleźć w określonych miejscach. Tych obrazków do układania jest aż 61, więc na pewno można mieć zabawę i rozrywkę na co najmniej kilka godzin, a w praktyce na kilkanaście tygodni.




No i jeszcze dochodzi wersja online. Tutaj wpisanie frazy "tangram online" spowoduje, że otrzymamy kilkanaście czy nawet kilkadziesiąt opcji związanych z tą układanką, więc ponownie każdy może sprawdzić, która wersja najlepiej mu będzie pasować. Ja proponuję zapoznać się z poniższą, którą w skrócie opiszę.



Ta wersja tangramu online jest o tyle ciekawa, bo spełnia kilka niezbędnych warunków, które dla mnie są istotne (zwłaszcza, gdy rodzice proszą mnie o to, aby ich dzieci mogły rozwijać wyobraźnię i jednocześnie uczyć się przekształcania elementów w konkretne obrazy czy też realizowania celu).


1) Jest to wersja w pełni bezpłatna (darmowa), co raczej nie jest jakoś specjalnie dziwne, ale jednak warto od tego zacząć.

2) Jest opcja pełnego wyboru ekranu, więc dzięki temu można się wyłącznie skupić na zadaniu (a nie na innych rozpraszaczach).

3) Jest opcja całkowitego wyłączenia dźwięku, który się pojawia w momencie gdy układamy dane elementy oraz ukończymy dany poziom.

4) Jest aż 60 poziomów trudności, więc tutaj na pewno zabawa na co najmniej kilka tygodni.

5) Nie możemy wybrać (układać elementów) wyższego poziomu, zanim nie ukończymy niższego, a więc mamy element rywalizacji ze sobą samym - czyli pokonywania trudności i docierania do celu.

6) Możemy układać dany poziom nieskończenie wiele razy, czyli praktycznie dochodzi jeszcze to, że można bawić się w to ile czasu zajmie nam przejście (ułożenie) powiedzmy 10, 20 czy 30 poziomów (gdy już mamy dane poziomy osiągnięte).

7) Prosta i elegancka kolorystyka wraz z trybem nocnym (ciemnoszarym), która również nie rozprasza i nie męczy zbytnio oczu.

8) Proste menu pod układanym obrazem, które można łatwo schować i wyjąć a przy okazji banalnie prosta nawigacja.

9) Magnetyczne przyciąganie elementów, więc nie trzeba się martwić, że nie trafimy w dane miejsce układanki danym kształtem.

10) Na samym dole pokazany elegancki pomarańczowy pasek postępu wraz z wyświetloną liczbą określonego poziomu spośród wszystkich dostępnych. A do tego pusta gwiazdka to poziom, który mamy odblokowany, zaś pełna to ten, który przeszliśmy. Poziomy niedostępne (nieodblokowane) oznaczone symbolem kłódki.



Biorąc pod uwagę wszystkie powyższe punkty można uznać, że jest to naprawdę znakomita propozycja, aby ćwiczyć umysł w rozpoznawaniu kształtów oraz odpowiedniego ich układania (manipulacji). Ostrzegam zapaleńców, że od poziomu powiedzmy 25, zaczynają się naprawdę wymagające wzory do ułożenia z różnych elementów, więc nie da się przejść wszystkich 60 na weekendzie. Gdyby ktoś tego dokonał (nie rozwiązując wszystkich poprzednio), to mówiąc z lekkim przymrużeniem oka - można od razu mieć część gotowej diagnozy (czy też testu) psychologicznej, która opiera się o sprawdzenie wyobraźni przestrzennej jak i manipulacji obiektami.


Myślę, że na ten moment wystarczy. W kolejnym odcinku postaram się ten temat jeszcze poszerzyć rozwinąć. Dlaczego? Ponieważ geometria jak też bardzo proste zasoby (tak naprawdę to można nawet na zwykłym papierze narysować, pomalować i wyciąć samodzielnie tangram) pozwalają na to, aby móc odkrywać matematyczne piękno, jednocześnie kontynuując niejako zabawę od przedszkola, w którym dzieci bawią się różnymi obiektami, którymi bardzo intensywnie manipulują.

W przypadku dzieci warto pamiętać o tym, że miewają one różne okresy aktywności oraz okresy rozwojowe. Jedne od razu w pełni zanurzą się w tej grze logiczno-przestrzennej, zaś inne bardziej będą wolały inne aktywności, które je zaciekawią. Mając powiedzmy ponad 60 pomysłów na matematykę, jest bardzo duża szansa, że przynajmniej 16 z nich (czyli co czwarty z całej puli) będzie dla dzieci nie tylko ciekawy, ale także praktyczny. Chodzi bowiem o to, aby zarówno dzieci, młodzież oraz dorośli mogli wspólnie wybierać dla każdego coś fajnego. Jeśli jeszcze udałoby się wspólnie bawić z dziećmi, pokazując im jak my dorośli to robimy oraz przekonując je, że dla nas pewne aktywności również mogą być trudne na początku (albo ogólnie), to już w ogóle mamy cud, miód i orzeszki.

Moim celem jest pokazanie tego co albo jest niewidoczne albo niedostrzegane albo też niewykorzystywane czy też niedoceniane. Matematyka bowiem oraz myślenie logiczne i krytyczne często są ukryte, więc tak naprawdę możemy nie być świadomi tego ile możliwości tkwi obecnie w tym, aby móc nie tylko zachwycać się matematyką z innej wymiaru, ale dodatkowo także pomagać w rozwijaniu potencjału na bazie gier, zabaw, łamigłówek oraz tego typu aktywności, w połączeniu z myśleniem, tworzeniem, odkrywaniem, testowaniem, wyciąganiem wniosków jak też przeżywaniem radości.

Jeśli bowiem damy dziecku możliwość wyboru tego co mu się spodoba a przy okazji będziemy go wspierać w dążeniu do osiągania sukcesu, to nagle okaże się, że matematyka wcale nie musi być taka straszna, a przy okazji nauka będzie kojarzyła się z radością, zabawą i świadomym wysiłkiem, a nie jedynie z rachowaniem i tysiącem rozwiązywanych zadań, które niemal w żaden istotny sposób nie przyczyniają się do rozwijaniu potencjału dziecka (ucznia).

Udowodnię na przykładzie serii matematyki rozrywkowej, że można zarówno polubić matematykę jak też móc się dzięki niej rozwijać, bez konieczności cierpienia związanego z matematyką szkolną, która niestety obecnie została za bardzo sprowadzona do rachunkowości oraz testów i wiecznych, niekończących się przygotowań do zdawania egzaminów.

poniedziałek, 7 lipca 2025

Matematyka rozrywkowa od A do Z - przewodnik po świecie łamigłówek, ciekawostek, gier i logicznych zagadek (1)




Zaczynamy serię związaną z matematyką rozrywkową. Czym jest owa matematyka czy też jej rodzaj? Otóż jest to matematyka, której celem jest zaciekawić oraz sprawić, że damy się wciągnąć czy też zaprosić do świata w którym celem nie jest wynik, lecz zaciekawienie, stawianie pytań, tworzenie strategii związanych z odpowiedziami a jednocześnie dobra zabawa połączona ze świadomym wysiłkiem.

Zapytałem mojego asystenta (dodam, że nawet pomógł zrobić również dość przyzwoite grafiki) Claude AI, aby mi powiedział czym jest ów rodzaj matematyki i dostałem taką oto odpowiedź: [prompt: "Napisz w kilku zdaniach czym jest matematyka rozrywkowa - dla dziecka w wieku 12 lat"]

Matematyka rozrywkowa to sposób na odkrywanie matematyki przez zabawę! Zamiast nudnych zadań z podręcznika, możesz rozwiązywać zagadki, łamigłówki i gry, które wymagają logicznego myślenia. Na przykład, możesz składać kostki Rubika, rozwiązywać sudoku, bawić się magicznymi kwadratami lub zgadywać matematyczne sztuczki. To jak bycie detektywem - szukasz wzorów, rozwiązujesz tajemnice i odkrywasz, że matematyka może być naprawdę ekscytująca! Dzięki temu uczysz się myśleć kreatywnie i rozwiązywać problemy, nawet nie zdając sobie sprawy, że właśnie ćwiczysz matematykę.

I to jest właśnie celem tej serii. Będę starał się przedstawiać różne zagadnienia w możliwie najciekawszej, najprostszej oraz najbardziej przystępnej formie. Inaczej mówiąc, to będzie zaproszenie do poznawania i zachwycania się światem matematyki, który zawiera nie tylko złożone oraz wymagające dużego wysiłku koncepcje, ale również nietypowe i przyciągające ciekawostki, łamigłówki, zagadki logiczne czy też wyzwania związane z tym, aby patrzeć na świat z wielu perspektyw. Przy okazji oferuje ona przyglądanie się oraz rozumienie paradoksów czy różnych trików matematycznych.


Celem tej serii będzie zatem nie tyle rozwiązywanie zadań, które pojawiają się w szkole na zajęciach matematycznych, ile pokazywanie tego, że matematyka jest znacznie bliżej niż zdajemy sobie z tego sprawę. To bardziej zachęcenie do tego, aby nieco ruszyć głową oraz stawiać ciekawe pytania, tworzyć różne odpowiedzi oraz sprawdzać, które z nich oferują możliwość otwierania drzwi do kolejnych labiryntów. Warto pamiętać, że w tej serii będę bardziej inspirował do dalszych poszukiwań oraz do wspomagania się innymi źródłami czy także korzystania z pomocy specjalistów (pasjonatów) aniżeli dawał gotowe rozwiązania. Można powiedzieć, że będzie to seria nawiązująca do pytania sformułowanego następująco: "czy potrafisz się dziwić?"

Oprócz powyższych ciekawostek, łamigłówek, zagadek i gier logicznych będę także zachęcał do sprawdzenia różnych zasobów: książek, czasopism, gier, zabaw czy też konkretnych stron (witryn) internetowych. Dlaczego? Ponieważ obecnie mamy naprawdę bardzo dużo zasobów, które mogą pomagać w rozwijaniu myślenia oraz połączeniu nauki z zabawą, a bardzo często nie tylko z nich nie korzystamy, ale tym bardziej nie mamy pojęcia, że coś takiego w ogóle istnieje!

No i jeszcze co nieco na temat tego kto jest odbiorcą i jaki będzie poziom trudności.

Odbiorcami tym razem są wszyscy, którzy chcą się przekonać, że jednak matematyka to znacznie więcej niż tysiące rozwiązywanych zadań, nudne i trudne rachunki oraz niezrozumiałe wzory, twierdzenia czy definicje. Szczególnie zależy mi na tym, aby zachęcić dzieci i młodzież oraz ich rodziców (a nawet ciotki, wujków czy też dziadków oraz babcie) do tego, aby mogły wspólnie rozwijać myślenie, łącząc naukę z zabawą.

Jeśli chodzi o poziom trudności to tutaj raczej będzie to kwestia indywidualna. Podkreślę, że moim zadaniem będzie przekazanie pewnych treści w taki sposób, aby były jak najłatwiejsze do zrozumienia, bez względu na to czy koncepcja lub zagadka albo gra jest nowa czy stara. Mówiąc prościej: dla jednych dana koncepcja czy też aktywność będzie łatwa, a dla innych będzie wymagała więcej wysiłku. Tak samo jeśli chodzi o gry i łamigłówki: jednym będą się podobać te wymienione na początku, inni zaś odnajdą się w tych omawianych później, a jeszcze inni - tych na samym końcu. I to jest w pełni w porządku! Nieco metaforycznie można powiedzieć, że ja będę tworzył i zachęcał do tego, aby korzystać ze szwedzkiego stołu - każdy niechaj wybiera to co na ma ochotę i to co chce spróbować.


Koniec wprowadzenia, więc zaczynamy!

Pamiętacie o tym, że liczba Pi jest jedną z najbardziej popularnych jeśli chodzi o całą matematykę (zwłaszcza szkolną)?

Postawmy zatem kilka pytań i wspólnie poszukajmy odpowiedzi. Oto nasze pytania:

1) Dlaczego liczba Pi jest stała dla dowolnego okręgu lub koła?

2) Co by się stało, gdybyśmy rozcięli okrąg i tę krzywą linię wyprostowali oraz porównali ze średnicą?

3) Dlaczego liczba Pi nie ma wartości dokładnie 3,00? Jak to najłatwiej sprawdzić?

4) Co znaczy wyrażenie "pi razy drzwi"?

5) Dlaczego liczba Pi jest stała, skoro ma nieskończone rozwinięcie dziesiętne?

6) Co się dzieje z polem pomiędzy większym wielokątem foremnym (opisanym na okręgu) oraz okręgiem?

7) Co się dzieje z polem pomiędzy mniejszym wielokątem foremnym (wpisanym w okrąg) oraz okręgiem?

8) Co to znaczy, że w dużym uproszczeniu "koło to taki nieskończony wielokąt foremny"?


To są pytania, które powinny pokazać nam, że zarówno poszukiwanie odpowiedzi jak i zrozumienie tego co nas ciekawi, może być nie tylko ciekawym wyzwaniem, ale jednocześnie źródłem satysfakcji oraz radości z odkrywania.

Zatem spróbujmy udzielić odpowiedzi na powyższe pytania. Uprzedzam, że każde pytanie może być znacznie bardziej rozbudowane, zaś odpowiedź pogłębiona na tyle na ile potrzebujemy zaspokoić naszą ciekawość.


Odpowiedź 1:

Liczba Pi jest stała dla dowolnego okręgu lub koła, ponieważ wyraża proporcję pomiędzy obwodem a średnicą. Inaczej mówiąc, jak rozetniemy obwód i porównamy jego długość ze średnicą, to zawsze będzie on "nieco więcej niż trzykrotnie" dłuższy aniżeli średnica. No i to "nieco więcej" to właśnie liczba Pi. Dodatkowo jest ona stała, ponieważ wraz ze wzrostem średnicy wzrasta również (proporcjonalnie) obwód. Inaczej mówiąc, im bardziej powiększamy okrąg (lub koło), tym bardziej powiększa się średnica. I analogicznie: im bardziej zmniejszamy okrąg (lub koło), tym bardziej zmniejsza się średnica! Obie z nich są ze sobą powiązane niewidzialną proporcją (skalą)!


Odpowiedź 2 i 3:

Gdybyśmy rozcięli okrąg i tę krzywą linię wyprostowali oraz porównali ze średnicą, to okazałoby się, że na wyprostowanym obwodzie (odcinku) możemy przyłożyć nieco więcej niż trzy odcinki o długości średnicy okręgu. Warto taki eksperyment przeprowadzić samemu, aby się o tym przekonać. Bez względu na to jak duże koło sprawdzimy, to gdy rozetniemy je tak, aby obwód mógł być odcinkiem, to za każdym razem przykładając trzy odcinki średnicy (jeden za drugim), to zawsze pozostanie kawałek obwodu, którego nie pokryły trzy odcinki średnicy. To jest najłatwiejszy sposób, aby sprawdzić, że wartość Pi to nie jest dokładnie 3,00.


Odpowiedź 4:

Wyrażenie "Pi razy drzwi" oznacza określenie przedstawienia czegoś w przybliżeniu. Przy okazji warto również wspomnieć, że istnieją również książki mającej Pi tytule. Oto recenzję dwóch z nich której zrobiłem jakiś czas temu. Dla tych, którzy chcą się zapoznać z nimi, zostawiam tutaj linki. Przy czym ta pierwsza jest zalecana dla nieco młodszych dzieci, zaś druga dla nieco starszych:

BIBLIOTEKA NAUCZYCIELA MATEMATYKI: Proste jak pi - czyli matematyka to bułka z masłem

BIBLIOTEKA NAUCZYCIELA MATEMATYKI: Pi razy oko – czyli komedia matematycznych pomyłek


Odpowiedź 5:

Liczba Pi jest stała pomimo, że ma nieskończone rozwinięcie dziesiętne, ponieważ jest ona stosunkiem (ilorazem) obwodu do średnicy. Z kolei ów stosunek (proporcja) jest stały, ponieważ wraz ze wzrostem obwodu rośnie (tak samo szybko) średnica. Natomiast nieskończone rozwinięcie dziesiętne bierze się stąd, że wyciągamy średnią z obwodu wielokąta foremnego opisanego na okręgu i wpisanego w okrąg, więc jeśli owa średnia (suma obwodu większego i mniejszego wielokąta foremnego - oba związane z tym samym okręgiem) nie jest liczbą wymierną, wówczas podzielenie jej przez 2 (czyli wyciągnięcie średniej), spowoduje że jej wynik rozwinięcia dziesiętnego nigdy się nie (s)kończy.


Odpowiedź 6 i 7:




Pole pomiędzy większym i mniejszym wielokątem foremnym (opisanym na okręgu oraz wpisanym w okrąg) oraz okręgiem zmniejsza się coraz bardziej, gdy zwiększamy liczbę boków wielokąta foremnego. W przypadku tego wielokąta foremnego opisanego na okręgu, coraz bardziej dociska i "przytula się" swoimi bokami do okręgu. Natomiast odnośnie wielokąta foremnego wpisanego w okrąg, wraz ze wzrostem liczby boków coraz bardziej "rozpycha się", wciskając swoje boki w okrąg. Tak czy inaczej oba z nich coraz bardziej przypominają okrąg, zwłaszcza gdy wartość boków wynosi co najmniej 64 (wtedy wielokąt foremny niemal wtapia się w okrąg).


Odpowiedź 8:

Gdy wyjaśniałem okrąg czy też koło, to używałem czasami zwrotu: "koło to taki nieskończony wielokąt foremny". Teraz wyjaśnię go nieco bardziej. Mam nadzieję, że jeszcze lepiej zrozumiemy tajemnice okręgu i koła.


Przeprowadźmy zatem pewien eksperyment.

Sprawdźmy obwód (tzn. ich różnicę w stosunku do okręgu oraz średnią) dla wielokątów foremnych wpisanych i opisanych na okręgu o promieniu równym 5. Myślę, że najlepiej będzie to widoczne a zarazem przekonujące dla poniższych kilku przykładów wielokątów foremnych:

1) trójkąt (równoboczny)
2) czworokąt (kwadrat)
3) sześciokąt (foremny)
4) 8-kąt
5) 12-kąt
6) 16-kąt
7) 32-kąt
8) 64-kąt
9) 96-kąt

Zobaczmy na przykładzie wybranych wielokątów foremnych wpisanych i opisanych na okręgu co się dzieje, gdy zwiększamy liczbę ich boków. Obrazki powinny wszystko w miarę prosto przedstawiać.

Każda poniższa grafika pokazuje:

- Okrąg podstawowy (czerwony) - o promieniu 5
- Wielokąt wpisany (turkusowy) - wszystkie wierzchołki na okręgu
- Wielokąt opisany (niebieski) - wszystkie boki styczne do okręgu

- Przykłady różnych wielokątów (od trójkąta do 96-kąta)
- Obliczenie obwodów wielokątów wpisanych i opisanych na okręgu
- Porównanie z obwodem okręgu (2πr ≈ 31.42)












Wnioski z tego prostego eksperymentu są następujące:

- Im więcej boków, tym wielokąty foremne coraz bardziej przypominają okrąg
- Wielokąt foremny wpisany ma zawsze mniejszy obwód od okręgu
- Wielokąt foremny opisany ma zawsze większy obwód od okręgu
- Przy dużej liczbie boków (od 64 w górę) obwody praktycznie się równają obwodowi okręgu


Ta prosta wizualizacja idealnie pokazuje, jak wielokąty foremne zbliżają się do okręgu, co jest podstawą historycznej metody obliczania liczby π przez Archimedesa! Warto dodać, że liczba Pi leży pomiędzy obwodem wielokąta foremnego opisanego a obwodem wielokąta foremnego wpisanego w okrąg. Inaczej mówiąc, jeśli wyciągniemy średnią z tych dwóch wartości, wówczas otrzymamy jak najlepsze (najdokładniejsze) przybliżenie naszej liczby Pi.

Na tym kończymy krótki opis serii a zarazem pierwszy z wielu artykułów związany z odkrywaniem różnych matematycznych koncepcji oraz sprawdzaniem tego co nas ciekawi. Mam nadzieję, że ta seria będzie nie tylko dobrą inspiracją do tego, aby stawiać kolejne pytania, ale również poszukiwać odpowiedzi. Zależy mi na tym, aby pokazać matematykę jakiej jeszcze nie znacie. A ona niestety bywa nieco ukryta, więc postaram się ją nieco bardziej odkryć, czy też jak kto woli - znacznie przybliżyć. Liczę na to, że wspólnie będziemy mogli eksplorować ten matematyczny świat, który jest pełen niezwykłych tajemnic, zagadek, łamigłówek oraz ciekawostek. Sprawmy, aby matematyczne wyprawy mogły pomagać w przyjaznym rozwijaniu myślenia, bo ponoć myślenie ma przyszłość, prawda?