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Appunti matematica e didattica della matematica 2, Appunti di Didattica Della Matematica

appunti completi delle lezioni (primo file)

Tipologia: Appunti

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ilaria.999
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APPUNTI DI MATEMATICA 2
Bibliografia
M. Cazzola, Matematica per scienze della formazione primaria, Carocci, 2017.
AAVV, Conorovesciato: un esperimento di didattica per problemi nella scuola primaria, Materiale per
Quaderni a Quadretti, Mimesis, Milano, 2007.
Testi di approfondimento:
M. Dedò, Galleria di metamorfosi, Quaderni a Quadretti, Mimesis, 2010. 1.
M. Cazzola, Per non perdere la bussola, Quaderni a Quadretti, Decibel/Zanichelli, Bologna, 2001. 2.
Euclides, Les éléments, Extraits des livres I, II et VI, Textes choisis, présentées et commentés par André 3.
Deledicq, Les éeditions du KANGOUROU, 2011 (o qualsiasi altra edizione degli Elementi di Euclide).
A. Millan Gasca, All'inizio fu lo scriba, Quaderni a Quadretti, Mimesis, Milano, 2004. 4.
V. Villani, Cominciamo dal punto, Pitagora, 2006. 5.
G. Polya, La scoperta matematica, vol 1 e 2, Feltrinelli, Milano. 6.
http://staff.matapp.unimib.it/~marina/did/istdida17/#temies
LA MISURA (pag 257 )
Come facciamo a misurare?
Pensiamo ad una attività pratica da misurare —> scelgo un campione e valuto quante volte il campione è
contenuto nella grandezza che vogliamo misurare. Tutto questo va messo in pratica in modo matematico.
Ritornando alla domanda iniziale:
scelgo l’unità di misura;
essere accurati nel riportare l’unità di misura;
fare qualche conto;
valutare a buon senso il risultato ottenuto.
Dal punto di vista teorico come funzionano le cose?
unità di misura adatta: se voglio misurare una certa grandezza geometrica dobbiamo utilizzare come unità di
misura una grandezza geometrica dello stesso tipo;
riporto più volte l’unità di misura u per vedere quanto misura g
Date due grandezze a e b è sempre possibile riportare la più piccola (diciamo a) un certo numero
di volte n in modo che n volte a sia contenuto in b, ma n + 1 volte a superi b. (Riquadro 11.1)
Ma come si fa ad avere una misurazione precisa? Cambio l’unità di misura che sia in qualche modo in
relazione con u.
Data una qualsiasi grandezza a e un numero naturale n diverso da zero è sempre possibile
trovare una grandezza u tale che a sia pari a n volte u. (Riquadro 11.1) —> suddivido l’unità di
misura che avevo in tante parti uguali.
Si potrebbe a volte non arrivare ad una grandezza non contenuta nella grandezza non contenuta nella
grandezza che volevamo misurare.
A questo punto cosa dobbiamo fare?
Se si avanza sempre un pezzettino utilizzo pezzettini sempre più piccoli finché non arrivò ad una misura adatta.
Ma questa idea dal punto di vista matematico funziona? È possibile trovare questo campione, cioè è possibile
continuare a dividere tutti in parti uguali finché non trovò la soluzione? Questa procedura ha un termine?
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APPUNTI DI MATEMATICA 2

Bibliografia

  • M. Cazzola, Matematica per scienze della formazione primaria, Carocci, 2017.
  • AAVV, Conorovesciato: un esperimento di didattica per problemi nella scuola primaria, Materiale per Quaderni a Quadretti, Mimesis, Milano, 2007.
  • Testi di approfondimento:
  1. M. Dedò, Galleria di metamorfosi, Quaderni a Quadretti, Mimesis, 2010.
  2. M. Cazzola, Per non perdere la bussola, Quaderni a Quadretti, Decibel/Zanichelli, Bologna, 2001.
  3. Euclides, Les éléments, Extraits des livres I, II et VI, Textes choisis, présentées et commentés par André Deledicq, Les éeditions du KANGOUROU, 2011 (o qualsiasi altra edizione degli Elementi di Euclide).
  4. A. Millan Gasca, All'inizio fu lo scriba, Quaderni a Quadretti, Mimesis, Milano, 2004.
  5. V. Villani, Cominciamo dal punto, Pitagora, 2006.
  6. G. Polya, La scoperta matematica, vol 1 e 2, Feltrinelli, Milano.
  • http://staff.matapp.unimib.it/~marina/did/istdida17/#temies

LA MISURA (pag 257 )

Come facciamo a misurare? Pensiamo ad una attività pratica da misurare —> scelgo un campione e valuto quante volte il campione è contenuto nella grandezza che vogliamo misurare. Tutto questo va messo in pratica in modo matematico. Ritornando alla domanda iniziale:

  • scelgo l’unità di misura;
  • essere accurati nel riportare l’unità di misura;
  • fare qualche conto;
  • valutare a buon senso il risultato ottenuto. Dal punto di vista teorico come funzionano le cose?
  • unità di misura adatta: se voglio misurare una certa grandezza geometrica dobbiamo utilizzare come unità di misura una grandezza geometrica dello stesso tipo; riporto più volte l’unità di misura u per vedere quanto misura g Date due grandezze a e b è sempre possibile riportare la più piccola (diciamo a ) un certo numero di volte n in modo che n volte a sia contenuto in b , ma n + 1 volte a superi b. (Riquadro 11.1) Ma come si fa ad avere una misurazione precisa? Cambio l’unità di misura che sia in qualche modo in relazione con u. Data una qualsiasi grandezza a e un numero naturale n diverso da zero è sempre possibile trovare una grandezza u tale che a sia pari a n volte u. (Riquadro 11.1) —> suddivido l’unità di misura che avevo in tante parti uguali. Si potrebbe a volte non arrivare ad una grandezza non contenuta nella grandezza non contenuta nella grandezza che volevamo misurare. A questo punto cosa dobbiamo fare? Se si avanza sempre un pezzettino utilizzo pezzettini sempre più piccoli finché non arrivò ad una misura adatta. Ma questa idea dal punto di vista matematico funziona? È possibile trovare questo campione, cioè è possibile continuare a dividere tutti in parti uguali finché non trovò la soluzione? Questa procedura ha un termine?

Si la procedura ha termine. Perché la misurazione ha una approssimazione sufficiente perché lo strumento non ci permette ulteriormente di suddividere il campione. Ma dal punto di vista teorico le cose non funzionano così. Il procedimento ha termine se e solo se la grandezza da misurare e il campione hanno un sottomultiplo in comune —> se e solo se la misura è espressa da un numero razionale. Nel caso in cui il procedimento ha termine le due grandezze (cioè la grandezza da misurare e il campione) sono commensurabili. Esistono però coppie di grandezze per cui il procedimento non ha termine ad esempio il lato e la diagonale del quadrato sono grandezze incommensurabili ( d = radice di 2 l per il teorema di Pitagora). In generale se ho due grandezze a e b e se è possibile trovare una unità di misura u tale che a è pari a un numero intero n di volte u e b è pari a un numero intero m di volte u allora posso dire che a è pari a n / m volte b. In altre parole, questo significa che il rapporto tra a e b è n / m cioè che la misura di a rispetto a b è il numero razionale n / m. In questo caso le grandezze sono commensurabili. L’idea di misura di oggetti geometrici rende necessario l’utilizzo dei numeri irrazionali oltre che dei numeri razionali e quindi rende necessaria l’introduzione dei numeri reali.

  • l’insieme dei numeri reali R è un’estensione dell’insieme dei numeri razionali Q ;
  • i numeri razionali non coprono tutti i punti della retta (pensata sia come “retta dei numeri” che come “retta geometrica”), è come se ci fossero dei buchi che corrispondono ai numeri irrazionali;
  • è possibile effettuare somma e prodotto in R;
  • è possibile approssimare numeri reali tramite numeri razionali. Nella retta ci sono dei buchi che i numeri razionali non coprono ma che sono coperti dai numeri irrazionali. Somma di numeri reali : il fatto di pensare ai numeri reali come lunghezze di segmenti ci permette di introdurre in modo naturale una operazione di somma. Prodotto di numeri reali : per introdurre l’idea del prodotto di numeri reali puó essere utile utilizzare un modello basato sull’osservazione di come cambia il numero che esprime la misura quando l’unità di misura cambia. Se una grandezza u è pari a 2 volte v , mentre v è pari a 3 volte w , allora u è pari a 2×3 volte w. Per introdurre l’idea del prodotto di numeri reali può essere utile utilizzare un modello basato sull’osservazione di come cambia il numero che esprime la misura quando l’unità di misura cambia. Cambio di unità di misura : se g è una grandezza che vogliamo misurare e u e v sono due diverse unità di misura allora: E possiamo scriverla anche in questo modo:

Quanto abbiamo visto per il rettangolo puó essere riproposto per altre figure geometriche: si puó arrivare al “calcolo” delle misura dell’area a partire dalla conoscenza delle misure di alcune lunghezze.

GLI OGGETTI DELLA GEOMETRIA

La geometria è quella parte della matematica che studia le forme geometriche. Quanto sia complesso caratterizzare una forma geometrica è messo in evidenza dall’esempio con cui inizia il capitolo 13. In geometria la rappresentazione visiva ha un ruolo molto importante ma bisogna stare attenti perché a volte questa può trarre in inganno. La prima osservazione da tenere presente e che qualunque tentativo di descrizione vogliamo fare fare degli oggetti illustrati dobbiamo utilizzare parole di cui condividiamo il significato. Dobbiamo cioè utilizzare un bagaglio di concetti di base condivisi su cui costruire concetti più complessi. Punto : non trovo le parole, sono davanti ad un concetto primitivo. È un concetto primitivo che ci permette di costruire le altre figure geometriche. Concetti primitivi alla base della geometria:

  • punto;
  • retta;
  • piano. Ma nei nostri libro di testo delle superiori e delle medie troviamo delle definizioni di questi tre elementi. Erano state date definizioni da Euclide. Alla base della geometria Euclidea c’è uno studio delle proprietà di questi enti primitivi: i postulati. I postulati —> Descriviamo le proprietà degli oggetti matematici attraverso certe ipotesi (postulati e/o assiomi) e a partire da queste costruiamo ragionamenti per dedurre proprietà che possiamo ricavare da queste ipotesi (dimostrando proposizioni e/o teoremi). Teorema tra punto e retta (proprietà che assumono)
  • tra due punti distinti passa una e una sola retta;
  • i punti di una retta sono ordinati in una sequenza infinita. Da queste posiamo ricavare ulteriori proprietà:
  • due rette distinte del piano possono avere in comune nessuno oppure o un solo punto Segmenti e semirette
  • i punti di una retta sono ordinati in una sequenza infinita. Permette di definire segmenti e semirette. La retta è infinita, è impossibile disegnarla.

La “nostra” geometria, la geometria che meglio descrive l’ambiente a noi prossimo, si basa sugli Elementi di Euclide, che è un’opera fondamentale. Naturalmente un testo datato migliaia di anni non poteva non subire una revisione critica e quanto stiamo descrivendo in questo corso tiene conto della metodica riorganizzazione dell’impostazione Euclidea, a opera dei matematici che a lui sono seguiti, e in particolare terremo conto dell’opera di Hilbert all’inizio del 1900. CRITICHE AD EUCLIDE :

  1. è del tutto naturale che, dopo un intervallo di circa 2250 anni, alcuni dettagli siano ora in grado di migliorare (Coxeter, Introduction to geometry, p. 5);
  2. utilizzo di proprietà intuitive non enunciate esplicitamente come postulati se traccio due rette non parallele queste si intersecano in un punto (presuppone la continuità della retta, cfr. Villani, Cominciamo dal punto, p. 70);
  3. utilizzo di proprietà intuitive non enunciate esplicitamente come postulati utilizzo del termine “uguale”;
  4. utilizzo di proprietà intuitive non enunciate esplicitamente come postulati l’idea di “eguaglianza” di triangoli è descritta a partire dall’idea di “sovrapponibilità” ma se una figura viene “mossa” come possiamo essere sicuri che la sua struttura interna non subisca modifiche?;
  5. in particolare Hilbert si propone di rivedere l’assiomatica di Euclide per formalizzare queste assunzioni implicite. [David Hilbert and Edgar Jerome Townsend, The Foundations Of Geometry, Kessinger Publishing, ristampa 2006, 1902, vedi anche paragrafo “L’impostazione di Hilbert” nell’appendice al capitolo 13 del libro di testo]; Se ho il mio argomento, l’ho studiato e l’ho dimostrato, allora il modo di Euclide è quello che mette ordine in modo giusto, mette ordine a tutto ciò che ho scoperto. Ma il modo di esporre euclideo non può essere raccomandato se non con qualche riserva se lo scopo è mostrare un argomento a un lettore o a un ascoltatore che non ne ha mai sentito parlare. L'esposizione euclidea è eccellente per mostrare ogni punto particolare, ma non così buona per mostrare la linea principale dell'argomento. Il lettore intelligente può facilmente vedere che ogni passo è corretto ma ha grandi difficoltà a percepire la fonte, lo scopo, la connessione dell'intero argomento. La ragione di questa difficoltà è che l'esposizione euclidea procede abbastanza spesso in un ordine esattamente opposto al naturale ordine di invenzione. Il modo di esporre Euclide, avanzando incessantemente dai dati all'ignoto e dall'ipotesi alla conclusione, è perfetto per controllare l'argomentazione in dettaglio ma lungi dall'essere perfetto per rendere comprensibile la linea principale dell'argomento. ANGOLI : nella visione Euclidea e, sopratutto, nella rivisitazione dovuta a Hilbert, l’angolo è una coppia di semirette che hanno origine in uno stesso punto e che non giacciono sulla stessa retta.

Le proprietà che vogliamo mettere in evidenza sono:

  1. i lati sono dritti, cioè sono segmenti;
  2. il bordo è una linea che torna su se stessa (è una linea chiusa);
  3. la linea non passa mai due volte per lo stesso punto (non si incrocia mai con se stessa); POLIGONO : la definizione di poligono passa attraverso la definizione di linea spezzata chiusa semplice. Linea: spezzata —> se è una concatenazione di segmenti Chiusa —> il punto di partenza è il punto finale; Semplice —> Cosa vuol dire consecutivi? Un segmento è consecutivo ad un altro quando hanno un estremo in comune. CONGRUENZA : Le tre figure disegnate dal punto di vista della geometria sono indistinguibili: sono uguali. Formalmente questa eguaglianza altro non è che una relazione di equivalenza, la relazione di congruenza. Nel suo testo, Euclide introduce questa congruenza per mezzo dell’idea di poter trasportare le figure fino a sovrapporsi, ma questa idea di “trasporto” è proprio uno degli aspetti criticati, dal punto di vista della costruzione logica formale della teoria Euclidea. Nella sua rivisitazione della teoria Euclidea, Hilbert introduce congruenza come un concetto primitivo. La congruenza viene introdotta come concetto primitivo per segmenti e angoli. Intuitivamente, possiamo collegare l’idea di congruenza di segmenti con l’idea di misura: due segmenti sono

congruenti se e solo se le loro lunghezze hanno la stessa misura. CONGRUENZA DI ANGOLI E ANGOLI RETTI: Quando i lati a e b giacciono sulla stessa retta gli angoli si dicono supplementari. Quando due angoli supplementari sono congruenti allora diciamo che gli angoli sono retti. Inoltre: TRIANGOLO: è un poligono sono 3 lati. Un triangolo ha 3 vertici. Classificazione rispetto ai lati

  • equilatero: se tutti i suoi lati sono congruenti tra loro;
  • isoscele: se ha almeno due lati congruenti tra loro;
  • scaleno: se non ha lati congruenti tra loro. Classificazione rispetto agli angoli
  • rettangolo: se ha almeno un angolo retto;
  • ottusangolo: se ha almeno un angolo ottuso;
  • acutangolo: se tutti i suoi angoli sono acuti. CONGRUENZA DI TRIANGOLI: Due triangoli sono congruenti se hanno lati e angoli congruenti. RETTE PARALLELE:
  • Due rette distinte del piano possono avere in comune nessuno oppure un solo punto. Definizione: due rette distinte del piano che non hanno punti in comune sono parallele.
  1. se a cose uguali si tolgono cose uguali, i resti sono uguali;
  2. cose che coincidono se sovrapposte fra loro sono fra loro uguali;
  3. il tutto è maggiore delle parti o in altre parole, se la grandezza a è somma delle grandezze b è c , allora a non può essere uguale nè a a nè a b , nè a c. Si sottointende che queste grandezze non siano nulle. Allora posso riscrivere queste nozioni utilizzando l’idea di misura:
  • “avere la stessa misura” è una relazione di equivalenza tra le figure del piano. Valgono la proprietà transitiva e simmetrica;
  • tale relazione di equivalenza è compatibile con la somma e la differenza di numeri reali (se sommo due grandezze la misura della somma sarà uguale alla somma delle misure);
  • figure congruenti hanno le stesse misure;
  • la somma di due numeri reali maggiori di zero è strettamente maggiore di ciascuno dei due addendi. Tecnica del taglia incolla: L’idea alla base del ragionamento Euclideo è il fatto di poter trasportare le figure mantenendone la congruenza. Per farlo Euclide dimostra esplicitamente delle costruzioni geometriche che permettono operativamente di “spostare” le figure, mantenendone la congruenza. Si tratta delle costruzioni con riga e compasso (cfr. appendice al capitolo 14 o attività WIMS nella sezione “Approfondimenti”). La visione moderna non fornisce costruzioni esplicite per questi spostamenti, ma li assume come postulato. In entrambe le visioni, questo trasporto permette di combinare le figure geometriche, in modo da ottenere nuove figure (e a questo trasporto sono applicate le “nozioni comuni” appena viste). Proposizione I.4 - Se due triangoli hanno due lati uguali rispettivamente, e hanno uguali gli angoli compresi tra i lati uguali, allora hanno uguale anche il terzo lato e gli angoli restanti rispettivamente uguali.

Ma quale è il problema? Il problema è che lo dimostra utilizzando le sue proposizione facendo in modo che questa non sia propriamente una dimostrazione. Essendo che questa non è una dimostrazione come dicono i critici tanto vale assumerla come postulato. Criteri di congruenza tra i triangoli:

  1. I.4 Primo criterio di uguaglianza dei triangoli “due lati e l’angolo compreso”;
  2. I.8 Terzo criterio di uguaglianza dei triangoli “tre lati”;
  3. I.26 Secondo criterio di uguaglianza dei triangoli “un lato e i due angoli adiacenti”. Per stabilire se due triangoli sono congruenti non è necessario andare a verificare la congruenza di tutti e tre i lati e di tutti e tre gli angoli come richiederebbe la definizione, ma è sufficiente verificare la congruenza di una opportuna selezione di tali elementi. TEOREMA DI PITAGORA: Proposizione 1.5 (primo step)

Proposizione 1.6 è accoppiata alla proposizione 1. Riflessione: Euclide: un triangolo è isoscele se ha due e solo due lati uguali; Noi: un triangolo è isoscele se ha almeno due lati uguali; Mai usare due da solo. Le definizioni sono diverse. Nella terza rientra anche la definizione di triangoli equilateri. Quindi secondo la seconda definizione i triangoli equilateri sono anche isosceli. Queste definizioni sono giuste o sbagliate a seconda della situazione in cui sono. Euclide da la definizione di isoscele e poi con la proposizione 1.5 dice: in un triangolo isoscele gli angoli alla base sono uguali. Ma: Per Euclide questo non era previsto ma dimostrandolo vediamo che la proprietà vale anche per i triangoli equilateri. Quindi questa è un’incongruenza. Proposizione 1.

Proposizione I. Se i punti A, D e B sono allineati, α 1 α2 allora α + β equivale a due β angoli retti. Proposizione I. Se α + β equivale a due angoli retti, allora i punti A, B e D sono allineati. Guarda dimostrazione libro. Proposizione 1. Due angoli opposti al vertice sono uguali, cioè: Proposizione I. L’angolo α′ è maggiore o uguale di ciascuno degli angoli γ e β.

Quinto postulato: Data una retta r nel piano e un punto P non appartenente a r, allora esiste una e una sola retta parallela a r e passante per P. Proposizione I. Se l’angolo in 4 è uguale all’angolo in 6, allora le due rette sono parallele. Proposizione I. Se l’angolo in 2 è uguale all’angolo in 6, oppure se l’angolo in 2 è uguale all’angolo in 8, oppure se la somma degli angoli in 3 e in 6 è pari a due retti, allora le due rette sono parallele. Proposizione I. Se due rette parallele sono tagliate da una trasversale, allora sussistono tutte le relazioni tra gli angoli elencate nelle proposizioni I.27 e I.28.

Parallelogrammi - proposizione 1. Il parallelogramma un quadrilatero per cui comunque io prenda un lato, ne trovo un altro che gli è parallelo. Prima proprietà dei parallelogrammi: S si uniscono dalla stessa parte gli estremi di due segmenti AB e CD congruenti e paralleli, allora si ottengono due segmenti congruenti e paralleli. Prima proprietà dei parallelogrammi: proposizione I.34 – nei parallelogrammi i lati opposti sono uguali, gli angoli opposti sono uguali e ciascuna diagonale divide i parallelogrammi in due parti uguali.

Proposizione I. Parallelogrammi con basi uguali e compresi fra le stesse parallele sono uguali. Area del parallelogramma: Proposizione I. Triangoli con la stessa base e compresi tra le stesse parallele sono uguali. Proposizione I. Triangoli con la stessa base e compresi tra le stesse parallele sono uguali.

Proposizione I. Triangoli con basi uguali e compresi tra le stesse parallele sono uguali. Proposizione I.39 e I. Triangoli uguali costruiti sulla stessa base dalla stessa parte sono compresi tra le stesse parallele. Triangoli uguali costruiti su basi uguali dalla stessa parte sono compresi tra le stesse parallele. Formule aree triangolo IL TEOREMA DI PITAGORA Riguarda i triangoli rettangoli. Un triangolo è rettangolo se ha (almeno) un angolo retto. La proposizione I.32 permette di concludere che un triangolo rettangolo puó avere uno e un solo angolo retto, che è quindi il maggiore dei tre angoli. Passando ai lati, la proposizione I.19 permette di concludere che il lato opposto all’angolo retto è il lato maggiore: chiamiamo questo lato ipotenusa. Chiamiamo cateti gli altri due lati (quelli cioè che “formano” l’angolo retto). Proposizione I.47 (teorema di Pitagora) – In un triangolo rettangolo, il quadrato costruito sull’ipotenusa è uguale alla somma dei quadrati costruiti sui due cateti.