2a
Kurs 2a Visa detaljer
1. Matematisk argumentation
Fortsätt till nästa lektion
Lektion
Övningar
Tester
Kapitel 5
2. 

Matematisk argumentation

Denna lektion kommer lära dig teorin för att helt förstå ämnet, och det finns både uppgifter och självtester för att kontrollera din förståelse.
Begrepp Modellering Problemlösning Procedur Resonemang och Kommunikation
Inställningar & verktyg för lektion
9 sidor teori
28 Uppgifter - Nivå 1 - 3
Varje lektion är menad motsvara 1-2 lektioner i klassrummet.
Matematisk argumentation
Sida av 9

I den här lektionen går vi igenom följande begrepp:

  • Axiom
  • Sats
  • Bevis
  • Logik
  • Implikation
  • Ekvivalens

Förkunskaper

Koncept

Axiom

Ett axiom eller ett postulat är ett påstående som accepteras utan ett bevis. Det används som grund för vidare resonemang och slutsatser för att studera de konsekvenser som följer av det. Tänk på följande analogi. Ett axiom kan ses som en trädstam. Rötterna relaterar till de matematiska definitionerna, grenarna till satser och löven till följdsatser.

Diagram_Analogy

I boken Geometrins element, skriven av den antika grekiska matematikern Euklides, skapade han en omfattande modell som visar hur alla egenskaper och satser inom geometrin kan studeras logiskt. De följande fem axiomen beskriver Euklides modell.

  1. Det är alltid möjligt att dra en rak linje mellan vilka två punkter som helst.
  2. En rak linje kan förlängas oändligt.
  3. Det är alltid möjligt att rita en cirkel med en given punkt som centrum och en given radie.
  4. Alla räta vinklar är lika.
  5. För en given linje och en given punkt som inte ligger på den linjen, finns det exakt en linje som passerar genom den punkten och inte möter den givna linjen.
Koncept

Sats

En sats är ett påstående som kan bevisas. Ett exempel på en sats är den som beskriver sambandet mellan sidlängderna i en rätvinklig triangel: a^2 + b^2 = c^2,

dvs. Pythagoras sats. Det måste dock inte röra sig om ekvationer. Påståenden som jämna tal är delbara med 2 är också satser så länge de kan bevisas.
Koncept

Matematisk argumentation

För att argumentera inom matematiken använder man sig av logik. Genom att utgå ifrån axiom och definitioner, alltså saker som man vet är sanna, kan det dras nya slutsatser som då också måste vara sanna. Med hjälp av denna typ av matematisk argumentation kan man bevisa matematiska satser. Betrakta följande definition och axiom.

Definition: Naturliga tal N är mängden { 0,1, 2, 3, ... }.

Axiom: Summan av två naturliga tal är ett naturligt tal.

Givet tre naturliga tal a, b och c följer det av axiomet att (a+b) är ett naturligt tal. Eftersom (a+b) och c är naturliga, är också deras summa (a+b)+c naturlig. Alltså är summan av tre naturliga tal ett naturligt tal, vilket visar en matematisk argumentation.
Koncept

Bevis

Inom matematiken är ett bevis ett logiskt resonemang som leder fram till en slutsats. Resonemanget ska vara så pass strikt att slutsatsen måste vara sann om premisserna, alltså det man utgår ifrån, är det. Det finns olika sätt att bevisa något matematisk:

  • Ett direkt bevis är ett konsekvensresonemang där man går rakt på det man vill visa: Det där leder till det här. Vanlig ekvationslösning är uppbyggd på det här sättet.
  • Ett indirekt bevis går från andra hållet. Istället för att direkt visa att talet 12 är jämnt visar man att om ett tal är udda, så är det inte 12, vilket har samma innebörd.
  • Ett motsägelsebevis bevisar ett påstående genom att visa hur motsatsen ger en motsägelse. Ett klassiskt exempel är beviset för att sqrt(2) är irrationellt, där man får en motsägelse när talet antas vara rationellt.
Pythagoras sats är ett exempel på en sats som kan bevisas med hjälp av dessa metoder. Av tradition brukar ett bevis avslutas med en förkortning som talar om att beviset är slut. Ett vanligt exempel är Q.E.D. som kommer från latinets Quod Erat Demonstrandum, vilket betyder ungefär vilket skulle bevisas. Ofta används även den svenska motsvarigheten V.S.B. som står för just Vilket Skulle Bevisas, eller en ruta: □.
Exempel

Visa förhållande mellan areor

Visa att om en mindre cirkel skrivs in mellan mittpunkten och randen på en större cirkel så att den mindre cirkelns mittpunkt ligger på den större cirkelns diameter, så är den större cirkelns area alltid 4 gånger så stor som den lilla cirkelns area.

Svar

Se lösning.

Ledtråd

Rita ett diagram av cirklarna och bestäm sambandet mellan radien på den större cirkeln och den mindre cirkeln.

Lösning

Börja med att rita en figur. Inskriven betyder att den lilla cirkeln precis ska nudda kanten. Vi kan också definiera den stora cirkelns radie som r. Observera att vi inte kan hitta på ett värde på radien, t.ex. 2cm, för då kommer beviset inte gälla generellt utan endast för cirklar med radien 2.

Vi inser då att den lilla cirkelns radie blir hälften av den stora cirkelns. Eftersom vi redan har definierat den stora radien följer att den lilla radien blir r2.

Nu ska vi ställa upp uttryck för stora och lilla cirkelns areor. Det är praktiskt att definiera areorna som t.ex. A_(Stor) och A_(Liten). Med formeln för cirkelns area får vi A_(Stor)=π r^2. För att uttrycka den lilla cirkelns area sätter vi in radien r2 i formeln och förenklar.
A_(Liten)=π * (r/2)^2
A_(Liten)=π * r^2/4
A_(Liten)=π r^2/4
Nu beräknar vi hur många gånger större den stora cirkelns area är genom att använda andelsformeln.
Andel=.A_(Stor) /A_(Liten).
Andel=. π r^2 / π r^2/4.
Andel=π r^2 * 4/π r^2
Andel=4
Den stora cirkelns area är alltså 4 gånger så stor.
Q.E.D.
Koncept

Implikation

En implikation är ett samband av typen Om ..., så .... T.ex. råder en implikation mellan påståendena A: Figuren är en kvadrat och : Figuren är en fyrhörning. Man brukar använda en pil för att visa att ett påstående implicerar, eller leder till, ett annat.

I ord Med symboler
Om figuren är en kvadrat, så är den en fyrhöning. A⇒ B

Notera att implikationen, i det här fallet, inte gäller åt andra hållet: Att figuren är en fyrhörning betyder inte nödvändigtvis att den är en kvadrat. Det finns ju många typer av fyrhörningar.

En diagram över olika fyrhörningar.
Det finns dock många fall då implikationen faktiskt gäller åt båda håll, vilket kallas för en ekvivalens.
Koncept

Ekvivalens

Ordet ekvivalens kan tolkas som likvärdig. Om två uttryck har samma värde, som 2+5 och 3+4, eller om två påståenden har samma innebörd säger man att de är ekvivalenta. Påstående A: Triangeln är rätvinklig är helt likvärdigt (ekvivalent) med påstående B: Pythagoras sats gäller, eftersom detta är en implikation som gäller åt båda håll.

Påstående Implikation
A: Om triangeln är rätvinklig
B: så gäller Pythagoras sats.
A⇒ B
B: Om Pythagoras sats gäller
A: så är triangeln rätvinklig.
B⇒ A

Man kan därför kombinera pilarna för att få tecknet för ekvivalens, vilket är en dubbelpil.


A ⇔ B

Exempel

Avgör implikation eller ekvivalens

Avgör om det råder implikation (⇒ eller ⇐) eller ekvivalens (⇔) mellan varje par av påståenden.

a
A: & Mariah är17år. B: &Mariah är en tonåring.
b
C: & Polygonens vinkelsumma är360^(∘). D: &Polygonen är en fyrhörning.
c
E: & Det är natt. F: &Man kan se månen.

Ledtråd

a Kontrollera en riktning i taget. Försök att hitta exempel där implikationen inte gäller.
b Kontrollera en riktning i taget. Försök att hitta exempel där implikationen inte gäller.
c Kontrollera en riktning i taget. Försök att hitta exempel där implikationen inte gäller.

Lösning

a Om Mariah är 17 år så är hon också en tonåring. Alltså gäller A ⇒ B. Men om Mariah är tonåring måste hon inte vara just 17. Hon kanske är 13 eller 19 år. Implikationen gäller alltså bara åt höger.

A⇒ B

b Om vi stöter på en polygon med vinkelsumman 360^(∘) är det per definition en fyrhörning. Och om polygonen är en fyrhörning har den alltid vinkelsumman 360^(∘). Påståendena är likvärdiga dvs. ekvivalenta.

C ⇔ D

c Bara för att det är natt är det inte säkert att månen syns. Det kan t.ex. vara molnigt. Om månen är synlig, är det då med säkerhet natt? Nej, för ibland syns månen även på dagen. Det råder ingen implikation.
Matematisk argumentation
Övningar
>
2
e
7
8
9
×
÷1
=
=
4
5
6
+
<
log
ln
log
1
2
3
()
sin
cos
tan
0
.
π
x
y