WISKUNDETIJDSCHRIFT VOOR JONGEREN
NOVEMBER 2006
Abonnementen, bestellingen en mutaties Mirjam Worst, Drukkerij Giethoorn Ten Brink, Postbus 41, 7940 AA Meppel. Telefoon 0522 855 175, fax 0522 855 176 E-mail
[email protected] 46ste jaargang nummer 2 ISSN 0033 4766 Pythagoras wordt uitgegeven onder auspiciën van de Nederlandse Onderwijs-commissie voor Wiskunde en richt zich tot alle leerlingen van vwo en havo. Pythagoras stelt zich ten doel jongeren kennis te laten maken met de leuke en uitdagende kanten van wiskunde. E-mail
[email protected] Internet www.pythagoras.nu Hoofdredacteur Marco Swaen Eindredacteur Alex van den Brandhof Redactie Matthijs Coster, Dion Gijswijt, Jan Guichelaar, Klaas Pieter Hart, Arnout Jaspers, René Swarttouw, Chris Zaal Bladmanager Chris Zaal Vormgeving Sonja en Esther, Amsterdam Druk Giethoorn Ten Brink, Meppel Uitgever Koninklijk Wiskundig Genootschap Verantwoordelijk uitgever Chris Zaal Redactiesecretariaat Chris Zaal, Korteweg-de Vries Instituut voor Wiskunde, Universiteit van Amsterdam, Plantage Muidergracht 24, 1018 TV Amsterdam Lezersreacties en kopij René Swarttouw, Faculteit der Exacte Wetenschappen, Vrije Universiteit, De Boelelaan 1081a, 1081 HV Amsterdam. E-mail
[email protected]
Abonnementsprijs (6 nummers per jaargang) % 20,35 (Nederland), % 22,95 (België), % 26,00 (overig buitenland), % 17,25 (leerlingabonnement Nederland), % 20,00 (leerlingabonnement België), % 10,00 (bulkabonnement Nederland), % 12,00 (bulkabonnement België). Zie www.pythagoras.nu voor toelichtingen. Aan dit nummer werkten mee ir. D. Beekman, auteur van diverse breinbrekerboeken (
[email protected]), drs. A.J. van den Brandhof, docent wiskunde op het Vossiusgymnasium te Amsterdam (
[email protected]), E.C. Buissant des Amorie, voormalig docent wiskunde in Amstelveen (ecbuissantdesamorie@ ncrvnet.nl), dr. M.J. Coster, wetenschappelijk onderzoeker bij het Ministerie van Defensie (
[email protected]), dr. D.C. Gijswijt, postdoc combinatorische optimalisering aan de UvA (
[email protected]), dr. J. Guichelaar, voormalig directeur van Interconfessionele Scholengroep Amsterdam (
[email protected]), A. de Haan, student wiskunde aan de UvA (
[email protected]), dr. K.P. Hart, docent topologie aan de TU Delft (kp@pythagoras. nu), J. Haubrich, docent wiskunde aan de Fontys Hogeschool te Eindhoven (
[email protected]), drs. A. Jaspers, wetenschapsjournalist (
[email protected]), A. Kret, student wiskunde aan de UL (
[email protected]), drs. T. Notenboom, voormalig docent wiskunde op de Hogeschool van Utrecht (
[email protected]), F. Roos, docent natuurkunde te Tolbert (
[email protected]), I. Smit, student wiskunde aan de UvA (
[email protected]), dr. M.D.G. Swaen, docent wiskunde op het Calandlyceum, de UvA en de HvA te Amsterdam (
[email protected]), dr.ir. R.F. Swarttouw, docent wiskunde aan de VU (rene@ pythagoras.nu), dr. C.G. Zaal, docent en onderwijsontwikkelaar aan de UvA (
[email protected]) Op het omslag Patronen gemaakt met de vierkanten en ruiten van de krans van vierkanten, zie het artikel op pagina 4. Niveausybooltjes Artikelen in Pythagoras waarvoor bovenbouwkennis van de wiskunde nodig is om te kunnen volgen, worden bij de titel voorzien van een symbool dat de moeilijkheidsgraad aangeeft. Artikelen voorzien van zijn meestal vanaf de vierde klas te begrijpen. Voor artikelen met heb je kennis uit de vijfde of zesde klas nodig. Artikelen met gaan net iets verder dan de middelbare-schoolstof. Sponsors Pythagoras wordt mede mogelijk gemaakt door de bijdragen van de onderstaande instituten en instellingen:
i ÌÊ ÊÊ Êi Ê
iÊÃ Ì i À i Ã Û ` Ê i «Ê i Ìi Ì }Ê i Ê` iÊ i Ê À i Ü } Ê ` Ê ÌÊ> à Êâ V
ÃÕ ÊÜ Êi iÊ i i i ` Ê i Ê Õ > ÃÊ Û iÊ iÃ Ì > Õ½ i Êâ i ÊL Ì i ÀÊ ÊÊ ` } i Õ Ã } Ê Û > i > Ê Ê >Û > ] >
> à V Ê À à i à i Û ®° iÊL i Ê ÃÊÌ Ê > i ¶ Û ` «À à > À`Ã Ì }i ÊrÊ iÊ â iÊ }i Ì > Ì > À â Õ À Ê Ê Ê Ê i q Ì Ì Ê Ì i à i à i Ã Ì L Ê ÕÃ> Õ` Ê ³ Ê â i ÃÊ ÀÊL Õ Ê
i L iÊ °Ê i Ê Ê Ý Ê Ì
> > ÀÊâ â iÊ« Õ â à i ` ÃÊi i } Ì Õ } Ê Ê >Ê Ê i i ° i Ì °Ê Ê Ã i À
L } i > Ê Û À Ì Ì > i Ê Ü>
ii v ÕÌ Û> Ê Ê â > ] Û Ì Ê Ã Ê Û « i Ê Ã ` Ã Ì À> L Ê i Ê i Ê Ê Ê> à i ÀÊ Ê «Ê` Ì }i à > Ûi viÀà `i À` Ê «Ê> } À Ê V > i Õ i Ê > Û Ê i Ê À
À ÌÊ ÊiÛi Ê Ã Li ÌÊL Ãà } iÊ Ê i Ì Ã À ÃÛ ÃÕÀ` i «Ìi ÊÛ> Êâ ½Ê Êi Ê ` iÊ« Ê> L > i i Ê > ½ } Ì Ã Ê Ã¶Ê Û â > Ê > iÀ i Ê Ê Ì > > } Ç `i À ½ iÀ Ê ÊÛ À i Õ Ê
i ää Ì À > Ó Ã ½ ° Ì Ê L Ê Ã â i À i i ÊÊÊÊ< Ì iÊ
ÌiÀ} Ì Ê ¼L Ì> i >Õ> L i Ê} ` i i à ÀÊ} À Ê> Ê Ã °Ê7> Ê£xÊ i À } i \Êi Ê` Õ L > Ì Ì Õ > à i Ì À Ê Ê Ã > iÌ ° Ì
ÌÕ ]Ê Ü°Ü ÃÊÃ Ì > ÌV
i i ÊÛ ÕÊà ]Ê > ] q ]ÊÝ À ° i Ü ` i à ³ Õ À Ã Ê > } Ü i Ì Ê À > i « i i > } ÊÜ i Ê L} ` iÊà `i Õ` ÃÊÜ «Þ Ì
iÊÜ i i À `Ê` > ÌÊ Ã > J Ê Ê i À Ü Ê Ê Ê Ê ÊÜ Ê` i À} }Êi i > ÀÊÀ i i ÊÛ > Ê ` iÊ > i Ê > ½ ` ` Õ ` Üi L Ã Ì i Ê â Ê Þ iÊ i Àii À }i Ì iÊ Õ À " «Ê` > } °Ê i ` À iÊ Ã Ì i >Ê` À > > À ÃÊ `i v]ÊÜ Vvi L â Ü Êâ i Ê v Ê i Ê} i }ÀÌ Ê i â À i Û > ÌÊ
Ê Ê Ê
} Û > ÀÃ i Û À Ã Ìi
"1 ÓÊqÊÎÊÊ
iiÊÌiÃ
£nÊqÊ£
*ÞÌ
>}À>ÃÊ"Þ«>`i
{ÊqÊx
À>ÃÊÛ>Ê>V
ÌÊÛiÀ>Ìi
ÓäÊqÊÓ£
ÕÀ>>
ÈÊqÊÇ
,}iÊ«ÊëÀ}i
ÓÓÊqÊÓx
*iÀviVÌiÊ`ÀÊ«ÀiVÃi
iÊÜÃÕ`iÊÛ>Ê ,>`Ê*ÕÌÃ
ÓÈÊqÊÓÇ
*ÀLiiÊqÊ"«ÃÃ}i
ÓnÊqÊΣ
iÊ>>«ÊiÊiiÊÌÞ«i>V
i
nÊqÊ££
£ÓÊqÊ£È
iÀÊ`ii ÎÎ
£È
*ÞÌ
>}À>ÃÊ>>ʼÌÊ
£Ç
6iÀÜÃÃiÃi
*9/",-Ê "6 ,ÊÓääÈ
"«ÃÃ}iÊ ÕÜ>«V`i]Ê iÊLÀivÊ Û>ÊiiÊÜ>
«}iÊiâiÀ]Ê iiÊÌiÃÊÀ°Ê£
£
`ÀÊ VÊ ii>ÊiÊ>ÊÕV
i>>À iiÊÌiÃÊâÊ«ÕââiÌiÃÊ `iÊÜi}ÊvÊ}iiÊÜÃÕ`}iÊ ÛÀiÃÊÛiÀiÃiÊÊ«}iÃÌÊ ÌiÊÕiÊÜÀ`i°Ê iÊ>ÌÜÀ`iÊÛ`ÊiÊÊ
iÌÊ Û}i`iÊÕiÀÊÛ>Ê*ÞÌ
>}À>ðÊ
ii ÌiÃ
ÕÌÊÀÕi
ÀÊLiÃÌ>>ÊÕÌiÊÛ>ÊÓÊiÊ Û>Ê£ÊiÕÀ]ÊiÊÛ>Êxä]ÊÓä]Ê£ä]Êx]Ê ÓÊiÊ£ÊViÌ°Ê->>ÀÊiÊ-ÕÕÃÊ
iLLiÊ Ã>iÊÌiÊÕÌi°Ê iÊÕÌÃÀÌÊ ÌÊÌiÊÃÌiÊii>>ÊÛÀ°Ê->>ÀÊ
iivÌÊÛiÀÊiiÀÊâÊÛiiÊ}i`Ê>ÃÊ-ÕÕðÊ
Ê
iivÌÊ->>ÀÊ ÌiÊiiÀÊâÊÛiiÊ}i`Ê>ÃÊ-ÕÕÃ°Ê iÌÊÜiiÊÕÌiÊLi} iÊâi¶
Ó
7ii}«ÀLii iÊ
iLÌÊ`ÀiÊ}iÜV
ÌiÃÊiÀÊÕiÊ }iiÊÌÕÃÃiÊâÌÌi®°ÊiÊÜÌÊâiÊÊ iiÊÀÌiÊi}}i]ÊÛ>ÊV
ÌÊ>>ÀÊâÜ>>À°Ê ÕÌÊ`ÌÊiÌÊ`iÀÊ`>Ê`ÀiÊiiÀÊ Üi}iÊ«ÊiiÊL>>öÊ
*9/",-Ê "6 ,ÊÓääÈ
iÊiÌÌiÀʼi½ 6ÕÊ\ʼÊ`iâiÊâÊâiÊiÊ°°°ÊiiÀÊ `iÊiÌÌiÀʼi½ÊÃÌ>>°½ÊÊ
>âiÀ>Ì
iÊÛiÀ«iÀÊÛ>Ê`iÊ`>âi À>ÌÊ«ÌÊiiÊ`>âiÀ>ÌÊÊ ÛÀÊ£ÊiÕÀÊiÊÛiÀ«ÌÊ
iÊÛÀÊÊ ÓÊiÕÀ°Ê7>ÌiÀÊ«ÌÊ`iÊÀ>ÌÊiÊÊ }iivÌÊ`>>À>Ê`iÊÀ>ÌÊÜiiÀÊÌiÀÕ}ÊÊ >>Ê`iÊ`>âi°Ê7>ÌÊ
iivÌÊ7>ÌiÀÊÊ `iÊ`>âiÊ«Ê`iÊ>iÀÊÊ }i}iÛi\ÊÓ]ÊÎÊvÊ{ÊiÕÀ¶ÊÊ
ÛiÊiÊiÛiÊ`>Ì> iÊ`>ÌÕÊ£°££°£ÊLiÃÌ>>ÌÊ >iiÊ>>ÀÊÕÌÊiÛiÊVviÀÃÊiÊ iiÊÜiÊ`>>ÀÊiÛi°Ê iÊ `>ÌÕÊäÓ°äÓ°ÓäääÊLiÃÌ>>ÌÊ>iiÊ >>ÀÊÕÌÊiÛiÊVviÀÃÊiÊiiÊÜiÊ `>>ÀÊiÛi°Ê7>ÌÊÃÊ`iÊiiÀÃÌiÊ iÛiÊ`>ÌÕÊ>ÊäÓ°äÓ°ÓäääÊiÊ `iÊ>>ÌÃÌiÊiÛiÊ`>ÌÕÊÛÀÊ £°££°£¶Ê
*9/",-Ê "6 ,ÊÓääÈ
Î
`ÀÊÊÀ>Ê,Ã
/ÕÃÃiÊ`iÊV«>ÀÌ«>>ÌiÃÊÛ>Ê7À`ÊÕÊiÊ`ÌÊw}ÕÕÀÌiÊÛ`i]Ê iiÊÀ>ÃÊÛ>Ê>V
ÌÊÛiÀ>ÌiðÊÀ>Ê,ÃÊiiÊ«ÊÛiÀÃV
i`iÊ >iÀiÊ>>ÀÊ`iâiÊÀ>ðÊ
À>ÃÊÛ>Ê>V
ÌÊÛiÀ>Ìi
{
ÃÊiÊ`iÊÀ>ÃÊÌÕÃÃiÊiÊ}
>ÀiÊLiÌ]Ê `>ÊÌÊ
iÌÊiÌÊ>ÃvÊiÀÊÌÜiiÊ}ÀÌi]Ê>>ÀÊ iÌÊ}iÌii`i]ÊÛiÀ>ÌiÊÛiÀÊi>>ÀÊ
iiÊ }}iÊiÌÊiiÊ
iÊÛ>Ê{x¨ÊiÀÌÕÃÃi° ÊÊÊÊ iÊ
i«ÕÌiÊÛ>Ê`iÊÛiÀ>ÌiÊÛÀiÊ `ÀiÊÀi}i>Ì}iÊ>V
Ì
ii\ÊiiÊiiÊ`iÊ `iÊLiÃÌiÊ
i«ÕÌiÊÛ>Ê`iÊÛiÀ>ÌiÊ ÛiÀL`Ì]ÊiiÊÌÜii`iÊ`ÀÊ`iÊÃV
>ÀiÀ *9/",-Ê "6 ,ÊÓääÈ
«ÕÌiÊiÊiiÊ`iÀ`iÊ`ÀÊ`iÊLÕÌiÃÌiÊ
i«ÕÌi°ÊÊÃÌi`iÊÊ`iÊ«`À>V
ÌÊ`iÊ ««iÀÛ>ÌiÊÛ>Ê`iÊ`ÀiÊ>V
Ì
iiÊÌiÊLi Àiii°Ê>ÌiÊÜiÊâi}}iÊ`>ÌÊ`iÊÛiÀ>ÌiÊ iiÊâ`iÊÛ>ÊÊ
iLLi°Ê >ÊÕÊiÊiÌÊ`iÊ ÃÌi}ÊÛ>Ê*ÞÌ
>}À>ÃÊÕÌÀiiiÊÜ>ÌÊ`iÊ ÛiÀÃV
i`iÊ>ÌiÊâ°Ê*ÀLiiÀÊ
iÌÊ>>À]Ê ÛÀÊiÊÛiÀ`iÀÊiiÃÌ°Ê
iÊiÊ`iÊw}ÕÕÀÊ}i`]Ê`>ÊâiÊiÊ`>ÌÊ
Ê«Ê iiÊiÊ>iÀÊ>ÊÜÀ`iÊ«}iëÌÃÌ°Ê ÃÊiÊiiÊ>>Ì>ÊÛ>Ê`iÊ`>}>iÊÌÀiÌ]Ê ÌÃÌ>>ÊiÀÊ>V
ÌÊÀÕÌiÊ`iÊÃ>iÊ`iÊÜÌÌiÊ ÃÌiÀÊÛÀi°Ê >ÌÊ`ÌÊ`iÀ`>>`ÊÀÕÌiÊâ]Ê LÌÊÜ>iiÀÊiÊ`iÊ
iiÊLiÀiiÌ°Ê iÊ ÃV
iÀ«iÊ
iÊLÊ
iÌÊViÌÀÕÊÛ>Ê`iÊw}ÕÕÀÊÃÊ >i ª ª °Ê iÊÃÌ«iÊ
iiÊ âÊi`iÀʪ]ÊÜ>ÌÊâÊâÊ`iÀ}Ê}iÊ iÊÃ>iÊiÌÊiiÊÀiV
ÌiÊ
iÊÛ>Ê
iÌÊÛiÀ >ÌÊâÊâiʪ°Ê >ÊÃÊ`iÊ>`iÀiÊÃV
iÀ«iÊ
iÊ ª n ª n Ý ª]Ê`ÕÃÊʪÊ
ÕÌiÊ}}iÊÊÜiiÀÊ`iâiv`iÊÀÕÌi]Ê â>ÃÊiÊ}i>iÊÕÌÊÛ>ÃÌÃÌiiÊ`ÀÊ Ê`>>ÀÊ`iÊÛiÀÃV
i`iÊ
iiÊÌiÊLiÀi ii°Ê ÊÊÊÊ iÊÀ>ÃÊÛ>ÊÛiÀ>ÌiÊÕÊiÊ`ÕÃÊ« LÕÜiÊiÌÊÌÜiiÊÌi}iÃ\Ê`iÊÜÌÌiÊÀÕÌÊiÊ`iÊ L«>ÃÃi`iÊÛiÀ>Ìi°ÊiÌÊ`iâiÊÛiÀ>ÌiÊ iÊÀÕÌiÊÕÊiÊÊÛiiÊ>`iÀiÊÌiÀià Ã>ÌiÊ«>ÌÀiÊi}}i°Ê«ÊiÀÊiiÊÃÌiÊiÊ «ÀLiiÀÊ
iÌÊ>>À°Ê"«Ê
iÌÊÃ>}ÊÛ>Ê`ÌÊ ÕiÀÊâiÊiÊiiiÊ«>ÌÀi°Ê x
7>ÌÊÃÊ`iÊ««iÀÛ>ÌiÊÛ>Êâ½ÊÀÕÌ¶Ê Õ`i ÊÃÊ`>ÌÊ`iÊÛiÀ>ÌiÊâ`iÊÊ
iLLi°Ê iÊ `>}>>ÊÛ>Êâ½ÊÛiÀ>ÌÊÃÊ`ÕÃÊ ° iÊ««iÀÛ>ÌiÊÛ>Ê`iÊÀÕÌiÊÕÊiÊÕÊ LiÀiiiÊ`ÀÊÌiÊiÊ>>ÀÊ
iÌÊ}ÀÌiÊ ÛiÀ>Ì°Ê iÊâ`iÊ`>>ÀÛ>ÊLiÃÌ>>ÌÊÕÌÊÌÜiiÊ â`iÊiÊiiÊ`>}>>ÊÛ>Ê`iÊL>ÃÃÛiÀ> Ìi]ÊiÊÃÊ`ÕÃÊ °ÊiÌÊ}ÀÌiÊÛiÀ>ÌÊ LiÃÌ>>ÌÊÕÌÊ>V
ÌÊÀÕÌi]ÊÛiÀÊ
iiÊiÊÛiÀÊ
>ÛiÊÛiÀ>Ìi°Ê iÊÛiÀ>ÌiÊâÊÃ>iÊ °Ê ÕÃÊ`iÊ>V
ÌÊÀÕÌiÊâÊÃ>iÊÊ °Ê,iiÊiÊ`ÀÊiÌÊ`iÊÜÀ *9/",-Ê "6 ,ÊÓääÈ
ÌiÃ]Ê`>ÊÛ`ÊiÊ`>ÌÊ`iÊ««iÀÛ>ÌiÊÛ>ÊjjÊ ÀÕÌÊ Ã°Ê ÊÊÊÊÊ ÕÊÕÊiÊ`iÊ««iÀÛ>ÌiÊÛ>Ê`iÊ`ÀiÊ >V
Ì
iiÊLiÀiiiÊ`ÀÊ}iÜÊÌiÊ Ìii°Ê >ÌÊiÛiÀÌÊ ÛÀÊ`iÊiÃÌi]Ê ÊÛÀÊ`iÊ``iÃÌiÊiÊ Ê ÛÀÊ`iÊ}ÀÌÃÌi°ÊiÀÊ«Ê`>ÌÊ`iÊ``iÃÌiÊ >V
Ì
iÊÜ>ÌÊ««iÀÛ>ÌiÊLiÌÀivÌÊ«ÀiViÃÊ
iÌÊ``iÊ
Õ`ÌÊÌÕÃÃiÊ`iÊ}ÀÌiÊiÊ`iÊ ii°Ê iÊÊiiÃÊÀ>ÃiÊÛ>Ê>`iÀiÊ >>Ì>iÊÛiÀ>Ìi°ÊiÊâÌÊ
iÌÊ`>>ÀÊiÌÊ `iÊ««iÀÛ>ÌiÊÛ>Ê`iÊ`ÀiÊÛii
ii¶Ê
door Marco Swaen
o o op o o Ringen o springen
1
6
Voor de eerste opdracht heb je genoeg aan een paar strookjes papier en wat lijm. Voor de opdrachten op de rechter bladzijde moet je lange stroken gebruiken en papier dat niet snel scheurt. Beter lukt het met vier stukken touw van verschillende kleur zodat je ze goed uit elkaar kunt houden.
3 Hier zie je weer drie ringen door elkaar. Nu hangt het er maar vanaf welke je doorknipt. Knip je de middelste door, dan zijn de andere twee vrij. Knip je een van de buitenste ringen door, dan blijven de overgebleven twee aan elkaar zitten.
PYTHAGORAS NOVEMBER 2006
2 Hier zie je drie ringen stevig door elkaar. Als je één ring doorknipt, blijven de andere nog aan elkaar.
4 Opdracht 1 Maak 'drie ringen op springen', dat wil zeggen: welke van de drie je ook doorknipt, de andere twee zijn dan ook meteen los. De oplossing staat meteen al op de volgende bladzijde (foto 5).
5 Drie ringen op springen. 7
Er zijn meer manieren om ringen te laten springen.
Het is niet moeilijk vier ringen aan elkaar te zetten zodat de overgebleven ringen altijd vast blijven zitten, welke je ook weghaalt. Zorg dat je elke volgende ring door alle voorgaande haalt. Opdracht 2 Zet vier ringen zo aan elkaar dat welke je ook weghaalt, de drie overgebleven ringen los van elkaar zullen zijn. Opdracht 3 Zet vier ringen zo aan elkaar dat: - als je er willekeurig één doorknipt, de overige drie aan elkaar vast blijven zitten; - als je er vervolgens nog één doorknipt, de overgebleven twee los zijn. De oplossing van opdracht 2 en 3 vind je in het volgende nummer van Pythagoras.
PYTHAGORAS NOVEMBER 2006
6
Figuur 1 Raimond Puts met een van zijn lampen in de vorm van een geodetische koepel (foto: Alexandra Rouppe van der Voort)
8
door Marco Swaen
De wiskunde van Raimond Puts Op de technische school kreeg Raimond Puts veel goniometrische formules voorgeschoteld. Ze leken vooral bedacht om er eindeloos veel opgaven mee te maken. Wat je er later mee zou kunnen doen, kwam niet ter sprake. Net als zijn vader ging hij werken in de metaalindustrie, en de gonio-formules kwam hij nooit meer tegen. Maar nu hij eenmaal met pensioen is, heeft hij de oude goniometrieboeken weer opengeslagen omdat hij alles wil begrijpen van geodetische bollen, een speciaal soort veelvlakken dat hem mateloos fascineert.
PYTHAGORAS NOVEMBER 2006
Na militaire dienst werd Raimond Puts machineconstructeur, een beroep waar zeker emplooi voor was in de jaren van grootschalige mechanisatie. Lange tijd werkte hij bij Philips in Hilversum en Zurich. De jaren zestig stonden in het teken van de opbouw. Opbouw van de welvaartstaat, waarin materiële voorspoed eindelijk voor iedereen bereikbaar werd. De armoede, werkeloosheid en politieke tegenstellingen van voor de oorlog leken voorbij. De voortschrijdende welvaart bracht echter nieuwe problemen, zoals ernstige milieuvervuiling en uitputting van grondstoffen. De jaren van opbouw werden gevolgd door jaren van protest. Mensen gingen op zoek naar een andere manier van leven, die minder beslag zou leggen op het milieu. Zo werd begin jaren zeventig in Boxtel, in de buurt van Eindhoven, de 'Kleine Aarde' opgericht, een soort proefboerderij voor alternatieve landbouw. Raimond Puts kwam vaak op de Kleine Aarde en bouwde daar mee aan een bolwoning volgens een uit Amerika overgewaaide constructie: een geodetische koepel. Zo'n koepel bestaat uit een groot aantal driehoeken die tezamen een bolvorm benaderen (lees pagina 10 en 11). De constructie liet Raimond niet meer los en in zijn vrije tijd maakte hij modellen van hout, karton en papier, om de structuur van geodetische bollen te doorgronden.
dus moeilijk te vervangen zijn. Zijn veertig jaren ervaring als metaalbewerker kwam bij het ontwikkelen van de lamp goed van pas. Het prototype van zijn led-lamp had maar een doorsnede van zo'n 25 cm en telde een veertigtal lampjes. Spoedig werden de constructies groter en ingewikkelder, met langere strips en meer tussenverbindingen, en honderden ledlampjes. De bouw van een lamp begint met het uitmeten van de strips. Daarin moeten gaatjes worden aangebracht voor de boutjes die de strips aan elkaar verbinden. De afstand tussen de gaatjes varieert. Dan worden de strips met boutjes aan elkaar gezet en worden de lampjes op het raamwerk gesoldeerd. De afstanden tussen de gaatjes op de strips moeten heel precies kloppen, elke afwijking breidt zich in de constructie uit tot een storende oneffenheid. Pas als de lamp helemaal in elkaar zit, blijkt of alles past en, wat belangrijker is, of de constructie de schoonheid heeft waar het Raimond om te doen is. In de lampen komen voor Raimond twee werelden bij elkaar. Aan de ene kant de mogelijkheden van het materiaal, die hij na veertig jaar werken in de metaal kent als geen ander. Aan de andere kant de prachtige meetkunde van de veelvlakken waar hij meer en meer door gegrepen wordt.
Lampenkap Pas met zijn pensioen kreeg Raimond eindelijk de rust en de tijd zich helemaal op de geodetische bollen te storten. Zijn modellen oogden zo mooi, dat hij ze ging toepassen als kap voor lampen. Hierbij beviel het hem niet dat de bolconstructie alleen een decoratief element was, en functioneel niets toevoegde. Hij kwam op het idee het raamwerk te gebruiken als de bedrading van de lamp. Sindsdien bestaan zijn lampen uit twee bollen van metalen strips die in elkaar zitten, met daartussen kleine lampjes. Een zwakstroompje op de bollen is dan de voeding. De lampjes moeten klein zijn en duurzaam, omdat ze gesoldeerd worden op de strips en
Gezocht! De grootste lamp die Raimond Puts tot nog toe heeft gemaakt, bevat 362 led-lampjes, waarbij de ribbe van de icosaëder is onderverdeeld in zes stukken. De volgende stap is een lamp met 492 lampjes, en dus een onderverdeling in zeven, negen en elf stukken. Daarvoor heeft hij nog geen tabel kunnen vinden. Raimond Puts zoekt iemand die voor hem een tabel kan maken voor deze verdeling, na overleg over het onderliggende systeem van geodeten. Als tegenprestatie schenkt hij graag een geodetische lamp in handzaam formaat.
PYTHAGORAS NOVEMBER 2006
9
Icosaëder Dat je met twintig gelijkzijdige driehoeken een soort bolvorm kunt maken, was al in de oudheid bekend. De Grieken gaven dit bouwwerk de naam icosaëder: (regelmatig) twintigvlak, zie figuur 2. Als raamwerk voor een koepel is de icosaëder niet geschikt. Het aantal zijvlakken is klein, waardoor hij de vorm van een bol maar heel slecht benadert. Bovendien zijn de ribben te lang als je de koepel enige omvang wil geven. Bij de icosaëder komen in elk hoekpunt vijf gelijkzijdige driehoeken samen. Worden dat er meer, dan vallen er hoekpunten plat. Met gelijkzijdige driehoeken kun je dus geen grotere bolvorm maken. Er zijn al lang veelvlakken bekend die meer zijvlakken hebben dan de icosaëder, maar die bevatten zijvlakken die niet driehoekig zijn, waardoor ze als stangenconstructie niet stijf zijn.
10
Buckminster Fuller Vooral in Duitsland werden aan het begin van de twintigste eeuw glazen koepels gebouwd van staal en glas gebaseerd op veelvlakken. Heel beroemd is de koepel van het Glaspaviljoen van Bruno Taut uit 1914. De echte doorbraak in de toepassing van veelvlakken in koepels kwam in de jaren vijftig. Toen ging de Amerikaan R. Buckminster Fuller (1897-1985) gericht op zoek naar nieuwe constructies, die minder materiaal kosten en energiezuinigere gebouwen opleveren. Hij bedacht in 1947 dat je van de icosaëder koepels met eindeloos veel driehoekige zijvlakjes kunt maken, mits je bereid bent de afmetingen van de ribben te variëren. Alle zijvlakken worden dan driehoekig, maar zijn niet meer gelijkzijdig. De eerste koepel die hij bouwde, stortte weinig hoopvol na enkele minuten al in. Buckminster Fuller liet zich echter niet uit het veld slaan, en in 1967 was zijn enorme geodetische koepel het pronkstuk op de wereldtentoonstelling in Montreal. Constructie Buckminster Fuller noemde zijn constructies 'geodesic domes', geodetische koepels, omdat de ribben zoveel mogelijk grootcir-
PYTHAGORAS NOVEMBER 2006
Figuur 2 Icosaëder
kels (geodeten) volgen. Het uitgangspunt voor de constructie is een icosaëder. De driehoekige zijvlakken deel je op in kleinere driehoekjes volgens een vast patroon, zie figuur 4. Daarbij heb je twee basispatronen, hetzij met ribben evenwijdig met die van de driehoek, hetzij met middellijnen. Vervolgens druk je de hoekpunten die daarbij ontstaan naar buiten, tot ze op de bol komen te liggen die de icosaëder omhult. Dat naar buiten drukken kun je meetkundig op verschillende manieren doen. Je kunt ervoor zorgen dat de oorspronkelijke ribben in gelijke stukken worden verdeeld. Het gevolg is dan dat aansluitende ribben steeds knikken maken waardoor het geheel nogal rommelig oogt. Een mooier resultaat krijg je door te projecteren vanuit het midden van de bol. Er zijn dan meer ketens van ribben die een geodeet volgen. En je kunt vervolgens ook nog schuiven met hoekpunten, zodat er nog meer geodeten in het patroon komen. Maar welk principe je ook volgt, helemaal perfect wordt het nooit. Heb je veel geodeten, dan zullen de driehoekjes in het patroon qua vorm en afmeting sterk van elkaar verschillen. Zijn alle driehoekjes ongeveer even groot, dan zitten er veel knikken in de doorgaande ketens van ribben. Sinds de jaren zestig bestaan er tabellen voor de lengtes van de ribben in geodetische bolverdelingen. De samenstellers van de tabellen geven vaak niet duidelijk aan volgens welk principe zij de icosaëder opdelen, en vrijwel nooit leveren zij de precieze formules erbij waarmee zij de lengtes vonden. Literatuur Hugh Kenner, Geodesic Math and How to Use It (1976). Hermann Rühle, Räumliche Dachtragwerke - Konstruktion und Ausführung. Band 2 (1970).
Figuur 3 Een vroeg voorbeeld van een constructie met een geodetische koepel
Figuur 4 Verdeling van de driehoek volgens klasse 1 en klasse 2 met ν = 3 en 4
11
Figuur 5 Schema uit een Duits ingenieursboek uit beginjaren ‘70 met lengtes en hoeken voor een verdeling volgens klasse 1 met ν = 5.
PYTHAGORAS NOVEMBER 2006
`ÀÊÊ>ÀVÊ-Ü>i
iLÊiÊ>ÊiÀiÊ`vviÀiÌlÀi]Ê`>ÊiÊiÊ`ÌÊÃÀÌÊ«}>ÛiÊ Üi\ʼiÌÊ«ÕÌ 0 }ÌÊ«Ê`iÊ}À>wiÊÛ>ÊFX X n X ° -ÌiÊ`iÊÛiÀ}i}Ê«ÊÛ>Ê`iÊÀ>>ÊÊ0 >>Ê`iÊ}À>wiÊ Û>ÊF°½ÊiiÊ}iÃV
ÌÊÊ
iÌÊ`vviÀiÌlÀiÊÌiÊivii°Ê>>ÀÊ ÕÃÌÊLÊâ½ÊÜ>`À>ÌÃV
iÊvÕVÌiÊÃÊiÀÊiiÊÛiiÊÃiiÀiÊÊ iÌ
`i\ʼiiÀÊ`ii½°Ê Ê
£Ó
Ê
iÀ `ii ʼiiÀÊ`ii½Ê
>>ÊiÊ`iÊÛiÀ}i}ÊÛ>Ê `iÊÀ>>Ê`ÀiVÌÊÕÌÊ`iÊÛ>Ê`iÊ}À>wiÊ`ÀÊ `iÊVÀ`>ÌiÊÛ>Ê0ʼÛÀÊ`iÊ
iv̽ÊÊÌiÊ ÛÕi°Ê iÀÃÌÊëÌÃÊiÊXÊÊ x x °ÊÊjjÊÛ>Ê `iâiÊÌiÀiÊÛiÀÛ>}ÊiÊX `ÀÊ`iÊXVÀ` >>ÌÊÛ>Ê0°Ê ÕÃÊXÊÜÀ`ÌÊ x °ÊiÌÊYÊiÊ XÊ`iÊiÊiÌÃÊÛiÀ}iL>>ÀÃ]ÊiÊiÊ
iLÌÊ`iÊ ÛiÀ}i}ÊÛ>Ê`iÊÀ>>°Ê"«Ê`iÊÛ}i`iÊ ÌÜiiÊ«>}>½ÃÊ`iÊÜiÊ
iÌÊÕÌ}iLÀi`ÊÛÀ°Ê
*9/",-Ê "6 ,ÊÓääÈ
¼ iÀÊ`ii½ÊÜiÀÌÊ>ÃÊ`iÊ}À>wiÊÛ>ÊFÊiiÊ Ü>`À>ÌÃV
iÊÀiÊÃ]Ê`>ÌÊÜÊâi}}iÊiiÊ ÛiÀ}i}Ê
iivÌÊ`iÊiÊÕÌÊÃV
ÀÛiÊÊ`iÊ ÛÀÊ ÊÊÊÊÊÊÊÊ Ax Bx y C y Dx E y F iÊvÕVÌi FX Ê y x x ÊÃÊiiÊÛÀ Lii`ÊÛ>ÊiiÊÜ>`À>ÌÃV
iÊÀi]ÊÜ>ÌÊ âÊÛiÀ}i}Ê y x x ÊÕÊiÊÊ ÃV
ÀÛiÊ>ÃÊ x y x °Ê
-ÌiÊ`iÊÛiÀ}i}Ê«ÊÛ>Ê`iÊÀ>>Ê Ê ®Ê>>Ê`iÊ}À>wiÊÛ>Ê`iÊvÕVÌi Ê FX X n X Ê Ê iÊ}À>wiÊÛ> FÊÃÊiiÊÜ>`À>ÌÃV
iÊ Ài°Ê iÀÊ`iiÊiÌÊ ®ÊiÛiÀÌÊ
-ÌiÊ`iÊÛiÀ}i}Ê«ÊÛ>Ê`iÊÀ>>Ê Ê ®Ê>>Ê`iÊ}À>wiÊÛ>Ê`iÊvÕVÌiÊ ÊÊ
ÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊ
x x
iÀÃÌÊÜiÀiÊÜiÊ`iÊÛiÀ}i}ÊÛ>Ê`iÊ }À>wiÊ\Ê YX n X Ê >>iÃÊÕÌÜiÀiÊiÊiiÀÊ`iiÊ iÛiÀÌÊ
1ÌÜiÀiÊ}iivÌÊ y x x Ê] vÜiÊ y x °Ê ÕÃÊiiÊÛiÀ}i }ÊÛÀÊ`iÊÀ>>ÊÃ Y X n °Ê
ÌÊÕiÊÜiÊ
iÀi`iÊÌÌÊ ]ÊvÜiÊ
iÊÛiÀ}i}ÊÛÀÊ `iÊÀ>>ÊÃÊ`ÕÃÊY n X
*9/",-Ê "6 ,ÊÓääÈ
£Î
-ÌiÊ`iÊÛiÀ}i}Ê«ÊÛ>Ê`iÊÀ>>Ê Ê ®Ê>>Ê`iÊ}À>wiÊÛ>Ê`iÊvÕVÌiÊ Ê f x x x Ê ÊÊÊ
iÀÃÌÊÜiÀi\Ê y x
x
Ê ÊÊÊ Ü>`À>ÌiiÀÊÃÊiÊÀiV
ÌÃ\Ê
£{
Ê ÊÊÊ y x x iÊ}À>wiÊÛ> F ÃÊ>>ÀÊiiÊ}i`iiÌiÊ Û>Ê`iâiÊÀi]Ê>>ÀÊÛÀÊ
iÌÊ«ÕÌÊ ®Ê`iiÀÌÊ`>ÌÊiÌ°Ê>>iÃÊÕÌÜiÀiÊ iÊiiÀÊ`iiÊiÛiÀÌÊ
6iÀiiÛÕ`}iÊ}iivÌÊ y x x
iÊÛiÀ}i}ÊÛÀÊ`iÊÀ>>ÊÃÊ`ÕÃÊ y x °
Ü>`À>ÌÃV
iÊÀi 7iÊ
iLLiÊ>ÊiiÊ«>>ÀÊÀiÊiÌÊiiÊ ÛiÀ}i}ÊÛ>Ê`iÊÛÀÊ ÊÊÊÊÊÊÊÊ Ax Bx y C y Dx E y F }iâiÊÊ`iÊÛÀLii`i\Ê UÊ x x y \Ê«>À>LÊÀiV
Ì«®ÆÊ UÊ x x y y \Ê
Þ«iÀLÆÊ UÊ x x y y x \Ê«>À>LÊÃV
iiv®ÆÊ UÊ x y \Êi«Ã°Ê *9/",-Ê "6 ,ÊÓääÈ
-ÌiÊ`iÊÛiÀ}i}Ê«ÊÛ>Ê`iÊÀ>>Ê Ê ®Ê>>Ê`iÊ}À>wiÊÛ>Ê`iÊvÕVÌiÊ Ê f x x Ê ÊÊÊ 7iÊÜ>`À>ÌiÀiÊ`iÊÛiÀ}i}ÊÛ>Ê`iÊ }À>wi\Ê y x ° iÊ}À>wiÊÛ>ÊF ÃÊiiÊ}i`iiÌiÊÛ>Ê iiÊi«Ã]Ê
iÌÊ«ÕÌÊ ®Ê}ÌÊ«Ê`>ÌÊ }i`iiÌi°Ê>>iÃÊÕÌÜiÀiÊiÊiiÀÊ `iiÊiÛiÀÌÊ
iÊÛiÀ}i}ÊÛÀÊ`iÊÀ>>ÊÃÊ`ÕÃÊÊ Ê
Ê
iÌÊ>}iiiÊÃÊiiÊÜ>`À>ÌÃV
iÊ ÀiÊiiÊi}iÃi`i]Ê`>ÌÊÜÊâi}}i\Ê iiÊÀiÊ`iÊiÊÕÌÊÀ}iÊ`ÀÊiiÊ i}iÊÌiÊ`ÀÃ`iÊiÌÊiiÊ«>ÌÊÛ>°ÊÊ
iÌÊÃV
i>Ê«Ê«>}>Ê£xÊâiÊiÊâÕiÊ`À Ã`}iÊiÊ`iÊÀiÊ`iÊâiÊ«iÛiÀi°Ê v
>iÊÛ>Ê`iÊ
iÊ`iÊ
iÌÊÃÛ>Ê >>ÌÊiÌÊ`iÊ>ÃÊÛ>Ê`iÊi}iÊÀ}ÊiÊVÀiÃ]Ê i«Ãi]Ê«>À>LiÊiÊ
Þ«iÀLi°Ê7>iiÀÊ
iÌÊÃÛ>Ê`ÀÊ`iÊÌ«ÊÛ>Ê`iÊi}iÊ}>>Ì]Ê ÌÃÌ>>ÊiÀÊâ}i
iÌiÊÌ>>À`iÊi}i
Ãi`i]Êâ>ÃÊiiÊ«ÕÌ]ÊiiÊÀiV
ÌiÊ]ÊÌÜiiÊ Ã`i`iÊi°Ê ÊÊÊÊ iÊi}iÃi`i]ÊÊiiÊ>viÌ}]ÊÛiÀ
Õ`}ÊiÊÃÌ>`]ÊÌÊÛiÀiiÊiÌÊiiÊ Ü>`À>ÌÃV
iÊÀi°Ê"Ê`iÊÌ>>À`iÊ i}iÃi`iÊâÊÜ>`À>ÌÃV
]ÊLÛÀLii`\Ê UÊXʳÊYÊrÊ\Ê«ÕÌÆÊ UÊX ʳÊXYʳÊYÊrÊ\ÊÀiV
ÌiÊÆÊ UÊXÊqÊYÊrÊ\ÊÌÜiiÊÃ`i`iÊi°Ê Ê`iÊÜ>`À>ÌÃV
iÊÀiÊiÊÜiÊÊ }ÊÌÜiiÊLâ`iÀiÊ}iÛ>iÊÌi}i]Ê`iÊiÊ iÌÊ`ÀiVÌÊ>ÃÊi}iÃi`iÊâÕÌÊ
iÀii\Ê UÊX ÊqÊXYʳÊYÊqÊX qÊYrÊ\ÊÌÜiiÊiÛiÜ`}iÊ iÆÊ UÊXʳÊYÊrÊn \ÊiÌðÊ
«>ÌÌiÊÛ>Ê
iLLiÊâiÊÜiÃÜ>>ÀÊ}iiÊ «ÕÌi]Ê>>ÀÊLiÊiÊâiÊÊ`iÊÌÜii`ià >iÊV«iÝiÊÀÕÌi]Ê`>ÊâÊ
iÌÊi«ÃiÊ `iÊ`Ü>ÀÃÊ«ÊâiÊLii`iÊi«ÃiÊÃÌ>>°Ê ÊÊÊÊ>`}ÊÊÌiÊÜiÌiÊÃÊ`>ÌÊiÊ>>Ê`iÊ ÛiÀ}i}ÊÛ>Ê`iÊÀiÊLiÌÀiiÊ iiÛÕ`}ÊÕÌÊâiÊiÌÊÜiÊÌÞ«iÊi}i Ãi`iÊiÊÌiÊ>iÊ
iLÌ°Ê iÀiiÊ
iÌÊ}iÌ>Ê D " n !#Ê
iÌÊÌÊÜiÊ`iÊ`ÃVÀ>Ìt®]Ê `>Ê}i`Ì\Ê UÊD \Êi«ÃÆÊ UÊD rÊ\Ê«>À>LÆÊ UÊD Ê\Ê
Þ«iÀL°Ê
ÀÊÃÊÊiiÊ}iÌ>ÊHÊ`>ÌÊÛiÀÌiÌÊvÊ`iÊ ÀiÊÌ>>À`ÊÃ°Ê iÊÕÌ`ÀÕ}ÊÛÀÊHÊ âiÌÊiÀÊiV
ÌiÀÊÜ>ÌÊ}iÜi`ÊÕÌ\Ê
ÀiÊâ>ÃÊ`iÊ>>ÌÃÌiÊ
iLLiÊ
ii>>Ê }iiÊ«ÕÌi°Ê/V
ÊÜÀ`iÊâiÊiÌÊ>ÃÊÌ >>À`ÊLiÃV
ÕÜ`]Ê>>ÀÊ>ÃÊVÀiÃÊi«Ãi®Ê iÌÊiiÊ>}>ÀiÊÃÌÀ>>°ÊÊÃÊ}iÜiÊ
ÊÊÊÊÊÊÊÊÊ h AC F B D E AE
C D B F B D
ÃÊHÊr ]ÊÃÊ`iÊÀiÊÌ>>À`]Ê>`iÀÃÊiÌ°Ê
£x
*9/",-Ê "6 ,ÊÓääÈ
7>>ÀÊ>}ÊiÊiiÀÊ`ii¶ >ÌÊiiÀÊ`iiÊ`iÊÛiÀ}i}ÊÛ>Ê`iÊ À>>Ê«iÛiÀÌÊÃÊiÌÊiÊ>>ÊÌiÊÌi]Ê ÌiÃÌiÊ>ÃÊiÊÜ>ÌÊÛ>ÊÀiÊÜiiÌ]Ê iÊiÊiÊiÌÊ>ÊÌiÊÛiiÊâÀ}iÊ>>ÌÊÛiÀÊ ÕÌâ`iÀ}Ã}iÛ>i°Ê vviÀiÌiiÀÊ`iÊ
iiÊ ÛiÀ}i}ÊÛ>Ê`iÊÜ>`À>ÌÃV
iÊÀi]Ê `>ÊÀ}ÊiÊ ÊÊÊÊÊÊÊÊÊ
Axdx Bxdy Bydx C ydy Ddx Edy
ÊÃÊ}iÛ>ÊÀ}Êi]Ê>ÊiiÊLiiÌiÊÜiÀ i]Ê`iÊÛ}i`iÊÛiÀ}i}\ ÊÊÊÊÊÊÊÊÊ
iiÊ`ÌÊ`ÀÊ]ÊÛiÀi}ÛÕ`}Ê>iÃÊÕÌÊ iÊ}iLÀÕÊ`>ÌÊX0 ]ÊY0 ®Ê«Ê`iÊÜ>`À>ÌÃV
iÊ ÀiÊ}Ì]Ê`>ÊÀ}ÊiÊ Ax P x
>ÌÊ}iivÌÊiÊ`iÊÀ>>ÀV
Ì}ÊÊ
iÌÊ«ÕÌÊ0\Ê Ax P x By P x Bx P y C y P y ÊÊÊÊÊÊÊÊÊ dy dx
x P y P
Ax P By P D x x P C y P Bx P E y y P
Ax P By P D C y P Bx P E
iÊÊ`ÀÊiiÊ}i}iÛiÊ«ÕÌÊA]ÊB®ÊiÌÊ ÀV
Ì}ÃVlvwÊVlÌÊ Ê
iivÌÊ`iÊÛiÀ}i}
By P x Bx P y C y P y Dx Dx P E y E y P
Dx Dx P E y E y P F
iÊ`>ÌÊÃÊ«ÀiViÃÊ`iÊÛiÀ}i}Ê`iÊiÊÀ}ÌÊ >ʼiiÀÊ`ii½° 6À>>}\Ê7>ÌÊiÛiÀÌʼiiÀÊ`ii½Ê«Ê`iÊ0Ê iÌÊ«Ê`iÊÀiÊ}̶
ÊÊÊÊÊÊÊÊÊ y b x a °
£È
*ÞÌ
>}À>ÃÊ>>ʼÌÊ <`iÀÊÜiÌiÃV
>«Ê}iiÊÌiV
ÃV
iÊÛÀÕÌ}>}]ÊiÊ`ÕÃÊÊ }iiÊëÀÜi}i°Ê >ÌÊLiÃivÊÜ`iÊ`iÊ>ÀV
ÌiVÌÊ*°°°Ê ÕÞ«iÀÃÊ`iÊ ÌÀiÀiâ}iÀÃÊii}iÛi]ÊÌiÊ
iÌÊ`iVÀ>Ìi«À}À>>ÊÛÀÊâÊ
iÌÀ>>Ê-Ì>ÌÊÊÃÌiÀ`>ÊÜiÀ`Ê«}iÃÌi`°Ê-`ÃÊ£nnÊÃÌ>>Ê `>>ÀÊLÛiÊ`iÊÜiÃÌiiÊ}iÛiÊ`ÀiÊLii`iÊ`iʼ`iÊ*
ÞÃV>]Ê `iÊ>Ì
iÃÃÊiÊ`iÊiV
>V>½ÊÛÀÃÌii°Ê"«Ê
iÌÊÜ>«iÃV
`Ê LÛiÊâÊ
v`ÊÛ>Ê`iÊ``iÃÌiÊwÊ}ÕÕÀÊÃÌ>>ÌÊiiÊÀiV
Ì
i}iÊ `Ài
iÊiÌÊÛiÀ>ÌiÊ«Ê`iÊâ`i°ÊiiÊÌÜviÊ`ÕÃÊ`>ÌÊÜiÊ
iÀÊÌiÊ>iÊ
iLLiÊiÌÊiiÊLii`ÊÛ>Ê*ÞÌ
>}À>ð
*9/",-Ê "6 ,ÊÓääÈ
`ÀÊ >ÃÊ °Ê ÕÃÃ>ÌÊ`iÃÊÀi
6iÀÜÃÃiÃi i`iÀiiÊ ÜiiÌÊ `>Ì °Ê iÀÊ ÃÊ
iÌÊ «iÀiÊ `>ÌÊ ÃÊ iÊ ÀiV
ÌÃÊ Û>Ê
iÌÊ rÌiiÊ `iâiv`iÊ VviÀÃÊ ÃÌ>>°Ê ÕÊ ÕÊ iÊ `>ÌÊ>ÌÕÕÀÊ«ÊÛiiÊ>iÀiÊÛÀÊi>>ÀÊÀ}i]Ê`ÀÊV viÀÃÊ ÌiÊ ÛiÀÜÃÃii]Ê >>ÀÊ iiÃÌ>Ê ÃÊ `>ÌÊ iÀ}Ê y>ÕÜ]Ê â>ÃÊ LÊ Ê ÊrÊ ÊiÊ °Ê ÀÊâÊÊ>>À`}iÀÊÛ`ÃÌi°ÊÊ 7>ÌÊ`>V
ÌÊiÊÛ>Ê`iâiÊViVÌi\
£Ç
7iÊÛ`ÌÊ}ÊiiÀÊÛiÀÜÃÃiÃi¶Ê -ÌÕÕÀÊâiÊ«Ê>>ÀÊÀiiJ«ÞÌ
>}À>Ã°Õ°Ê iÊÃÌiÊâi`}iÊ«>>ÌÃiÊÜiÊÊ*ÞÌ
>}À>ðÊ
*9/",-Ê "6 ,ÊÓääÈ
Pythagoras Olympiade door Anne de Haan, Arno Kret, Thijs Notenboom en Iris Smit
18
Uitdagende opgaven die je doorgaans niet in de schoolboeken tegenkomt: dat is de Pythagoras Olympiade. In elk nummer tref je twee opgaven aan, en twee oplossingen van de opgaven uit twee afleveringen terug. Ga de uitdaging aan en stuur ons je oplossing! Onder de goede leerling-inzenders wordt per opgave een boekenbon van 20 euro verloot. Aan het eind van de jaargang wordt gekeken wie in totaal de meeste opgaven heeft opgelost. Deze persoon, die geen leerling hoeft te zijn, wint een boekenbon van 100 euro.
Hoe in te zenden Insturen kan per e-mail: [email protected] of op papier naar het volgende adres: Pythagoras Olympiade Mathematisch Instituut Universiteit Leiden Postbus 9512 2300 RA Leiden Voorzie het antwoord van een duidelijke toelichting (dat wil zeggen: een berekening of een bewijs). Vermeld behalve je naam, ook je adres, school en klas. Je inzending moet bij ons binnen zijn vóór 31 december 2006.
PYTHAGORAS NOVEMBER 2006
OPGAVE
136 Gegeven een gelijkbenige driehoek ABC met |AC| = |BC|. Punt D is het midden van AB. Laat nu P een punt zijn op CD en Q Q B een punt op BC, met Q B, zodanig dat |AP| = |PQ|. Bewijs dat vierhoek APQC een koordenvierhoek is.
OPGAVE
137 Bewijs dat 2 i 6 2i i 0
OPLOSSING
OPLOSSING
132 133 Allard tekent op een vel papier een cirkelschijf met straal 1. Hij markeert n punten binnen de cirkel. Bewijs dat er een punt P op de cirkel is waarvoor geldt dat de som van de afstanden van P tot de gemarkeerde punten groter dan of gelijk aan n is.
Gegeven is een geheel getal k > 3. De oplossingen van de vergelijking x2 – kx + 1 = 0 zijn a en b. Bewijs dat voor ieder geheel getal n 0 geldt: a. an + bn is geheel. b. an + bn is niet deelbaar door k – 1.
Oplossing. We tekenen een rechte lijn door het middelpunt van de cirkel en noemen de punten waar de lijn de cirkel snijdt P1 en P2 . De punten binnen de cirkel noemen we A1, A2 , ..., An. Nu volgt uit de driehoeksongelijkheid dat voor alle i geldt:
Oplossing. De oplossingen van de vergelijking x2 – kx + 1 = 0 zijn 12 k 12 k 2 4 . Hierdoor weten we dat a + b = k en ab = 1. a. Noem rn = an + bn, dan r0 = a0 + b0 = 2, dus geheel, en r1 = a1 + b1 = k, wat ook geheel is. We passen nu inductie toe. Stel dat voor alle elementen ri met i m geldt dat ri geheel is, voor zekere m. Bekijk dan rm+1 = am+1 + bm+1 = (a + b)(am + bm) – ab(am–1 + bm–1) = k . rm – rm–1. Dus ook rm+1 is dan geheel. Hieruit volgt dat an + bn geheel is voor alle n. b. Stel dat m het kleinste gehele getal is waarvoor geldt dat rm = am + bm deelbaar is door k – 1 en m 2. Omdat rm = k . rm–1 – rm–2 = (k2 – 1)rm–2 – k . rm–3 = (k – 1)(k + 1). rm–2 – k . rm–3 , moet ook k . rm–3 deelbaar zijn door k – 1. Omdat k – 1 geen deler kan zijn van k, moet k – 1 een deler zijn van rm–3 . Dit is alleen mogelijk als m – 3 < 3, maar r0 = 2, r1 = k en r2 = k2 – 2 = (k – 1)(k + 1) – 1: alledrie niet deelbaar door k – 1. Conclusie: er is geen enkele n waarvoor an + bn deelbaar is door k – 1.
d(P1, Ai) + d(Ai, P2)
d(P1, P2) = 2.
Hieruit volgt dat n
d P1 Ai
i 1 n i 1
n i 1
d Ai P2
d P1 Ai d Ai P2 n i 1
2 2n
Nu zijn er twee mogelijkheden: n i 1
d P1 Ai n of
n
d P1 Ai n < n.
i 1
In het eerste geval kunnen we punt P1 kiezen als P. In het tweede geval moet gelden n dat i 1
d Ai P2 n
en kunnen we punt P2 kiezen als P. Deze opgave werd goed opgelost door Ela Kowalczyk uit Amsterdam.
PYTHAGORAS NOVEMBER 2006
Deze opgave werd goed opgelost door Elias C. Buissant des Amorie uit Castricum, Ela Kowalczyk uit Amsterdam en Jens Vande Cavey van het Heilige-Drievuldigheidscollege te Leuven. De boekenbon gaat naar Jens Vande Cavey.
19
*OURNAAL 0YTHAGORAS
.OVEMBER
.UMMER
DOOR !LEX VAN DEN "RANDHOF EN !RNOUT *ASPERS
7ISKUNDE /LYMPIADE /P VRIJDAGMIDDAG JANUARI IS DE EERSTE RONDE VAN DE .EDERLANDSE 7ISKUNDE /LYMPI ADE (IERBIJ MOET JE IN TWEE UUR TIJD ACHT VIJFKEUZE PROBLEMEN EN VIER OPEN VRAGEN DIE ELK EEN EXACT GETAL ALS ANTWOORD HEB BEN PROBEREN TE KRAKEN (O GERE WISKUNDE KOMT ER NIET IN VOOR MET EEN GEZONDE DOSIS PRO BLEEMOPLOSSEND VERMOGEN MOET JE EEN EIND KUNNEN KOMEN )N FORMEER BIJ JE WISKUNDELERAAR
Óä
HOE JE JE OPGEEFT $E BESTEN GAAN DOOR NAAR DE TWEEDE RONDE EN DE BESTEN DAARVAN VERTEGEN WOORDIGEN .EDERLAND BIJ DE )N TERNATIONALE 7ISKUNDE /LYMPI ADE IN IN 3PANJE %EN OPGAVE UIT DE EERSTE RONDE VAN VORIG JAAR )N EEN MAGISCH VIERKANT IS DE SOM VAN DE DRIE GETALLEN IN ELKE RIJ DE SOM VAN DE DRIE GETALLEN IN ELKE KOLOM EN DE SOM VAN DE DRIE GETALLEN IN ELK VAN DE TWEE DIAGONA
$RIE PRIJZEN ACHTER ELKAAR $E JARIGE WISKUNDIGE 4ERENCE 4AO VAN DE 5NI VERSITEIT VAN #ALIFORNIÑ HEEFT KORT NA ELKAAR DRIE GROTE PRIJZEN GEWONNEN /P AUGUSTUS WAS HIJ EEN VAN DE VIER WINNAARS VAN DE &IELDS