De Tales a Pitágoras en la esquina de una página

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Hace un tiempo era normal marcar los puntos de lectura en un libro (por donde hemos dejado de leer para continuar en otro momento) doblando la esquina superior o inferior de la página.

esquina_doblada

Pero, alguien pensará que esto es todo un atentado a la integridad del libro…

… Y no le faltará razón, pues aunque intentemos “deshacer el mal”, la marca se queda ya en la página… y desde pequeños nos han dicho siempre que los libros hay que cuidarlos (gran verdad).

Además, para esto están precisamente los marcapáginas que, si tenemos niños en las primeras etapas escolares desplegando su creatividad en forma de manualidades, no nos faltarán, a no ser que hayan desaparecido “misteriosamente” (sí, esos duendes que entran por la noche en casa cuando estamos todos dormidos y se llevan algunos de los dibujos y manualidades fruto de la incesante y prolífera creatividad de nuestros hijos… ¡Qué insensibles!).

Pero volvamos a la doblez de la esquina de la página porque, a pesar de suponer un acto un tanto irresponsable, podemos aprender matemáticas con ella.

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El Teorema de Pitágoras explicado con LEGO

Se puede explicar y demostrar el Teorema de Pitágoras de muchas maneras. Algunas de ellas las hemos visto en el blog (6 demostraciones geométricas del Teorema de Pitágoras en 1 minuto o Demostración ¡hidráulica! del Teorema de Pitágoras).

En esta ocasión os traigo una interesante y sencilla animación, realizada por GENIAL, en la que se utilizan piezas de LEGO para hacerlo.

PitagorasLego2

Imagen capturada de la animación.

Espero que os guste y que os sea útil…

La fotografía arquitectónica persa de Mohammad Reza Domiri Ganji

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Mezquita Nasir Al-Mulk en Shiraz, Irán

¿Impresionante verdad?

Se trata de la Mezquita Nasir Al-Mulk en Shiraz (Irán), conocida también como la “Mezquita Rosa“, construida durante la dinastía Qajar en 1888.

Esta fotografía panorámica es la favorita de su autor Mohammad Reza Domiri Ganji, fotógrafo iraní de 25 años y estudiante de Física, interesado en la panorámica y la fotografía arquitectónica islámica.

En ella se aprecia como los arquitectos, Muhammad Hasan-e-Memar y Muhammad Reza Kashi Paz-e-Shirazi, pensaron concienzudamente en la simetría, los azulejos, los colores, la entrada de la luz, los dibujos, las repeticiones, los arcos y las vidrieras rosadas.

Según el autor de la misma, encarna cada uno de los detalles de la arquitectura persa tradicional.

Pero veamos otras de sus espectaculares fotografías de esta admirable arquitectura, donde la geometría y la simetría están siempre presentes.

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Geometría con papel, con arena… y en la nieve

Como dice el título de esta entrada, vamos a ver algo de geometría.

Pero geometría hecha con papel, con arena, e incluso en la nieve.

Para ser precisos, más que de geometría habría que hablar de auténticas obras de arte.

Si os parece bien, empezamos con el papel.

Para ello qué mejor que recurrir a la obra del diseñador y artista Matt Shlian, que se describe así mismo como un ingeniero del papel. Su obra es un tanto atípica, un híbrido entre el arte y la ciencia, en la que el plegado del papel se encuentra con la nanotecnología.

Después de ver las siguientes imágenes de algunas de sus obras, miraréis de otra forma lo de hacer aviones, barquitos y pajaritas de papel.

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¡Ya lo pensaba Euclides! Mejor lo dibujamos…

Los Elementos de Euclides es un tratado matemático y geométrico que se compone de trece partes o libros, escrito por el matemático griego Euclides cerca del 300 a. C. en Alejandría… casi nada.

Es considerado uno de los libros de texto más divulgado en la historia y el segundo en número de ediciones publicadas después de la Biblia (más de mil ediciones).

El teorema 4 del Libro II enuncia:Si se corta al arbitrio un segmento, el cuadrado de la línea entera es igual al cuadrado de las partes más el duplo del rectángulo comprendido por las partes.

Quizás así no resulte tan familiar, pero vamos a verlo con más detalle.

Si llamamos, por ejemplo, c a la línea entera, y la cortamos en las partes a y b,

abc

es decir si c = a + b, entonces Euclides dice que   c2 = a2 + b2 + 2ab  (ab es lo que Euclides llama el rectángulo comprendido por las partes).

Y si c = a + b, la expresión anterior la podemos escribir como:

(a + b)2 = a2 + b2 + 2ab

¡Ahora sí! ¿verdad?

Una de las identidades notables que tanto se atragantan a muchos estudiantes. Concretamente se trata del cuadrado del binomio.

Pues sí, Euclides ya la enunció por el 300 a. C… hace ya unos añitos. Pero no sólo hizo eso, sino que dió una demostración, y gráfica, como no podía ser de otra manera.

Es la famosa demostración que aparece en los libros de texto y, por supuesto, por internet…

binomio_01

binomio_02

La primera imagen es un cuadrado de lado a + b, y en la segunda imagen se observa que ese cuadrado está formado por uno de área a2, otro de área b2 más dos rectángulos de área ab. Es decir, comparando las áreas de los dos cuadrados se tiene que:

(a + b)2 = a2 + b2 + 2ab

que es lo que Euclides quería demostrar.

 Pues bien, esto lo podemos llevar a su versión tridimensional, es decir, en lugar de demostrar el cuadrado del binomio, demostrar la identidad del cubo del binomio.

¿Y cuál es esa identidad?

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SOLUCIÓN ¿Cuántos hexágonos hay dibujados en la imagen?

El problema que planteé decía así:

“¿Cuántos hexágonos puedes dibujar siguiendo las líneas blancas del dibujo de la siguiente imagen?”

cuantoshexagonos_00

Veamos la SOLUCIÓN, o quizás debiera decir la solución que os propongo:

solucion hexagonos

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Franz Reuleaux… y su triángulo

Franz Reuleaux (30 de septiembre de 1829 – 20 de agosto de 1905), ingeniero mecánico alemán considerado a menudo el padre de la cinemática, cumpliría hoy 186 años.

Franz Reuleaux en una fotografía de 1877. Imagen de dominio público.

Realizó contribuciones en diferentes áreas de la ciencia y de la técnica. Supervisó el diseño y la construcción de unos 300 mecanismos simples como el mecanismo de cuatro barras o la manivela.

Pero, en el mundo de la matemática, se le recuerda por su triángulo de Reuleaux.

Planteemos lo siguiente:

Además de un círculo, ¿qué otra forma puede tener una tapa de alcantarilla para que no caiga a través de un agujero?

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Ars Qubica… el patrón geométrico de la belleza

Yo creo que en entradas como ésta sobran mis palabras, pues toda la belleza radica en la animación que os quiero mostrar.

Imagen capturada de la animación

Su autor, Cristóbal Vila, es un verdadero genio, al menos para mi y seguro que para muchas y muchos más, y sus trabajos son una auténtica maravilla.

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Solución al reto de las 54 cerillas y los cuadrados

Recuerdo lo que decía el reto o problema que proponía:

“Tenemos 54 cerillas (fósforos, cerillos, mixtos, matches…).

Con esas 54 cerillas (fósforos, cerillos, mixtos, matches…) y sin cruzarlas ¿cuántos cuadrados eres capaz de formar?”

Si no lo habías visto hasta ahora o aún no te habías puesto a intentar solucionarlo, intenta resolverlo antes de seguir leyendo.

Si ya has llegado a tu solución (la que consideras mejor) puedes, si quieres, echarle un ojo a la resolución del otro problema de cerillas más sencillo que propuse cuando ví que éste le estaba resultando complicado a la gente: Problema de las 9 cerillas y los triángulos, y quizás te dé alguna idea nueva que no se te hubiese ocurrido.

De una manera u otra, cada persona habrá llegado a una solución, la suya.

Pues bien, vamos a intentar resolver este reto paso a paso, siguiendo más o menos el razonamiento lógico que podriamos llevar hasta llegar a la que considero que seria la mejor solución.

Repito, si no quieres ver aún la solución ¡no sigas leyendo!

RESOLUCIÓN

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Solución al reto de las 9 cerillas y los triángulos

Recuerdo lo que decía el reto o problema que proponía:

“Tenemos 9 cerillas (fósforos, cerillos, matches…).

Con esas 9 cerillas (fósforos, cerillos, matches…) ¿cuántos triángulos eres capaz de formar?”

Si es la primera vez que lo ves o aún no habías intentado solucionarlo, prueba a resolverlo antes de seguir leyendo.

Como es normal, cada persona habrá llegado a una solución, la suya, y lo más importante es haberlo intentado.

Ahora bien ¿es la mejor solución? es decir ¿se ha conseguido obtener el mayor número de triángulos posible?

Si te parece bien, vamos a intentar resolver este reto paso a paso, siguiendo más o menos el razonamiento lógico que podriamos llevar partiendo de cero y hasta llegar a la que, al menos desde mi punto de vista, es la mejor solución.

Repito, si no quieres ver aún la solución ¡no sigas leyendo!

RESOLUCIÓN

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¿Cuánto mide la cuerda?

Aún estamos con la resaca de Cheryl y su problema (bueno, en realidad el problema era para los participantes de las últimas SASMO, Singapore and Asian Schools Math Olympiads) y ya está empezando a correr por las redes otro problema, aunque este tiene bastante más tiempo que el de Cheryl.

Hace 20 años la Asociación Internacional para la Evaluación de Logros Académicos (IEA), propuso tres problemas a estudiantes de secundaria de matemáticas avanzadas de 16 países de todo el mundo. El que vamos a ver es uno de esos tres problemas. Y preguntaréis ¿por qué vamos a ver ese en concreto? Pues porque resulta que sólo supo resolverlo el 10% de los estudiantes (el 4% en Estados Unidos y el 24% en Suecia).

La asociación explicó que este problema fue el que más gente falló, y no porque sea especialmente difícil de resolver, todo lo contrario. De hecho a penas se resuelve en dos líneas y con algo muy familiar para todas y todos (que hayan recibido una enseñanza matemática por supuesto, pero básica).

Yo no lo compararía con el problema de lógica del cumpleaños de Cheryl que, si bien es cierto que tienen en común que no hace falta saber muchas matemáticas para resolverlos, éste se basa más bien en tener lo que se suele llamar una “idea feliz”.

El enunciado del problema es el siguiente:

“Una cuerda está enrollada de forma simétrica alrededor de una barra circular. La cuerda da la vuelta exactamente cuatro veces alrededor de la barra, que tiene una circunferencia de 4 centímetros y una longitud de 12 centímetros. Averigua cuánto mide la cuerda”.

cuerda

Tomaros el tiempo que necesitéis para resolverlo.

¿Lo tenéis ya?

Bueno, si no es así no hay problema, vamos a ver como podemos resolverlo.

Si no quieres ver la SOLUCIÓN aún…. ¡no sigas bajando!

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Solución a “¿Cuántos triángulos hay dibujados en la imagen?”

Os recuerdo lo que decía el reto propuesto:

“Como dice el título de la entrada, el reto consiste en identificar cuántos triángulos aparecen dibujados en la imagen que se muestra a continuación.

No importa tanto dar con el total exacto de triángulos, sino hacer el ejercicio mental de buscarlos, discriminando entre las formas que representan triángulos y las que no, a la vez que se evita duplicar los triángulos ya considerados.

Por supuesto, la respuesta es más completa si se identifica cada uno de ellos, para lo cuál se ha asignado una letra a cada “región” del dibujo, lo que facilita bastante el trabajo (por ejemplo, triángulo A, triángulo AB…).”

Pues bien, veamos la SOLUCIÓN.

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Laura y Juan… y el problema del televisor

Laura, Juan y el televisor

Laura y Juan son una pareja que vive en un piso ni pequeño ni grande, digamos que normal.

Cuando están en casa, pasan bastante tiempo en el salón, que ni es muy grande ni tampoco demasiado pequeño, digamos que es… normal. Como… normal es también el mueble de su salón, con unas estanterías donde tienen libros, un par de fotos enmarcadas, alguna que otra figurita de recuerdo que les han ido regalando sus amigos, y un espacio reservado en el mueble para el televisor.

Y aquí es a donde quería llegar. En casa de Laura y Juan, todo parece… normal, bueno, digamos que común, porque lo de ser normal es algo muy relativo. Así es que, en casa de Laura y Juan (incluidos ellos) todo parece bastante común, salvo… su televisor. O eso es lo que piensan ellos.

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Solución a… "cruz de cubos"

Os recuerdo lo que decía el acertijo o puzzle de vistas titulado “cruz de cubos”:

“La figura anterior en 3D está formada por seis cubos de color (dos azules, dos rojos y dos amarillos) y un cubo central (no importa de qué color). Se dan 12 posibles vistas 2D de la figura, que están representadas en la siguiente imagen con los diagramas A-L. ¿Cuáles de esas vistas son correctas y cuáles no?”

 

Vamos a ver la SOLUCIÓN.

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Cruz de cubos…

La figura anterior en 3D está formada por seis cubos de color (dos azules, dos rojos y dos amarillos) y un cubo central (no importa de qué color). Hay 12 vistas 2D propuestas de la figura, que están representadas en la siguiente imagen con los diagramas A-L. ¿Cuáles de esas vistas son correctas y cuáles no?

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Hipopotenusa

Cuando se trabaja con triángulos rectángulos, como por ejemplo al estudiar el Teorema de Pitágoras, en ocasiones (más de las que desearían muchos docentes) los alumnos tienen problemas para identificar la hipotenusa (en inglés hypotenuse)..

De hecho, a pesar de lo que muchos piensan (y no por culpa de ellos) la hipotenusa no tiene por qué ser la “x” (es decir, la incógnita), pues depende de cada caso, y esa “x” podría ser cualquiera de los catetos del triángulo rectángulo (los otros dos lados). Entonces se recurre a definir la hipotenusa como “el lado de mayor longitud de un triángulo rectángulo” o “el lado opuesto al ángulo recto”… con mayor o menor éxito.

Seguro además que muchas y muchos docentes tienen sus propios “trucos” para ayudar a recordar correctamente a sus alumnos cuál de los tres lados del triángulo rectángulo es la hipotenusa. Y esa precisamente es la razón de esta entrada, mostraros la que me ha parecido una forma bastante curiosa y divertida de intentar conseguir esto: la hipopotenusa (en inglés ahora sería hippopotenuse).

No se si conseguiremos nuestro objetivo pero, cuando menos, nos garantizamos unas risas en la clase, que también vienen bien.

Demostración ¡hidráulica! del Teorema de Pitágoras

El tan conocido Teorema de Pitágoras establece que en todo triángulo rectángulo, el cuadrado de la hipotenusa (el lado de mayor longitud del triángulo rectángulo) es igual a la suma de los cuadrados de los catetos (los dos lados menores del triángulo, los que conforman el ángulo recto).

Cada uno de los sumandos representa el área de un cuadrado de lados c, a y b, respectivamente. Así que, la expresión anterior se puede plantear en términos de áreas de la forma siguiente:

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Finitos, infinitos… o nulos ¿por qué no?

Imagina un polígono

Disculpame, creo que no he sido muy concreto, no quería decir un polígono industrial, me refería a una figura plana compuesta por una secuencia finita de segmentos rectos consecutivos que cierran una región en el plano… Vamos, un polígono de los de geometría de toda la vida.

Te propongo yo uno si te parece bien. Vamos a suponer que tenemos un cuadrado de lado l cualquiera.

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De escaleras va la cosa…

Imagina una escalera…

¿La tienes? Vamos a verla…

Vale, no es que te hayas estrujado mucho el cerebro aunque, al fin y al cabo, es una escalera…

… pero, no creo que nos lleve muy lejos.

Ya sé que has pensado en lo que costaría subir una escalera más grande, pero… piensa en una con más peldaños…

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Viaje por el interior de una Esponja de Menger

La imagen anterior es una esponja de Menger (bueno, en realidad es un nivel intermedio en el proceso de construcción de una esponja de Menger).

Para quienes no lo sepan, la esponja de Menger (a veces llamada cubo de Menger o bien cubo o esponja de Menger-Sierpiński o de Sierpiński) es un conjunto fractal descrito por primera vez en 1926 por Karl Menger mientras exploraba el concepto de dimensión topológica.

Y ¿cómo se construye?

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Los triángulos de MacMahon

Los 24 triángulos de la imagen anterior representan todas las combinaciones posibles de 4 colores colocados en cada una de las tres aristas de un triángulo equilátero.

Estos 24 triángulos forman la base de un puzzle propuesto por el matemático inglés Percy Alexander MacMahon.

El objetivo es formar un hexágono regular con los 24 triángulos.

MacMahon estableció dos condiciones para el rompecabezas:

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Solución a… cubo de cubos

El 26 de julio de 2014 propuse el siguiente acertijo o puzzle de vistas:

“La anterior figura en 3D está formada por ocho cubos de color (dos azules, dos verdes, dos rojos y dos amarillos) de forma que ninguno de los cubos se toca entre sí. Se proponen 40 posibles vistas 2D de dicha figura, representadas en la siguiente imagen con los diagramas de A a AN. ¿Cuáles de dichas vistas son correctas y cuáles no?”

Vamos a ver la SOLUCIÓN.

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Cubo de cubos…

La anterior figura en 3D está formada por ocho cubos de color (dos azules, dos verdes, dos rojos y dos amarillos) de forma que ninguno de los cubos se toca entre sí. Se proponen 40 posibles vistas 2D de dicha figura, representadas en la siguiente imagen con los diagramas de A a AN. ¿Cuáles de dichas vistas son correctas y cuáles no?

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Hipercubos geométricos… geometría y arte

De vez en cuando encuentra uno cosas en las redes sociales que le dejan admirado, no sé si tanto por su belleza o por su ingenio, probablemente sea por ambas razones.

Una de ellas es ésta que paso a mostraros: los hipercubos geométricos, llamados por su autor Andreas Hoenigschmid con el nombre de HyperQBS.

En palabras de su autor, se trata de “juguetes de arte geométrico”.
Cada uno de estos cubos está formado por 12 pirámides individuales, conectadas por sus lados mediante imanes.
Con un solo cubo se pueden formar diferentes configuraciones de formas.

Pero esto es solo un ejemplo, lo mejor es verlo en el siguiente vídeo:

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Solución a… "triángulo de cubos"

El 7 de Julio de 2014 propuse el siguiente acertijo o puzzle de vistas:

“La figura 3D de la imagen se compone de seis cubos de color (dos azules, dos rojos y dos amarillos) y los cubos se tocan sólo con sus bordes y las esquinas, pero no con las caras. Hay 12 posibles vistas 2D de la figura, representadas en la siguiente imagen en los diagramas A-L. ¿Cuáles de dichas vistas son correctas y cuáles no?”

 

Vamos a ver la SOLUCIÓN.

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Triángulo de cubos…

La figura 3D de la imagen se compone de seis cubos de color (dos azules, dos rojos y dos amarillos) y los cubos se tocan sólo con sus bordes y las esquinas, pero no con las caras. Hay 12 posibles vistas 2D de la figura, representadas en la siguiente imagen en los diagramas A-L. ¿Cuáles de dichas vistas son correctas y cuáles no?

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El tamiz de Apolonio y su versión tridimensional

Apolonio de Perge (Perge, c. 262 a. C.– Alejandría, c. 190 a. C.), fue un geómetra griego famoso por su obra “Sobre las secciones cónicas”. Conocido como “El Gran geómetra” fue quien dio el nombre de elipse, parábola e hipérbola, a las figuras que conocemos.

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El Árbol de Pitágoras

El tan conocido y mencionado en la escuela teorema de Pitágoras establece que en todo triángulo rectángulo, el cuadrado de la hipotenusa (el lado de mayor longitud del triángulo rectángulo) es igual a la suma de los cuadrados de los catetos (los dos lados menores del triángulo, los que conforman el ángulo recto).

Una forma tradicional de representar dicho teorema es la de la siguiente figura:

Teorema_de_Pitagoras

Podemos plantearlo como que tenemos un cuadrado, y sobre uno de sus lados construimos un triángulo rectángulo, de manera que sobre cada uno de los dos catetos de ese triángulo construimos sendos cuadrados de lado dichos catetos respectivamente.

Ahora, con los dos cuadrados construidos posteriormente podemos repetir el mismo procedimiento. Si, por ejemplo, lo repetimos dos veces más, tendríamos algo así:

arbol_3pasos

Este procedimiento podemos repetirlo tantas veces como queramos obteniendo… un fractal, conocido como Árbol de Pitágoras. Fue construido por primera vez por el profesor de matemáticas Albert E. Bosman (1891-1961), en Holanda en 1942.

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