Hunajakakku menossa lingottavaksi



Samankaltaiset tiedostot
Platonin kappaleet. Avainsanat: geometria, matematiikan historia. Luokkataso: 6-9, lukio. Välineet: Polydron-rakennussarja, kynä, paperia.

Oulun seitsemäsluokkalaisten matematiikkakilpailu Tehtävät ja ratkaisut

Mohrin-Mascheronin lause kolmiulotteisessa harppi-viivaingeometriassa

Tasogeometria. Tasogeometrian käsitteitä ja osia. olevia pisteitä. Piste P on suoran ulkopuolella.

Pituus- ja pinta-alayksiköt. m dm cm mm. km hm dam m. a) neljän pienen kohteen pituus millimetreiksi, senttimetreiksi ja desimetreiksi

Kenguru 2010 Cadet (8. ja 9. luokka) sivu 1 / 5

3. Kuvio taitetaan kuutioksi. Mikä on suurin samaa kärkeä ympäröivillä kolmella sivutahkolla olevien lukujen tulo?

Todistusmenetelmiä Miksi pitää todistaa?

14 Monikulmiot 1. Nimeä monikulmio. a) b) c) Laske monikulmion piiri. a) 30,8 cm 18,2 cm. Laske sivun x pituus, kun monikulmion piiri on 25,0 cm.

Pienoismallien rakentaminen Linnanmäen laitteista

Monikulmiot 1/5 Sisältö ESITIEDOT: kolmio

Fibonaccin luvut ja kultainen leikkaus

KESKEISET SISÄLLÖT Keskeiset sisällöt voivat vaihdella eri vuositasoilla opetusjärjestelyjen mukaan.

Kenguru 2016 Student lukiosarja

Mb02 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) sivu 1/1

Tasokuvioita. Monikulmio: Umpinainen eli suljettu, itseään leikkaamaton murtoviivan rajaama tason osa on monikulmio. B

Tehtävä Vastaus

Matematiikan mestariluokka, syksy

Vektorien pistetulo on aina reaaliluku. Esimerkiksi vektorien v = (3, 2, 0) ja w = (1, 2, 3) pistetulo on

} {{ } kertaa jotain

Solmu 3/ toteutuu kaikilla u,v I ja λ ]0,1[. Se on aidosti konveksi, jos. f ( λu+(1 λ)v ) < λf(u)+(1 λ)f(v) (2)

kymmenjärjestelmä-käsitteen varmentaminen, tutustuminen 60-järjestelmään kellonaikojen avulla

Solmu 3/2001 Solmu 3/2001. Kevään 2001 ylioppilaskirjoitusten pitkän matematiikan kokeessa oli seuraava tehtävä:

Kenguru 2013 Cadet (8. ja 9. luokka)

Tehtävä Vastaus

Tekijät: Hellevi Kupila, Katja Leinonen, Tuomo Talala, Hanna Tuhkanen, Pekka Vaaraniemi

Kenguru 2014 Ecolier (4. ja 5. luokka)


Kenguru 2011 Ecolier (4. ja 5. luokka)

MATEMATIIKKA JA TAIDE II

B. 2 E. en tiedä C ovat luonnollisia lukuja?

Avaruuslävistäjää etsimässä

TYÖPAJA 1: Tasogeometriaa GeoGebran piirtoalue ja työvälineet

Kolmion kulmien summa. Maria Sukura

Tässä osassa ei käytetä laskinta. Kaikkiin tehtäviin laskuja tai perusteluja näkyviin, ellei muuta ole mainittu.

Opetusmateriaali. Tarvittavat välineet: KUVA 1. Rullakko 1. KUVA 2. Rullakko 2, jossa kiekoissa on kuhmu

LUKUTEORIA johdantoa

Tasogeometriaa GeoGebran piirtoalue ja työvälineet

Avainsanat: matematiikan historia, geometria, trigonometria

PERUSKOULUN MATEMATIIKKAKILPAILU LOPPUKILPAILU PERJANTAINA

Cadets Sivu 1

Tässä osassa ei käytetä laskinta. Selitä päätelmäsi lyhyesti tai perustele ratkaisusi laskulausekkeella, kuviolla tms.

a) Sievennä lauseke 1+x , kun x 0jax 1. b) Aseta luvut 2, 5 suuruusjärjestykseen ja perustele vastauksesi. 3 3 ja

7 Vapaus. 7.1 Vapauden määritelmä

Johdatus matematiikkaan

Päättöarvioinnin kriteerit arvosanalle hyvä (8)

ClassPad 330 plus ylioppilaskirjoituksissa apuna

sanat nimet kätensä toimia toistaa ymmärtänyt

Kenguru 2012 Cadet (8. ja 9. luokka)

Modus Ponens. JosAjaA B ovat tosia, niin välttämättä myösb on tosi 1 / 15. Modus Ponens. Ketjusääntö. Päättelyketju.

Kenguru 2011 Benjamin (6. ja 7. luokka)

Avainsanat: geometria, kolmio, ympyrä, pallo, trigonometria, kulma

Oppimistavoite: ymmärtää, kuinka positiiviset ja negatiiviset magneettiset navat tuottavat työntö- ja vetovoimaa.

4. Varastossa on 24, 23, 17 ja 16 kg:n säkkejä. Miten voidaan toimittaa täsmälleen 100 kg:n tilaus avaamatta yhtään säkkiä?

RATKAISUT a + b 2c = a + b 2 ab = ( a ) 2 2 ab + ( b ) 2 = ( a b ) 2 > 0, koska a b oletuksen perusteella. Väite on todistettu.

Kolmioitten harjoituksia. Säännöllisten monikulmioitten harjoituksia. Pythagoraan lauseeseen liittyviä harjoituksia

Miten osoitetaan joukot samoiksi?

Matematiikan ilmiöiden tutkiminen GeoGebran avulla

Shorin algoritmin matematiikkaa Edvard Fagerholm

Koontitehtäviä luvuista 1 9

b) Määritä myös seuraavat joukot ja anna kussakin tapauksessa lyhyt sanallinen perustelu.

Turun seitsemäsluokkalaisten matematiikkakilpailu Ratkaisuita

4.5 Kaksivaiheinen menetelmä simplex algoritmin alustukseen

Python-ohjelmointi Harjoitus 5

Vastaukset 1. A = (-4,3) B = (6,1) C = (4,8) D = (-7,-1) E = (-1,0) F = (3,-3) G = (7,-9) 3. tämä on ihan helppoa

Etunimi. Sukunimi. Oppimistavoite: ymmärtää, kuinka positiiviset ja negatiiviset magneettiset navat tuottavat työntö- ja vetovoimaa.

Kahden suoran leikkauspiste ja välinen kulma (suoraparvia)

Preliminäärikoe Pitkä Matematiikka

Logiikka 1/5 Sisältö ESITIEDOT:

Matematiikka vuosiluokat 7 9

Suora. Määritelmä. Oletetaan, että n = 2 tai n = 3. Avaruuden R n suora on joukko. { p + t v t R},

Matematiikkaa peruskoulun tekstiilityön tunnilla

Lauseen erikoistapaus on ollut kevään 2001 ylioppilaskirjoitusten pitkän matematiikan kokeessa seuraavassa muodossa:

Kenguru 2013 Student sivu 1 / 7 (lukion 2. ja 3. vuosi)

Matematiikassa ja muuallakin joudutaan usein tekemisiin sellaisten relaatioiden kanssa, joiden lakina on tietyn ominaisuuden samuus.

4.1 Urakäsite. Ympyräviiva. Ympyrään liittyvät nimitykset

7.lk matematiikka. Geometria 3. Hatanpään koulu 7B ja 7C Kevät 2017 Janne Koponen

Kenguru 2013 Cadet (8. ja 9. luokka)

15. Suorakulmaisen kolmion geometria

Koostaneet Juulia Lahdenperä ja Rami Luisto. Kochin lumihiutale

Matematiikassa väitelauseet ovat usein muotoa: jos P on totta, niin Q on totta.

(1) refleksiivinen, (2) symmetrinen ja (3) transitiivinen.

a) Arkistokatu ja Maaherrankatu ovat yhdensuuntaiset. Väite siis pitää paikkansa.

Sarjat ja integraalit, kevät 2014

Mehiläsitarha, Juhmon marjatila, Tuusula

Peruskoulun matematiikkakilpailu Loppukilpailu 2010 Ratkaisuja OSA 1

Kuva Suomen päätieverkko 1 Moottoritiet on merkitty karttaan vihreällä, muut valtatiet punaisella ja kantatiet keltaisella värillä.

a b c d

Geometrian kertausta. MAB2 Juhani Kaukoranta Raahen lukio

Apua esimerkeistä Kolmio teoriakirja. nyk/matematiikka/8_luokka/yhtalot_ yksilollisesti. Osio

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

2 = 31415, m

Induktio, jonot ja summat

Kenguru Benjamin (6. ja 7. luokka) sivu 1 / 5

Casion fx-cg20 ylioppilaskirjoituksissa apuna

Kenguru 2016 Student lukiosarjan ratkaisut

Tero Hämäläinen Kevätkokousesitelmä Näin hoidan mehiläisiäni

AMMATTIKORKEAKOULUJEN LUONNONVARA- JA YMPÄRIS- TÖALAN VALINTAKOE 2008 MATEMATIIKKA

Cadets Sivu 1 RATKAISUT

Kenguru 2016 Cadet (8. ja 9. luokka)

Transkriptio:

POHDIN projekti Hunajakenno Mehiläispesän rakentuminen alkaa kennoista. Kenno on mehiläisvahasta valmistettu kuusikulmainen lieriö, joka jokaiselta sivultaan rajoittuu toisiin kennoihin. Hunajakennot muodostavat seinämän, jossa kennopohjien toisella puolella on vastakkaiseen suuntaan aukeavia samanlaisia kennoja. Kaikkien toisissaan kiinni olevien kennojen muodostamaa suunnilleen 2,5 senttimetrin paksuista rakennelmaa sanotaan kakuksi. Sikiökakkujen kennoista suurimpaan osaan emo munii, osaan kerätään siitepölyä ja vain pesän yläosan kennoihin varastoidaan hunajaa 1. Hunajakakuissa puolestaan on enimmäkseen hunajaa, ja juuri hunajakakut mehiläishoitaja satokauden päätyttyä pesistä kerää. Hunajakakku menossa lingottavaksi Mehiläiskenno on yksi luonnon suurista ihmeistä. Se on matemaattisesti hyvin kaunis ja ällistyttävän tehokas rakennelma. Jokainen mehiläinen tietää tarkalleen minkä muotoisia kennoja on rakennettava. Mehiläisten pyrkimyksenä on luoda tehokas kennosto kahdesta 1 http://www.hunaja.net/@bin/243752/hunaja+ja+terveys.pdf

näkökulmasta. Ensinnäkin pyrkimyksenä on rakentaa sopivan kokoinen kennosto uusien mehiläissukupolvien kasvattamiseen. Tosin uudet koiraspuoliset mehiläiset eli kuhnurit sekä uusi kuningatar kasvatetaan hieman suuremmissa ja varta vasten näitä tarkoituksia varten rakennetuissa kennoissa. Pesän kuningatar ja sikiökakku 2 Toisaalta pyrkimyksenä on varastoida mahdollisimman paljon hunajaa ja siitepölyä uusien sukupolvien ravintotarpeisiin. Hunajakakku, jossa myös siitepölykennoja 3 Koko kennoston rakentamisprosessi on suoritettava niin, että itse rakentamiseen käytetään mahdollisimman vähän vahaa suhteessa saavutettavaan hyötyyn. Tämä syystä, että vahan tuottaminen on mehiläisiltä erittäin paljon energiaa vaativa prosessi. Itse asiassa vaaditaan noin 4 kg:n hunajaenergia, jotta voidaan tuottaa 500 g vahaa. Mihin perustuu, että mehiläisten tapa rakentaa kennosto juuri säännöllisistä kuusikulmioista, on ratkaisuvaihtoehdoista paras? Voidaanko mehiläisten toiminnalle löytää matemaattiset perusteet? 2 http://www.hunaja.fi/ 3 http://www.hunaja.net/kuvapankki/

Kuusikulmio on mehiläisten tekemänä hämmästyttävä insinööritaidon näyte, mutta toisaalta valinnan varaa ei ole paljon. Esimerkiksi viisikulmioilla tai vaikkapa ympyröillä tason yhtenäinen täyttö ei edes onnistu. Molemmissa tapauksissa jää tyhjää tilaa ja hyödyntämätöntä pinta-alaa suhteessa rakennusmateriaaleihin. Varsinaisia tason täydellisesti täyttäviä vaihtoehtoja on ainoastaan kolme tasasivuinen kolmio, neliö tai mehiläisten valitsema säännöllinen kuusikulmio. Kaikkiaankin mehiläisten rakennustaidot edustavat ällistyttävää tarkkuutta. Esimerkiksi uuden vastarakennetun mehiläiskennon vahaseinämän paksuus on 88 10 m eli noin 0,09 mm ja kennot rakennetaan kaikki 13 :een kulmaan vaakatasoon nähden, jotta hunaja ei lähde valumaan. Kreikkalaisen matemaatikon Pappos Aleksandrialaisen (n. 290-350) katsotaan esittäneen ensimmäisenä matemaattisessa muodossa otaksuman, että mehiläiset rakentavat kennostonsa kuusikulmioista, koska tällöin hunajaa saadaan varastoiduksi eniten suhteessa rakennusmateriaaleihin. Tosin Marcus Terentius Varro kirjoitti samankaltaisia ajatuksia jo 36 e.a.a. Koko laajuudessaan ongelma on nimeltään Hunajakenno-otaksuma (engl.

honeycomb conjecture 4 ) ja sillä on yhteys mm. Tykinkuula-ongelmaan (engl. cannonball problem). Unkarilainen matemaatikko László Fejes Tóth otti ratkaisevat askeleet ongelman osittaiseen ratkaisuun (ns. konveksisuusrajoite) 1943 ja myöhemmin myös ns. kolmiulotteiseen tapaukseen huomioiden mm. kennojen pohjan kolmiulotteisuuden. Lopullisen todistuksen näihin ongelmiin loi pääasiassa puhtaan algebran keinoin Thomas Hales vuonna 1999. Myöhemmin asialle on esitetty todistus myös fraktaalimatematiikan keinoin. "The hard part is going from intuition to rigorous mathematics to prove it." Thomas Hales, 2007 Tämä hidas prosessi jo sinänsä kertoo, että asian täydellinen ratkaisu ei ehkä ole sittenkään ilmeinen. Tällaisten ongelmien syvällisyys paljastuu yleensä vasta, kun niitä ryhtyy tutkimaan ja pohtimaan ihan tosissaan. Seuraavassa Hunajakenno-otaksumaa lähestytään mahdollisimman alkeellisella tasolla. Tehtävä 1. Oletetaan, että yhden hunajakennon vahaseinämän pituus on yksi yksikkö ts. monikulmion piiri on yksi eli p 1. Laske sekä tarkka arvo että likiarvo kuvion pinta-alalle kolmessa eri tapauksessa: tasasivuinen kolmio, neliö ja säännöllinen kuusikulmio. Aseta pinta-alat suuruusjärjestykseen. 4 Konjektuuri (engl. conjecture) on matemaattinen väite, jonka arvellaan olevan tosi, mutta jota kukaan ei ole vielä todistanut todeksi tai epätodeksi. Kun konjektuuri on osoitettu todeksi, siitä tulee teoreema eli lause.

Tehtävä 2. Mainitse ainakin kaksi erilaista syytä, miksi ongelmaa ei voi kokonaisuudessaan ratkaista tehtävän 1. sisältämällä yksinkertaisella laskennalla. Tehtävä 3. Tutki mehiläisten rakentamien hunajakennojen matematiikkaa Internetissä käyttäen mm. hakusanoja honeycomb conjecture, sphere packing problem, sphere packing hexagonal, cannonball problem, László Fejes Tóth, Thomas Hales.