alcuni modi di vedere l’infinito in matematica 1 Attività 1a Hai davanti a te una torta. Puoi mangiarla seguendo queste regole: dividi la torta in due parti uguali e mangi in un sol boccone una delle due parti; dividi a metà la parte rimasta; mangi in un sol boccone una delle due parti e così via. Ai professori devi riservare la torta rimasta. Avanzerà qualche cosa ?…… Perché ? 1 2 1 1 2 4 1 1 1 ... 1 2 4 8 2 Attività 1c (aiutati colorando il quadrato dell’allegato 1 che trovi nella pagina seguente) Dividi il quadrato in quattro parti uguali, colorane una. Applica lo stesso procedimento al quadrato non adiacente e continua così “infinite volte”. Che parte del quadrato grande hai colorato?…… 1 16 1 4 1 1 1 1 ... 4 16 64 3 3 Lavorando con le torte si scopre che: E’ facile costruire alcune successioni numeriche costituite di infiniti termini, ove ogni termine è più piccolo del precedente e più grande del susseguente, e tali che la somma converge ad un valore finito. 1 1 1 1 1 ; ; ; ; ...; n ; ...; 2 4 8 16 2 1 1 1 1 1 1 ... n .... 3 9 27 81 2 3 1 1 1 1 1 ... n .... 1 2 4 8 16 2 1 1 1 1 1 1 ... n .... 4 16 64 256 4 3 1 1 1 1 1 ... n .... 5 25 125 5 4 Congettura! 1 1 1 1 1 2 3 ... m .... n n n n n 1 4 Il paradosso di Zenone su Achille e la tartaruga è analogo al problema delle torte, per esempio nell’ipotesi che Achille vada a velocità doppia della tartaruga e conceda metà strada come vantaggio alla tartaruga: … Dovrà coprire una distanza costituito da infiniti tratti: 1 1 1 1 .... AM 1 AM AM 2 4 8 16 Sempre che la nostra congettura sulle torte sia esatta! 5 Alla dimostrazione della nostra congettura si può arrivare attraverso le curiose proprietà dei numeri periodici: essi non sono solo un altro modo di toccare l’infinito, ma sono anche una possibile chiave nella dimostrazione della nostra congettura. Dato un numero periodico è possibile risalire alla sua frazione generatrice, esempio: 9 4 x 0, 9 x 1 x 0, 4 x 10 1 10 1 In particolare: 1 0, 1 0,1111111 ... 10 1 Questa uguaglianza è vera se assumiamo come validi i principi di risoluzione delle equazioni. CONSIDERAZIONE: I principi di risoluzione restano veri indipendentemente dalla base in cui siano stati scritti i numeri che vi 6 compaiono: 0,11111…; 1; 10; Poiché l’ultima relazione è indipendente dalla base in cui sono scritti i numeri che vi compaiono: Nella base: binaria 0,111 ... ( 2) base 3 base 5 base 10 0,111 ... (3) 1( 2) 10 ( 2) 1( 2) 1(3) 10 (3) 1(3) 0,111 ... (5) 0,111 ... (10) base n 0,111 ... ( n) 1(5) 10 (5) 1(5) 1(10) 10 (10) 1(10) 1( n) 10 ( n) 1( n) se trascritta in base 10 significa: 1 1 1 1 1 ... 1 2 4 8 16 2 1 1 1 1 1 1 1 ... 3 9 27 81 3 1 2 1 1 1 1 1 1 ... 5 25 125 625 5 1 4 1 1 1 1 1 ... 10 100 1000 10 1 9 1 1 1 1 1 2 3 4 ... n n n7 1 n n Cascata, Mauritz Cornelis Escher Costruzione a tre travi Modello per la costruzione a tre travi 8 Limite del quadrato, Maurits Cornelis Escher 9 la figura completa contiene quadrati disposti con un lato orizzontale e con un lato lungo la diagonale del quadrato precedente. I quadrati sono successivamente uno la metà del precedente. 10 Il teorema di Pitagora e la diagonale del quadrato 11 Irrazionalità e incommensurabilità 12 La frazione continua di 2 con il metodo geometrico possiamo individuare la frazione continua che permette di ottenere valori sempre più approssimati di 2 Si ottiene che: 1 2 1 2 1 1 2 2 ........ ossia lo spettro: 2 (1; 2,2,2,...) 13 Con il metodo aritmetico, sfruttando la proprietà dei radicali: 2 1 1 2 1 L’uso della frazioni continue evidenzia un algoritmo molto pratico per la determinazione di 2 1+1 1/x +2 +1 inverso …….+1 0 cicli 0,5 0,5+1=1,5 1 ciclo 0,4 0,4+1=1,4 Numero cicli 2 cicli 14 15 16