Onder de loep

In deze loep komen allerlei problemen aan bod waarvan de uitkomst ons op een of andere manier verrast. Het niveau van de onderwerpen bestrijkt zowel de eerste, tweede als derde graad. Bij sommige problemen blijkt het eerste antwoord dat in je opkomt bij nader inzien totaal fout te zijn. Enkel met een kritische blik op het eindantwoord of een goed onderbouwde, wiskundige redenering kun je anderen (en jezelf!) overtuigen dat het eindresultaat anders is. Sommige problemen sluiten rechtstreeks aan bij de leerstofonderdelen. Zo past een teken-activiteit met vierhoeken in de eerste graad. Een kansspel dat op een verrassende manier leidt tot een fractaal, kan zowel bij rijen als bij kansrekening aan bod komen. Een onverwacht limietgeval hoort dan weer thuis bij de regel van de l'Hospital in de derde graad. Andere problemen in deze loep staan eerder los van de leerstof wiskunde in het secundair onderwijs, maar zijn daarom niet minder interessant. Zoals de reden waarom het lijkt alsof je vrienden op Facebook gemiddeld meer vrienden hebben dan jezelf, en waarom het verkeer soms vlotter kan doorrijden door een welbepaalde straat te verwijderen. In deze loep kunnen de stukjes onafhankelijk van elkaar gelezen worden.

Een wiskundeleraar wil in de eerste plaats dat zijn leerlingen wiskunde leren. Het leren is iets wat de leerling zelf moet doen. Dit gebeurt in de klas, maar ook daarbuiten. Naast activerende werkvormen voor in de klas, zochten we naar manieren om meer impact te hebben op het leren buiten de klas. Zowel in de klas als daarbuiten kan dit online of offline gebeuren. De auteurs geven een persoonlijk verslag van hoe zij dit proberen te realiseren.

In fysica wordt voortdurend gebruik gemaakt van technieken uit wiskunde en omgekeerd worden in de les wiskunde vaak voorbeelden en toepassingen uit fysica bestudeerd. Leerlingen maken de transfer tussen de twee vakken niet automatisch en hebben daar vaak moeite mee. Deze loep biedt inspiratie om de samenhang tussen beide vakken te tonen. We gaan dieper in op begrippen en benamingen die in de les fysica gebruikt worden met betrekking tot vectoren. Ook het scalair en vectorieel product komen aan bod in fysische contexten. Verder zoeken we methoden om het zwaartepunt van vlakke figuren te bepalen. Dat doen we zowel experimenteel als theoretisch, wat een mooie toepassing van integraalrekening oplevert. We behandelen ook een modelleeropdracht waarbij we een antwoord zoeken op een aantal vragen met betrekking tot de regen. Hoe blijf je zo droog mogelijk wanneer je zonder paraplu door een regenbui moet? Tot slot gaan we dieper in op de wiskunde bij de slingerbeweging. We helpen je op weg om zelf een ‘pendulum wave’ te maken, een golf van slingers met verschillende lengte.

We brengen leerlingen van de 21ste eeuw in contact met hoe Egyptenaren in de oudheid, Arabieren in de middeleeuwen en Italianen in de renaissance vergelijkingen oplosten. Egyptenaren losten eerstegraadsvergelijkingen op met een gok die ze aanpasten door te verdubbelen en te halveren. Ook de middeleeuwse ‘regula falsi’ start met één of twee gissingen, waarmee de oplossing berekend wordt. De recepten van Al-Khwarizmi om tweedegraadsvergelijkingen op te lossen, werden met ingenieuze meetkundige puzzels verklaard. De geschiedenis van de derde- en hogeregraadsvergelijkingen in de renaissance en erna vormt een ware thriller. Met deze mooie stukjes historische wiskunde hopen we dat de leerlingen ons vak meer als een boeiend menselijk avontuur dan als een afgewerkt product ervaren. Bovendien gaan ze de efficiëntie van de huidige wiskundige oplossingsmethodes beter appreciëren als ze geconfronteerd worden met de moeilijkheden van vroeger, toen men het zonder negatieve getallen en zonder onze handige algebraïsche schrijfwijze moest doen.

Wiskunde wordt in allerlei andere disciplines gebruikt. Economie is een van deze disciplines. Toch zijn economische contexten nog niet zo sterk doorgedrongen in wiskundelessen. Daar willen we met deze loep verandering in brengen. We werkten vier toepassingen uit die goed aansluiten bij de leerplannen van de tweede en derde graad. En passant geven we de wiskundeleraar een pak economische achtergrondkennis mee. Vier onderwerpen komen aan bod: optimale verdeling van geproduceerde goederen over twee markten, een pittig extremumprobleem met eerste- en tweedegraadsfuncties, gebruik van afgeleiden en integralen bij marginale kosten en opbrengsten, en, tot slot, een blik op Lorenzkrommen en Ginicoëfficiënt vanuit de beschrijvende statistiek en de analyse.

Ruimtelijk inzicht is van fundamenteel belang voor ieder van ons en we kunnen het verbeteren door te oefenen. Reden genoeg om ruimtelijk inzicht centraal te stellen in onze lessen ruimtemeetkunde. In het bijzonder richten we ons in deze loep op de lessen ruimtemeetkunde van de tweede graad, al kan een deel van het materiaal ook in de eerste graad worden gebruikt. Aan de hand van een powerpoint geven we een mogelijke manier om de lessen ruimtemeetkunde van het vierde jaar op een attractieve manier te starten en zo de interesse van de leerlingen te wekken. Daarna bekijken we een aantal kortere lesactiviteiten waarbij we het 'zien' in de ruimte centraal stellen. Volgende items komen hierbij aan bod: ontwikkelingen, aanzichten, series van doorsneden, onderlinge ligging van rechten (snijden of kruisen), toepassingen van vlakke meetkunde in de ruimte en een klein onderzoek naar de oppervlakte van een kegel. We behandelen ook een lesactiviteit over de doorsnede van een kubus met een vlak. Het doel hierbij is niet de ‘snijkunde’ op zich, maar wel willen we de leerlingen de zinvolheid van eigenschappen laten ervaren in redeneringen op ruimtelijke situaties.

Het begrip ‘oneindig’ is fascinerend en duikt regelmatig op in wiskundelessen, van het eerste tot het zesde jaar. Maar het is een begrip dat vele ladingen dekt. We kunnen oneindig zien als een (onbegrensd) aantal, als het kardinaalgetal van een oneindige verzameling. Er blijken verschillende oneindige kardinaalgetallen te bestaan. Oneindig duikt ook op bij limieten van rijen en functies. Dan gaat het helemaal niet over een aantal, maar over een dynamisch proces. Wat bedoelen we als we zeggen dat x ‘naar oneindig’ gaat? In deze loep geven we ideeën en materiaal om met leerlingen dieper in te gaan op het oneindige, zowel in de eerste en de tweede graad als in de derde graad.

De loep van dit nummer is de tekst van de plenaire voordracht op onze feeststudiedag van 15 maart 2014. Philippe Cara gaat in op verrassende eigenschappen van de irrationale, de transcendente en de normale getallen. Deze laatste soort is minder bekend maar is de laatste tijd onder wiskundigen een ‘hot topic’ geworden. Het geheel is gekruid met historische weetjes. Zo kan elke soort getallen met een sterfgeval in verband worden gebracht (vandaar de titel). Mooie bewijzen worden niet geschuwd en hier en daar duikt een nog onopgelost probleem op. De aandachtige lezer leert zeker veel bij over de wondere wereld van de getallen.

In het leerplan vinden we de doelstelling: “leerlingen moeten verschillende grafische voorstellingen van statistische gegevens gebruiken en interpreteren”. Hiervoor is het nodig dat leerlingen de technische aspecten van statistiek leren, zoals een gemiddelde bepalen, gegevens voorstellen, een standaardafwijking berekenen… In handboeken vind je veel en waardevol materiaal terug. In deze loep is het niet de bedoeling om dit materiaal verder uit te breiden. We leggen de klemtoon op de meer conceptuele aspecten zoals wat is de betekenis van het gemiddelde, wanneer is de mediaan meer aangewezen dan het gemiddelde of waarvoor kun je een spreidingsmaat als de standaardafwijking gebruiken. Daarnaast vonden we tijdens onze zoektocht op het internet verrassend materiaal om grote hoeveelheden data voor te stellen. In het laatste stukje laten we je daar even van proeven.

Meetkundige plaatsen vormen een belangrijk aspect van meetkunde, een bril waarmee je figuren leert zien als ‘plaatsen’ waar variabele punten op mogen bewegen. In de eerste graad kunnen middelloodlijnen, bissectrices en cirkels als meetkundige plaatsen bekeken worden en zijn er ook oefeningen mogelijk over transformaties waarbij meetkundige plaatsen een rol spelen. In de tweede graad kunnen bekende maar ook meer verrassende meetkundige plaatsen leerlingen motiveren voor de werkwijze van de analytische meetkunde. In de derde graad is er een keuzeonderwerp ‘analytische meetkunde’ in de sterke wiskunderichtingen, met onder andere de methode van de geassocieerde krommen. Dit onderwerp stimuleert volop het meetkundig en analytisch denken van de leerlingen, zeker wanneer analytische en synthetische methodes bij elkaar komen.