martes, 30 de diciembre de 2014

296. Esferoides...

    Como aplicación de la integral definida estábamos calculando volúmenes de sólidos de revolución. Pepe Chapuzas puso su granito de arena:

    Profe, mire. Si giro una elipse alrededor de su eje mayor obtengo una especie de balón de rugby, pero si giro la elipse alrededor de su eje menor obtengo una especie de ovni...
    Había que llamar a estos objetos por su nombre: eran esferoides (o elipsoides de revolución). Maticé con apellidos: el primero era el esferoide oblongo y el segundo el esferoide oblato... A Pepe se le ocurrió el siguiente problemilla:

    Calcula la excentricidad de una elipse sabiendo que al girarla alrededor de sus ejes el volumen del esferoide oblato es el doble del volumen del esferoide oblongo...

    Gira y gira la elipse y calcula su excentricidad.

295. Inversos...

    Hay alumnos que se desesperan si los ejercicios y problemas no son inmediatos y abandonan su resolución si tienen que pensar más de dos minutos... No es el caso de Pepe Chapuzas. Pepe es capaz de derrochar su tiempo para resolver un problema de varias maneras... El siguiente lo resolvió de cinco formas diferentes. Había que representar en la recta real, utilizando regla y compás, el inverso "b" de un número real "a", es decir, b = 1/a. Aquí se esbozan las cinco soluciones de Pepe... Justifícalas, y si sabes de otra solución diferente, añádela.

Primera solución
Segunda solución
Tercera solución
Cuarta solución
Quinta solución

miércoles, 24 de diciembre de 2014

294. De cinco en cinco

    Pepe Chapuzas había salido elegido delegado de su clase tal como se apreciaba en el recuento de votos:



    Había obtenido 17 votos... Pepe estaba contento pero intrigado observando detenidamente la pizarra. Nunca antes se había parado a pensar en la forma tradicional de apuntar los votos, de cinco en cinco, y me preguntó si se haría así en todas partes... Le propuse que lo investigara por su cuenta... Al día siguiente traía tres ejemplos en pósteres para decorar el aula con el título de "Numeración quinaria".
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    Los pósteres eran más interesantes que bonitos...
    Busca más ejemplos de numeración quinaria y los expones en clase.

martes, 23 de diciembre de 2014

293. La elipse del jardinero

    Estábamos en el patio trazando una elipse con el método del jardinero... Habíamos clavado dos estacas en el suelo y atado a ellas los extremos de una cuerda. (La longitud de la cuerda era mayor que la distancia entre las estacas.) Y deslizábamos una tercera estaca a lo largo de la cuerda en tensión realizando un surco en el suelo: la elipse. En un cierto momento de este proceso Pepe Chapuzas gritó:

    ¡Alto! ¡La cuerda forma aquí un ángulo recto!
    Cuatro veces detuvo Pepe el trazado de la elipse para comentar lo mismo... Y debió de darle vueltas al asunto porque al regresar a clase insistió en ello:

    Profe, no en todas las elipses la cuerda tensada puede formar ángulos rectos, ¿verdad? Yo creo que esto depende de su excentricidad...

    Dejo que lo penséis. Contadme lo que averigüéis...

jueves, 18 de diciembre de 2014

292. Una razón irracional

    Profe, mire. El cuadrado de un número par es un número par y el cuadrado de un número impar es un número impar. La prueba es muy sencilla... Si un número es par, entonces termina en 0, 2, 4, 6 u 8 y su cuadrado terminará en 0, 4, 6, 6 o 4 respectivamente. Y si es impar, entonces termina en 1, 3, 5, 7 o 9 y su cuadrado terminará en 1, 9, 5, 9 o 1 respectivamente...

    Pepe Chapuzas estaba orgulloso de haber deducido algo... que todo el mundo sabía...
    Aprovechando su "demostración" le hablé de la irracionalidad de 2. Le recordé que 2 era el valor de la razón entre la diagonal y el lado de un cuadrado como ya habíamos visto con el teorema de Pitágoras. ¡Era una razón irracional! Y añadí que esto se podía demostrar por reducción al absurdo, es decir, suponiendo que 2 fuera racional y llegando a una contradicción... Pepe estuvo muy atento a la explicación: esto es lo que apuntó en su cuaderno...
    Si 2 fuera racional, se podría escribir como una fracción irreducible, o sea, 2 = a/b  (siendo a y b coprimos)... 
    Por lo tanto, elevando al cuadrado, a2/b2 2, 
y despejando, a2 2b2,    (*) 
por lo tanto a2 sería par... y a también,
o sea, a = 2c, para cierto número natural c.
por tanto, a2 = 4c2,    (**)
e igualando (*) y (**) tenemos 2b2  = 4c2, y despejando, b2  = 2c2, 
y por lo tanto b2 sería par... y b también...
    Pero si a y b fueran ambos pares, no serían coprimos... y la fracción irreducible a/b sería una fracción reducible (se podría simplificar dividiendo por 2)... en evidente contradicción...
    Por todo ello, 2 no se puede escribir como una fracción irreducible... y no es un número racional... sino irracional....

    Ahora te toca a ti. Demuestra que 3 es un número irracional.

viernes, 12 de diciembre de 2014

291. El hexágono de Brianchon

    Un día me puse a hablar del terorema de Brianchon... El teorema afirmaba que si A, B, C, D, E y F eran los vértices consecutivos de un hexágono circunscrito a una circunferencia, entonces las diagonales AD, BE y CF concurrían en un punto Z.
    Pepe Chapuzas esbozó una demostración que se basaba en el concepto de potencia de un punto respecto de una circunferencia... ¿Te atreves tú?

jueves, 11 de diciembre de 2014

290. ¿De naranja o de limón?

    Pepe Chapuzas os invita a un problema de lógica. Es un problema muy antiguo. Todo un clásico...

    Hay tres bolsas de caramelos. En una se indica NARANJA, en otra LIMÓN y en la tercera NARANJA Y LIMÓN. En una bolsa hay 100 caramelos y son todos de naranja, en otra hay 100 caramelos y son todos de limón, y en la tercera bolsa también hay 100 caramelos de los que 50 son de naranja y 50 son de limón. Todo estaría claro si no fuera porque ninguna bolsa se corresponde con su contenido. Basta sacar un caramelo de una bolsa para saber el contenido de las tres. ¿Cómo?
    Resuelve el problema razonadamente...

miércoles, 10 de diciembre de 2014

289. Doblando el papel de regalo

    Profe, mire. Tengo un cuadrado de papel de regalo.. Es azul por un lado y rojo por el otro. He doblado una esquina de modo que ahora se ven una zona azul en forma de ele y una zona roja en forma de triángulo rectángulo isósceles... Ambas zonas tienen la misma área... Si la ele tiene una anchura de 10cm ¿cuánto mide la hipotenusa del triángulo rectángulo?

    Pepe Chapuzas está preparando regalos... con Matemáticas...
    ¿Cuánto mide la hipotenusa?

288. El teorema de Marden

    A Pepe Chapuzas le apasionan los resultados en los que se mezclan distintas partes de las Matemáticas... Por ejemplo, la identidad de Euler:

    Así que un día le hablé del teorema de Marden...
    Empecé con Gauss: que demostró que un polinomio complejo de grado N tenía exactamente N raíces (teorema fundamental del Álgebra); y que representó los números complejos como puntos de un plano (el plano de Gauss).
    Después seguí con Steiner: que resolvió el problema de encontrar la elipse de mayor área inscrita en un triángulo, que resultó ser la que pasa por los puntos medios de los tres lados (la inelipse de Steiner.)
    Y así llegué a Marden: que cogió un triángulo en el plano de Gauss y un polinomio complejo de tercer grado de modo que las raíces de este fueran los vértices de aquel, y descubrió que las raíces de la derivada del polinomio eran los focos de la inelipse de Steiner (teorema de Marden).
 
    Pepe no podía disimular su asombro... Se puso a garabatear en su cuaderno y al cabo de un rato me comentó:
   
    Profe, mire. La raíz de la segunda derivada del polinomio cae en el baricentro del triángulo... y el centro de la inelipse de Steiner también...

    Demuestra lo que ha dicho Pepe y me lo mandas... pero sin garabatos.
    Si te resulta difícil imaginarte polinomios con coeficientes imaginarios, supón que son reales. En tal caso...
    a) El triángulo no puede ser escaleno... ¿Por qué?
    b) ¿Cuándo será equilátero el triángulo?
    c) ¿Cuándo serán reales y cuándo imaginarios los focos de la inelipse de Steiner?

martes, 9 de diciembre de 2014

287. ¡A optimizar!

    Pepe Chapuzas ha propuesto dos ejercicios de optimización. Uno de minimizar y otro de maximizar:
    Calcula las dimensiones de la pirámide de menor volumen circunscrita a un cubo de lado 10cm.
    Una esfera roja está inscrita en un cono que a su vez está inscrito en una esfera de radio 10cm. ¿Cuáles deben ser las dimensiones del cono para que la esfera roja sea lo más grande posible?
 
    Resuelve los dos ejercicios. Hay dos positivos esperándote...

domingo, 7 de diciembre de 2014

286. ¡Ya lo tengo!

    Estaba dictando un problema de sistemas de 3 ecuaciones con 3 incógnitas... Se trataba de un granjero que tenía que comprar cerdos, ovejas y gallinas. Di el dato para la primera ecuación: compró en total 100 animales. Di los datos para la segunda ecuación: cada cerdo costaba 10 pesos, cada oveja costaba 5 pesos y cada gallina medio peso, y el granjero gastó en total 100 pesos... Antes de que diera los datos para la tercera ecuación Pepe Chapuzas exclamó:

    ¡Ya lo tengo!
    Comprueba que no hace falta la tercera ecuación. ¿Cuántos cerdos, cuántas ovejas y cuántas gallinas compró el granjero?

285. Los cubos de MacMahon

    Había propuesto un problema de Combinatoria... Había un cubo y seis colores. Y había que calcular cuántos cubos diferentes se podían conseguir coloreando cada cara de un color diferente...
   ¡Las respuestas de mis alumnos fueron todas distintas y solo había una correcta! ¿Adivináis cuál?... Sí, la respuesta de Pepe Chapuzas era 30. Se trataba de los 30 cubos de MacMahon con los que se podían plantear un sinfín de juegos y rompecabezas...

    Busca en Internet pasatiempos con los cubos de MacMahon y nos lo comentas a todos... (Hay algunos que son desafíos solo para valientes.)
    Pepe, por otro lado, ha planteado el mismo problema inicial pero coloreando caras de otros poliedros:

    ¿Cuántos tetraedros se pueden conseguir con 4 colores?
    ¿Cuántos octaedros se pueden conseguir con 8 colores?
    ¿Cuántos dodecaedros se pueden conseguir con 12 colores?
    ¿Cuántos icosaedros se pueden conseguir con 20 colores?

sábado, 6 de diciembre de 2014

284. La esfera de Dandelin

    Para explicar las secciones cónicas dibujé en la pizarra lo mejor que pude un cono recto que pretendía cortar con planos oblicuos. La primera sección cónica que obtuve fue la elipse. Pepe Chapuzas, que ya había visto la elipse en clase de Dibujo, saltó:

    Profe, lo que ha dibujado parece un cucurucho de barquillo... ¡Solo le falta el helado!

    Entonces dibujé, como si fuera una bola de helado, una esfera de Dandelin: una esfera encajada en el cono y tangente al plano oblicuo... No sé que tipo de visión espacial tiene Pepe pero su pregunta me pilló de sorpresa...
    Profe... ¿No caerá el punto de tangencia entre la esfera y el plano en un foco de la elipse, por un casual?

    Demuestra que, efectivamente, el punto de tangencia es uno de los focos de la elipse...
   

viernes, 5 de diciembre de 2014

283. Excesos...


    Profe, mire. Que la suma de los ángulos de un triángulo sea 180º me raya... Verá. Si yo dibujo un triángulo en el bloc de dibujo... pues vale..., pero si trazara un triángulo en el suelo..., quiero decir un triángulo grande..., muy grande..., grandísimo..., entonces el triángulo acabaría curvándose porque el planeta no es plano: ¡los lados serían curvos!... Imagínese un triángulo que tuviera un vértice en el polo norte y los otros dos en el ecuador... La suma de los ángulos de ese triángulo sería mayor de 180º... ¡Podrían ser incluso los tres ángulos rectos y entonces su suma sería 270º!
    Le hablé a Pepe Chapuzas de los triángulos esféricos. Le comenté que, si suponíamos que la Tierra fuera una esfera perfecta, los lados de ese gran triángulo serían arcos de circunferencias máximas. (Circunferencias máximas eran por ejemplo los meridianos y el ecuador.) Y que, en particular, el triángulo de tres ángulos rectos (trirrectángulo) sería un octante (y un octavo) de la superficie terrestre. Y, para terminar, añadí que la suma de los ángulos de un triángulo esférico siempre era mayor de 180º y que ese exceso (llamado exceso esférico) era proporcional al área del triángulo. (El exceso de un octante sería 270º – 180º = 90º.)
    A Pepe no le costó demasiado digerir tanta información de golpe porque ya estaba preguntando:

    ¿Cuál sería el exceso de España? Quiero decir... Si un triángulo esférico en la superficie terrestre tuviera la misma área que España, ¿cuál sería su exceso esférico?

    Calcula el "exceso de España".

jueves, 4 de diciembre de 2014

282. Los cuadrados equilibristas (2ª parte)

    ¡Más difícil todavía! Cuatro cuadrados equilibristas intentan hacer un equilibrio que parece imposible. ¡Están unidos por cuatro vértices formando una cadena!... Para ayudarse en el ensayo cada pareja de cuadrados opuestos se ha unido con una goma elástica roja enganchada en sus centros... De pronto se percatan de que las dos gomas siempre tienen direcciones perpendiculares... y tienen la misma longitud...
    Pepe Chapuzas ha ilustrado un sorprendente resultado conocido como teorema de Van Aubel...   
    Busca un enunciado y una demostración de este teorema y nos lo cuentas a todos...

281. Los cuadrados equilibristas

    Cinco cuadrados equilibristas están en equilibrio... De pronto se dan cuenta de que hay un cuadrado y un triángulo que tienen la misma área. (Están marcados con la letra A.) ¡Demuéstralo!
    Pepe Chapuzas te reta con este reto... Resuélvelo sin perder el equilibrio...

280. La salita y el salón

    En el palacio de Chapuzalandia están solando la salita y el salón. El suelo de la salita es un rectángulo de 4m x 3m y el del salón es un rectángulo de 30m x 20m. Están utilizando para los dos suelos el mismo tipo de embaldosado y el mismo tipo de baldosas: baldosas triangulares para el borde y baldosas cuadradas para lo demás. Aquí tenéis el plano de la salita... ¿Cuántas baldosas triangulares y cuántas cuadradas se necesitan para el salón?
    Chapuzalandia es el país imaginario de Pepe Chapuzas...
    ¡A contar baldosas!

miércoles, 3 de diciembre de 2014

279. Un múltiplo de 6

    Este número de 602 dígitos es un múltiplo de 6. La cifra A aparece 601 veces. ¿Qué cifra es A?
    Resuelve este problemita de Pepe Chapuzas. Es fácil, ¿verdad?

278. Un octágono mixtilíneo

    Profe, mire. Este círculo y este cuadrado tienen dos cosas en común: tienen el mismo centro (son concéntricos) y tienen la misma área (1 metro cuadrado). La intersección (en verde) es un octágono con 4 lados rectos y 4 lados curvos: es mixtilíneo... ¿Cuánto miden el área y el perímetro de este octágono mixtilíneo?
    Aquí tenéis el reto que Pepe Chapuzas ha propuesto para el fin de semana...

277. El calendario del arco iris

    Pepe Chapuzas también colecciona calendarios. Este es el favorito de su colección... Es un calendario que sirve para los años desde 2014 hasta 2030. (Aunque se podría ampliar.)
    Así me ha explicado cómo funciona:

    Profe, mire. Si quiero saber qué día de la semana va a caer el 13 de octubre de 2027, recorro desde el mes de octubre, que está arriba a la izquierda (X), hasta el año 2027, que está arriba a la derecha (27). O sea: bajo, tuerzo en la casilla verde y subo... Y luego subo desde el día trece, que está abajo a la izquierda (13), tuerzo en la casilla del mismo color que antes, verde, y bajo hasta el miércoles, que está abajo a la derecha (mi). Ya está: ¡miércoles!
    Solo hay que tener cuidado con los años bisiestos que están repetidos: tienen dos casillas, una negra y otra blanca... La casilla negra es para enero y febrero y la blanca para los demás meses. Por ejemplo, el 6 de febrero de 2024.. Bajo desde febrero (II), tuerzo en la casilla azul y subo hasta 2024 (24 en casilla negra). A continuación subo desde el día seis (6), tuerzo en la casilla azul y bajo hasta (ma)... ¡Martes! 
    Prueba con diferentes fechas para comprobar si funciona.
    ¿Qué día de la semana caerá tu próximo cumpleaños?

martes, 2 de diciembre de 2014

276. Un problema... con la pintura

    Pepe Chapuzas tiene un problema:
    He gastado justamente un litro de pintura verde para pintar esta figura. ¿Cuánta pintura roja he gastado?

    Resuélvele a Pepe su problema... con la pintura.

lunes, 1 de diciembre de 2014

275. Las combinaciones con repetición o el rectángulo de Chapuzas...

    Habíamos explicado las combinaciones ordinarias y habíamos visto su relación con los coeficientes binomiales y el triángulo de Pascal... Vimos algunas propiedades e hicimos una tabla de valores de M sobre N.
    Al terminar la explicación comenté que este curso no íbamos a ver las combinaciones con repetición porque no estaban en el temario... A Pepe Chapuzas le debió de disgustar esto y debió de investigar lo que eran las combinaciones con repetición por su cuenta ya que al día siguiente trajo lo siguiente:
    Profe, mire: he encontrado una propiedad de las combinaciones con repetición similar a una que vimos ayer de las combinaciones ordinarias... Además me he dado cuenta de que, a diferencia de las combinaciones ordinarias que formaban en la tabla de valores un triángulo porque N era menor o igual que M (el triángulo de Pascal), en las combinaciones con repetición N puede ser mayor que M y en una tabla de valores no se formaría un triángulo sino un rectángulo (o un cuadrado)... 

    Pepe casi se quedó sin respiración... A partir de entonces denominé a ese rectángulo el rectángulo de Chapuzas...

    Investiga qué relación hay entre las combinaciones con repetición y las combinaciones ordinarias...
    Comprueba la propiedad que ha encontrado Pepe...
    Rellena el rectángulo de Chapuzas,,,

jueves, 27 de noviembre de 2014

274. Un cuadrilátero especial (2ª parte)

    Profe, mire el dibujito... He leído que en cualquier cuadrilátero (azul), las bisectrices (verdes) delimitan un cuadrilaterito cíclico (inscribible en una circunferencita)...
    Interrumpí a Pepe Chapuzas para advertirle que eso no ocurría siempre... El cuadrado era un contraejemplo evidente ya que sus bisectrices concurrían en un punto: el centro del cuadrado...
    Demuestra que si las bisectrices delimitan un cuadrilaterito, este es cíclico.
    Pepe, además, ha añadido las siguientes preguntitas...
 
    ¿Cuándo el cuadrilaterito es un rectángulito?
    ¿Cuándo es un cuadradito?
    ¿Cuándo es un deltoide pequeñito (una cometita)?
    ¿Cuándo no hay cuadrilaterito?

273. Un cuadrilátero especial

    Profe, mire. He descubierto que si los cuatro lados (a, b, c y d) de un cuadrilátero son tangentes a una circunferencia, entonces las dos parejas de lados opuestos suman lo mismo (a+c=b+d).
    Demuestra que lo que ha "descubierto" Pepe Chapuzas es cierto.
    Averigua quién descubrió esto mucho antes que Pepe...

miércoles, 26 de noviembre de 2014

272. Complejos sin palabras

    Pepe Chapuzas está aprendiendo símbolos matemáticos...

    Profe, mire. Si escribo el enunciado de un problema en castellano solo lo entienden los que sepan castellano, pero si utilizo símbolos, lo puede entender todo el mundo... Bueno..., todo el mundo que controle los símbolos matemáticos, se entiende...

    Como ejemplo propuso el siguiente ejercicio de números complejos. Aunque a Pepe se le ha escapado un detalle que lo delata como hispanohablante: el signo de interrogación "¿".
    Veamos si entiendes este ejercicio sin palabras y lo resuelves... pero con palabras.

martes, 25 de noviembre de 2014

271. El cuarto rectángulo

    Este rectángulo está dividido en cuatro rectángulos. Dadas las áreas de tres de ellos... ¿cuánto mide el área del cuarto rectángulo?
    Aquí os dejo este pequeño reto de Pepe Chapuzas. ¿A qué esperas para resolverlo?

lunes, 24 de noviembre de 2014

270. Intersección imaginaria...

    Cada alumno tenía que preparar un tema y explicarlo en clase. Pepe Chapuzas eligió la potencia de un punto respecto de una circunferencia... Y la definió de la siguiente manera:

    Sea P un punto y C una circunferencia. Sea R cualquier recta que pase por P y sean A y B los puntos de intersección de la recta R y la circunferencia C. La potencia del punto P respecto de la circunferencia C es el producto escalar de los vectores PA y PB.

    Demostró que la potencia así definida era independiente de la recta elegida... Solo indiqué un problema en su exposición: no todas las rectas que pasaban por el punto P cortaban a la circunferencia C... Pepe, por no reconocer su leve error, comentó que, en caso de no cortarse realmente, habría puntos de intersección con coordenadas complejas imaginarias y que, seguramente, su definición de potencia seguiría siendo válida...

    Una auténtica chapuza... De todos modos comprueba si es cierto lo que ha conjeturado Pepe...
(No se pide ninguna demostración. Basta con elegir cualquier circunferencia, cualquier punto exterior y cualquier recta que pase por el punto y no corte a la circunferencia.)

domingo, 23 de noviembre de 2014

269. Demasiados factoriales...

    Pepe Chapuzas ha escrito propuesto este reto a la clase. Sé el primero en resolverlo...

268. Siete veces siete

    Profe, mire. Hace mucho nos enseñaron que la multiplicación era una suma:
    Y también nos enseñaron que la potencia era una multiplicación:
    ¿No se podría continuar la cadena inventando una nueva operación?
    Así es Pepe Chapuzas... Siempre les está dando una vuelta de más a las tuercas... Solo le contesté que no era el primero en pensar en ello... Y aprovechando su vuelta de tuerca le reté a que me dijera cuáles eran las dos últimas cifras del resultado de esa última operación...
    Ahora te reto a ti... Este es un de esos ejercicios que asustan y que te echan para atrás y sin embargo es mucho más sencillo de lo que parece a simple vista...

viernes, 21 de noviembre de 2014

267. El teorema de Apolonio

    Mandé buscar información sobre el teorema de Apolonio, también llamado teorema de la mediana, y Pepe Chapuzas dio el siguiente enunciado:

    En un triángulo, una mediana parte un lado por la mitad. El teorema de Apolonio afirma que la suma de los cuadrados de la mediana y del medio lado es igual a la media de los cuadrados de los otros dos lados...
    El enunciado era un poco confuso, por no decir chapucero... Menos mal que venía acompañado de dibujos que lo aclaraban bastante bien.
    No incluyo la demostración que dio Pepe. Esa me la tienes que dar tú...

jueves, 20 de noviembre de 2014

266. Trigonometría hiperbólica

    Profe, ¿nos tenemos que aprender todas las fórmulas trigonométricas? ¡Son demasiadas!...

    Era Pepe Chapuzas el que se quejaba... Le comenté que no había motivos para protestar puesto que no íbamos a ver la trigonometría hiperbólica, la hermana gemela de la trigonometría circular de la que se quejaba tanto... Y que todavía había una hermana mayor, que era la trigonometría esférica... Sabía que iba a despertar su curiosidad, así que le definí las funciones sh (seno hiperbólico) y ch (coseno hiperbólico):
    Y me atreví a darle tres fórmulas de trigonometría hiperbólica que enseguida relacionó con las equivalentes de trigonometría circular...
    Pepe Chapuzas no tuvo ningún problema en demostrar estas tres fórmulas a partir de las definiciones de sh y ch... Hazlo tú también.