Μετάβαση στο κύριο περιεχόμενο

🏀 Η Τετραγωνική Εξίσωση σε δράση – το Doodle της ημέρας


Το σημερινό Google Doodle & η τετραγωνική εξίσωση… στο παρκέ!

Σήμερα το Google Doodle τιμά την εξίσωση δευτέρου βαθμού (τετραγωνική), ένα εργαλείο με εφαρμογές στη Φυσική, τη Μηχανική, τα Οικονομικά και φυσικά στην καθημερινή ζωή. Αν έχετε χαζέψει ποτέ ένα σουτ στο μπάσκετ — στυλ Σπανούλη— τότε έχετε δει μια τετραγωνική εξίσωση «σε δράση».

Παραβολή και κίνηση βολής

Η τροχιά της μπάλας είναι μια παραβολή και μπορεί να μοντελοποιηθεί με τη συνάρτηση $$ y = ax^2 + bx + c, $$ όπου:

  • y: το ύψος της μπάλας (σε μέτρα),
  • x: η οριζόντια απόσταση από το σημείο απελευθέρωσης (σε μέτρα),
  • a, b, c: συντελεστές που καθορίζονται από τις αρχικές συνθήκες της βολής.

Τι «λένε» οι συντελεστές

  • a: σχετίζεται με τη βαρύτητα και κάνει την παραβολή κοίλη (να «ανοίγει» προς τα κάτω). Στο συγκεκριμένο σύστημα αναφοράς έχουμε πάντα a < 0.
  • b: σχετίζεται με την αρχική κατακόρυφη συνιστώσα της ταχύτητας και τη γωνία βολής.
  • c: το αρχικό ύψος της μπάλας τη στιγμή της απελευθέρωσης του παίκτη από τα χέρια του, δηλαδή $y(0)=c$. Αν η μπάλα είναι στο έδαφος, τότε c = 0. To c δεν εκφράζει το ύψος του παίκτη (μόνο αν ρίχνεις σουτ όπως ο Κόρφας!) αλλά το ύψος της μπάλας που φεύγει από τα χέρια του. 

Παράδειγμα μοντελοποίησης βολής

Ας υποθέσουμε ότι ένας παίκτης απελευθερώνει την μπάλα σε ύψος 2,13 m. Άρα $c=2{,}13$ και η εξίσωση γράφεται: $$ y = ax^2 + bx + 2{,}13. $$ Επιπλέον, από την παρατήρηση γνωρίζουμε ότι το μέγιστο ύψος είναι 3,86 m και επιτυγχάνεται σε οριζόντια απόσταση 6,7 m. Η κορυφή της παραβολής είναι λοιπόν το σημείο $$(h,k)=(6{,}7,\;3{,}86).$$

Χρησιμοποιούμε τη μορφή κορυφής: $$ y = a\,(x-h)^2 + k = a\,(x-6{,}7)^2 + 3{,}86. $$ Γνωρίζουμε επίσης ότι $y(0)=2{,}13$. Άρα: $$ 2{,}13 = a\,(0-6{,}7)^2 + 3{,}86 \;\;\Rightarrow\;\; a = \frac{2{,}13 - 3{,}86}{6{,}7^2} \approx -0{,}03854. $$

Επεκτείνοντας στη γενική μορφή $y=ax^2+bx+c$ και χρησιμοποιώντας ότι $c=2{,}13$ και $h=-\dfrac{b}{2a}=6{,}7$, προκύπτει $$ b = -2ah \approx -2\cdot(-0{,}03854)\cdot 6{,}7 \approx 0{,}5164. $$

Τελικό μοντέλο της βολής
$$ \boxed{\,y \;\approx\; -0{,}03854\,x^2 + 0{,}5164\,x + 2{,}13\,} $$ (με μέτρα ως μονάδες και αγνοώντας αντίσταση αέρα).

Για την τάξη & το γήπεδο

  • Η κορυφή $(6{,}7,\;3{,}86)$ δίνει την μέγιστη ανύψωση και τη θέση όπου συμβαίνει.
  • Ο έλεγχος πρόσημου του $a$ (<0) επαληθεύει ότι η τροχιά είναι κυρτή (στρέφει τα κοίλα προς τα πάνω) ή κοίλη (στρέφει τα κοίλα προς τα κάτω ή αλλιώς «κάμπτει» προς τα κάτω).
  • Μπορείτε να ζητήσετε από τους μαθητές σας να αλλάξουν $c$ (ύψος απελευθέρωσης) ή να εκτιμήσουν το $b$ από διαφορετικές γωνίες βολής του παίκτη.

🔗 Δείτε το επίσημο Doodle: Learning the Quadratic Equation (Google Doodles)


Σημείωση: Το μοντέλο είναι ιδανικό (χωρίς αντίσταση αέρα, στροβιλισμό κ.λπ.). Για πιο ρεαλιστική προσομοίωση μπορούν να ενσωματωθούν διορθώσεις ή να γίνει πειραματική προσαρμογή (fit) πάνω σε πραγματικά δεδομένα βολών.

Μερικά γνωμικά για το θέμα μας!

  1. Κάθε σουτ γράφει την εξίσωσή του στον αέρα· το καλάθι είναι απλώς η απόδειξη.
  2. Ο αθλητισμός είναι γεωμετρία σε κίνηση· οι παραβολές του παρκέ σπάνια λένε ψέματα.
  3. Τα μαθηματικά δεν βλέπουν το ματς∙ απλά το περιγράφουν
  4. Αλλάζει η γωνία; Αλλάζει η ιστορία! Οι εξισώσεις το γνωρίζουν πριν απ’ όλους.
  5. Στο γήπεδο, οι αριθμοί δεν χειροκροτούν — εξηγούν.
  6. Τα μαθηματικά είναι παντού· στο παρκέ διδάσκονται καλύτερα.
  7. Παρατήρησε την τροχιά∙ τα μαθηματικά σου μαρτυρούν την έκβαση πριν μπει το καλάθι.
  8. Κάθε παραβολή κρύβει μια ιστορία· φυσική, γεωμετρία, και λίγο θάρρος.

Σχόλια

Δημοφιλείς αναρτήσεις από αυτό το ιστολόγιο

Μαθηματικά Α' Γυμνασίου: Φύλλα εργασίας στο 1ο κεφάλαιο

126.243  κλικ, 20 σχόλια και συνεχίζει να μονοπωλεί το ενδιαφέρον σας! Ένα φυλλάδιο που είχα παρουσιάσει στους μαθητές του 6ου Γυμνάσιου Ιλίου περίπου πριν δεκατέσσερα χρόνια (2008) παρόλα αυτά στην αρχή κάθε σχολικής χρονιάς το αρχείο αυτό είναι πρώτο στις εμφανίσεις! Ένα αρχείο που το αγαπήσατε! Το ανανεώσαμε λίγο και το αναρτούμε εκ νέου. Παρουσιάζει το πρώτο κεφάλαιο της Α΄ τάξης με θεωρία και ασκήσεις. Περιέχει 13 υποδειγματικά φύλλα εργασίας που θα τα αγαπήσουν οι μαθητές! Τελευταία ενημέρωση: 20/9/2022 Για απευθείας αποθήκευση πατήστε εδώ. Κεφάλαιο 1ο - Φύλλα εργασίας 1 μέχρι 13 from Μάκης Χατζόπουλος

Ο 69ος διαγωνισμός μας προσφέρει τρία νέα βιβλία για την Άλγεβρα Α΄ Λυκείου

Οι τρ3ις νικητές του διαγωνισμού είναι:  65 3 12 (65:  giannis και 12: kostakis ) 25 2 09 (25: Vagios Vlachos και 09: tavlasgr αναπληρωματικός )  Να αποστείλουν στο email lisari.blogspot@gmail.com τα παρακάτω στοιχεία:  Ονοματεπώνυμο:  Διεύθυνση:  Περιοχή:  Τ.Κ.:  Κινητό τηλέφωνο για αποστολή με courier:  __________________________________________________    Το lisari ,  οι συγγραφείς  Κώστας Γατσιός - Πεσερίδης και Γ. Πέζος  και ο εκδοτικός οίκος " Κόσμος" μας προσφέρουν σε  τρ3ις  τυχερούς  το  νέο  βιβλίο Άλγεβρας  για τη Α΄ Λυκείου Μια προσφορά του  lisari.blogspot.com  σε τρεις τυχερούς!  Λίγα λόγια για το βιβλίο Θεωρούμε ότι η ύλη της Α' Λυκείου αποτελεί σημαντική βάση για την κατανόηση, αφομοίωση και εμπέδωση βασικών γνώσεων για όλο το Λύκειο καθώς και για τις Μεταλυκειακές σπουδές. Έτσι ξεκινώντας από τη θεωρία, με παρατηρήσεις - μεθοδολογίες - διαγράμματα ροής και...

Ο 65ος διαγωνισμός μας φέρνει ένα νέο επαναληπτικό βιβλίο στη Γ΄ Λυκείου! Φαντάζεστε ποιο;

Η αγάπη όλων για τα βιβλία είναι φανερή. Η συμμετοχή είναι μεγάλη, αφού πλησίασαν τις 200 συμμετοχές και τις 800 προβολές. Δυστυχώς η κλήρωση ΔΕΝ έγινε πάλι από το Λαϊκό Λαχείο αφού αναβλήθηκε η κλήρωση. Προσπάθησα να πάρω τη περσινή κλήρωση αλλά δεν υπήρχε για το μήνα Απρίλιο 2020. Επομένως τα νούμερα τα επίλεξε ο συγγραφέας Νίκος Σούρμπης από το 1 έως το 197. Οι τρεις νικητές είναι: 17: milonidis stathis 25 : Ηλίας Καμπελής 43: plat_man Και οι δύο αναπληρωματικοί είναι: 158: ΘΕΟΔΩΡΑ ΚΟΚΚΙΝΗ 190: Βασίλης Κρίθης οι οποίοι πρέπει να αποστείλουν όλοι τα στοιχεία τους στο email lisari . blogspot @ gmail . com Ονοματεπώνυμο: Περιοχή: Διεύθυνση: Τ.Κ: Κινητό:   Το lisari σας λέει καλό μήνα με τον δικό του τρόπο!  Με δώρα, κληρώσεις και με  ένα νέο επαναληπτικό βιβλίο για τη Γ΄ Λυκείου!  Για 65η φορά (δεν είναι απίστευτο;) αδιάκοπα οι εκδοτικοί οίκοι και οι συγγραφείς μας προσφέρουν τα βιβλία τους.  Ο θεσμός των διαγωνισμών όχι...

Παραγώγιση σύνθετων συναρτήσεων

Αρχικές σύνθετων συναρτήσεων