Lösning till problem vecka 16

Thomas skrev ner alla dagar i en viss månad på en rad: 123456789101112… Sedan målade han över 3 av dagarna (som var hans kompisars födelsedagar) och inga övermålade dagar var precis efter varandra. Det visade sig att alla omålade områden består av exakt lika många siffror. Kan den första dagen vara oövermålad eller måste den vara övermålad?

För andra gången på kort tid använder jag mig av Erik R.’s lösning :)

Lösning:

Antag att den första dagen är omålad.

Det finns ett ojämnt antal ensiffriga dagar. Det innebär att om den första övermålade dagen är en tvåsiffrig dag, så måste det omålade området vänster om den ha ett ojämnt antal siffror.

Men det går inte, därför då måste även de andra omålade områdena, som består av tvåsiffriga tal, ha ett ojämnt antal siffror. Således måste den första övermålade dagen vara ensiffrig.

Men om den första övermålade dagen är ensiffrig, så har det omålade området vänster om den maximalt 8 siffror. Eftersom tre målade dagar som mest kan dela in sifferraden i fyra omålade områden kan det totala antalet siffror då max vara 8*4+1+2+2=37.

Men den kortaste månaden (februari i ett vanligt år) ger 9*1+19*2=47 siffror. Därmed kan ingen månad täckas in på detta vis.

Den första dagen måste därmed vara övermålad.

Lösning till problem vecka 15

På ett 10×10-bräde finns en pjäs i varje ruta. En tillåten operation är att välja en diagonal som innehåller ett jämnt antal pjäser och ta bort en valfri pjäs från den diagonalen. Hur många pjäser kan man som mest ta bort med hjälp av sådana operationer?

Lösning:

Först och främst uppskattar vi hur många (eller snarare hur få) pjäser måste verkligen vara kvar på brädet.

Från början har vi 18 diagonaler med ett jämnt antal pjäser, och 20 med ett udda antal pjäser, totalt 38 stycken diagonaler. Vi kallar framöver diagonalerna för “jämna” och “udda” beroende på vilket antal pjäser som står på dem för tillfället.

Hur förändras detta antal när vi utför operationer? Jo, vi tar ju bort en pjäs från en jämn diagonal, så den diagonalen kommer att bli udda. Men varje pjäs står på två stycken diagonaler. Så den andra diagonalen kommer också att förändra sort.

Så antingen blir det jämn->udda och udda->jämn, vilket totalt sett inte förändrar antalet udda respektive jämna diagonaler eller så blir det jämn->udda och jämn->udda, vilket minskar antalet jämna diagonaler med 2 och ökar antalet udda diagonaler med 2.

På slutet, när vi inte längre kan utföra några tillåtna operationer, kommer antalet udda diagonaler alltså vara minst 20. Men en udda diagonal kan inte vara tom (för att 0 är ett jämnt antal). Så 20 är det minsta antalet icke-tomma diagonaler på slutet.

Varje pjäs kan bidra till max 2 diagonalers “icke-tomhet”, vilket betyder att det måste finnas åtminstone 10 pjäser kvar på slutet.

Och det finns ett exempel på hur man kan ta bort pjäser på ett sådant sätt att det blir precis 10 kvar. Notera att om brädet målas schackrutigt, så kommer de vita diagonalerna inte ha något att göra med dem svarta (precis som en löpare alltid måste gå på samma färg under ett schackspel).

Därför om vi ta bort pjäserna från de vita rutorna så att det blir 5 kvar, så kan vi göra detsamma med de svarta rutorna (genom symmetrisk borttagning). Så här kan man ta bort från de vita rutorna, siffrorna nedan anger ordningen:

Lösning till problem vecka 14

Eli och Tiffany är kompisar och bor i grannhus. Eli bor på nummer 4. Om Tiffany ska ta den kortaste vägen till Eli, så spelar det ingen roll på vilken sida hon springer runt hennes eget hus. Bestäm numret som Tiffany bor på.

Lösning:

Om Tiffany springer till höger när hon kommer ut följer hon den röda vägen, om hon springer till vänster följer hon den blåa:

Den blåa vägen är 4 steg längre än den röda just nu, men de ska i slutändan bli lika långa.

Eftersom långsidan på Tiffanys hus är 8 steg totalt, måste 2 av dem  gå till den blåa vägen och 6 till den röda för att det ska jämna ut sig. Alltså bor Tiffany på nummer 6.

Höstens mattegåtetävling är över!

Under höstterminen kom gåtorna varje vecka och den som löster allra flest var Johan B. Här ser ni honom tillsammans med första priset:

Vinnaren bland studenter var Erik R. och bland högstadieelever var det Olle K., Hanna H., Jennifer U.-L., Karl E. och Alexander J. De kommer få sina priser snarast möjligt. Stort grattis!

Högstadiets matematiktävling, kvalet 09 är rättat

En lördag morgon samlades några underliga människor vid ingången till ett universitet. De hade valt att rätt matteprov ideellt en hel lördag förmiddag från och med klockan 9 istället för att sova gott i sängen.

Dessa människor är nuvarande och före detta elever på Danderyds gymnasiums matematiklinje. Denna matematikprogram med riksintag har funnits i mer än 20 år och jag gick den själv för några år sedan. Tycker du om naturvetenskap, speciellt matte och fysik, och smarta människor finns det knappast bättre gymnasieval.

En gång om året, efter att högstadieeleverna har skrivit sin tävling, har matematikeleverna tradionen att samlas och rätta den. Det låter kanske inte så spännande, men verkligen intressanta möten kan bli av. Igår blev jag inbjuden till att åka till Azerbajdzjan till exempel, för att övervaka en naturvetenskapstävling. Sådana erbjudanden får man ju oftast genom kontakter :)

Men vad är Högstadiets matematiktävling? Det är precis vad det låter som, eleverna på högstadiet tävlar i att lösa mattegåtor, enskilt på sin egen skola. Denna tävling är rikstäckande och får man tillräckligt med poäng, får man komma vidare till finalen i Stockholm.

Det är precis vad vi avgjorde den 28 november. Många blev nedrättade från sina preliminära poäng, men några blev upprättade. Det visade sig att alla elever med åtminstone 9 poäng av 18 möjliga gick vidare till finalen. Den bästa eleven fick 16 poäng. Så årets kvalificeringstävling var svår, det var bara 35 elever som kom vidare till final.

Finalen äger rum den 23 januari 2010 på Danderyds Gymnasium i Stockholm. Då kommer vi matematikeleverna samlas igen och kora vinnaren!

Mattecirkel på Katedralskolan i höst

Jag är glad att annonsera nyheten: det kommer hållas en matematikcirkel för intresserade gymnasieelever i höst! Som bas kommer jag att ha Katedralskolan i Uppsala (alternativt rektorsvillan), men elever från alla skolor är givetvis välkomna.

Detta har jag sett fram emot länge. Det som börjar i höst är dock på lite högre nivå än högstadiet och kanske med mer vikt på tävlingsproblem. Mattecirkeln ska kunna förbereda eleverna för Skolornas Matematiktävling, SMT.

Cirkeln välkomnar eleverna i årskurs 1-3 och även nyfikna 9:or. Man behöver inga förkunskaper än högstadiematte och cirkeln kommer inte att ta upp så mycket av skolmaterialet (Matte A, B osv). Uppgifterna som kommer att tas upp liknar snarare gåtorna på den här bloggen.

Vi drar i gång ungefär i mitten av september! Jag återkommer med mer information.

Mattecirkel: lektion i logik

Första mötet med matematisk logik är för många påståendet “Jag ljuger”. Det är förstås en paradox, eftersom någon som talar sanning,  kan inte påstå att han ljuger. Och tvärtom, någon som ljuger, kan inte tala sanning om det. (Egentligen menas påståendet “Jag ljuger just nu” här.)

Sådana här logikkluringar är perfekta för nybörjare i matematik. Det är klart och  tydligt att någonting antingen kan vara falskt eller sant. Därför är uppgifterna nedan väldigt bra exempel på hur matematiker i allmänhet resonerar. Man lär sig vad matematiskt “eller” och “implikation” betyder som en del av språket för bevisredovisning och inte som formella symboler.

Dessutom har logikuppgifter fördelen att deras formuleringar inte alls låter som matte. De ges med fördel till barn som har matteallergi. Berätta då inte att det är matematik innan de satt igång!

Exempel på problem från mattecirkeln:

1. Magdas katt nyser alltid ett dygn före regn. Idag nös katten. “Det kommer regna imorgon”, tänkte Magda. Har hon rätt?

2. `Kristian har fler än 1000 böcker”, sade Bodil.
“Nej, han har mindre än 1000 böcker“, sade Calle.
”Minst en bok har han säkert“, sade Emil.
Om bara ett av påståenden är sant, hur många böcker kan Kristian ha?

3. En gång blev Robinson tillfångatagen av en vild stam. Deras hövding sade: ”Enligt seden måste du uttala ett påstående. Om det blir sant ska vi äta upp dig. Om det blir osant ska vårt tama lejon äta upp dig.“ Vad måste Robinson säga?

4. I ett land finns endast tre städer: Sannholm, Löngeborg och Turmö. Sannholmsborna talar alltid sanning, Löngeborgarna ljuger alltid och de som bor i Turmö turas om strängt att tala sanningar och lönger.
En dag såg en jourhavande brandsoldat en rök och telefonen ringde. ”Vi har en brand! “ ”I vilken stad brinner det? “ ”I Turmö “. Till vilken stad skall brandkåren?

Mattecirkel: lektion i lådprincipen

Vår mattecirkel tuffar på vidare. Den är fortfarande med Anna, men eftersom jag tänkte skriva lite fiktion här, så skriver jag inte ut det i titeln.

För nyligen läste jag i en klok bok om hur man lär ut induktion. Bland annat fanns en påhittad dialog mellan en elev och en lärare där bådas tankegångar var klara. Man kunde se vanliga tankefel hos eleven och hur man kunde sätta eleven på rätt tankespår genom ledande frågor.

Den senaste gången handlade vår lektion om lådprincipen, som är även känd under namnet Dirichlets princip. Här är några av problemen som löstes:

1. a) Bland 22 elever finns fler pojkar än flickor. De sitter på rad. Visa att de finns minst ett par pojkar som sitter sida vid sida.
b) Bland 21 elever finns fler pojkar än flickor. De sitter på rad. Kan man vara säker på att det finns minst ett par pojkar som sitter sida vid sida?

2. Det finns 15 små hål i en maläten matta 4×4 m. Visa att man kan klippa ut en liten matta  av storlek 1×1 som är utan hål eller med ett hål på kanten.

3. a) Givet 10 positiva heltal, kan det hända att alla möjliga skillnaderna emellan dem är ej delbara med 10?
b) Givet 11 positiva heltal, kan det hända att alla möjliga skillnaderna emellan dem är ej delbara med 10?

Och här är ett (!) utav möjliga scenarion för en genomgång om lådprincipen.

Läraren: Tänk på följande problem. I en kasse ligger vita och svarta strumpor. Hur många strumpor måste man som minst ta upp ur kassen (om man måste dra på måfå) för att garanterat få upp två strumpor av samma färg?

Eleven: Det måste ju vara 3 strumpor! Har vi maximalt otur kommer de första två strumporna vara av olika färger. Men då måste den tredje ha samma färg som nån av de första två. Så minsta antalet är 3 strumpor.

Läraren: Helt rätt! Men var försiktig med vad du menar med “maximal otur”. Till exempel, att först dra upp en vit strumpa och sedan en svart eller lika mycket otur som att först dra upp en svart strumpa och sedan dra upp en vit. Och i uppgiften är det inte viktigt att få upp strumporna så snabbt som möjligt, utan vara säker på att dra upp två lika för ett visst antal.

Nästa fråga: I en studentkorrior på 5 rum bor 6 personer. Visa att det finns ett rum med minst två personer.

Eleven: Enkelt! Sätter man in 1 person i varje rum så blir det 1 över och då måste den personen flytta in i något rum där det redan finns nån!

Läraren: Men varför måste det vara minst 1 person i varje rum, det stod det inget om i villkoren?

Eleven: Nej, ok, men det var det sämsta möjliga fallet.

Läraren: På sätt och vis är väl alla fallen “sämst” hur vi än gör, det blir ju minst 2 personer i något rum i alla fall? Varför skulle vi inte kunna omplacera personerna på något smart sätt så att det inte behöver vara 2 eller fler i något rum?

Eleven: Men det går ju inte! Om något rum blir tomt, så måste det bli fler med ett annat!

Läraren: Men nu utgår du ändå från att du först placerar in 1 person i varje rum.

Eleven: Ok, jag börjar om från början. Om det är 0 eller 1 personer placerade i varje rum, så räcker inte rummen till för 6 personer.

Läraren: Precis! Nu har du i stort sett bevisat lådprincipen. Om det finns n stycken rum och fler än n personer, och personerna bor i rummen, så måste något rum ha minst 2 personer. Eller, i en mer välkänd version:

Om n lådor innehåller minst n+1 duvor, så innehåller någon låda minst 2 duvor.

Bevis är precis som i problemet. Om varje låda skulle innehålla maximalt 1 duva, skulle n lådor maximalt innehålla n duvor. Motsägelse.

Lektioner fortsätter på liknande sätt och problemen ökar i svårighetsgrad. Problem nummer 2 skulle kunna vara följande:

I en granskog växer en miljon granar. Varje gran har som mest 200000 barr. Visa att det finns två träd i skogen med samma antal barr.

Oftast är det bra att poängtera när man går igenom lösningen vad som är lådor och vad som är duvor. Det är inte så självklart i problemen från utdraget ovan. Notera också att man oftast drar igenom beviset för lådprincipen varje gång istället för att bara citera den. Det är essentiellt för förståelsen av principen.

Mattecirkel med Anna: lektion 2

Här är ett smakprov av vår andra lektion, som handlar om att väga saker på en balansvåg och avgöra om de är lätta, tunga, falska etc. Här nedan ser ni några av lektionens svåraste problem. 

lektion2

Nu kan man försöka analysera vad det är egentligen som lärs ut på mattecirkeln. På sätt och vis är lektionerna mycket mer lika spel än någon annan undervisningsform. Mycket görs på egen hand och man “levlar” när problemernas svårighetsgrad ökar. Samtidigt används det man samlade på sig under tidigare “levels” (lättare problem).

En bra lektion lär ut idéer. Den här lektionen lärde inte ut någon specifik idé, utan var en härlig blandning av olikheter, informationsteori, falluppdelning och kombinatorik. Som inte i sig är metoder, utan just idéer till lösningar. Jag avslutar med ett citat:

What is the difference between method and device? A method is a device which you used twice.

–George Pólya, “How to solve it”