Matemaattista biljardia ja geometriaa

Tämän tutkielman tarkoituksena on avata matemaattisen tasobiljardin keskeisiä tuloksia geometrian keinoin. Lisäksi tavoitteena on muodostaa lukioikäisille suunnattu biljardigeometriaan liittyvä tehtäväkokonaisuus, jonka avulla opiskelijat pääsisivät tutustumaan matemaattiseen biljardiin. Tutkielmass...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Hovinmäki, Noora
Other Authors: Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta, Faculty of Sciences, Matematiikan ja tilastotieteen laitos, Department of Mathematics and Statistics, Jyväskylän yliopisto, University of Jyväskylä
Format: Master's thesis
Language:fin
Published: 2020
Subjects:
Online Access: https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/68478
_version_ 1826225762511880192
author Hovinmäki, Noora
author2 Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Faculty of Sciences Matematiikan ja tilastotieteen laitos Department of Mathematics and Statistics Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä
author_facet Hovinmäki, Noora Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Faculty of Sciences Matematiikan ja tilastotieteen laitos Department of Mathematics and Statistics Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä Hovinmäki, Noora Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Faculty of Sciences Matematiikan ja tilastotieteen laitos Department of Mathematics and Statistics Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä
author_sort Hovinmäki, Noora
datasource_str_mv jyx
description Tämän tutkielman tarkoituksena on avata matemaattisen tasobiljardin keskeisiä tuloksia geometrian keinoin. Lisäksi tavoitteena on muodostaa lukioikäisille suunnattu biljardigeometriaan liittyvä tehtäväkokonaisuus, jonka avulla opiskelijat pääsisivät tutustumaan matemaattiseen biljardiin. Tutkielmassa keskitytään pääsasiassa ympyrä- ja ellipsibiljardiin ja tutustutaan hieman myös monikulmiobiljardiin neliö- ja kolmiobiljardin muodossa. Tutkielmassa käydään ensin läpi konveksin, suljetun ja rajoitetun tasoalueen yleinen tasobiljardikuvaus, josta johdetaan myöhemmin ympyräbiljardikuvaus. Ympyräbiljardissa huomataan, että kiertokulmaa vastaavan kaaren pituus määrää suoraan sen, onko ratakäyrä jaksollinen vai ei. Lisäksi havaitaan, että ympyräbiljardissa rata kulkee aina joko edestakaisin ympyrän keskipisteen kautta tai kiertäen keskipistettä sellaisia ratasegmenttejä pitkin, jotka sivuavat sisempää samakeskistä ympyrää. Tätä ratakäyrien sivuamaa ympyrää kutsutaan ympyräbiljardin kaustiseksi käyräksi. Ympyräbiljardin jälkeen siirrytään neliöbiljardiin, missä huomataan olevan varsin paljon samankaltaisuutta ympyräbiljardin kanssa. Neliöbiljardissa biljardipallon lähtökulman avulla pystystään määrittämään täysin se, onko biljardirata neliöllä jaksollinen vai ei. Neliön jaksottomien ratakäyrien yhteydessä tutustutaan myös kvasijaksollisuuden käsitteeseen. Kolmiobiljardia tutkittaessa huomataan, että ratakäyrän käyttäytyminen vaihtelee melko suuresti sen mukaan, onko biljardipöytä teräväkulmaisen, suorakulmaisen vai tylppäkulmaisen kolmion muotoinen. Teräväkulmaisten kolmioiden tapauksessa löydetään aina 3-jaksollinen Fagnanon ratakäyrä. Suorakulmaisilla kolmioilla taas voidaan muodostaa minkä tahansa kolmion sisäpisteen kautta jaksollinen ratakäyrä. Sen sijaan tylppäkulmaisten kolmioiden tapauksissa ei edes tiedetä, onko jokaisella kolmiolla jaksollista biljardirataa. Kolmion jaksollisten ratakäyrien yhteydessä perehdytään myös muun muassa kohtisuoriin ratakäyriin, S-ratakäyriin ja peiliratakäyriin. Viimeisenä biljardia tarkastellaan elliptisellä biljardipöydällä, missä ratakäyrän muotoon näyttää vaikuttavan suuresti se, kulkeeko biljardirata ellipsin polttopisteiden kautta, niiden välistä vai niiden ulkopuolelta. Polttopisteiden kautta kulkeva ratakäyrä suppenee kohti isoakselia, kun taas polttopisteiden välistä tai niiden ulkopuolelta kulkeville radoille muodostuu hyperbelin tai ellipsin muotoinen kaustinen käyrä. Lisäksi Ponceletin lauseen sisältö osoittautuu varsin hyödylliseksi ellipsin jaksollisia ratakäyriä etsittäessä. Tutkielman loppuun on koottu lukioikäisille suunnattu tehtäväkokonaisuus biljardigeometriasta malliratkaisuineen ja se sisältää vaihtelevasti laskemista, väitteiden todeksi osoittamista ja asioiden tutkimista GeoGebran avulla.
first_indexed 2020-04-07T20:57:56Z
format Pro gradu
free_online_boolean 1
fullrecord [{"key": "dc.contributor.advisor", "value": "\u00c4kkinen, Tuomo", "language": "", "element": "contributor", "qualifier": "advisor", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.author", "value": "Hovinm\u00e4ki, Noora", "language": "", "element": "contributor", "qualifier": "author", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.accessioned", "value": "2020-04-07T07:56:21Z", "language": null, "element": "date", "qualifier": "accessioned", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.available", "value": "2020-04-07T07:56:21Z", "language": null, "element": "date", "qualifier": "available", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.issued", "value": "2020", "language": "", "element": "date", "qualifier": "issued", "schema": "dc"}, {"key": "dc.identifier.uri", "value": "https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/68478", "language": null, "element": "identifier", "qualifier": "uri", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.abstract", "value": "T\u00e4m\u00e4n tutkielman tarkoituksena on avata matemaattisen tasobiljardin keskeisi\u00e4 tuloksia geometrian keinoin. Lis\u00e4ksi tavoitteena on muodostaa lukioik\u00e4isille suunnattu biljardigeometriaan liittyv\u00e4 teht\u00e4v\u00e4kokonaisuus, jonka avulla opiskelijat p\u00e4\u00e4sisiv\u00e4t tutustumaan matemaattiseen biljardiin. Tutkielmassa keskityt\u00e4\u00e4n p\u00e4\u00e4sasiassa ympyr\u00e4- ja ellipsibiljardiin ja tutustutaan hieman my\u00f6s monikulmiobiljardiin neli\u00f6- ja kolmiobiljardin muodossa.\nTutkielmassa k\u00e4yd\u00e4\u00e4n ensin l\u00e4pi konveksin, suljetun ja rajoitetun tasoalueen yleinen tasobiljardikuvaus, josta johdetaan my\u00f6hemmin ympyr\u00e4biljardikuvaus. Ympyr\u00e4biljardissa huomataan, ett\u00e4 kiertokulmaa vastaavan kaaren pituus m\u00e4\u00e4r\u00e4\u00e4 suoraan sen, onko ratak\u00e4yr\u00e4 jaksollinen vai ei. Lis\u00e4ksi havaitaan, ett\u00e4 ympyr\u00e4biljardissa rata kulkee aina joko edestakaisin ympyr\u00e4n keskipisteen kautta tai kiert\u00e4en keskipistett\u00e4 sellaisia ratasegmenttej\u00e4 pitkin, jotka sivuavat sisemp\u00e4\u00e4 samakeskist\u00e4 ympyr\u00e4\u00e4. T\u00e4t\u00e4 ratak\u00e4yrien sivuamaa ympyr\u00e4\u00e4 kutsutaan ympyr\u00e4biljardin kaustiseksi k\u00e4yr\u00e4ksi.\nYmpyr\u00e4biljardin j\u00e4lkeen siirryt\u00e4\u00e4n neli\u00f6biljardiin, miss\u00e4 huomataan olevan varsin paljon samankaltaisuutta ympyr\u00e4biljardin kanssa. Neli\u00f6biljardissa biljardipallon l\u00e4ht\u00f6kulman avulla pystyst\u00e4\u00e4n m\u00e4\u00e4ritt\u00e4m\u00e4\u00e4n t\u00e4ysin se, onko biljardirata neli\u00f6ll\u00e4 jaksollinen vai ei. Neli\u00f6n jaksottomien ratak\u00e4yrien yhteydess\u00e4 tutustutaan my\u00f6s kvasijaksollisuuden k\u00e4sitteeseen.\nKolmiobiljardia tutkittaessa huomataan, ett\u00e4 ratak\u00e4yr\u00e4n k\u00e4ytt\u00e4ytyminen vaihtelee melko suuresti sen mukaan, onko biljardip\u00f6yt\u00e4 ter\u00e4v\u00e4kulmaisen, suorakulmaisen vai tylpp\u00e4kulmaisen kolmion muotoinen. Ter\u00e4v\u00e4kulmaisten kolmioiden tapauksessa l\u00f6ydet\u00e4\u00e4n aina 3-jaksollinen Fagnanon ratak\u00e4yr\u00e4. Suorakulmaisilla kolmioilla taas voidaan muodostaa mink\u00e4 tahansa kolmion sis\u00e4pisteen kautta jaksollinen ratak\u00e4yr\u00e4. Sen sijaan tylpp\u00e4kulmaisten kolmioiden tapauksissa ei edes tiedet\u00e4, onko jokaisella kolmiolla jaksollista biljardirataa. Kolmion jaksollisten ratak\u00e4yrien yhteydess\u00e4 perehdyt\u00e4\u00e4n my\u00f6s muun muassa kohtisuoriin ratak\u00e4yriin, S-ratak\u00e4yriin ja peiliratak\u00e4yriin.\nViimeisen\u00e4 biljardia tarkastellaan elliptisell\u00e4 biljardip\u00f6yd\u00e4ll\u00e4, miss\u00e4 ratak\u00e4yr\u00e4n muotoon n\u00e4ytt\u00e4\u00e4 vaikuttavan suuresti se, kulkeeko biljardirata ellipsin polttopisteiden kautta, niiden v\u00e4list\u00e4 vai niiden ulkopuolelta. Polttopisteiden kautta kulkeva ratak\u00e4yr\u00e4 suppenee kohti isoakselia, kun taas polttopisteiden v\u00e4list\u00e4 tai niiden ulkopuolelta kulkeville radoille muodostuu hyperbelin tai ellipsin muotoinen kaustinen k\u00e4yr\u00e4. Lis\u00e4ksi Ponceletin lauseen sis\u00e4lt\u00f6 osoittautuu varsin hy\u00f6dylliseksi ellipsin jaksollisia ratak\u00e4yri\u00e4 etsitt\u00e4ess\u00e4.\nTutkielman loppuun on koottu lukioik\u00e4isille suunnattu teht\u00e4v\u00e4kokonaisuus biljardigeometriasta malliratkaisuineen ja se sis\u00e4lt\u00e4\u00e4 vaihtelevasti laskemista, v\u00e4itteiden todeksi osoittamista ja asioiden tutkimista GeoGebran avulla.", "language": "fi", "element": "description", "qualifier": "abstract", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Submitted by Paivi Vuorio (paelvuor@jyu.fi) on 2020-04-07T07:56:21Z\nNo. of bitstreams: 0", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "provenance", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Made available in DSpace on 2020-04-07T07:56:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0\n Previous issue date: 2020", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "provenance", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.extent", "value": "61", "language": "", "element": "format", "qualifier": "extent", "schema": "dc"}, {"key": "dc.language.iso", "value": "fin", "language": null, "element": "language", "qualifier": "iso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights", "value": "In Copyright", "language": "en", "element": "rights", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.other", "value": "biljardiradat", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "other", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.other", "value": "ympyr\u00e4biljardi", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "other", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.other", "value": "ellipsibiljardi", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "other", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.other", "value": "monikulmiobiljardi", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "other", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.other", "value": "neli\u00f6biljardi", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "other", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.other", "value": "kolmiobiljardi", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "other", "schema": "dc"}, {"key": "dc.title", "value": "Matemaattista biljardia ja geometriaa", "language": "", "element": "title", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.type", "value": "master thesis", "language": null, "element": "type", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.identifier.urn", "value": "URN:NBN:fi:jyu-202004072693", "language": "", "element": "identifier", "qualifier": "urn", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.ontasot", "value": "Master\u2019s thesis", "language": "en", "element": "type", "qualifier": "ontasot", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.ontasot", "value": "Pro gradu -tutkielma", "language": "fi", "element": "type", "qualifier": "ontasot", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.faculty", "value": "Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "faculty", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.faculty", "value": "Faculty of Sciences", "language": "en", "element": "contributor", "qualifier": "faculty", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.department", "value": "Matematiikan ja tilastotieteen laitos", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "department", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.department", "value": "Department of Mathematics and Statistics", "language": "en", "element": "contributor", "qualifier": "department", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.organization", "value": "Jyv\u00e4skyl\u00e4n yliopisto", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "organization", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.organization", "value": "University of Jyv\u00e4skyl\u00e4", "language": "en", "element": "contributor", "qualifier": "organization", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.discipline", "value": "Matematiikan opettajankoulutus", "language": "fi", "element": "subject", "qualifier": "discipline", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.discipline", "value": "Teacher education programme in Mathematics", "language": "en", "element": "subject", "qualifier": "discipline", "schema": "dc"}, {"key": "yvv.contractresearch.funding", "value": "0", "language": "", "element": "contractresearch", "qualifier": "funding", "schema": "yvv"}, {"key": "dc.type.coar", "value": "http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc", "language": null, "element": "type", "qualifier": "coar", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.accesslevel", "value": "openAccess", "language": null, "element": "rights", "qualifier": "accesslevel", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.publication", "value": "masterThesis", "language": null, "element": "type", "qualifier": "publication", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.oppiainekoodi", "value": "4041", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "oppiainekoodi", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "geometria", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "biljardi", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.url", "value": "https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/", "language": null, "element": "rights", "qualifier": "url", "schema": "dc"}]
id jyx.123456789_68478
language fin
last_indexed 2025-02-18T10:54:53Z
main_date 2020-01-01T00:00:00Z
main_date_str 2020
online_boolean 1
online_urls_str_mv {"url":"https:\/\/jyx.jyu.fi\/bitstreams\/cdbe4a39-9245-4228-86f8-0b7b1dec210d\/download","text":"URN:NBN:fi:jyu-202004072693.pdf","source":"jyx","mediaType":"application\/pdf"}
publishDate 2020
record_format qdc
source_str_mv jyx
spellingShingle Hovinmäki, Noora Matemaattista biljardia ja geometriaa biljardiradat ympyräbiljardi ellipsibiljardi monikulmiobiljardi neliöbiljardi kolmiobiljardi Matematiikan opettajankoulutus Teacher education programme in Mathematics 4041 geometria biljardi
title Matemaattista biljardia ja geometriaa
title_full Matemaattista biljardia ja geometriaa
title_fullStr Matemaattista biljardia ja geometriaa Matemaattista biljardia ja geometriaa
title_full_unstemmed Matemaattista biljardia ja geometriaa Matemaattista biljardia ja geometriaa
title_short Matemaattista biljardia ja geometriaa
title_sort matemaattista biljardia ja geometriaa
title_txtP Matemaattista biljardia ja geometriaa
topic biljardiradat ympyräbiljardi ellipsibiljardi monikulmiobiljardi neliöbiljardi kolmiobiljardi Matematiikan opettajankoulutus Teacher education programme in Mathematics 4041 geometria biljardi
topic_facet 4041 Matematiikan opettajankoulutus Teacher education programme in Mathematics biljardi biljardiradat ellipsibiljardi geometria kolmiobiljardi monikulmiobiljardi neliöbiljardi ympyräbiljardi
url https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/68478 http://www.urn.fi/URN:NBN:fi:jyu-202004072693
work_keys_str_mv AT hovinmäkinoora matemaattistabiljardiajageometriaa