Banca di problemi del RMT
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Confronto tra il numero di quadrati unità contenuti sul “bordo” di un quadrato grande e il numero di “quadrati unità interni”. Il numero di piccoli quadratini su un lato varia da 3 a 20.
- Immaginare i tappeti del tipo dato e disegnarne qualcuno tra i più semplici.
- Capire le relazioni aritmetiche tra il numero dei quadrati grigi, il numero dei quadrati bianchi e il numero di quadrati su un lato del tappeto. Per esempio (in linguaggio ordinario): il numero di quadrati grigi è quattro volte il numero di quadrati sul lato del tappeto, meno i quattro quadrati angolari che sarebbero contati due volte, il numero di quadrati bianchi è il numero di quadrati sul lato del tappeto, meno due, poi elevato al quadrato.
- Annotare i numeri dei quadrati di ogni tipo per alcuni tappeti, poi rendersi conto che è necessario compilare un inventario.
- Tener conto delle richieste dei clienti e, di conseguenza, calcolare il rapporto « quadrati bianchi/numero totale » per trovare i modelli che li accontentano.
Un'analisi dei rapporti permette la presa di coscienza della loro crescita in funzione del numero di quadrati sul lato: essi diventano «sempre più chiari» perché la parte bianca centrale cresce più rapidamente del bordo scuro. Si può così arrivare ad un inventario di questo genere, che si limita ai modelli da prendere in considerazione :
Quadrati per lato quadrati grigi quadrati bianchi quadrati del tappeto bianchi / totale
3 8 (= 3 x 4 – 4) 1 = (3 – 2)^2 9 = 3^2 1/9 = 0,11…
... ... ... ... ...
6 20 (= 6 x 4) – 4) 16 = (6 – 2)^2 36 = 6^2 16/36 = 4/9 = 0,44…
7 24 25 49 25/49 = 0,51…
... ... ... ... ...
10 36 64 100 0,64 < 2/3
11 40 81 121 0,669…
12 44 100 144 0,694…
13 48 121 169 0,715…
14 52 144 196 0,734…
15 56 169 225 0.751… >3/4
16 60 196 256 0,765..
- Dedurre dall'osservazione della crescita dei rapporti «numero di quadrati bianchi/numero totale di quadrati» che la richiesta del Sig. Ronay non potrà essere soddisfatta e che la Signora Gratin potrà scegliere tra i modelli da 11 a 14 quadrati di lato
successione, quadrato, enumerazione, rapporto, equazione, disequazione
Su 763 classi che hanno partecipato alla prima prova del 19° RMT, i punteggi attribuiti sono i seguenti:
| Categoria | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | Nb.classi | Media |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cat 8 | 239 (44%) | 121 (22%) | 113 (21%) | 42 (8%) | 23 (4%) | 538 | 1.05 |
| Cat 9 | 55 (43%) | 23 (18%) | 33 (26%) | 9 (7%) | 9 (7%) | 129 | 1.18 |
| Cat 10 | 38 (40%) | 17 (18%) | 23 (24%) | 9 (9%) | 9 (9%) | 96 | 1.31 |
| Totale | 332 (44%) | 161 (21%) | 169 (22%) | 60 (8%) | 41 (5%) | 763 | 1.1 |
| Si ricorda che il problema è stato affrontato nelle condizioni particolari del RMT: intera classe, allievi in completa autonomia, da 5 a 7 problemi da risolvere, un solo foglio risposta per problema. | |||||||
secondo il modello seguente:
Si sono rilevati nei protocolli le seguenti procedure, dalla meno esperta a quella piu' esperta:
La maggior parte delle produzioni dei ragazzi mostra un procedimento di tipo empirico, dei tipi 1) e 2) con delle prove più o meno organizzate su delle liste e/o disegni e arrivano ad una comprensione del problema, poiché il metodo empirico più seguito prevede di disegnare diversi modelli di tappeto. Per le risposte più elaborate, l'uso di una tabella mette in evidenza una procedura sistematica che consente di arrivare al risultato corretto..Nelle categorie superiori 9 e 10, si possono trovare esempi della procedure 4) ma, solo in tre rari casi, questa procedura algebrica è condotta in maniera adeguata e conduce ad una risposta argomentata.
Nella grande maggioranza dei casi si osserva che la risposta corretta che riguarda M. Ronay è data senza giustificazione, quando per rispondere alla domanda di Mme Gratin gli allievi fanno o tentano una verifica a posteriori. Un piccolissimo numero di copie utilizza implicitamente il cambio del segno della differenza "numero di quadrati grigi - numero di quadrati bianchi" posti tra 6 e 7 quadratini per lato, per rispondere che M. Ronay non può essere soddisfatto.
Ancora, pochissimi utilizzano l'incrocio del rapporto tra il numero di quadratini bianchi e il numero totale n2 di quadratini. Anche senza tabella o con delle tabelle che non contengono le colonne che rappresentano le richieste di Mme Gratin, 2n2/3 e 3n2/4, si trovano delle copie in cui si calcolano tali rapporti per "verificare " che Mme Gratin sarà soddisfatta con dei tappeti di lato 11, 12, 13 0 14 quadrati.
Pochissimi alunni hanno introdotto la variabile indipendente n del numero di quadrati per lato per ottenere le funzioni che legano i numeri di quadrati grigi e il numero di quadrati bianchi al numero n. Inoltre, nelle tabelle contenenti le colonne " numero di quadrati per lato" e " numero di quadrati grigi", " numero di quadrati bianchi", " numero totale di quadrati" spesso la colonna di ciò che è più logico scegliere come "variabile" (numero di quadrati per lato) non è posta a sinistra della tabella.
Segnaliamo che in diverse posizioni le risposte 11 o 14 per il tappeto di Madame Gratin sono state scartate, a volte è stato dato un solo risultato (il 12).
È necessaria un'ultima osservazione riguardo all'enunciato: la domanda di Monsieur Ronay precede quella di Madame Gratin, quando l'ordine delle domande e' invertito. Ciò potrebbe aver disorientato alcuni alunni che hanno fatto la scelta di una soluzione di tipo algebrico e non riuscendo ad arrivare ad un risultato per M. Ronay, abbandonano.
Data la debole riuscita di questo problema constatata su 763 copie, è ragionevole consigliare di proporlo a degli allievi in una situazione di classe, con ricerche individuali, messa in comune degli "indizi", e seguendo il loro livello stimolarli a costruire delle tabelle oppure a mettere i dati in equazione.
La costruzione ragionata di una tabella ai livelli 8 e 9 può mettere in evidenza il ruolo della variabile n del numero di quadratini per lato, come dato di base per i calcoli dei numeri di quadratini grigi e bianchi. Questo lavoro può essere considerato come un primo approccio alla nozione di funzione.
Si può adottare una risoluzione algebrica. Questa conduce ad un'equazione e due disequazioni di secondo grado, la cui risoluzione nell'ambito dei numeri interi si può fare per tentativi e verifiche o con uno studio classico dei trinomi ottenuti.
Una risposta più colta può essere calcolare in funzione del numero n di quadratini per lato il numero totale di quadrati: n2, il numero dei quadrati grigi: 4n-4 e quello dei quadrati bianchi: (n - 2)2. Per la domanda di Madame Gratin, si può calcolare il rapporto del numero di quadrati bianchi sul numero totale: (n - 2)2/ n2 e confrontarlo con 2/3 e 3/4, il che conduce alle disequazioni di secondo grado: 8n2 < 12(n - 2)2 < 9n2 che danno le soluzioni intere 11, 12, 13 o 14.
Per la domanda di M Ronay, si può risolvere l'equazione: numero di grigi = numero di bianchi, (4n - 4) = (n - 2)2 che non ha soluzioni intere. Si ottiene dunque una situazione impossibile.
Si può anche considerare che il rapporto [n / (n - 2)]2 dovrebbe essere uguale a 2, il che è impossibile poiché la sua radice quadrata è irrazionale.
Rinaldi, Maria Gabriella (1999). Bordi, il Rally matematico transalpino. Quali apporti per la didattica? Atti delle giornate di studio sul Rally matematico transalpino, Lucia Grugnetti & François Jaquet eds, Brigues 1997-1998, p. 62-66.
Groupe fonction (2013). Il ritorno de Mombo Tappeto. Studio ARMT (http://www.projet-ermitage.org/ARMT/doc/studio-fn8-it.pdf)
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