Optimización y derivadas

Tengo un cariño especial por este problema, ya que fue uno de los ejercicios de un examen de 3º BUP que me hizo empezar a amar las Matemáticas. Sí, lo he dicho bien: un examen me hizo amar las Matemáticas. Recuerdo salir del aula, comparar las respuestas con los compañeros y exclamar: "Ha sido el examen que más he disfrutado en toda mi vida".

Problema de maximización del ángulo con el que se ve la portería.

[4º ESO] Puzzle de logaritmos

Actividad creada con Tarsia para practicar en grupo con la definición de logaritmo y sus propiedades..

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[3º/4º ESO] Puzzle de exponentes negativos

Actividad creada con Tarsia para practicar con fracciones y exponentes negativos.

En grupos de 3-5 personas, el alumnado debe montar un puzzle combinando operaciones con números racionales y exponentes enteros.

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Pirámides numéricas

Esta actividad está inspirada en la tarea Number Pyramids de NRICH, una web con numerosos recursos muy interesantes, con problemas para pensar y desarrollar el pensamiento matemático, tareas pequeñas con las que empezar una clase, proyectos más ambiciosos, retos, contenidos interactivos, descargables.... Es una verdadera maravilla, una de las páginas más inspiradoras que conozco.

Se trata de un juego muy sencillo: introduciendo números en las casillas azules (cualquier tipo de número, sea negativo, fraccionario, decimal, etc...) aparecerán otros números en las casillas amarillas, resultado de sumar los dos números inferiores. En la actividad se plantea a los alumnos conseguir que la casilla superior sea cero y encontrar la expresión algebraica que determina la casilla superior a partir de los números introducidos.

Otra idea fundamental será la generalización: a partir de los ejemplos más sencillos, los niveles más altos pueden obtenerse mediante inducción.

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Es interesante realizar esta actividad dentro de las primeras semanas dedicadas al Álgebra y está dirigida a alumnos de 1º o 2º de la ESO, aunque los de 3º y 4º también pueden sacarle provecho, especialmente si ya conocen el triángulo de Tartaglia, que aparece en los coeficientes de las expresión algebraica para hallar el número superior.

La tarea es muy abierta y, dependiendo del tiempo que se desee dedicar, se pueden plantear más preguntas y retos que lleven a discusiones interesantes.

Cuando digo que la tarea está inspirada en Number Pyramids es que me he limitado a traducirla y a ponerla en un archivo de hoja de cálculo, de forma que puede ejecutarse en la práctica totalidad de los ordenadores de aula y no necesita de conexión a internet. La versión de NRICH es mucho más completa, con ramificaciones a preguntas más complejas, variaciones, recursos para el profesorado e imprimibles, etc. (de hecho, creo que también tienen una versión en hoja de cálculo). Si el inglés no es un problema para la clase en la que vayas a usarlo, recomiendo utilizar la versión original.

[3 ACTOS] Cube Art

ACTO I

Descargar archivo CubeArt.zip (CC BY-NC-SA 3.0 ES)

En diciembre de 2012, el equipo de CubeWorks (Toronto, CA) pulverizó el extraño récord mundial de "Mayor Mosaico realizado con cubos Rubik". ¿Cuántos cubos utilizaron?

• Escribe una cifra que consideres demasiado baja. Una demasiado alta.
• Escribe una cifra que consideres adecuada.
• ¿Qué datos necesitarás para responder a la pregunta? ¿Por qué?

ACTO II

En Internet hay numerosas noticias que muestran el número exacto de cubos utilizados para posteriormente dar los datos de longitud y altura del mosaico. Yo he optado por hacer la siguiente captura de pantalla del mosaico completo y el pie de foto que incluye las medidas: 220 ft x 13 ft.

En cuanto a las medidas del cubo de Rubik, según mi búsqueda el tamaño estándar es de 2.2 pulgadas de largo (y, como es un cubo, las mismas de ancho y alto). Eso equivale a 5.6 cm, aunque en la web oficial de Rubik se dice que es de 5.5 cm... Tengo que confesar que este dato me extraña (por ser demasiado pequeño: en mi mente un cubo de Rubik es algo mayor). No obstante, todos los foros de frikis y demás que he podido encontrar corroboran esta medida como el estándar de la compañía (quizá yo tenía un Rubik pirata). Para mostrar el dato he elegido una captura de pantalla de Yahoo! Answers ya que especifica que, de hecho, ha realizado la medición sobre su Rubik.

Un pie mide exactamente 30,48 cm y hay 12 pulgadas en un pie.

ACTO III

Hay multitud de noticias en Internet donde se muestra la solución correcta. En la web de los creadores se encuentra la siguiente imagen:

SECUELAS

• ¿Hemos obtenido la respuesta exacta? ¿Por qué? ¿Cuál es nuestro porcentaje de error? ¿Es aceptable? ¿Cuánto tendríamos que añadir/quitar al largo/ancho del mural para obtener el mismo resultado?
• ¿Cuánto ha costado realizar el mural? 

• ¿Cuántos cubos de Rubik necesitaríamos para cubrir la pared de la clase?
• Proyecto conjunto con Ed. Plástica: Realizar un mural juntando pequeñas piezas de colores (ya que mediante cubos de Rubik el presupuesto se dispararía...). ¿Cuánto medirá el mural? ¿Cuántas piezas necesitaremos? ¿Cuántas de cada color?

El siguiente vídeo muestra un time-lapse sobre el montaje. Se puede parar a la conclusión del primer día de montaje y plantear la pregunta de cuánto tiempo van a tardar en total.

En la web de CubeWorks hay numerosos ejemplos de otros montajes con cubos Rubik, piezas de Lego, rotuladores... 

Tortugas Ninja con ceras (12" x 12" cada una)

 

Spiderman (350 Rubik)

         

Noche estrellada (7700 bobinas de hilo)

[3 ACTS] Faro Camarinal / Camarinal Lighthouse

ACTO I

What can you see in the following picture? Name three thing in the picture.

Can you think of any mathematical question related to the picture?

• This lighthouse is located in Zahara de los Atunes (Cádiz). Let us calculate its height. Is the picture above a good one? Why/why not? What do we need? 

•  We need some reference in order to calculate the height of the lighthouse. Is the picture above a good one? Why/why not?

• We need the reference to be located at the same plane than the lighthouse, otherwise it would be distorted... Can you calculate the height of the lighthouse now?
• Write a guess that you think is too low. Write a guess too high. Write an accurate guess.
• What data do you need?

ACT II

The teacher is 183 cm tall.

Pictures: 1; 2; 3; 4; 5.

PDF Handout.

ACT III

• Wikipedia: Punta Camarinal.
• Faro Camarinal en El Faro de Luisu

SEQUEL

• Did we get an accurate answer? Why/why not?
• How should the picture be taken in order to have a more accurate result? (Thales theorem!)
• Bone Collector by Dan Meyer.

[3 ACTOS] Back to the Future

ACT I: Let us watch a video.

• Do you know this movie? What is it about? Can you describe the plot?
• What is happening in this scene?
• What speed does the Delorian reach in order to time travel?

Vamos a traducir esta escena al español. ¿Cómo traducirías la velocidad? ¿88 millas por hora? Trata de adivinar cuánto va a ser. Haz una estimación demasiado baja y otra demasiado alta. Trata de estimar el valor exacto.

ACTO II: Our job as translators.

1 mile

ACTO III. Answer.

• Did we obtain the exact answer? Why/why not?
• Do you think it was a good translation? Can you propose any alternative?

 ALGUNAS CONSIDERACIONES

Esta actividad tiene mucho contenido lingüistico y poco matemático. Realmente, la complejidad de la tarea desde el punto de vista matemático es muy baja y se limita a una simple multiplicación. Hay más miga en las diferencias que se obtienen al usar más o menos decimales al tomar el valor en km de una milla. Se pueden repasar los redondeos, aproximaciones por defecto o por exceso, conveniencia de utilizar más o menos posiciones decimales (no tiene sentido para la traducción de la película pero sería necesario para contruir la máquina). Cuando hice esta actividad me acuerdo de la famosa anécdota de la Mars Climate y el error de cálculo que provocó que se estrellara. A los alumnos les encanta saber que hay ingenieros aeronáuticos más torpes que ellos.

[3 ACTOS] Car caravan

Enlace a la actividad original de Dan Meyer aquí. Las fotografías pueden descargarse con mejor resolución desde su página.

ACTO I

•  ¿Qué ves aquí? Describe la imagen. ¿Qué formas hay? ¿Cómo está estructurado?
• ¿Qué preguntas se te ocurren?
• ¿Cuáles de ellas se pueden resolver matemáticamente?
• Elegimos la pregunta. En este caso puede ser cuántos coches forman el círculo, cuánto cuesta, cuántos coches hay de cada color... Todas ellas, al final, se reducen a cuántos coches hay. De todas formas, no hay que evitar las posibles derivaciones que surjan del problema: si a un alumno/a se le ocurre una pregunta distinta e interesante, exploremos las posibilidades que ofrece.

 ACTO II. ¿Cuántos coches hay?

• Trata de estimar el número de coches. Escribe primero un número que sea demasiado alto. Escribe otro que sea demasiado bajo. Trata de afinar. Escribe tu apuesta para el número de coches.
• ¿Cómo podrías calcular el número de coches en la figura? ¿Qué datos necesitarías? ¿Qué harías con ellos una vez que los hubieras obtenido?

ACTO III. Solución.

• ¿Has obtenido la respuesta exacta? ¿Por qué? ¿Dónde hemos cometido errores?
• ¿Has obtenido una respuesta razonable?
• ¿De cuánto ha sido tu error? ¿Qué porcentaje de error supone?
• Se estima que desde 1967 se han producido un total de 10,000 modelos diferentes de coches de esta marca. ¿Cuánto ocuparía un círculo construido con esos coches?
• Coge una cuerda de 1 metro y haz un círculo con ella. ¿Cuántos coches cabrían en él?
• ¿Cuánto costaron los materiales para realizar el círculo?

Lesson Content — CC BY-NC 3.0 Dan Meyer
Car Atlas photos copyright David T Waller

Barbie Bungee Jumping

Cuando vi esta actividad en el blog de Fawn Nguyen supe que tenía que cambiar mi forma de dar clases y aprender a realizar este tipo de experiencias en el aula. Con un planteamiento sencillo pero brillante, es una oportunidad fantástica para aprender experimentando. Este año, por fin, me he atrevido y la cosa ha ido bastante bien. Ha habido algunos errores organizativos y un par de cosas que me hubiera gustado cambiar, pero no tengo ninguna duda de que el año que viene repetiré la experiencia.

BARBIE BUNGEE JUMPING (Barbie se va de puenting)

Con tiempo (unos diez días de antelación) les comenté a los alumnos que íbamos a hacer algo diferente y que necesitaba que trajeran un material algo extraño: unas muñecas Barbie. El efecto gancho funcionó bastante bien: pasaron los siguientes días preguntándose qué íbamos a hacer con ellas, para qué serían, qué tienen que ver las Barbies con las matemáticas... Al menos se creó algo de expectativa. Por otro lado, debí asegurarme de que tenía todas las muñecas necesarias antes de comenzar la actividad. Había calculado que los grupos debían ser de 4 miembros para que el reparto de trabajo estuviera equilibrado y para ello necesitaba 8 muñecas. El día en que comenzamos la actividad solo disponíamos de cinco muñecas, por lo que los grupos fueron finalmente demasiado numerosos (punto para corregir el próximo año).

Comenzamos la actividad con el título: Barbie Bungee Jumping. ¿Sabéis lo que es el bungee jumping? ¿Podéis describir ese deporte? ¿Qué otros deportes extremos conocéis? (Aquí se puede trabajar algo de vocabulario en inglés, descripciones, etc...).

A continuación vimos el siguiente vídeo de saltos desde el puente de Ibagué, en Colombia:

¿Qué matemáticas hay involucradas? La altura del salto, el peso de la persona... ¿Qué es lo que tiene que calcular muy bien la empresa que realiza los saltos para no correr riesgos? La longitud de la cuerda.

Pues bien, vamos a ponernos en la piel de esa empresa. Queremos realizar un salto con Barbie desde una altura determinada (que ya conoceremos más adelante). Para ello, disponemos de un poco de cuerda elástica para realizar experimentos (no mucha, ya que la cuerda elástica es un material caro... bueno, nosotros vamos a simularlo con gomillas elásticas, pero da igual).

Planteamos pues la actividad:

• Cada grupo dispone de una muñeca y 7 gomillas, una para atarla en los tobillos a la muñeca y otras 6 para construir la cuerda. Además, cuentan con una cinta métrica para poder medir la caída. Al terminar los experimentos pertinentes habrán de solicitar un número adicional de gomillas para construir la versión definitiva de su cuerda y dispondrán de un solo intento para realizar el salto. Ganará el equipo cuyo salto sea más emocionante... pero seguro.

 

• Lo suyo es que sean los propios alumnos quienes decidan cómo van a realizar el experimento, pero... yo no me pude resistir a indicarles un poco lo que debían hacer (otro punto para corregir el próximo año). Sujetamos la muñeca por la gomilla atada a sus tobillos y la dejamos caer: ésa será la altura a la que llega con 0 gomillas.
• Añadimos una gomilla y repetimos, dejando caer la Barbie y viendo qué altura alcanza ahora. Anotamos.

 

• Añadimos progresivamente las gomillas, anotando las alturas a las que llega la muñeca en cada salto. (Si los alumnos no están acostumbrados a realizar experimentos realizarán esta parte muy deprisa y sin el cuidado debido... tampoco pasa nada: se pierde un poco más de tiempo y aprenden que, si no quieren repetir todo el trabajo, tienen que pensar en los posibles inconvenientes antes de lanzarse).

• En todo el proceso surgen varios inconvenientes: ¿cómo medir la distancia a la que llega la muñeca de forma exacta? ¿Cómo mejorar la medición? ¿Desde dónde lanzar la muñeca una vez superados los primeros pasos, cuando la altura de una mesa deja de servir para el experimento? Fue fantástico ver a los grupos generar distintas estrategias, copiar ideas de otros y mejorarlas, tomar varias medidas y hacer medias...

• Una vez recogidos todos los datos, se representan en una gráfica. A poco cuidado que hayan tenido al tomar los datos, reconocerán el modelo lineal (en nuestro caso veníamos de ver representación de ecuaciones lineales como rectas, resolución de sistemas... así que lo vieron al instante...). No obstante, no se obtienen datos perfectamente alineados (y aquí hay una buena oportunidad para que los alumnos reflexionen por qué: las medidas no son exactas, los nudos en las gomillas no son todos iguales, etc...) 
• ¿Cómo calcular la recta? En mi caso, les expliqué que había dos métodos: "a ojo" y utilizando una fórmula para calcularla. Les mostré cómo obtener el valor de la pendiente usando la función ESTIMACIÓN.LINEAL en una hoja de cálculo, lo que dio pie a discutir sobre el valor que habíamos obtenido. No costó mucho que se dieran cuenta por sí solos de que era lo que avanza la Barbie con cada gomilla nueva. Dado que el concepto de pendiente no ha sido trabajado aún (conocen el concepto pero no hemos trabajado sobre el significado) aquí me he ahorrado muchas horas de explicaciones y ejercicios que, otros años, han sido completamente inútiles).
• También pudimos repasar lo que significa el término independiente, la intersección con el eje de ordenadas. En nuestro caso, la altura de la Barbie. El valor de partida para un número nulo de gomillas.
• Una vez obtenida la recta, los alumnos midieron la altura desde la que iban a lanzar a la Barbie. Esto no lo tenía programado, pero estuvo bien ver a cada grupo, por separado, medir una altura bastante alta (4,30 m) con una cinta métrica ("¡Tienes que ponerla recta!" "¿Y si la pegamos a la pared?").

 

• Con ese dato, solo restaba obtener el número de gomillas necesario. Para ello les di la opción de recurrir a Geogebra o resolver la ecuación a mano. Hubo división de opiniones en cuanto a qué era lo más sencillo. Ganó la ecuación a mano. ("Maestro, ¿y esto para qué sirve?" ¡Toma ya!).

 

• Pudimos hablar también sobre los márgenes de seguridad: pasarse un milímetro en esta experiencia es catastrófico (no queremos una muñeca con la crisma abierta), quedarse medio metro o un metro corto... pues no pasa nada. Bastante emocionante es para la muñeca saltar desde una altura de 20 veces su tamaño (Punto para otro año: ¿desde qué altura habría de saltar una persona para un salto equivalente?). Este punto era bastante importante ya que cada grupo disponía de un solo intento para realizar su salto. Debían solicitar su número deseado de gomillas, montar la cuerda y lanzar la muñeca. Los cálculos debían ser cuidadosos y conservadores ya que un error grave sería irreparable...

Los saltos fueron bastante bien... Se organizó algo más de follón en el pasillo de lo que yo hubiera deseado, pero es que cuando el cuarto grupo hizo saltar a su Barbie para que se quedara a escasos quince centímetros del suelo, ¡hasta yo me puse a gritar! (El vídeo se ve muy borroso pero fijándose en la parte de abajo se ve como casi roza el suelo...)

Terminamos la actividad haciendo un repaso de todos los pasos el experimento y evaluaremos la actividad con el resumen escrito (en inglés, por aquello del bilingüismo) que deben entregarme. Además, aprovecharemos que tenemos una visita de un grupo de alumnos de intercambio desde Francia para que expliquen oralmente el experimento y las conclusiones.

[Actualización 25/05/2013] Aquí podéis ver el póster que presenté en las II Jornadas de Buenas Prácticas Educativas en el CEP de Granada en los días 21-22 de mayo de 2013.