Definizione unitaria delle coniche

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1 Autore/i: M.Maddalena Bovetti docente di matematica della Scuola Media Superione Titolo: Definizione unitaria delle coniche Collocazione: Difficoltà: Livello di scolarità: Periodo scolastico: Abstract: Scuola Media superiore Media Quarto anno di Scuola Media Superiore Il periodo di trattazione dell'argomento dipende dalla programmazione individuale del docente Lo studio delle coniche è un argomento che si affronta nella classe terza del liceo scientifico dal punto di vista analitico, in quanto, la loro definizione come luogo geometrico di punti, permette di essere facilmente tradotta in un calcolo analitico. Si arriva così all equazione cartesiana e se ne studiano tutte le caratteristiche. Questa trattazione può essere approfondita nella classe successiva con l utilizzo delle coordinate polari. La Fx si presta molto bene per questa operazione in quanto ci consente di eseguire i grafici in coordinate polari con precisione, non solo, ma possiamo anche disegnare velocemente le diverse curve facendo variare i parametri che compaiono nell equazione, lasciandoci più tempo da dedicare alle nostre considerazioni didattiche. L obiettivo di questo esercizio è, perciò, quello di studiare le coniche da un punto di vista unitario, partendo dal concetto di eccentricità e mostrare come, variando il valore di tale numero, si ottengano le quattro coniche. Prerequisiti d'ingresso: Prerequisiti Cognitivi Conoscenza del piano cartesiano e delle modalità di rappresentazione grafica Conoscenza delle funzioni goniometriche Conoscenza dell equazione e delle caratteristiche delle coniche da un punto di vista analitico Prerequisiti strumentali: Conoscenza dei Menu della Calcolatrice Usare i tasti principali della calcolatrice,saper passare da un menù all'altro, utilizzare i tasti con più funzioni, conoscere i tasti FN per attivare i comandi posti sulla parte bassa dello schermo, i tasti di cancellazione, saper memorizzare un lavoro, ecc. Risultati attesi: Al termine dell unità gli allievi devono: Aver compreso le tappe dello sviluppo della teoria sulle coniche contestualizzandola storicamente.

2 Saper determinare l equazione i una conica in un riferimento polare. Saper riconoscere una conica riferita ad un sistema di coordinate polari. Fasi e tempi: 1ª parte: tempo previsto 2 ore Eventuale "addestramento" sull'uso dei comandi principali della calcolatrice 2ª parte: tempo previsto 2 ore Studio dell equazione polare di una conica;realizzazione dei grafici con la calcolatrice e considerazioni sul variare del valore dell eccentricità. Metodi e strumenti: Gli studenti lavorano a gruppi di due con una calcolatrice. Verranno dunque utilizzati i seguenti strumenti: - calcolatrici per gli studenti - calcolatrice per l'insegnante e view screen per la proiezione Modalità di lavoro: L'attività viene svolta contemporaneamente da insegnante e allievi;. sarà privilegiato l'apprendimento attraverso il fare; questo servirà a migliorare le strategie per imparare, in modo che imparare non sia solo memorizzare, ma anche e soprattutto comprendere.

3 Definizione unitaria delle coniche La calcolatrice grafica e programmabile rappresenta un valido aiuto nella didattica se non permettiamo che gli allievi commettano l errore di pensare che questo strumento possa compensare la loro mancanza di conoscenza o di competenze. La calcolatrice è uno strumento e come tale non si può sostituire allo studioso, sia esso docente o discente, ma l aiuta in numerose operazioni: due fra tante, quelle di tipo ripetitivo o di esecuzione di più grafici con caratteristiche comuni, la cui precisione non è facilmente ottenibile operando a mano, impedendone così una interpretazione significativa. Come esempio di quanto affermato, affrontiamo un esercizio che riguarda lo studio delle coniche, argomento che, solitamente, si affronta nella classe terza del liceo scientifico: in genere queste curve vengono studiate dal punto di vista analitico, in quanto la loro definizione come luogo geometrico di punti si presta bene ad essere tradotta in un calcolo analitico. Si arriva così all equazione cartesiana e se ne studiano tutte le caratteristiche. Questa trattazione fornisce agli allievi una buona conoscenza dell argomento che può essere approfondita nella classe successiva con l utilizzo delle coordinate polari. La Fx si presta molto bene per questa operazione in quanto ci permette di eseguire i grafici in coordinate polari con precisione, non solo, ma possiamo anche disegnare velocemente più curve facendo variare i parametri che compaiono nell equazione, lasciandoci più tempo da dedicare alle nostre considerazioni didattiche. L obiettivo di questo esercizio è quello di studiare le coniche da un punto di vista unitario, partendo dal concetto di eccentricità e mostrare come, variando il valore di tale numero, si ottengano curve differenti. Questo mostrerà come curve di forma molto diverse tra loro siano in effetti legate da un elemento comune che, cambiando di valore, fa mutare anche la loro forma. Questo elemento è, come abbiamo già detto, l eccentricità. Iniziamo la lezione: dopo aver definito la conica come il luogo dei punti del piano per i quali è costante il rapporto tra la loro distanza da un punto detto fuoco e una retta detta direttrice, l insegnante arriverà all equazione polare della conica. A questo punto entra in gioco la nostra FX: infatti la calcolatrice mette a disposizione un menù (Dyna Graph) che permette di disegnare, come recita il manuale, versioni multiple di un grafico variando i valori assegnati alle variabili in una funzione. Vediamo di capire meglio. Come è noto l equazione polare di una conica è: R= dove p è un parametro ed E rappresenta l eccentricità. Al variare del valore di E si ottengono coniche diverse e, più precisamente, E=0 si ottiene una circonferenza 0<E<1 si ottiene un ellisse E=1 si ottiene una parabola E>1 si ottiene una iperbole. Accendiamo la CG-20 e scegliamo il menù Dyna Graph: ci appare la schermata sotto raffigurata:

4 poiché vogliamo scrivere l equazione in coordinate polari digitiamo F3 (Type) seguito da F2 (r=). Digitiamo la nostra equazione badando di inserire il denominatore tra parentesi e attribuiamo a p il valore 0.5 e lasciando indicato E. Questo ci permetterà di ottenere grafici più chiari che non si otterrebbero con valori maggiori di p, date le dimensioni dello schermo. Digitato EXE, digitiamo F4 (Var): nella schermata che appare alla variabile E, a cui è stato attribuito il valore 1(o un altro valore che non ci interessa).sempre da questa schermata scegliamo F2 (Set) che permette di inserire l intervallo di variabilità di E. Poniamo Start: 0(seguito da EXE) End:1,5 (seguito da EXE) Step: 0,1(seguito da EXE) Usciamo e torniamo alla videata precedente: digitiamo F6 (Dyna) e aspettiamo. Alla fine dell elaborazione cominceranno ad apparire le curve abbinate ai diversi valori assunti da E che possiamo controllare sulla parte bassa dello schermo.. Ecco alcune schermate significative:

5 A questo punto l insegnante potrà fare tutte le considerazioni che riterrà opportune. Una di queste può essere quella di inserire valori di E negativi. Per visualizzare le varie curve si può scegliere di farle comparire automaticamente aumentando o diminuendo la velocità oppure farle comparire una alla volta. Vediamo come. Digitiamo due volte Exit per tornare alla videata Dynamic var, e digitiamo F3 (Speed). La videata che compare è la seguente: Il significato delle varie opzioni è abbastanza chiaro; quella che vorrei evidenziare è l opzione corrispondente a F1 che, visualizzata una curva corrispondente ad un determinato valore di E, si ferma e riparte digitando i tasti direzione..