Σεμινάριο Προβλημάτων

Μιχάλης Κολουντζάκης

Τμήμα Μαθηματικών και Εφαρμοσμένων Μαθηματικών, Πανεπιστήμιο Κρήτης,
Βούτες, 70013 Ηράκλειο, E-mail: kolount AT gmail.com

Φθινόπωρο 2013-14


Περιεχόμενα

Η ανακοίνωση του μαθήματος

1 Ωράριο

Δευτέρα 9-11, Παρασκευή 9-11 στην αίθουσα Β212.

2 Περιγραφή του μαθήματος

Δείτε την ανακοίνωση του μαθήματος εδώ..

Το αντίστοιχο περυσινό μάθημα είναι εδώ. Το φετινό μάθημα θα διαφέρει αρκετά από το περυσινό.

Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα (αλλά δείτε την ανακοίνωση του μαθήματος).

3 Βαθμολογικό Σύστημα - Εξετάσεις

Όσοι συμμετέχουν ενεργά στο μάθημα θα παίρνουν, όποτε πουν κάποια καλή ιδέα που μας οδηγεί σε λύση, από ένα πόντο («καραμέλα») ή και περισσότερους. Ο βαθμός συμμετοχής σας (Σ) θα είναι το πόσους πόντους μαζέψατε στο εξάμηνο διαιρεμένο από ένα αριθμό που θα καθορίσω στο τέλος ανάλογα με το πώς έχει πάει το μάθημα.

Αν είναι F ο βαθμός σας στο τελικό διαγώνισμα τότε ο βαθμός του μαθήματος θα είναι το μέγιστο των F και (F+Σ)/2.

4 Ημερολόγιο Μαθήματος

4.1 Τε, 9/10/2013

Πρώτο φυλλάδιο ασκήσεων. Tις ασκήσεις αυτές θα τις συζητάμε σε αρκετές συναντήσεις από δω και πέρα. Δεν είναι από τις «εύκολες» και στο μάθημα θα συζητάμε και άλλου είδους ασκήσεις. Αυτές είναι πιο πολύ για να σας κινήσουν το ενδιαφέρον και να προκαλέσουν κάποια συζήτηση στο μάθημα είτε αν τις έχετε λύσει είτε αν έχετε κολλήσει σε κάποιο σημείο.

Σήμερα λύσαμε διάφορα προβλήματα (όχι από το φυλλάδιο) μέσα στην τάξη. Μοιράστηκαν 4 καραμέλες.

4.2 Πα, 11/10/2013

Λύσαμε και σήμερα διάφορα απλά προβλήματα τύπου puzzle. Μεταξύ άλλων λύσαμε και το πρόβλημα

Πρόβλημα 1   Ενα ορθογώνιο τραπέζι έχει τοποθετημένα επάνω του 100 ίδια στρογγυλά κέρματα (ένα κέρμα θεωρείται τοποθετημένο πάνω στο τραπέζι ανν το κέντρο του βρίσκεται πάνω στο τραπέζι-όχι κατ'ανάγκη όλο το κέρμα) με τέτοιο τρόπο ώστε να μη χωράει να μπεί άλλο κέρμα (ίδιο με τα αρχικά) χωρίς να επικαλύπτει, μερικώς ή πλήρως, κάποιο από τη ήδη τοποθετημένα.

Δείξτε ότι μπορεί κανείς να καλύψει πλήρως το τραπέζι με 400, ενδεχομένως αλληλοκαλυπτόμενα, κέρματα.

Μιλήσαμε επίσης σύντομα για τον τύπο που συνδέει τη συνάρτηση $\zeta$ του Riemann με τους πρώτους αριθμούς και είδαμε πώς προκύπτει αυτός.

Μοιράστηκαν 3 καραμέλες.

4.3 Τε, 16/10/2013

Μιλήσαμε λίγο για το Πρόβλημα 5 του 1ου φυλλαδίου χωρίς να το λύσουμε. Λύσαμε το Πρόβλημα 7 του φυλλαδίου. Μιλήσαμε επίσης για το πρόβλημα 8 και είδαμε πώς μπορεί κανείς να το λύσει αν γνωρίζει την ύπαρξη της λεγόμενης καμπύλης του Peano.

Μοιράστηκαν 3 καραμέλες.

4.4 Πα, 18/10/2013

Δείξαμε (με κάποια βάσανα) ότι αν $x \in {\mathbb{Q}}$ και $x^x \notin {\mathbb{Z}}$ τότε $x^x \notin {\mathbb{Q}}$.

Έπειτα ασχοληθήκαμε με κάποια κόλπα με τραπουλόχαρτα:

4.5 Τε, 23/10/2013

Λύσαμε το Πρόβλημα 6 του πρώτου φυλλαδίου (δείτε και εδώ).

Δώσαμε κάποιες υποδείξεις για τα προβλήματα 4 και 5 του ίδιου φυλλαδίου.

Λύσαμε επίσης το παρακάτω μυστήριο. Στην εικόνα βλέπετε τα ίχνη από 2 ρόδες ποδηλάτου. Προς τα ποια κατεύθυνση κινήθηκε το ποδήλατο;

Μοιράστηκαν 5 καραμέλες.

4.6 Πα, 25/10/2013

Λύσαμε το πρόβλημα 8 του πρώτου φυλλαδίου. Μιλήσαμε για ομοιόμορφη σύγκλιση και το πώς η συνέχεια των συναρτήσεων της ακολουθίας μεταβιβάζεται στο όριο και για ακολουθίες συναρτήσεων που είναι ομοιόμορφα Cauchy. Έπειτα δείξαμε πώς να φτιάξουμε μια κατάλληλη ακολουθία συναρτήσεων που να συγκλίνουν ομοιόμορφα και δείξαμε και το γιατί το ομοιόμορφο όριό τους έχει την ιδιότητα που θέλουμε. Εξηγήσαμε πώς με μια παρόμοια διαδικασία μπορεί κανείς να κατασκευάσει μια καμπύλη του Peano, μια συνεχή δηλ. καμπύλη στο επίπεδο που καλύπτει όλόκληρο το μοναδιαίο τετράγωνο.

Λύσαμε επίσης το πρόβλημα Ποιο πολυώνυμο;

Μοιράστηκαν 3 καραμέλες.

4.7 Τε, 30/10/2013

Λύσαμε το πρόβλημα 5 του φυλλαδίου όπως και το πρόβλημα 4 (με κάποια ταλαιπωρία).

Μοιράστηκαν 2 καραμέλες.

4.8 Πα, 1/11/2013

Λύσαμε το πρόβλημα 4 του φυλλαδίου.

Δόθηκε μια καραμέλα.

4.9 Δε, 4/11/2013

Μιλήσαμε ξανά την πρώτη ώρα περί αριθμησιμότητας και χρησιμοποιήσαμε αυτά που μάθαμε για να δείξουμε ότι υπάρχουν υπερβατικοί πραγματικοί ή μιγαδικοί αριθμοί (που δεν είναι δηλ. ρίζες πολυωνύμων με ακέραιους συντελεστές).

Είδαμε ακόμη διάφορες περιπτώσεις στις οποίες η αριθμησιμότητα έπεται από μια εμφύτευση του συνόλου σ' ένα σύνολο που είναι ήδη γνωστό ότι είναι αριθμήσιμο.

Λύσαμε το πρόβλημα Πώς να μην κρεμάσετε ένα κάδρο και παίξαμε λίγο μ' ένα σχοινί αναφέροντας μερικά πράγματα από τη θεωρία κόμβων (knot theory): πιάστε ένα κομμάτι σχοινί, π.χ. 1m μακρύ, και κρατείστε την κάθε άκρη του με το ένα σας χέρι. Έπειτα, χωρίς να αφήσετε καθόλου την κάθε άκρη, δέστε ένα κόμπο με το σχοινί.

4.9.1 Τε, 6/11/2013

Δεύτερο φυλλάδιο ασκήσεων

4.10 Πα, 8/11/2013

Ασχοληθήκαμε κυρίως με το πρόβλημα 3 του δεύτερου φυλλαδίου, Παιχνίδι μ' ένα τόπι. Με την ευκαιρία αυτού θυμηθήκαμε ορισμένα βασικά πράγματα από τη Γραμμική Άλγεβρα.

Σχετικά με το πρόβλημα 5 του φυλλαδίου είπαμε μερικά πράγματα σχετικά με το πώς υπολογίζει κανείς γρήγορα μεγάλες δυνάμεις ενός ακεραίου και αναφέραμε επίσης το πώς βρίσκει κανείς τη γενική λύση μιας αναδρομικής ακολουθίας με το χαρακτηριστικό πολυώνυμο της αναδρομής.

Μοιράστηκαν κάποιες καραμέλες.

4.11 Πα, 15/11/2013

Λύσαμε τα προβλήματα 5, 6, 2 και 1 του 2ου φυλλαδίου.

Μοιράστηκαν κάποιες καραμέλες.

4.11.1 Πα, 15/11/2013

ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΗ: Τη Δευτέρα 18/11/2013 θα κάνουμε μάθημα μόνο 9-10πμ.

4.12 Δε, 18/11/2013

Λύσαμε τα προβλήματα 8 και 9 του 2ου φυλλαδίου και δόθηκε επίσης μια υπόδειξη για το Πρόβλημα 7.

Μοιράστηκαν 2 καραμέλες.

4.13 Πα, 22/11/2013

Λύσαμε το πρόβλημα 7 του 2ου φυλλαδίου ασκήσεων. Είδαμε επίσης και μια άλλη χρήση της λεγόμενης πιθανοθεωρητικής μεθόδου (όπου χρησιμοποείται η θεωρία πιθανοτήτων για να λυθεί ένα πρόβλημα που δεν έχει σχέση με πιθανότητες) καθώς και μια μέθοδο με την οποία η πιθανοθεωρητική (και, άρα, υπαρξιακή) απόδειξη μετατρέπεται σε ένα «γρήγορο» αλγόριθμο.

Είπαμε τι σημαίνει «υπολογίσιμη συνάρτηση» και μας έμεινε να δείξουμε ότι υπάρχει συνάρτηση

\begin{displaymath}
f:{\mathbb{N}}\to {\mathbb{N}}
\end{displaymath}

που δεν είναι υπολογίσιμη.

Μοιράστηκαν κάποιες καραμέλες.

4.14 Δε, 25/11/2013

Είδαμε σήμερα ότι οι υπολογίσιμες συναρτήσεις $f:{\mathbb{N}}\to{\mathbb{N}}$ είναι αριθμήσιμες το πλήθος ενώ όλες οι συναρτήσεις όχι, άρα δείξαμε έτσι ότι υπάρχουν συναρτήσεις που δεν είναι υπολογίσιμες. Αναφέραμε κάποια παραδείγματα μη υπολογίσιμων προβλημάτων όπως το 10ο πρόβλημα του Hilbert. Με την ευκαιρία αυτή είδαμε γιατί το να απαντήσουμε στην ερώτηση αν ένα ακέραιο πολυώνυμο έχει ακέραια ρίζα είναι επιλύσιμο υπολογιστικά. Είδαμε επίσης σχετικά ότι για δύο ή παραπάνω μεταβλητές δεν ισχύει η ιδιότητα ότι κάθε πολυώνυμο τείνει στο $\pm\infty$ αν η μεταβλητή τείνει στο άπειρο: φτιάξαμε ένα αυστηρά θετικό πολυώνυμο σε δύο μεταβλητές που όμως παίρνει οσοδήποτε μικρές θετικές τιμές (αυτό δε μπορεί να συμβεί σε μία μεταβλητή).

4.14.1 Πέ, 28/11/2013

Τρίτο φυλλάδιο ασκήσεων

4.15 Πα, 29/11/2013

Λύσαμε σήμερα τα προβλήματα 11 και 12 του 3ου φυλλαδίου ασκήσεων.

4.16 Δε, 3/12/2013

Λύσαμε σήμερα το Πρόβλημα 8 του 3ου φυλλαδίου και κάναμε κάποιες υποδείξεις για το πρόβλημα 3. Λύσαμε επίσης τα προβλήματα 1 και 2 και με την ευκαιρία του προβλήματος 1 μιλήσαμε λίγο για το πόσο γρήγορα μπορεί κανείς να αναζητήσει ένα αριθμό σε μια ταξινομημένη λίστα αλλά και το πώς μπορεί κανείς γρήγορα να ταξινομήσει μια μεγάλη λίστα αριθμών.

Δόθηκαν 2 καραμέλες.

4.17 Πα, 6/12/2013

Λύσαμε το Πρόβλημα 7 του 3ου φυλλαδίου. Κάναμε μια μεγάλη εισαγωγή στο πρόβλημα της παρεμβολής με πολυώνυμα ή με γραμμικούς συνδυασμούς κάποιων συνεχών συναρτήσεων ως προετοιμασία για τη λύση του Προβλήματος 6 του 3ου φυλλαδίου.

4.18 Δε, 9/12/13

4.19 Πα, 13/12/13

4.20 Δε, 17/12/13

Λύσαμε το πρόβλημα 6 του 3ου φυλλαδίου (αδυναμία παρεμβολής στις 2 διαστάσεις) και το πρόβλημα 5 (διοφαντική προσέγγιση του Dirichlet).

Τελειώσαμε το 3ο φυλλάδιο και είδαμε και μερικά ακόμη προβλήματα.

4.20.1 ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΗ: Τρόπος εξέτασης

Για όσους παρακολούθησαν ανελλιπώς το μάθημα κατά τη διάρκεια του εξαμήνου η τελική εξέταση θα είναι η παρουσίαση του προβλήματος που έχουν αναλάβει (η ημερομηνία των παρουσιάσεων θα ανακοινωθεί).

Για όσους επιθυμούν να εξεταστούν στο μάθημα χωρίς να το έχουν παρακολουθήσει η εξέταση θα είναι προφορική και θα πρέπει να επικοινωνήσουν μαζί μου για να την κανονίσουν. Στην εξέταση αυτή θα έχουν να λύσουν ένα ή περισσότερα άγνωστα προβλήματα παρόμοια με κάποια από αυτά που μελετήθηκαν κατά τη διάρκεια του εξαμήνου.

4.20.2 ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΗ: Τρόπος εξέτασης για περίοδο Σεπτεμβρίου

Για όσους επιθυμούν να εξεταστούν στο μάθημα χωρίς να το έχουν παρακολουθήσει η εξέταση θα είναι προφορική και θα πρέπει να επικοινωνήσουν μαζί μου για να την κανονίσουν. Στην εξέταση αυτή θα έχουν να λύσουν ένα ή περισσότερα άγνωστα προβλήματα παρόμοια με κάποια από αυτά που μελετήθηκαν κατά τη διάρκεια του εξαμήνου.



Mihalis Kolountzakis 2014-08-31