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Oggetto:
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Matematiche Elementari dal Punto di Vista Superiore

Oggetto:

Elementary Mathematics from an Advanced Standpoint

Oggetto:

Anno accademico 2023/2024

Codice attività didattica
MAT0206
Docenti
Francesca Ferrara (Titolare)
Giulia Ferrari (Titolare)
Corso di studio
Laurea Magistrale in Matematica (D.M. 270)
Anno
1° anno, 2° anno
Periodo
Primo semestre
Tipologia
D.M. 270 TAF B - Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
MAT/04 - matematiche complementari
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Orale
Prerequisiti
Insegnamenti della Laurea triennale in Matematica
Courses of the three-year degree in Mathematics
Oggetto:

Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

L'insegnamento si propone di presentare la teoria delle frazioni continue e le sue connessioni con l'analisi diofantea e l’approssimazione diofantea, con attenzione ad aspetti epistemologici e didattici.

Questo insegnamento si colloca naturalmente nel Curriculum relativo alla Storia e Didattica della matematica (curriculum Teorico) e nei suoi Percorsi Interdisciplinari, ma può essere seguito da chiunque mostri interesse per la dimensione culturale e formativa della matematica.

Conoscenza e comprensione.  L'insegnamento consente di acquisire una conoscenza della teoria delle frazioni continue e delle sue applicazioni (all'analisi diofantea, all’approssimazione diofantea, alla crittografia e altro) e di inquadrare alcuni argomenti matematici all’interno del campo della teoria dei numeri. Riprendendo temi di base e trattandoli da punti di vista diversi, permette di rafforzarne la conoscenza. L’utilizzo di diversi riferimenti e fonti ha lo scopo di migliorare le capacità critiche di studenti e studentesse. Le situazioni, che costituiscono un’applicazione della teoria studiata, previste dall'insegnamento, mirano a migliorare la capacità di soluzione di problemi, a consolidare la padronanza dei concetti e dei metodi scientifici. La proposta di attività didattica e momenti di riflessione o discussione di gruppo hanno lo scopo di abituare studenti e studentesse sia a una ricerca scientifica autonoma, sia all’utilizzo delle conoscenze teoriche ed epistemologiche, per costruire attività didattiche per la scuola secondaria di primo e secondo grado.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Le lezioni, le situazioni e attività all’interno dell'insegnamento sviluppano in studenti e studentesse capacità di risolvere e porre problemi, stabilendo collegamenti fra vari settori della matematica; capacità di analizzare testi matematici dal punto di vista scientifico e da quello didattico; capacità di utilizzare le competenze acquisite, sia a fini di ricerca sia al fine di sviluppare attività didattiche per le scuole secondarie a partire delle conoscenze acquisite; capacità di orientarsi nella bibliografia e nella sitografia.

Autonomia di giudizio. La natura di questo insegnamento induce studenti e studentesse a migliorare le proprie capacità critiche e di argomentazione e li abitua a: riconoscere errori o lacune nelle dimostrazioni, riflettere sul cambiamento di metodologie e strumenti matematici nel corso del tempo, elaborare in modo autonomo esempi di attività per la scuola secondaria, porsi questioni didattiche e di approfondimento che diano valore culturale ai temi trattati.

Abilità comunicative. La presentazione di un’attività didattica e le discussioni collettive abituano studenti e studentesse a esporre il proprio punto di vista, ad argomentare, a comprendere il punto di vista degli altri, utilizzando vari strumenti comunicativi. Inoltre, dal momento che molte fonti suggerite per l'insegnamento sono in lingua inglese, studenti e studentesse si abituano a usare tale lingua per comunicazioni scientifiche.

Capacità di apprendimentoIl lavoro richiesto per questo insegnamento contribuisce a creare negli studenti e nelle studentesse una mentalità flessibile, utile sia per ulteriori studi specialistici, sia per l’insegnamento nella scuola secondaria. Essi acquisiscono infatti abilità nell’impostare lavori in modo rigoroso e nel risolvere problemi teorici, nell’affrontare criticamente lo studio di un testo matematico, nel comunicare la matematica a un pubblico non matematico mediante la realizzazione di attività didattiche per la scuola secondaria, utilizzando anche opportuni software. Sono inoltre in grado di impostare una ricerca autonomamente.

The teaching aims to present the theory of continued fractions and its connections with Diophantine analysis and Diophantine approximation, with attention to epistemological and didactic aspects.

This course naturally fits into the Curriculum related to History and Didactics of Mathematics (Theoretical Curriculum) and its interdisicplinary pathways, but it can be taken by anyone who shows interest in the cultural and educational dimensions of mathematics.

Knowledge and understanding. It provides an understanding of the theory of continued fractions and its applications (to Diophantine analysis, Diophantine approximation,  cryptography, and more) and a framing of some mathematical topics within the field of number theory. By taking up basic themes and treating them from different points of view, it allows for strengthening knowledge. The use of different references and sources is intended to improve students' critical skills. The situations provided in the course, which are an application of the studied theory, are aimed at improving problem-solving skills, consolidating the mastery of scientific concepts and methods. The proposal of didactic activities and moments of reflection or group discussion are aimed at accustoming students to both autonomous scientific research and the use of theoretical and epistemological knowledge to construct teaching activity for secondary school and high school.

Ability to apply knowledge and understanding. The lectures, situations and activities within the course develop in the students the ability to solve and pose problems, establishing connections between various areas of mathematics; the ability to analyze mathematical texts from both scientific and didactic perspectives; the ability to use the skills acquired, both for research purposes and in order to develop didactic activities for secondary and high schools from the knowledge acquired; the ability to orient oneself in the bibliography and sitography.

Autonomy of judgement. The nature of this course induces students to improve their critical and argumentation skills and accustoms them to: recognizing errors or gaps in proofs, reflecting on the change of mathematical methodologies and tools over time, independently developing examples of activities for secondary school and high school, and asking themselves didactic and in-depth questions that give cultural value to the topics covered. 

Communications skills. The presentation of a didactic activity and the collective discussions accustom students to state their own point of view, argue, and understand the views of others, using various communicative tools. In addition, since many suggested sources for the course are in English, students become accustomed to using that language for scholarly communications.

Learning skills. The work required for this course helps to create in students a flexible mindset, useful both for further specialised studies and for teaching in secondary and high schools. Indeed, they acquire skills in setting up work in a rigorous manner and solving theoretical problems, critically approaching the study of a mathematical text, and communicating mathematics to a non-mathematical audience through the creation of didactic activities for secondary school and high school, including using appropriate software. They are also able to set up research independently.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

L’allievo acquisisce:

- Padronanza dal punto di vista teorico degli argomenti affrontati in questo insegnamento

- Conoscenza dell'epistemologia che caratterizza i principali concetti e metodi presentati

- Capacità di utilizzare le conoscenze acquisite per risolvere problemi

- Capacità di collocare la matematica in un contesto culturale più ampio e di comunicarla

- Capacità di utilizzare le conoscenze acquisite sia a fini di ricerca sia per preparare attività didattiche per la scuola secondaria

- Capacità di impostare una ricerca autonoma.

The student acquires:

- Mastery from the theoretical point of view of the topics covered in this course;

- Knowledge of the epistemology underlying the main concepts and methods presented;

- Capacity to use the knowledge acquired to solve problems;

- Capacity to situate mathematics in a broader cultural context and to communicate it;

- Capacity to use acquired knowledge both for research purposes and to prepare didactic activities for secondary school and high school;

- Capacity to set up research independently.

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Programma


L'insegnamento si focalizza sulla Teoria delle frazioni continue e sulle sue connessioni con l'analisi diofantea e l’approssimazione diofantea. Introduzione alle frazioni continue. L’algoritmo di Euclide. Sviluppo in frazione continua di razionali. Convergenti e loro proprietà. Equazioni diofantee lineari e frazioni continue. Sviluppo in frazione continua di irrazionali. Convergenti di una frazione continua illimitata. Interpretazione geometrica delle frazioni continue. Frazioni continue e serie. L'equazione x2 = ax + 1 , digressioni sulla sezione aurea. Frazioni continue periodiche pure. Teoremi. Irrazionali quadratici ridotti. Rappresentazione grafica del carattere periodico dei quozienti completi. Il teorema di Euler-Lagrange. La frazione continua sviluppo di radice di N (N >0, non quadrato perfetto). L’equazione di Pell x2 - Ny2 = ± 1. Teorema di Legendre sull’equazione x2 - Ny2= -1. Come ottenere le altre soluzioni dell’equazione di Pell a partire da quella minima. Approssimazione diofantea. Teorema di Dirichlet, teorema di Hurwitz, successioni di Farey e loro proprietà.

In connessione con gli sviluppi matematici si illustrano alcuni spunti e approfondimenti del contenuto sia dal punto di vista epistemologico sia dal punto di vista didattico. Frazioni continue e ricerca di regolarità; Archimede, l'approssimazione di radice di 3, il problema dei buoi; frazioni continue e radici; frazioni continue di numeri irrazionali; sviluppi in frazione continua ed equazioni di secondo grado; frazioni continue e calendari; frazioni continue, cerchi di Ford e sviluppi.

Altre applicazioni delle Frazioni continue. Dimostrazione dell'infinità dei numeri primi, risoluzione di equazioni differenziali, crittografia (attacco di Wiener).

Per la proposta di attività didattiche per la scuola secondaria, si discuteranno anche aspetti legati alle Indicazioni curriculari per la scuola (2010), utilizzando anche opportuni software.

The course focuses on the theory of continued fractions and its connections to Diophantine analysis and Diophantine approximation. Introduction to continued fractions. Euclid’s algorithm. Continued fraction development of rational numbers. Convergents and their properties. Linear Diophantine equations and continued fractions. Continued fraction development of irrational numbers. Convergents of an unlimited continued fraction. Geometric interpretation of continued fractions. Continued fractions and series. The equation x2 = ax + 1, digressions on the golden ratio. Purely periodic continued fractions. Theorems. Reduced quadratic irrationals. Graphical representation of the periodic character of complete quotients. Euler-Lagrange Theorem. Continued fraction development of the square root of N (N>0, not perfect square). The Pell's equation x2 - Ny2 = ±1. Legendre's theorem on the equation x2 - Ny2 = -1. How to obtain the other solutions of the Pell’s equation from the minimal one. Diophantine approximation. Dirichlet's theorem, Hurwitz's theorem, Farey series and their properties.

In connection with mathematical developments, some insights into the content are illustrated from both epistemological and didactic perspectives. Continued fractions and the search for regularity; Archimedes, the root approximation of 3, the oxen problem; continued fractions and square roots; continued fractions of irrational numbers; continued fraction developments and second-degree equations; continued fractions and calendars; continued fractions, Ford's circles and developments.

Other applications of continued fractions. Proof of the infinity of prime numbers, differential equations solving, cryptography (Wiener attack).

For the proposal of a didactic activity for secondary and high schools, aspects related to the school Curriculum guidelines (2010) will be discussed, also using appropriate software.

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Modalità di insegnamento

Le lezioni della durata complessiva di 48 ore (6 CFU) sono svolte in presenza utilizzando slide, video, altri materiali utili all'insegnamento, proposte di problemi, ecc., caricati sulla piattaforma MOODLE. Sono parte delle lezioni anche momenti di lavoro di gruppo e discussioni collettive condotte dalle docenti.

The lessons (48 hours, 6 CFUs) are conducted in-person using slides, videos, other useful course materials, problems, etc., uploaded to the MOODLE platform. Group work and collective discussions led by the teachers are also part of the lessons.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Proposta individuale di attività didattica (peso 40%) sviluppata da studenti e studentesse a partire dagli spunti e approfondimenti discussi durante l'insegnamento o da aspetti complementari.
Prova orale (peso 60%) in cui si mira a valutare le competenze teoriche ed epistemologiche acquisite nell'insegnamento e la capacità di applicarle a problemi.

Individual proposal of a didactic activity (weight 40%) developed by the students from the insights discussed during the course or from complementary aspects.
An oral examination (weight 60%) aimed at evaluating theoretical and epistemological competencies acquired in the course and the capacity of applying them to problem solving.

Testi consigliati e bibliografia



Oggetto:
Libro
Titolo:  
History of Continued Fractions and Padé Approximants
Anno pubblicazione:  
1991
Editore:  
Springer-Verlag
Autore:  
C. BREZINSKI
ISBN  
Permalink:  
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Libro
Titolo:  
The higher arithmetic: An introduction to the theory of numbers
Anno pubblicazione:  
2008
Editore:  
Cambridge University Press
Autore:  
H. DAVENPORT
ISBN  
Permalink:  
Note testo:  
Esiste la versione italiana: Aritmetica superiore, Zanichelli (1994)
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Libro
Titolo:  
Frazioni continue
Anno pubblicazione:  
1963
Editore:  
Zanichelli
Autore:  
C.D. OLDS
Permalink:  
Obbligatorio:  
Si
Oggetto:

G. CARISTI, C. FIORI, S. INVERNIZZI, Dalle frazioni continue alla trascendenza di pi greco. Centocinquant'anni di matematica «dimenticata», Pitagora, 2012.

K. ROSEN, Elementary Number Theory and its Applications, Addison-Wesley, 1993.

A. WEIL, Number Theory. An Approach through History from Hammurabi to Legendre, Boston, Birkhäuser 1983.

G. CARISTI, C. FIORI, S. INVERNIZZI, Dalle frazioni continue alla trascendenza di pi greco. Centocinquant'anni di matematica «dimenticata», Pitagora, 2012.

K. ROSEN, Elementary Number Theory and its Applications, Addison-Wesley, 1993.

A. WEIL, Number Theory. An Approach through History from Hammurabi to Legendre, Boston, Birkhäuser 1983.



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Orario lezioniV

Registrazione
  • Aperta
    Oggetto:
    Ultimo aggiornamento: 12/09/2023 10:41

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