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Idea Transcript


Math  211  –  Assignment  1  Solutions    

1) Section  1.1  #2    

  Understanding  the  problem:     • 5  people  are  entered  in  a  racquetball  tournament.   • The  5  people  play  each  other  player  exactly  once.   • If  they  only  play  each  other  exactly  once,  then  Person  A  playing  Person  B  is  the  same   as  Person  B  playing  Person  A  (AB=BA).     • Lets  call  each  of  the  players  A  B  C  D  and  E,  respectively.     • We  need  to  find  out  how  many  games  were  played  between  these  five  players  (given   the  restrictions  above).     Devising  a  plan:     Strategy  one  –  Picture/graph       Let  a  point  represent  each  of  the  players  A-­‐E  and  a  line  between  them  represent  a  played   game.  By  drawing  as  many  lines  as  I  possibly  can  between  the  points  (without  allowing  any   duplicates  –  this  would  mean  the  players  played  each  other  more  than  once),  then  the  total   number  of  lines  will  give  the  total  number  of  games  played.       Strategy  two  –  Create  a  table     List  the  players  in  the  rows  and  columns  of  a  table.  Let  each  cell  of  the  table  be  named  by  its   corresponding  combination  of  row  and  column  player.  Select  from  these  possible  pairings   those  that  meet  the  problem’s  criteria,  namly:   • Not  those  on  the  diagonals,  since  these  represent  a  player  playing  themselves.   • Only  those  pairings  on  one  side  of  the  diagonal  since  the  table  is  symmetric.     •   Carrying  out  the  plan:     Strategy  one  –  Picture/graph     A   B         Counting  the  number  of  lines  in  the     graph  shows  that  there  are  10     games  played  in  the  tournament  of   C E   5  players.   ! ! ! !"     "       D        

 

1  

Strategy  two  –  Create  a  table      

A  

B  

C  

D  

E  

A  

AA  

AB  

AC  

AD  

AE  

B  

BA  

BB  

BC  

BD  

BE  

C  

CA  

CB  

CC  

CD  

CE  

D  

DA  

DB  

DC  

DD  

DE  

E  

EA  

EB  

EC  

ED  

EE  

 

A  

B  

C  

D  

E  

A  

AA  

AB  

AC  

AD  

AE  

B  

BA  

BB  

BC  

BD  

BE  

 

C  

CA  

CB  

CC  

CD  

  There  are  duplicate   pairings  on  either   side  of  the  diagonal,   so  only  one  side  of   pairings  will  be   counted.  

Diagonals  have   players  playing   themselves  and   cannot  be   counted.  

             

CE  

D  

DA  

DB  

DC  

DD  

DE  

E  

EA  

EB  

EC  

ED  

EE  

The  possible  unique   pairings  are  those   shaded,  of  which   there  are  10.  

     

           

      Looking  back:     The  graph  strategy  suggests  another  strategy  –  namely  a  formula.  We  can  see  from  the   graph  that  at  each  point  (player)  there  can  be  a  maximum  of  four  lines  extending  to   another  point  (since  there  are  only  4  other  points  to  connect  to).  The  number  of  lines   extending  out  of  the  points  can  be  found  by  the  number  of  points  multiplied  by  the  number   of  lines  extending  from  it,  or  5×4=20.  This  calculation,  however,  counts  each  line  exactly  

 

2  

twice  –  once  from  point  x  to  y,  and  once  from  point  y  to  x.  In  order  to  only  count  each  line   once  (since  a  line  represents  a  match  and  it  is  the  number  of  matches  that  we  want  to   count),  we  simply  have  to  divide  our  doubled  count  by  2,  or  (5×4)÷2=20÷2=10.  It  seems   reasonable  to  expect  that  for  any  number  of  players,  this  pattern  would  be  the  same,   namely  that  each  of  n  people  could  be  paired  with  n-­‐1  people,  but  this  would  count   duplicates,  so  we  would  need  to  divide  the  doubled  count  by  2.  This  gives  in  general  the   formula  (n×(n−1))÷2.     The  table  strategy  shows  a  pattern  that  we  know  something  about  and  can  use  to  verify  the   formula  above,  namely  it  shows  that  the  number  of  matches  is  also  equal  to  1+2+3+4,  or   the  sum  of  n−1  consecutive  numbers  (note  that  is  it  not  the  sum  of  n  consecutive  numbers   or  else  in  this  case  that  would  mean  the  sum  1+2+3+4+5,  which  is  5  too  many).  The  sum  of   the  first  n  consecutive  numbers  was  determined  by  Gauss  to  be  given  by  the  formula   (n×(n+1))÷2.  Since  we  only  want  to  find  the  sum  to  the  n−1  term,  we  can  substitute  n−1  for   n  everywhere  it  occurs  in  the  formula:     n(n + 1) (n − 1)((n − 1) + 1) (n − 1)(n − 1 + 1) (n − 1)n n(n − 1) = = = =   2 2 2 2 2   So  we  see  that  the  adjustment  to  Gauss’  formula  gives  the  same  formula  we  determined   from  the  graph.       We  can  also  note  that  this  problem  is  very  similar  to  the  handshake  problem,  and  could   therefore  be  solved  using  any  of  the  other  strategies  we  saw  in  class  (provided  we  account   for  duplicates).     -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐   2) Section  1.1  #8     Understanding  the  question:     • There  are  less  than  10  coins  whose  value  adds  to  42  cents.     • The  coins  may  be  any  of  pennies,  nickels,  dimes,  or  quarters.   • We  know  that  pennies  are  valued  at  1  cent,  nickels  at  5  cents,  dimes  at  10  cents,  and   quarters  at  25  cents.     • Given  their  values,  we  know  that  we  can  have  either  1  or  0  quarters  (2  or  more   quarters  is  more  than  42  cents),  we  can  have  0,  1,  2,  3,  or  4  dimes  (more  than  this   will  give  more  than  42  cents),  we  can  have  0  –  8  nickels,  and  we  can  have  0-­‐9   pennies  (if  we  only  consider  number  of  coins  possible).   • Using  these  observations,  we  want  to  determine  how  many  combinations  of  less   than  10  coins  will  equal  42  cents.     Devising  a  plan:     Strategy  1  –  A  case  based  table    

3  

  Complete  a  table  listing  the  number  of  each  coin  combination  adding  to  42  cents.  We  can   start  with  the  cases  of  either  having  1  or  0  quarters.  If  we  have  one  quarter,  then  we  can   have  either  1  or  0  dimes.  If  we  1  dime,  then  we  can  have  either  have  1  or  0  nickels.  If  we   have  1  nickel,  then  we  must  have  2  pennies.  In  a  similar  fashion,  we  can  work  through  the   different  cases.     Strategy  2  –  Algebra/guess  and  check  combo     We  can  describe  a  combination  of  quarters,  dimes,  nickels,  and  pennies  by  the  equation     a(.25) + b(.10) + c(.05) + d(.01) = P  where  a,  b,  c,  d  represent  the  numbers  of  quarters,   dimes,  nickels,  and  pennies  respectively  and  P  represents  the  value  of  the  collection.   Therefore  we  can  substitute  .42  for  P  and  “guess  and  check”  for  a,  b,  c,  and  d.       Carrying  out  the  plan   Strategy  one  –  A  case  based  table       Quarters   Dimes     Nickels   Pennies  

 

1  

1  

1  

2  

1  

1  

0  

7  

1  

0  

3  

2  

1  

0  

2  

7  

More  than  10  coins  

1  

0  

2  

7  

More  than  10  coins  

0  

4  

0  

2  

0  

3  

2  

2  

0  

3  

1  

7  

0  

2  

4  

2  

0  

1  

6  

2  

More  than  10  coins  

4  

  Continuing  in  this  fashion  (i.e.  replacing  nickels  with  pennies,  dines  with  nickels)  requires   more  than  9  coins,  so  we  have  uncovered  all  possible  combinations  of  coins  equaling  42   cents.  There  are  7.       Strategy  two  –  Algebra/guess  and  check  combo     Using  this  strategy  I  want  to  substitute  values  for  a,  b,  c,  d  in  the  equation   a(.25) + b(.10) + c(.05) + d(.01) = .42   Since  I  want  to  have  less  than  10  coins  total,  the  sum  of  a,  b,  c,  and  d    needs  to  be  less  than   10  (since  a,  b,  c,  d  represent  numbers  of  quarters,  dimes,  nickels,  and  pennies,   respectively).       Once  I  started  this  strategy,  however,  I  realized  it  was  not  especially  helpful  in  finding  the   solution  to  the  problem  (the  number  of  combinations  equaling  42  cents).  To  solve  the   problem,  I  need  to  be  able  to  verify  in  some  way  that  I  have  in  fact  discovered  every   possible  combination  meeting  the  requirements  of  the  problem.  In  fact,  as  soon  as  I  start  to   add  order  to  my  process  of  guessing,  this  strategy  becomes  similar  to  the  first.       Looking  back     This  problem  requires  that  we  think  systematically  about  possibilities  and  organize  and   record  our  thinking  (strategy  one).  This  strategy  can  vary,  however,  in  how  it  is   implemented.  For  instance,  rather  than  starting  with  the  cases  of  having  either  one  or  no   quarters,  we  could  start  with  the  cases  of  having  either  2  pennies,  or  7  pennies.  Note  that   we  must,  in  every  case,  have  either  2  or  7  pennies  since  this  is  the  only  way  to  reach  42   from  multiples  of  5  (nickels,  dimes,  and  quarters  all  have  values  that  are  multiples  of  5)   with  fewer  than  10  coins.  We  can  then  build  the  remaining  cases  from  this  starting  case  in  a   similar  fashion  as  the  first  strategy.     This  problem  also  lends  itself  to  extensions  involving  higher  values  and  greater  variation  in   denomination.  For  instance,  we  could  add  one  dollar  bills  to  the  mix  and  find  all  the   combinations  of  less  than  13  coins/bills  having  a  value  of  $1.27.       3) Section  1.1  #11     Understanding  the  problem:     • Given  only  a  4  gallon  container  and  a  9  gallon  container,  how  can  we  measure  6   gallons?   • A  student  solution  for  measuring  1  gallon  is  presented  as  an  illustration.  

 

5  

• • •

We  want  to  explain  the  student  illustration  to  help  make  sense  of  the  6  gallon   problem.   The  student  solution  illustrates  each  step  of  the  process  of  getting  to  1  gallon.     The  process  of  getting  1  gallon  took  four  steps:   o Measure  9  gallons   o Fill  the  4  gallon  container  from  the  9  gallons   o Empty  the  4  gallons.  This  leaves  5  gallons  in  the  9  gallon  container.   o Again  fill  the  4  gallon  container  from  the  5  gallons  of  water.   o Now  there  is  1  gallon  of  water  in  the  9  gallon  container.    

    Devising  a  plan     Strategy  one  –  Guess  and  check     We  want  to  come  up  with  a  similar  procedure  for  reaching  6  gallons.  We  can  just  try  some   different  fillings  and  emptyings  of  the  4  and  9  gallon  container,  recording  each  step  along   the  way.       Strategy  two  –  A  little  algebra     Since  we  are  emptying  and  filling  only  multiples  of  4  and  9  gallons,  we  can  set  up  an   equation  to  represent  the  problem.       We  can  use  the  equation 4a + 9b = 6 .  In  this  case,  the  a  and  b  represent  the  number  of  times   the  4  and  9  gallon  containers  are  filled  and/or  emptied.  The  values  of  a  and  b  are  either   positive  (adding  water)  or  negative  (pouring  out  water)  whole  numbers.  Since  we  only   have  one  equation  and  two  unknowns,  we  cannot  solve  this  equation  directly.  We  will  have   to  employ  some  level  of  guess  and  check  using  this  strategy  as  well.     Carrying  out  the  plan     Strategy  one  –  Guess  and  check     After  some  trial  and  error,  here  is  one  approach  that  works:   • Fill  9  gallon  container   • Fill  the  4  gallon  container  from  the  9  gallons.    This  leaves  5  gallons  of  water  in  the  9   gallon  container.   • Empty  the  4  gallon  container.     • Fill  the  4  gallon  container  once  again  from  the  5  gallons  in  the  9  gallon  container.   • Empty  the  4  gallon  container.   • Pour  the  1  gallon  of  water  from  the  9  gallon  container  to  the  4  gallon  container.   • Fill  the  9  gallon  container.   • Fill  the  4  gallon  container  from  the  water  in  the  9  gallon  container.      

6  



Since  there  was  already  one  gallon  of  water  in  the  4  gallon  container,  only  3  gallons   of  water  are  added  from  the  9  gallons  of  water  in  the  9  gallon  container.   This  leaves  6  gallons  of  water  in  the  9  gallon  container.  

•   Strategy  two  –  A  little  algebra     In  strategy  one,  we  fill  the  9  gallon  container  2  times,  and  empty  the  4  gallon  container  3   times.  This  can  be  represented  by  letting  a=-­‐3  (the  4  gallon  container  is  emptied  3  times,  so   a  is  negative)  and  b=2  (the  9  gallon  container  is  filled  2  times,  so  b  is  positive).     Substituting  these  values  into  our  equation  we  can  verify  that  this  actually  give  us  6   4a + 9b = 6 gallons:       4(−3) + 9(2) = −12 + 18 = 6   Yea!  It  does.     Looking  back     This  problem  is  easily  extended  to  the  question  of  how  many  different  amounts  of  water   can  be  measured  using  only  a  4  and  9  gallon  container.  The  first  strategy  is  best  suited  to   this  type  of  extension  since  we  can  follow  step  by  step  what  is  happening.  The  second   strategy  only  describes  the  number  of  times  the  containers  are  filled  an  emptied.  Moreover,   the  filling  and  emptying  of  one  container  is  cancelled  out  (+1-­‐1=0)  in  the  formula,  making  it   difficult  to  work  backwards  from  values  of  a  and  b  to  describe  the  physical  actions  of  filling   and  emptying.     It  actually  turns  out  that  we  can  measure  every  whole  gallon  measure  of  water  between  1   and  13  gallons.  (I  shall  leave  showing  this  as  a  bonus  problem  worth  3  points).  Another   extension  problem  then  is  the  question  of  which  other  container  sizes  will  measure  every   whole  gallon  of  water  between  1  and  the  sum  of  the  container  sizes.       For  instance,  we  cannot  measure  1  gallon  of  water  from  a  4  gallon  container  and  a  6  gallon   container,  but  we  can  measure  every  amount  if  we  have  a  2  gallon  container  and  a  5  gallon   container.  It  turns  out  that  the  two  containers  must  be  relatively  prime,  or  not  share  a   common  factor  (don’t  worry  –  we  will  be  learning  about  all  this  stuff  in  another  few   weeks!).       -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐   4) Section  1.1  #18     Understanding  the  problem     • Sue  Ellen  and  Angela  both  saved  $51     • They  both  added  money  to  their  piggy  banks  each  week.   • Sue  Ellen  added  $1  to  her  piggy  bank  each  week    

7  

• • • •

Angela  added  $2  to  her  piggy  bank  each  week   Sue  Ellen  started  with  $7  more  in  her  piggy  bank  than  Angela   Suppose  Angela  started  with  $X.  Then  Sue  Ellen  would  have  started  with  $(X+7)     How  much  did  Sue  Ellen  have  in  her  piggy  bank  when  they  started?  

    Devising  a  plan:     Strategy  one:  Work  backwards     We  can  determine  how  much  Sue  Ellen  started  with  if  we  work  backwards  from  Sue  Ellen   and  Angela  having  $51,  subtracting  $2  from  Angela’s  total  and  $1  from  Sue  Ellen’s  total   each  week  (since  working  forwards  this  is  how  much  they  added  each  week)  and  stopping   when  Sue  Ellen’s  adjusted  total  minus  $7  equals  Angela’s  adjusted  total  (since  at  the   starting  point  Sue  Ellen  had  $7  more  than  Angela).         Basically  what  we  are  doing  is  the  opposite  or  inverse  of  each  of  the  steps  that  would  have   taken  place  moving  forward.  So,  rather  than  adding  we  are  subtracting,  and  rather  than   starting  with  Sue  Ellen  having  $X+7,  we  are  ending  with  Sue  Ellen  having  $X-­‐7.     Strategy  two:  Use  algebra       Using  what  we  know  from  working  backwards,  we  can  set  up  an  equation  to  solve  for  the   number  of  weeks  it  takes  for  the  two  girls  to  save  for  their  family  trip.  Once  we  know  how   many  weeks  it  took,  we  can  subtract  that  many  dollars  (since  she  added  one  dollar  per   week)  from  the  total  of  $51  to  know  how  much  she  started  with.       The  formula  is  similar  to  the  process  of  working  backwards  described  in  the  first  strategy.   Let  a=  the  number  of  weeks.  Then  we  want  to  set  up  an  equation  with  one  side   representing  Sue  Ellen’s  savings  and  the  other  side  representing  Angela’s  savings  as  it   changes  going  back  in  time.       Sue  Ellen’s  savings  :   51 − 1a − 7   Starting  from  $51,  we  subtract  $1  per  week  since  this  is  how  much  was  added  each  week,   and  $7  one  time  since  this  is  how  much  more  Sue  Ellen  started  with  than  Angela.     Angela’s  savings:   51 − 2a   Starting  from  $51,  we  subtract  $2  per  week  since  this  is  how  much  was  added  each  week.     Setting  the  two  sides  equal  gives  an  equation  whose  solution  is  the  number  of  weeks  it  took   for  their  savings  to  be  equal.       Formula:   51 − 1a − 7 = 51 − 2a      

 

8  

Carrying  out  the  plan:     Strategy  one:      

Sue   Ellen  

 

Angela  

Final   week  

51  

 

51  

-­‐1  wk  

50  

50-­‐7=   43  

49  

-­‐2  wk  

49  

49-­‐7=   42  

47  

-­‐3  wk  

48  

48-­‐7=   41  

45  

-­‐4  wk  

47  

47-­‐7=   40  

43  

-­‐5  wk  

46  

46-­‐7=   39  

41  

-­‐6  wk  

45  

45-­‐7=   38  

39  

44  

44-­‐7=   37  

37  

-­‐7  wk  

Sue  Ellen  starts  with   $44  which  is  $7  more   than  the  $37  that   Angela  starts  with.  

        Strategy  two:       Since  our  equation  has  only  one  unknown,  we  can  solve  it  using  standard  algebra   techniques:     51 − 1a − 7 = 51 − 2a

51 − 1a − 7 + (−51) = 51 − 2a + (−51) −1a − 7 = −2a −1a − 7 + (2a) = −2a + (2a)

 

a−7=0 a − 7 + (7) = 0 + (7)    

a=7

9  

This  shows  that  it  took  7  weeks  for  the  two  girls  to  save  a  total  of  51  dollars  from  their   respective  starting  amounts.  Since  Sue  Ellen  added  $1  per  week,  this  means  that  she  added   a  total  of  $7  over  the  7  weeks,  and  therefore  she  started  with  $51-­‐$7=$44.     Looking  back     One  observations  that  can  be  made  looking  at  the  first  strategy  that  can  help,  or  at  least   speed  along,  our  solving  of  problems  similar  to  this  one  is  that  that  by  adding  $2  each  week   and  reaching  $51,  Angela  will  always  have  an  odd  value  in  her  piggy  bank.  Looking  at  the   table  from  strategy  one,  we  can  see  that  this  is  the  case  –  we  always  have  values  that  end  in   1,3,  5,  7,  or  9.  Thus,  when  looking  for  when  to  stop  working  backwards,  we  need  to  stop  at  a   point  where  Sue  Ellen’s  savings  ends  in  0,  2,  4,  6  or  8,  since  otherwise  subtracting  7  will   result  in  a  value  ending  in  an  even  number.  (recall  that  an  odd  plus/minus  an  odd  equals  an   even,  an  even  plus/minus  an  odd  equals  an  odd,  and  an  even  plus/minus  an  even  equals  an   even).     In  general  we  can  think  of  this  problem  as  having  4  parts  to  it:  how  much  each  girl  started   with  in  their  savings,  how  much  each  girl  added  to  their  savings  each  week,  how  many   weeks  the  girls  saved,  and  how  much  savings  the  girls  ended  with.  Extension  problems   based  on  this  problem  could  therefore  vary  which  parts  where  unknown.  For  the  current   problem,  it  is  unknown  how  many  weeks  the  girls  saved,  and  how  much  the  girls  started   with  (although  we  did  know  a  relationship  between  their  starting  values).  An  extension   problem,  therefore  might  ask  how  much  each  girl  would  have  to  save  each  week  to  reach   $100  if  we  know  that  Angela  started  with  $30  more  than  Sue  Ellen,  but  that  Sue  Ellen  saved   twice  as  much  as  Angela  (Solve  this  extension  problem  in  full  detail  in  two  ways  for  an   additional  3  bonus  points).     -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐     5) Section  1.1  #25     Understanding  the  problem     • Millie  counted  30  masts  on  8  ships  at  the  tall  ship  exhibit.   • Each  ship  has  either  3  masts  or  4  masts.   • All  eight  ships  cannot  have  4  masts  since  this  would  give  more  than  30  masts  total.   • All  eight  ships  must  have  more  than  3  masts  since  this  would  give  fewer  than  30   masts  total.     • Want  to  find  how  many  of  the  ships  have  4  masts.       Devising  a  plan:     Strategy  one  –  Draw  a  picture    

 

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We  can  draw  the  eight  ships,  and  since  we  know  that  each  ship  must  have  at  least  3  masts,   we  can  start  by  drawing  3  masts  on  each  of  the  8  ships.  We  can  then  add  a  fourth  mast  to   each  of  the  ships  until  the  total  number  of  masts  reaches  30.  The  number  of  ships  that  have   a  fourth  mast  added  gives  the  solution  to  the  problem.     Strategy  two  –  Use  number  sense     We  can  reason  through  this  problem  fairly  easily  just  thinking  about  the  numbers.  We   know  that  there  has  to  be  at  least  3  masts  on  each  of  the  eight  ships.  This  gives  us  24  masts.   We  know  that  there  are  30  masts  in  total,  so  we  have  6  masts  to  place.  Since  none  of  the   ships  have  more  than  4  masts,  we  can  only  place  one  extra  mast  per  ship…  we  can  wait  for   the  punchline  until  carrying  out  the  plan.     Strategy  three  –  A  system  of  two  equations     Since  there  are  8  ships  total,  the  number  of  ships  with  3  masts  plus  the  number  of  ships   with  4  masts  must  equal  8.  If  we  let  x  =  the  number  of  ships  with  3  masts,  and  y  =  the   number  of  ships  with  4  masts,  then  x  +  y  =  8.       We  also  know  that  a  total  of  30  masts  were  counted.  So  if  there  are  x  ships  with  3  masts  and   y  ships  with  4  masts,  then  3x  +  4y  =30.       Since  we  have  two  equations  in  two  unknowns,  we  can  solve  for  each  of  our  variables  x  and   y  using  either  the  technique  of  substitution  or  the  technique  of  elimination.  In  answering   the  problem,  we  only  need  to  solve  for  y  (The  number  of  ships  with  4  masts).     Carrying  out  the  plan:     Strategy  one:  Draw  a  picture     Start  by  drawing  8  ships  with  3  masts  each.                             There  24  masts  on  the  8  ships.  We  need  to  add  one  mast  to  each  ship  until  we  count  30   masts  altogether.    

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          25   26   27   28   29   30         So  there  are  6  ships  with  4  masts.     Strategy  2  –  Use  number  sense     As  stated  above…     We  can  reason  through  this  problem  fairly  easily  just  thinking  about  the  numbers.  We   know  that  there  has  to  be  at  least  3  masts  on  each  of  the  eight  ships.  This  gives  us  24  masts.   We  know  that  there  are  30  masts  in  total,  so  we  have  6  masts  to  place.  Since  none  of  the   ships  have  more  than  4  masts,  we  can  only  place  one  extra  mast  per  ship…     Therefore,  the  remaining  6  masts  must  be  placed  on  6  different  ships.  Thus,  6  ships  will   have  4  masts.     Strategy  3  –  A  system  of  two  equations     We  know  that  the  situation  can  be  modeled  by  the  system  of  two  equations:     x+y=8   3x + 4y = 30   Using  the  technique  of  substitution,  we  can  solve  the  first  equation  for  x,  substitute  this   expression  for  x  in  the  second  equation,  then  solve  the  equation  for  the  remaining  y   variable  (the  number  of  ships  with  4  masts).    

 

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x+y=8 x=8−y 3x + 4y = 30 3(8 − y) + 4y = 30 24 − 3y + 4y = 30

 

24 + y = 30 24 + y + (−24) = 30 + (−24) y=6   Thus  solving  our  system  of  equations  also  results  in  a  solution  of  6  boats  having  4  masts.     Looking  back     This  is  a  relatively  easy  question;  however,  extending  it  to  include  ships  of  5  masts,  for   instance,  invites  thinking  about  solving  systems  of  more  than  two  equations  (either   informally  or  formally).  Adding  more  options  for  numbers  of  masts  that  each  boat  can  have   may  also  lead  to  questions  of  how  many  combinations  of  ships  there  might  be.       For  instance,  suppose  Millie  counted  a  total  of  40  masts  on  11  ships,  and  there  were  ships   with  3,  4  or  5  masts.  Without  any  additional  information  we  can  ask  for  all  the  different   combinations  of  ships  Millie  could  have  seen  (for  now  we  have  two  equation  in  3   unknowns  –  we  would  need  one  more  piece  of  information  relating  the  number  of  ships   and  the  number  of  masts  in  order  to  solve  for  a  single  solution).     If  we  add  an  additional  piece  of  information,  say  that  there  are  twice  as  many  3  mast  ships   as  there  are  4  mast  ships,  and  only  one  third  as  many  5  mast  ships  as  there  are  3  mast   ships,  then  we  can  solve  for  a  single  solution  to  how  many  of  each  ship  type  she  counted.   (Solve  both  these  problems  for  3  bonus  points).     -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐     6) Making  Connections  Section  1.1  #4     The  fourth  expectation  in  the  Process  Standards  on  Problem  Solving  is  to  “monitor  and   reflect  on  the  process  of  mathematical  problem  solving”.  Polya’s  fourth  problem  solving   step  (Looking  Back)  addresses  this  expectation  quite  explicitly  by  asking  us  to  verify,  or   check,  that  our  result  offers  a  reasonable  solution  to  the  problem  posed;  by  asking  us  to   reflect  on  our  work,  thinking  about  other  ways  we  might  demonstrate  the  same  solution;   and  by  asking  us  to  look  more  deeply  at  the  question,  thinking  of  variations  and  extensions   that  may  prove  interesting.       -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐  

 

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7) Section  1.2  #28     Understanding  the  problem:     • Consider  the  given  pattern  of  dots  in  the  shape  of  a  triangle   • The  sequence  given  by  the  number  of  dots  in  each  successive  term  of  the  sequence   are  called  the  “triangular  numbers”   • Want  to  write  the  next  three  numbers  in  the  sequence   • Want  to  determine  how  many  dots  are  in  the  100  th  figure   • Want  to  determine  a  general  formula  for  the  number  of  dots  in  the  nth  figure.   • By  counting  the  sum  of  the  levels  of  the  triangle,  we  can  see  that  the  number  of  dots   in  any  term  is  equal  to  the  sum  of  numbers  up  to  and  including  that  term.     Ex.  Term  4   1         +2       =10     +3         +4           • We  can  also  orient  the  pattern  so  it  is  more  “square”:                     • Now  we  can  see  the  summands  of  the  previous  example  in  terms  of  columns  rather   than  rows.   • The  more  square  orientation  suggests  a  possible  array  structure.   • If  we  duplicate  and  flip  our  square  pattern  (the  red  dots),  then  line  it  up  with  the   original  square  pattern  (the  black  dots),  then  we  create  a  rectangular  array  whose   total  dots  are  easy  to  count  –  the  total  is  just  the  product   of  the  number  of  dots  along  the  horizontal  and  the   number  of  dots  along  the  vertical.  So  the  total  is   5×4=20.  Recall  though  that  by  construction,  this  array   is  just  two  copies  of  the  original  figure  we  are  trying  to   count.        

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Devising  a  plan     Given  what  we  know  now  about  the  pattern,  it  seems  like  we  can  find  the  next  three   numbers  in  the  sequence  simply  by  adding  the  next  3  consecutive  numbers.  So,  since  we   know  that  the  4th  term  is  10,  the  5th  term  can  be  found  by  taking  the  sum  1+2+3+4+5  or   10+5,  the  6th  term  can  be  found  by  taking  the  sum  1+2+3+4+5+6  or  10+5+6,  and  the  7th   term  can  be  found  by  taking  the  sum  1+2+3+4+5+6+7  or  10+5+6+7.     To  find  the  100th  term,  we  could  in  theory  find  the  sum  of  the  first  100  numbers,  but  this   would  take  a  long  time.  In  this  case  it  would  be  better  to  use  a  formula.     We  can  use  the  square  array  to  come  up  with  a  general  formula  for  the  number  of  dots  in   the  nth  term  of  the  sequence.  As  shown  by  the  example  of  the  4th  term,  constructing  a   rectangular  array  from  two  copies  of  a  “square”  triangle  gives  one  dimension  that  is  equal   to  the  value  of  the  term,  and  another  dimension  that  is  one  more  than  the  value  of  the  term.   If  we  generalize  this  result  in  terms  of  any  term  n,  this  gives  the  number  of  dots  in  the   rectangular  array  as  n(n+1).  However,  the  rectangular  array  represents  2  copies  of  the   original  triangle,  so  the  number  of  dots  in  just  one  copy  would  be  equal  to  one  half  this   n(n + 1) product,  or   .   2   Carrying  out  the  plan     The  next  three  numbers  in  the  sequence  are:       5th  term:  10+5=15       Dots  from  4th  term           =10       +5       6th  term:  10+5+6=15+6=21   7th  term:  10+5+6+7=21+7=28     We  can  verify  these  results  using  the  formula:     n(n + 1) 5(5 + 1) 5(6) 30 = = = = 15   5th  term:   2 2 2 2 n(n + 1) 6(6 + 1) 6(7) 42 = = = = 21   6th  term:   2 2 2 2

 

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7th  term:  

n(n + 1) 7(7 + 1) 7(8) 56 = = = = 28   2 2 2 2

  We  can  use  the  formula  to  determine  the  number  of  dots  in  the  100th  term:     n(n + 1) 100(100 + 1) 100(101) 10100 = = = = 5050   100th  term:   2 2 2 2   Looking  back:     It  seems  that  we  have  again  come  across  a  “handshake  problem”  problem,  and  therefore  we   could  use  the  array  technique  described  in  this  problem  for  solving  problems  like  the   tournament  problem  (question  1  on  this  assignment).  Since  other  techniques  for  solving   problems  of  this  type  have  already  been  explored,  I  will  leave  the  looking  back  component   of  this  problem  at  that.       -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐     8) Section  1.2  #29     Understanding  the  problem     • Consider  the  sequence  of  dots  in  the  shape  of  a  square.   • The  sequence  given  by  the  number  of  dots  in  each  successive  term  of  the  sequence   are  called  the  “square  numbers”   • Want  to  write  the  next  three  numbers  in  the  sequence   • Want  to  determine  how  many  dots  are  in  the  100  th  figure   • Want  to  determine  a  general  formula  for  the  number  of  dots  in  the  nth  figure.   • Since  the  pattern  is  square,  the  horizontal  and  vertical  dimensions  are  equal.   • The  horizontal  dimension  (the  number  of  dots  lying  on  the  horizontal)  is  equal  the   sequence  term,  i.e.  n.     • We  can  count  the  number  of  dots  as  either  a  sum  of  n  rows  (or  columns)  of  n  dots,  or   in  terms  of  a  product  given  by  the  n  x  n  square  array.         5     +5     +5   =25     5   +5     +5       5×5=25     5      

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• •

  Given  the  pattern’s  array  structure,  and  that  the  horizontal  and  vertical  dimensions   are  equal  to  the  term  in  the  sequence,  we  can  calculate  the  number  of  dots  in  any   term  of  the  sequence  using  the  formula  n×n,  or  n2.   Therefore,  we  can  either  find  the  number  of  dots  in  the  5th,  6th,  and  7th  terms  of  the   sequence  by  using  the  formula,  or  finding  the  sum  of  5  5’s,  6  6’s,  and  7  7’s   respectively.  

  5th  term:  5+5+5+5+5=5×5=25     6th  term:  6+6+6+6+6+6=6×6=36     7th  term:  7+7+7+7+7+7+7=7×7=49     For  the  100th  term,  finding  the  sum  of  100  100’s  is  more  than  a  bit  tedious,  so  we  can   simply  use  the  formula:     100th  term:  100×100=10000       Another  way  to  visual  this  problem  is  given  by  problem  12,  so  I  will  leave  it  till  then       -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐     9) Section  1.2  #30     • Consider  the  sequence  of  dots  in  the  shape  of  a  pentagon.     • Each  term  of  the  sequence  is  built  from  the  combination  of  a  triangle  and  a  square.       Triangle  –  triangular  number             Square  –  square  number       • We  can  use  what  we  already  know  about  triangular  and  square  numbers  to  make   sense  of  the  pentagonal  numbers  and  generalize  to  a  formula  for  the  nth  figure.   • The  square  component  of  the  figure  corresponds  exactly  with  the  square  number   sequence;  that  is,  the  number  of  dots  in  the  square  component  of  the  nth  figure  is   equal  to  n×n  or  n2.   • The  triangle  component  of  the  nth  figure  is  off  by  one;  that  is,  the  triangular   component  of  the  nth  pentagonal  number  is  the  n-­‐1th  triangular  number.  So  for  the   third  pentagonal  number  given  in  the  example  above,  the  triangle  component  is   given  by  the  second  triangular  number,  and  not  the  third.    

 

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The  formula  for  the  triangular  number  in  the  nth  term  of  the  pentagonal  sequence   can  be  generated  from  the  formula  for  the  triangular  numbers  in  problem  #28,   n(n + 1) namely   .  In  order  to  reduce  confusion  over  a  commonly  named  variable  lets   2 k(k + 1) instead  write   where  k  refers  to  the  kth  term  in  the  sequence  of  triangular   2 numbers.  What  we  are  trying  to  find  is  the  triangular  number  that  is  one  term  prior   to  the  term  of  the  pentagonal  number.    Since  we  are  speaking  of  the  nth  pentagonal   number  in  the  sequence,  one  less  is  n-­‐1,  and  so  we  want  to  solve  for  k=n−1.    

 

k(k + 1) (n − 1)((n − 1) + 1) (n − 1)(n − 1 + 1) (n − 1)n = = =   2 2 2 2

  •



•          

  Triangle  –  triangular  number       Rectangle  –  oblong  number   Re  

        •

• • •

 

So  the  number  of  dots  in  the  triangular  component  of  the  nth  pentagonal  number  is   (n − 1)n given  by   .   2 Combining  this  result  with  what  we  know  about  the  square  component  of  the   pentagonal  number  gives  us  the  compete  formula  for  the  number  of  dots  in  the  nth   (n − 1)n (n − 1)n = n2 + pentagonal  number,  namely   (n × n) + .   2 2 We  can  also  consider  the  nth  pentagonal  number  in  terms  of  the  nth  triangular   number  and  a  rectangular  number  (oblong  number).  

The  triangular  component  corresponds  exactly  with  the  triangular  number   sequence;  that  is,  the  number  of  dots  in  the  triangular  component  of  the  nth   n(n + 1) pentagonal  number  is  the  same  as  the  nth  triangular  number  given  by   .   2 The  horizontal  dimension  of  the  rectangular  component  of  the  nth  pentagonal   number  is  equal  to  n  –  there  are  as  many  dots  drawn  horizontally  as  there  are  terms   in  the  sequence.     The  vertical  dimension  of  the  rectangular  component  of  the  nth  pentagonal  number   is  one  fewer  than  n,  so  (n-­‐1)   Since  the  dots  in  the  rectangular  component  of  the  pentagonal  number  are  in  a   rectangular  array,  we  can  find  the  number  of  dots  by  finding  the  product  of  the  

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•  

number  of  dots  in  the  horizontal  and  vertical  dimensions.  This  gives  us  the  general   formula  for  the  nth  rectangular  component  as  n×(n-­‐1).   Combining  these  two  results  (the  formula  for  the  triangular  and  rectangular   components  of  the  nth  pentagonal  number)  gives  us  another  formula  for  the   n(n + 1) number  of  dots  in  the  nth  pentagonal  number,  namely   n(n − 1) + .   2 Now  we  have  two  formulas  that  supposedly  give  the  same  information  (what  is  the   nth  pentagonal  number).  Lets  see  if  they  are  the  same  by  trying  to  make  the  second   formula  look  like  the  first:  

n(n + 1) 2n(n − 1) n(n + 1) 2n(n − 1) + n(n + 1) = + = 2 2 2 2 2 2 2n − 2n + n + n = 2 2 2 2n + n − n = 2   2 2n + (n 2 − n) = 2 2 2n n2 − n = + 2 2 (n − 1)n = n2 + 2 Thus,  despite  counting  the  pentagonal  numbers  in  different  ways,  the  resulting   formulas  are  equivalent.   Using  the  first  formula,  we  can  now  find  the  5th,  6th,  7th  and  100th  pentagonal   number:  

n(n − 1) +

• •  

(n − 1)n (5 − 1)5 (4)5 20 = 52 + = 25 + = 25 + = 25 + 10 = 35   2 2 2 2 (n − 1)n (6 − 1)6 (5)6 30 = 62 + = 36 + = 36 + = 36 + 15 = 51   6th  term:   n 2 + 2 2 2 2 (n − 1)n (7 − 1)7 (6)7 42 = 72 + = 49 + = 49 + = 49 + 21 = 70   7th  term:   n 2 + 2 2 2 2   100th  term:   (n − 1)n (100 − 1)100 (99)100 9900 n2 + = 100 2 + = 10000 + = 10000 + = 10000 + 4950 = 14950   2 2 2 2   -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐     10)  Activity  Set  1.1  #6     5th  term:   n 2 +

 

19  



Given  the  following  third  term  in  a  sequence,  we  are  asked  to  create  3  sequences   that  would  have  this  third  term  and  explain  how  someone  might  build  the  next  few   figures  in  the  sequence.       Third  term:                                                     Sequence  I:                                                                                                                         1st  term   2nd  term            3rd  term       4th  term       • Each  term  in  this  sequence  is  given  by  an  (n+1)  by  (n+1)  square  array  that  is   missing  a  square  in  the  upper  right  hand  corner.     • We  can  build  each  successive  term  by  adding  a  “L”  shape  of  squares  to  the  outside  of   the  previous  figure.   • A  general  formula  for  the  number  of  squares  in  the  nth  term  of  this  sequence  is   (n+1)(n+1)-­‐1.     Sequence  II:                                                                                                                                     st nd rd th 1  term     2  term     3  term     4  term     • Each  successive  term  in  the  sequence  adds  a  row  of  4  squares  to  the  base  of  the   preceding  tem  

 

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There  is  a  constant  difference  of  4  between  each  the  terms,  so  we  know  that  there   will  be  some  “4  times  something”  component  to  our  formula.  Each  successive  term   another  4  squares,  so  the  “something”  will  be  related  to  n  –  the  sequence  term.  We   can  think  of  building  a  formula  in  two  ways  from  this  point:  either  we  start  with  7   squares  for  n=1  and  add  4  squares  to  each  successive  term,  or  we  start  with  3   squares,  and  add  4  squares  starting  from  n=1.  The  first  case  is  then  7+4(something   in  n),  but  we  need  to  make  sure  that  for  n=1,  the  formula  gives  an  output  of  7  so  the   4  must  multiply  with  something  equal  to  zero.  This  gives  the  formula  7+4(n-­‐1).  In   the  second  case,  our  formula  would  be  3+4n  since  we  want  the  n=1  term  to  equal  7.   Note,  however,  that  the  two  formulas  are  the  same  when  simplified.  

  Sequence  III:      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         

   

1st  term     2nd  term     3rd  term     4th  term     • Beginning  from  3  columns  of  4  squares  and  a  single  square  in  the  fourth  row  of  a   fourth  column,  we  add  a  single  square  at  each  successive  term,  building  a  fourth   column  of  4  squares,  then  a  fifth  column  and  so  on,  starting  from  the  forth  row.   • This  pattern  will  give  a  rectangle  in  every  term  that  is  a  multiple  of  4.  Each  multiple   of  4  will  increase  the  width  of  the  rectangle  by  one.  Thus,  the  4th  term  is  a  4X4   rectangle,  the  8  term  will  be  a  4X5  rectangle,  the  12th  term  will  be  a  4X6  rectangle,   and  so  on.   • Adding  1  square  at  each  successive  term  in  the  sequence  gives  a  constant  difference   of  1;  thus  we  can  expect  a  formula  to  for  finding  the  number  of  squares  the  nth  term   of  the  sequence  to  include  a  “1  times  something  in  n”  term.  As  with  the  previous   sequence,  the  formula  we  come  up  with  will  be  different  depending  on  how  we   “look”  at  the  pattern.   • One  formula  is  given  by  12+n.  In  this  case,  the  additional  single  square  is  added   starting  with  the  first  term,  and  is  added  to  12  preexisting  squares.         -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐     11)  Activity  set  1.2  #1     • The  problem  asks  us  to  find  the  6th  and  7th  figures  of  a  sequence  of  tile  figures.  The   first  tile  figure  contains  a  single  tile,  and  each  successive  figure  adds  one  tile  to  each   the  height  and  width.  Thus,  starting  from  one  tile,  two  additional  tiles  are  added  to  

 

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each  successive  figure.  So  we  have,  1,  3,  5,  7,  9,  …  hum,  looks  a  lot  like  another   sequence  we  know.         o  f  tiles  in  the  6th        The     number       o  f  tiles  in  the  7th        The       number        term     figure       are     given    by  the        figure     a   re    given     by  the  sum  of   sum   o f   t he   t iles   l ying   v ertically   the   t iles   l ying                            vertically  +  the   +  the  number  of  tiles  lying   number  of  tiles  lying  vertically.      horizontally.         S   o  6+5  =  11        So  7   +6     =  1  3                                

•                                    

 

 

 

 

 

• •

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  6th  term           7th  term     The  sequence  of  tile  figures  gives  the  sequence  of  odd  numbers.  The  10th  odd   number  can  be  given  by  the  10th  figure  in  the  tile  sequence.  

We  can  count  the  tiles  as  the   number  vertically  +  the   number  horizontally     10+9  =  19    



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

To  determine  the  number  of  tiles  in  the  20th  figure,  we  can  follow  the  same  pattern   observed  in  the  6th,  7th,  and  10th  figures.  The  number  of  tiles  in  the  20th  figure  will  be   the  sum  of  the  tiles  lying  vertically  and  the  number  of  tiles  lying  horizontally.  The   number  of  tiles  lying  vertically  will  be  equal  to  20,  and  the  number  of  tiles  lying   horizontally  will  be  equal  to  19.  Thus  the  number  of  tiles  will  be  equal  to  20+19  =39,   which  is  the  20th  odd  number.   The  50th  figure  is  expected  to  similarly  follow  the  pattern  of  having  50+49=99  tiles.   The  pattern  suggests  that  for  the  nth  figure,  there  will  be  n+(n-­‐1)  tiles.  Simplifying   gives  us  the  more  common  “odd  number”  formula  of  2n-­‐1  –  which  is  expected  given   that  the  sequence  of  tiles  represents  the  sequence  of  odd  numbers.  

   

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-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐     12)  Writing  and  Discussion,  Section  1.2  #2     • The  question  asks  us  to  explain  with  a  diagram  why  n2=(n-­‐1)2+(n-­‐1)+n       12             22  =  12  +2+1        

32  =  22  +3+2  

                     

Blue  =  2  tiles  +  1  tiles   Red  =  3  tiles  +  2  tiles   Green  =  4  tiles  +  3  tiles  



• •

 

42  =  32  +4+3  

As  shown  in  the  diagram,  each  successive  square  number  is  build  from  the  previous   square  number  by  wrapping  a  set  of  “L”  shaped  tiles  around  it.  The  number  of  tiles   in  the  L  shape,  as  we  learned  in  problem  11,  is  given  by  the  sum  of  the  number  of   tiles  lying  horizontally  and  the  number  of  tiles  lying  vertically.  In  this  case,  the   number  of  tiles  lying  horizontally  is  the  same  as  n.   For  example,  for  n=4  ,  or  the  4th  square  number,  we  have  a  4X4  square  that  is  built   from  a  3X3  square,  a  horizontal  row  of  4  tiles,  and  a  vertical  column  of  3  tiles  (See   the  picture  for  42  above)   We  can  also  look  at  this  from  a  more  “numerical”  perspective.  Consider  again  the   case  of  42.    

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42 = 4 × 4 =4+4+4+4 = (3 + 1) + (3 + 1) + (3 + 1) + (3 + 1) = 3+ 3+ 3+ 3+1+1+1+1   = (3 + 3 + 3) + 3 + 4 = (3 × 3) + 3 + 4 = 32 + 3 + 4

  •

 

The  above  substitutions  further  support  our  claim  that  n2=(n-­‐1)2+(n-­‐1)+n  

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Smile Life

When life gives you a hundred reasons to cry, show life that you have a thousand reasons to smile

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