Skip to main content
Login | Suomeksi | På svenska | In English

Browsing by discipline "Matematiikan opettajan koulutus"

Sort by: Order: Results:

  • Türkman, Minna (2015)
    Feuerbachin lause liittyy euklidisen tasogeometrian keinoin todistettavaan tulokseen kolmion yhdeksän pisteen ympyrästä. Feuerbachin lause osoittaa kolmion yhdeksän pisteen ympyrän olevan tangenttina kolmion sisäympyrälle ja sen kolmelle sivuympyrälle. Sisäympyröiden sivuamistapauksen todistaminen vaatii lisäksi inversiivigeometrian keinoja. Ensimmäisen luvun johdannon jälkeen toisessa luvussa esitetään Eukleideen Alkeissa esitettyjä postulaatteja, määritelmiä ja lauseita todistuksineen, joita tarvitaan yhdeksän pisteen ympyrän ja Feuerbachin lauseen todistamiseen. Näitä seuraa Eulerin suoran todistus sekä yhdeksän pisteen ympyrään liittyvät todistukset. Kolmannessa luvussa esitellään inversiivigeometriaa ja erityisesti määritellään inversiokuvaus, niiltä osin kuin Feuerbachin lauseen todistamisen kannalta on tarpeen. Neljännessä luvussa esitetään Feuerbachin lause todistuksineen.
  • Sauvala, Sanna (2015)
    Tutkielmassa tutustutaan Fibonaccin lukuihin ja Lucasin lukuihin. Tavoitteena on ensinnäkin tarkastella Fibonaccin lukuja ja näiden yhteyttä Lucasin lukuihin ja kultaiseen leikkaukseen. Toiseksi tavoitteena on tarkastella erityisesti Fibonaccin lukuja lukuteorian näkökulmasta tutkimalla alkulukuihin ja jaollisuuteen liittyviä ominaisuuksia. Lisäksi todistetaan Zeckendorfin lause. Tutkielmassa on neljä lukua. Ensimmäisessä luvussa on johdanto ja viimeisessä luvussa on loppusanat. Johdannossa on lyhyt historiallinen katsaus aiheeseen. Toisessa luvussa on ominaisuuksia ja määritelmiä. Luvussa 2.1 määritellään Fibonaccin luvut. Ensimmäiset Fibonaccin luvut ovat nolla ja yksi. Seuraava Fibonaccin luku saadaan aina määrittämällä kahden edellisen Fibonaccin luvun summa. Luvussa 2.2 tarkastellaan lyhyesti Fibonaccien lukujen yhteyttä matriiseihin ja todistetaan tämän avulla kaksi tulosta Fibonaccin luvuille. Luvussa 2.3 esitetyt Lucasin luvut määritellään alkuarvoja lukuun ottamatta samoin kuin Fibonaccin luvut. Ensimmäiset Lucasin luvut ovat kaksi ja yksi. Luvussa 2.4 tutkitaan kultaista leikkausta. Kultainen leikkaus saadaan, kun jaetaan jana kahteen osaan. Jaon ehtona on, että pidemmän ja lyhyemmän osan pituuksien suhde on yhtä suuri kuin koko janan ja pidemmän osan pituuksien suhde. Luvussa 2.5 todistetaan Binet'n kaava Fibonaccin luvuille ja Lucasin luvuille. Binet'n kaavan avulla voidaan määrittää valittu Fibonaccin tai Lucasin luku tuntematta muita Fibonaccin tai Lucasin lukuja. Binet'n kaavan avulla osoitetaan, että peräkkäisten Fibonaccin lukujen suhde lähestyy kultaista leikkausta indeksin kasvaessa rajatta. Lucasin luvuille saadaan samanlainen tulos. Kolmannessa luvussa tarkastellaan lukuteorian ominaisuuksia. Luvussa 3.1 Määritellään Fibonaccin ja Lucasin alkuluvut. Nämä ovat alkulukuja, jotka ovat myös Fibonaccin tai Lucasin lukuja. Osoitetaan, että peräkkäiset Fibonaccin luvut ovat suhteellisia alkulukuja. Luvussa 3.2 on jaollisuusominaisuuksia. Osoitetaan Fibonaccin lukujen olevan jaollisia toisillaan, jos niiden indeksit ovat jaollisia toisillaan. Tulos pätee myös toiseen suuntaan, jos jakajan indeksi ei ole kaksi. Todistetaan lisäksi, että Fibonaccin lukujen suurin yhteinen tekijä on aina Fibonaccin luku. Jaollisuusominaisuuksien perusteella osoitetaan, että alkulukuja on ääretön määrä. Luvussa 3.3 todistetaan Zeckendorfin lause. Sen perusteella jokainen positiivinen kokonaisluku voidaan esittää yksikäsitteisesti Fibonaccin lukujen summana, jos Fibonaccin luvut eivät ole peräkkäisiä ja jos niiden indeksi on suurempi kuin yksi.
  • Stenlund, Jan (2014)
    Työ aloitetaan tutustumalla Fibonaccin lukuihin. Fibonaccin luvut ovat lukujono, jossa seuraava luku saadaan aina kahden edellisen luvun summana. Fibonaccin luvuille on olemassa myös eksplisiittinen esitys, niin sanottu Binet'n kaava, joka esitellään ja osoitetaan työssä. Binet'n kaavan esittelyn jälkeen sitä helpotetaan vielä tuomalla mukaan kultaiseksi leikkaukseksi nimetty luku. Kultainen leikkaus on aina läsnä, kun puhutaan Fibonaccin luvuista, sillä kahden peräkkäisen Fibonaccin luvun suhde lähestyy kultaista leikkausta, kun Fibonaccin lukujonoa mennään pidemmälle. Fibonaccin lukuihin tutustumisen jälkeen tutustutaan lukujärjestelmiin. Tämä aloitetaan tutustumalla tuttuihin ja yleisesti käytössä oleviin lukujärjestelmiin, kymmenenkantaiseen kymmenjärjestelmä ja kaksikantaiseen binäärijärjestelmä. Lukujärjestelmä on järjestelmä, jonka avulla mikä tahansa positiivinen kokonaisluku voidaan ilmoittaa. Tässä luvussa tuodaan esiin myös määritelmänä täydellinen lukujärjestelmä, jossa jokaisen positiivisen kokonaisluvun esittämisen lisäksi vaaditaan, että esityksiä kullekin luvulle on vain yksi. Luvun lopussa luodaan vielä epätäydellinen lukujärjestelmä, Fibonaccin lukujärjestelmä, jonka kantalukuina toimii Fibonaccin lukujono. Luvussa neljä esitetään ja osoitetaan Zeckendorfin lause ja sen perusteella mille tahansa positiiviselle kokonaisluvulle saatava Zeckendorfin esitys. Zeckendorfin lause kertoo, että mikä tahansa positiivinen kokonaisluku on yksikäsitteisesti esitettävissä summana ei-peräkkäisiä Fibonaccin lukuja. Zeckendorfin lauseen seurauksena luodaan toinen Fibonaccin lukujonoon perustuva lukujärjestelmä, Zeckendorfin lukujärjestelmä, joka on täydellinen. Lukujärjestelmässä vaaditaan esitys vain positiivisille kokonaisluvuille. Tutkielman lopuksi vastataan kysymykseen, entäs sitten negatiiviset kokonaisluvut? Vastauksena kysymykseen aluksi luodaan uusi lukujono nimeltään negafibonacciluvut, joiden avulla saadaan käyttöön myös negatiivisia kokonaislukuja. Lukujonon esittelyn jälkeen luodaan algoritmi, jonka avulla jokaiselle nollasta poikkeavalle kokonaisluvulle löytyy sitä vastaava yksikäsitteinen summa ei-peräkkäisiä negafibonaccilukuja. Tämän avulla saadaan muodostettua yksikäsitteinen esitys mille tahansa nollasta poikkeavalle kokonaisluvulle.
  • Paajanen, Annukka (2013)
    Tämän Pro gradun aiheena on Fibonaccin luvut ja työn tavoitteena oli antaa yleisluontoinen kuva niistä; siitä, mitä ne ovat, minkälaisia ominaisuuksia niillä on ja miten ne käyttäytyvät sekä koota lukuihin liittyviä olennaisia teemoja ja tuloksia johdonmukaiseksi kokonaisuudeksi. Työn johdantoluvussa perustellaan aihevalinta ja annetaan yleiskuvaus työstä. Luvussa 2 käsitellään Fibonaccin lukujonon historiaa lähinnä sen henkilön kautta, jonka nimeä se kantaa. Luvussa 3 annetaan Fibonaccin luvuille rekursiivinen ja analyyttinen määritelmä sekä esitellään samalla tavoin rekursiivisesti määriteltävät Lucasin luvut, joita tarvitaan työssä myöhemmin esitettävissä todistuksissa. Tästä siirrytään osoittamaan, miten kultainen leikkaus konstruoidaan Fibonaccin lukujonon avulla, esitetään muutamia yksinkertaisia Fibonaccin lukujonolle ja sen jäsenille päteviä kaavoja ja tuloksia, tuotetaan Fibonaccin lukuja generoiva funktio ja osoitetaan, miten Fibonaccin lukujen avulla voidaan tuottaa Pythagoraan kolmioita. Luvun loppupuolella käsitellään Fibonaccin lukujen jaollisuusominaisuuksia ja todistetaan niihin liittyviä tuloksia ja päädytään lopulta antamaan ratkaisu johdannossa esitettävään kaniongelmaan osoittamalla Fibonaccin lukujen ja Pascalin kolmion välinen yhteys. Työn viimeisessä luvussa analysoidaan työn kirjoitusprosessia suhteessa asetettuihin tavoitteisiin ja suhteutetaan teemaa yleisempään matemaattiseen kontekstiin sekä pohditaan lukujen mahdollisia opetuksellisia sovelluksia.
  • Söderlund, Ilkka (2016)
    I avhandlingen konstrueras de naturliga talen utgående från mängdlärans axiom. Från de naturliga talen och deras egenskaper som bevisas i arbetet fortskrider avhandlingen steg för steg till de hela talen, de rationella talen och de reella talen. Bland de första stegen visar vi att det existerar en induktiv mängd som satisfierar Peanos axiom. Sedan bevisas rekursionsteoremet som används för att bygga upp aritmetiken för de naturliga talen. Genom ekvivalensrelationen〈 m,n 〉∼〈 p,q 〉⇔ m+q = p+n konstrueras de hela talen som ekvivalensklasserna Z = (N × N)/∼. I arbetet bevisas grundläggande aritmetiska regler för de hela talen samt gällande ordningsrelationen. På ett liknande sätt konstrueras mängden av rationella tal från mängden av hela tal med hjälp av ekvivalensrelationen〈 a,b〉∼〈 c,d〉 ⇔ ad = bc där a, b, c, d ∈ Z. I arbetet bevisas att mängden av rationella tal bildar en kropp. Även talföljder och därmed även fundamentalföljder studeras som en förberedelse för konstruktionen av de reella talen. I det sista steget, där vi konstruerar de ekvivalensrelationer som bygger upp de reella talen, så används en annan metod till skillnad från de hittills algebraiska metoderna. Ekvivalensrelationen baserar sig på fundamentalföljder i mängden av rationella tal. Vi definierar en ekvivalensrelation (x_n) ∼ (y_n) i mängden av fundamentalföljder F_Q genom gränsvärdet L(x_n − y_n) = 0. Förutom att egenskaper för räkneoperationerna och ordningsrelationen bevisas, så visas även att mängden av de reella talen är fullständig. Som avslutning till avhandlingen granskas isomorfier mellan de konstruerade mängderna och icke-numrerbarheten av mängden reella tal.
  • Salminen, Jessica (2013)
    Aikaisempi kokemus matematiikkakuvatutkimuksesta ja funktio-oppimateriaalin luominen englanniksi yhdeksäsluokkalaisille johdatti tutkijan pohtimaan, miten oppilaat olivat lopulta käsittäneet funktion ja onko matematiikkakuvalla yhteyttä oppilaan funktiokäsitykseen tai ylipäätänsä menestymiseen matematiikassa. Inspiraation lähteenä tälle tutkimukselle toimi Vinnerin ja Dreyfusin (1989) tutkimus funktiokäsityksestä ja Pietilän (2002) matematiikkakuvatutkimus. Yläkoululaisten funktiokäsityksen vertailukohteena käytettiin Hannulan ja Tuomen (2012) samana keväänä keräämää lukiolaisaineistoa ja heidän tutkimuksensa tuloksia. Tutkimuksessa kartoitetaan Middle Years Programmen Espoossa läpikäyneiden yhdeksäsluokkalaisten funktiokäsitystä ja matematiikkakuvaa. Aineisto kerättiin paperisella kyselylomakkeella luokkahuonetilanteessa keväällä 2012 Espoolaisessa Middle Years Programme -koulussa kevään viimeisenä koulupäivänä. Tutkimukseen osallistui 49 koulun 63:sta yhdeksäsluokkalaisesta. Tutkimusaineiston analysoinnissa käytettiin sekä laadullisia että määrällisiä menetelmiä. Aineiston määrällisessä analysoinnissa käytettiin apuna SPSS-ohjelmaa ja tilastollisia merkitsevyystestejä. MYP-yläkoululaisten funktion eri representaatioiden hallinta ei eronnut tilastollisesti merkitsevästi lukiolaisten vastauksista. Parhaiten funktion eri representaatiot hallitsivat ne yläkoululaiset, jotka määrittelivät funktion vastaavuuden tai algebrallisen esityksen kautta. Ne oppilaat, jotka jättivät funktion kokonaan määrittelemättä, olivat aineiston heikoimmin matematiikkaa opiskelemaan motivoituneita, heidän asenteensa oli huonoin ja käsitykset matematiikasta negatiivisimmat. Sen sijaan ne oppilaat, jotka määrittelivät funktion vastaavuuden kautta, olivat hyvin motivoituneita opiskelemaan matematiikkaa, heidän asenteensa matematiikan opiskeluun oli aineiston positiivisin, heillä oli vähiten uskomuksia matematiikasta ja heidän käsityksensä matematiikan luonteesta olivat aineiston selvästi positiivisimmat.
  • Tyvijärvi, Jaakko (2018)
    Työssä käsitellään neljää lukion pitkän matematiikan Derivaatta-kurssin oppikirjaa. Kirjoista kolme on suunnattu vuoden 2003 opetussuunnitelman perusteiden tueksi ja yksi vuoden 2015 opetussuunnitelman tueksi. Oppikirjoista käydään läpi funktion kulkuun edellytettävä opintopolku keskittyen tarkemmin loppuosaan eli funktion kulun tutkimiseen liittyvät osiot. Työssä tuodaan esiin oppikirjojen eroavaisuudet ja yhtäläisyydet, mutta mahdollisiin sähköisiin lisämateriaaleihin ei oteta kantaa. Oppikirjojen rakenteet vastaavat todella paljon toisiaan. Joitakin tarkempia määritelmiä löytyy etenkin kirjasta Matematiikan Taito 7. Työhön on koottu aiemmin saatua tutkimustietoa matematiikan oppimiseen liittyen, etenkin derivaatan ja funktion kulun ymmärtämiseen liiittyen. Erilaisten representaatioiden käyttöön ja niiden ymmärtämiseen pohjautuva oppiminen ja opetus on otettu huomioon työtä tehdessä. Erilaisten representaatioiden käyttö on havaittu auttavan opiskelijaa syventämään tietämystään, mutta toisaalta eri representaatioiden väliset yhteydet on vaikeampi oppia kuin yksittäiset representaatiot. Työn loppuosaan on koottu vuosien 2009-2016 pitkän matematiikan ylioppilaskokeiden tehtävistä funktion kulkuun liittyvien tehtävien määrä luokittain. Luokittelu on tehty muun muassa ääriarvojen tai funktion nollakohtien lukumäärää määrittämistä vaativiin tehtäviin. Tehtävien määrä on hiukan laskenut tuoreimmissa ylioppilaskokeissa, mutta samalla tehvävät ovat olleet soveltavampia kuin tutkitun välin alkuvaiheessa.
  • Turunen, Tomi (2019)
    Funktion approksimointimenetelmiä käytetään karkeasti jaoteltuna kahdessa eri tilanteessa. Ensimmäinen näistä on jonkin tunnetun funktion korvaaminen toisella helpommin käsiteltävällä funktiolla siten, että se jossakin ympäristössä kuvastaa riittävän hyvin alkuperäisen funktion käyttäytymistä. Polynomifunktiot sopivat tähän tarkoitukseen erinomaisesti, sillä ne ovat jatkuvia, derivoituvia ja verrattaen helposti käsiteltäviä. Tärkeä lähtökohta polynomeilla approksimoinnille on Weierstrassin approksimaatiolause, joka todistetaan kahdella eri tavalla luvuissa 2 ja 4. Lisäksi esitetään Weierstrassin esimerkki kaikkialla jatkuvasta, ei missään derivoituvasta funktiosta. Luvuissa 3 ja 4 esitellään kaksi polynomia, Taylorin ja Bernsteinin polynomit, joilla voidaan approksimoida tunnettua funktiota. Approksimoinnin toinen asetelma on, että approksimoitavasta funktiosta tunnetaan vain arvoja yksittäisissä pisteissä ja tavoitteena on muodostaa funktio, jolla saadaan informaatiota näiden pisteiden väliltä. Tällä tavalla voidaan esimerkiksi analysoida kokeellisia mittaustuloksia tai muodostaa malleja ja ennusteita. Luvussa 5 esitellään interpolaatiota ja Lagrangen interpolaatiokaava annettujen pisteiden kautta kulkevan polynomin muodostamiseksi. Approksimaation virheen minimoinnista kerrotaan luvussa 6 ja esitellään Chebyshevin polynomi, jolla saadaan tasaisia approksimaatioita minimoiden maksimivirhe. Lopuksi annetaan Remezin algoritmin muodossa esimerkki menetelmästä, jolla voidaan etsiä funktiolle tällaista pienimmän maksimivirheen polynomiapproksimaatiota.
  • Lehtomäki, Wille (2018)
    Työn päätavoitteena on osoittaa viidennen asteen polynomiyhtälön ratkaisukaavan mahdottomuus. Ratkaisukaava on mahdollista muodostaa vain polynomeille, jotka ovat juurtamalla ratkeavia. Juurtamalla ratkeavan polynomin kukin juuri voidaan ilmaista kerroinkunnan alkioiden muodostamana päättyvänä lausekkeena, joka käyttää vain kunnan laskutoimituksia ja juurenottoa. Työn lähtökohdaksi otetaan kuntien laajennukset ja ennen kaikkea polynomin kerroinkunnan laajennukset polynomin juurilla. Kun kerroinkuntaa laajennetaan juuri kerrallaan, syntyy useiden sisäkkäisten kuntalaajennusten torni, jonka huipulla on polynomin kaikki juuret sisältävä polynomin juurikunta. Galois'n teorian keskeisimpiä työvälineitä ovat automorfismit eli kunnan isomorfismit itselleen. Sellaiset laajennuskunnan automorfismit, jotka kiinnittävät laajennuksen lähtökunnan, muodostavat laajennuksen Galois'n ryhmän. Myös polynomille on mahdollista määritellä Galois'n ryhmä: polynomin Galois'n ryhmä on sen juurikunnan Galois'n ryhmä polynomin kerroinkunnan suhteen. Osoittautuu, että kukin Galois'n ryhmän alkio on samaistettavissa jonkin polynomin juurten permutaation kanssa, joten Galois'n ryhmä on siis aina symmetrisen ryhmän aliryhmä. Työn loppupuolella keskiöön nousevat juurilaajennukset eli kunnan laajennukset kunnan alkioiden juurroksilla. Kun sopivaan juurilaajennukseen sovelletaan kuudennessa luvussa todistettavaa Galois'n teorian peruslausetta, osoittautuu, että juurtamalla ratkeavan polynomin Galois'n ryhmästä löytyy aina tietty sisäinen rakenne, jota kutsutaan ratkeavuudeksi. Viimeisessä luvussa osoitetaan, että polynomin Galois'n ryhmän ratkeavuus on välttämätön ja riittävä ehto polynomin juurtamalla ratkeavuudelle. Viiden ja sitä useamman alkion symmetrinen ryhmä ei kuitenkaan ole ratkeava, mutta on olemassa polynomeja, joiden Galois'n ryhmä se on. Näin ollen polynomeille, joiden aste on viisi tai sitä korkeampi, ei ole mahdollista muodostaa yleistä ratkaisukaavaa. Työn päättää esimerkki viidennen asteen polynomista, joka ei ole juurtamalla ratkeava.
  • Makkonen, Lauri (2018)
    Tutkielmassa esitellään Eulerin gammafunktio ja siihen liittyviä keskeisiä tuloksia. Gammafunktio on kertomafunktion yleistys reaaliluvuille lukuun ottamatta ei-positiivisia kokonaislukuja. Tutkielma liittyy matemaattisen analyysin alaan, joka käsittelee reaaliarvoisia funktioita. Tutkielmassa käytetään lauseita, jotka on todistettu matematiikan perusopinnoissa, joten ne oletetaan tunnetuiksi. Kertomafunktion yleistäminen oli 1600-luvulla merkittävä interpolaatio-ongelma, jota pohtivat monet suuret matemaatikot. Vuonna 1729 Euler ratkaisi ongelman esittämällä gammafunktion äärettömänä tulona ja seuraavana vuonna esitti sen integraalimuodon. Tämä integraalimuoto esitellään nykyisin yleensä ensimmäisenä, kun puhutaan gammafunktiosta. Tutkielman alussa perustellaan, miksi gammafunktio on sellainen kuin se on. Gammafunktion eri esitysmuotoja esitellään kronologisessa järjestyksessä tukeutuen oivaltaviin näkökulmiin, minkä jälkeen gammafunktio määritellään tarkasti. Gammafunktioon liittyvät keskeiset lauseet todistetaan. Tärkeimpänä lauseena Bohrin-Mollerupin lause, jonka mukaan kaikista kertomafunktion yleistyksistä vain gammafunktio on logaritmisesti konveksi. Viidennessä luvussa todistetaan gammafunktiolle Weierstrassin tuloesitys, johon liittyy oleellisesti myös Eulerin-Mascheronin vakio. Weierstrassin tuloesitystä käytetään tutkielmassa muissa todistuksissa. Tämän jälkeen esitellään joitakin esimerkkejä ja sovelluksia. Gammafunktiota sovelletaan erittäin laajasti monilla aloilla. Se on keskeinen työkalu toki analyysissä, mutta myös tilastotieteessä, todennäköisyyslaskennassa ja lukuteoriassa. Tutkielmassa esitellään vain osa näistä sovelluksista. Gammafunktion avulla saadaan laskettua myös n-ulotteisen pallon tilavuus. Tutkielman lopuksi esitellään kompleksiarvoinen gammafunktio. Luvussa esitellään myös gammafunktion yhteys Riemannin zetafunktioon. Tämä analyyttisen lukuteorian sovellus on gammafunktion yksi tärkeimmistä sovelluksista.
  • Horn, Janina (2020)
    Tutkielman tavoitteena on esittää, että lukion todennäköisyyslaskennan käsitteet ja teoriat voidaan opettaa ja opiskella oppikirjojen perinteisistä esimerkeistä poikkeavassa kontekstissa. Kontekstiksi valitaan todennäköisyyslaskennan mallien todellinen sovellusalue. Samalla luodaan tehtäväpaketin muodossa ainerajat ylittävä opetusprojekti lukioon. Tutkielmassa perustellaan, miksi evoluutio ja populaatiogenetiikka ovat hyvä asiayhteys lukion todennäköisyyslaskennen opetuksessa ja toisin päin. Opetusprojektin toteutus noudattaa soveltaen tutkivan oppimisen menetelmää. Oppiainekohtaisten tavoitteiden saavuttamisen lisäksi yksi opetusprojektin päätavoitteista on oppilaiden ajattelutaitojen kehittäminen, sillä opiskeltavien asioiden syvällinen ymmärtäminen tapahtuu ajattelun kautta. Tutkielmassa on rakennettu tehtäväpaketti, joka koostuu 15 tehtävästä. Tehtävät liittyvät todennäköisyyslaskentaan, evoluutioon ja populaatiogenetiikkaa. Tehtävät alkavat yksinkertaisista käsitteiden määrittelytehtävistä ja peruslaskutehtävistä muuttuen vähitellen tiedon soveltamista vaativiksi ongelmanratkaisutehtäviksi. Opiskelijalla on aktiivinen rooli tiedonhakijana, ja opiskelijoiden keskinäiset keskusteltu ja yhteistyö ovat keskeisessä roolissa prosessissa, jonka tavoite on uuden tiedon rakentaminen.
  • Telkamo, Mikko Kalevi (2015)
    Tässä tutkielmassa käsitellään differentiaaliyhtälöiden opettamista lukion matematiikan syventävänä kurssina sekä matemaatiikkaohjelmisto GeoGebran käyttöä differentiaaliyhtälöiden opetuksen apuna. Alussa on lukijalle tarkoitettu kertaus differentiaaliyhtälöiden määritelmästä, sekä separoituvien ja lineaaristen yhtälöiden määritelmät ja ratkaisutavat. Luvun tavoitteena on kerrata differentiaaliyhtälön perusteet lukijalle, joka on opiskellut aihetta jo aiemmin. Lisäksi se on tarpeeksi kattava, jotta lukija, joka ei ole aiemmin opiskellut differentiaaliyhtälöitä, pystyy seuraamaan tutkielman sisältöä. Vaikka differentiaaliyhtälöt eivät kuulu lukion matematiikan vaatimuksiin, sitä opetetaan Suomessa joissakin lukioissa erikoiskurssina tai matematiikkalinjan syventävänä aiheena. Siksi tässä tutkielmassa tarkastellaan Helsingin matematiikkalukiossa laadittua ja käytettyä differentiaaliyhtälön materiaalia. Tarkastelussa katsotaan, miten differentiaaliyhtälön perusaiheet esitetään lukiolaisyleisölle, ja millaisia havaintoja kokoelman kirjoittaja on aiheesta tehnyt. Tämän jälkeen tutkielmaan kuuluu itse laadittu differentiaaliyhtälöiden oppikokonaisuus lukiolaiselle. Käytännössä siinä käydään tutkielman alussa esitetyt differentiaaliyhtälöiden perusasiat läpi tavalla, jolla lukiolainen pystyisi sitä tulkitsemaan. Sen mallina on käytetty aiemmin tarkasteltua oppimateriaalia sekä olemassa olevia lukion oppikirjoja muista matematiikan aiheista. Tämän jälkeen tutkielma esittelee GeoGebra-ohjelman sekä sen soveltuvuuden differentiaaliyhtälöiden opetukseen. Tämä on kaksivaiheinen esittely: ensiksi selitetään ohjelman toiminnot, jotka soveltuvat differentiaaliyhtälön ratkaisuun ja tarkasteluun. Seuraavassa luvussa tarkastellaan yleisemmin, mitä etuja GeoGebra tarjoaa differentiaaliyhtälöiden opetukselle. Siinä painotetaan erityisesti visuaalista puolta, jonka ohjelma lisää aiheen opetukseen, ja joka usein puuttuu tavallisessa oppimateriaalissa. Tutkielman lopussa on lyhyt tehtävälomake aiempien lukujen tueksi. Sen on tarkoitus olla sopiva tehtäväpaketti, jonka voisi antaa lukiolaiselle, joka on opiskellut edellä esitetyn differentiaaliyhtälöiden kokonaisuuden, sekä ohjeet, miten käyttää GeoGebraa näiden yhtälöiden ratkaisemiseen.
  • Hintsala, Ida (2016)
    Geometria lukiomatematiikan osa-alueena on matematiikan opettajalle tärkeä tilaisuus tarjota opiskelijoille mahdollisuus oppia niin täsmällistä todistamista, todistamisajattelua kuin ongelmanratkaisua. Tässä tutkielmassa käydään ensin läpi matematiikan opettamiseen ja oppimiseen vaikuttavia tekijöitä. Sen jälkeen perehdytään geometriaan yliopistomatematiikan, ylioppilaskirjoitusten ja lukion opetussuunnitelman perusteiden näkökulmasta. Lopuksi käsitellään matemaattista ongelmanratkaisua ja sen peruskäsitteitä sekä tutkitaan ongelmanratkaisun ohjaamista geometrisiä ongelmatehtäviä hyödyntäen. Tutkielman teoriaosuudessa lähdetään liikkeelle matematiikan luonteen ja hyvän matematiikan pohtimisesta ja päästään muodostamaan kokonaiskuvaa lukiogeometriasta. Tutkielmasta löytyy vastauksia useisiin kysymyksiin, kuten 'Mitä yliopiston geometrian kurssilta voi viedä suoraan pitkän matematiikan lukio-opetukseen?', 'Miten geometria näkyy pitkän matematiikan ylioppilaskokeessa?' ja 'Minkälaista voi olla hyvä oppiminen ja opetus erityisesti matematiikan osalta?' Tutkimusosuudessa selvitetään, miten lukio-opiskelijan matemaattinen ongelmanratkaisuprosessi käytännössä etenee opettajan kyselymenetelmää käyttäen: kuinka paljon aikaa eri vaiheisiin kuluu ja minkälaista ohjaus on eri vaiheissa koko prosessin aikana. Lisäksi selvitetään, miten opiskelija kokee menetelmän käytön ja ongelmatehtävien ratkaisemisen. Tutkimusosuudessa luokitellaan ohjaajan ongelmanratkaisuprosessien aikana esittämät kysymykset aktivoiviin, pinnallisiin, passivoiviin ja neutraaleihin ja analysoidaan ohjausta luokittelun perusteella. Tutkimustulosten perusteella tutkimuksessa käytetty opettajan kyselymenetelmä toimii hyvin ongelmanratkaisun ohjaamisessa. Lisäksi tutkimuksen kokeellisen osuuden tulokset vahvistaa osaltaan kirjallisuudesta löytyvää näkemystä ongelmanratkaisutaitojen vahvistamisen hyödyllisyydestä, kun se tehdään tavoitteellisesti, harkitusti ja huolellisesti. Tutkimustulokset antavat ymmärtää, että ongelmanratkaisutehtävien käyttäminen opetuksessa ja lukio-opiskelijoiden
  • Harju, Miija (2015)
    Tässä tutkielmassa käsitellään kuution kahdentaminen ja kulman kolmijako, jotka ovat geometrian konstruktio-ongelmia. Kuution kahdentamisessa tulee muodostaa kuutio, jonka tilavuus on kaksinkertainen annettuun kuutioon verrattuna. Kulman kolmijaossa tulee mielivaltainen kulma jakaa kolmeen yhtä suureen osaan. Molemmat ongelmat ovat osoittautuneet mahdottomiksi harpin ja viivaimen avulla. Jos kuitenkin sallitaan käyttää muita matemaattisesti tarkkoja välineitä ongelmat saadaan ratkaistua. Kuution kahdentamisen ja kulman kolmijaon tutkimisessa lähdetään liikkeelle geometrisen konstruoinnin sääntöjen määrittelemisestä. Toisessa luvussa käydään läpi yksityiskohtaisesti perustuloksia harpin ja viivaimen käytöstä. Näiden tulosten avulla määritellään peruskonstruktiot ja luvun konstruoituvuus. Koska tutkittavien ongelmien mahdottomuuden osoittaminen vaatii algebran kuntateorian tuloksia, määritellään kolmannessa luvussa geometrisen konstruktion tuloksia algebran näkökulmasta. Näiden avulla saadaan määriteltyä välttämätön ja riittävä ehto luvun konstruoitumiselle. Neljäs luku käsittelee työn oleellisimmat tulokset eli todistukset kuution kahdentamisen ja kulman kolmijaon mahdottomuuteen. Ennen todistuksia käydään läpi tärkeimmät kohdat historiasta antiikin Kreikan ajalta 1800–luvulle, jolloin ongelmat saatiin osoitettua mahdottomiksi. Lisäksi historiaosuudessa käsitellään seuraavassa luvussa esiteltävien laajennettujen konstruktioiden historiaa. Kuution kahdentamisen mahdottomuuden todistuksessa osoitetaan, ettei lukua kuutiojuuri 2 voida konstruoida. Mielivaltaisen kulman kolmijaon mahdottomuuden osoittamiseksi riittää löytää yksi kulma, jota ei voida kolmijakaa. Tässä tapauksessa tutkimme 60° kulmaa, jolloin konstruoituvaksi luvuksi muodostuu cos(20°). Viimeinen luku käsittelee laajennettuja konstruktioita, joissa sallitaan perinteisten harpin ja viivaimen lisäksi muiden välineiden ja menetelmien käyttö. Luvussa esitellään useita konstruktioita, joissa käydään läpi niiden käyttö konstruktio-ongelmissa ja todistukset niiden toimivuudesta. Luultavasti kaikkein klassisin menetelmä on neusis-konstruktio, jossa viivaimeen voidaan tehdä merkintöjä. Muut esiteltävät konstruktiot ovat merkittäviä niiden historian tai konstruktioiden yksinkertaisuuden takia.
  • Nissinen, Lauri (2020)
    Tämä Pro gradu - tutkielma käsittelee harpilla ja viivaimella tehtyjä geometrisiä kuvioita, eli geometrisia konstruktioita. Tutkielma on tehty kirjallisuuskatsauksena ja se tarjoaa syventävää tietoa harpin ja viivaimen taustalla olevasta rikkaasta historiasta sekä moniulotteisesta matematiikasta. Tutkielma on rakennettu alkamaan pohjustavalla historian katsauksella, jonka jälkeen siirrytään tutkimaan matemaattista taustaa. Tutkielma alkaa historiallisella pohjalla, jossa luodaan katsaus yli 2000 vuoden päähän antiikin Kreikkaan ja sitä edeltäviin kulttuureihin. Tutkielmassa edetään jotakuinkin kronologisessa järjestyksessä antiikin ajoista aina 1800 - luvulle asti. Varhaisimmat harppiin ja viivaimeen liittyvät havainnot ulottuvat antiikin Egyptiin asti, jossa ympyröiden ja suorien viivojen piirtämiseen käytettiin köysiä ja puutikkuja. Egyptiläisten maanmittauksista luotu geometrinen perintö siirtyi antiikin Kreikkaan, jossa matemaatikko Eukleides kokosi kuuluisaan Alkeet - teokseensa geometrian peruskulmakivet. Geometrialle luotiin aksiomaattinen ja todistuksiin perustuva rakenne, joka nojasi hyvin vahvasti harpin ja viivaimen käyttöön. Teoksessa esitettyjen lauseiden rakenne noudatti kaavaa ongelma – todistus – konstruktio, jossa todistukset perustuivat alussa määritettyihin perusolettamuksiin. Antiikin aikaisen historian jälkeen luodaan katsaus harppiin ja viivaimeen työvälineinä sekä näihin liittyviin klassisiin ongelmiin. Harppi ja viivain työvälineinä mahdollistivat geometrialle ominaisten yksinkertaisten kuvioiden, eli suoran ja ympyrän piirtämisen, joten niiden asettaminen konstruktioiden peruspilareiksi oli loogista. Jo antiikin Kreikan aikana tietyt harppi – viivain – ongelmat osoittautuivat vaikeiksi eikä niitä osattu ratkaista Eukleideen määrittämin keinoin. Näitä siihen aikaan ratkaisemattomia ongelmia kutsutaan myös klassisiksi ongelmiksi ja näitä ovat kuution kahdentaminen, ympyrän neliöiminen sekä kulman jakaminen kolmeen osaan. Tutkielmassa avataan näihin liittyvää antiikin aikaista myyttistä historiaa sekä eritellään lyhyesti erilaisia ratkaisuyrityksiä. Klassiset ongelmat kiinnostivat matemaatikoita ja amatöörejä yli 2000 vuotta, kunnes vasta 1700 - ja 1800 - luvulla oli riittävät matemaattiset työkalut näiden todistamiseen mahdottomiksi harpilla ja viivaimella. Tässä tutkielmassa lähdetään rakentamaan matemaattista pohjaa harppi – viivain – konstruktioille matemaatikko ja filosofi René Descartesin 1600 - luvulla luoman analyyttisen geometrian avulla. Samalla kuljetetaan rinnalla koko ajan Alkeiden konstruktioiden algoritmista ideologiaa. Tavoitteena on lähteä muodostamaan vastausta kysymykseen: mitkä kaikki tason pisteet ja tarkemmin vielä mitkä luvut voidaan konstruoida harpilla ja viivaimella? Puhuttaessa konstruoituvuudesta, puhutaan sellaisista karteesisen koordinaatiston pisteistä, joiden koordinaattien luvut voidaan harpin ja viivaimen avulla konstruoida. Joukko-opillisesti konstruoituvat luvut lähdetään rakentamaan rationaaliluvuista neliöllisinä kuntalaajennuksina. Tarkastelun tuloksena huomataan, että harpilla ja viivaimella voidaan konstruoida ainoastaan peruslaskutoimituksilla sekä neliöjuurioperaatioilla saatuja lukuja. Lopuksi osoitetaan teorian valossa antiikin Kreikan kolme klassista ongelmaa mahdottomaksi. Konstruoituvien lukujen jälkeen palataan tutkimaan harppiin ja viivaimeen liittyviä ekvivalenssiteorioita. Harppeja ja viivaimia on olemassa käyttötarkoituksen mukaan erilaisia. Esimerkiksi antiikin Kreikan aikainen euklidinen harppi ei säilytä pituuttaan samalla tavalla kuin nykyisin kouluissakin käytetty moderni harppi, jonka jalat voidaan lukita tiettyyn pituuteen. Ne ovat kuitenkin konstruktioiden näkökulmasta ekvivalentteja työkaluja, eli niillä voidaan tehdä samat operaatiot. Tämä osoitetaan tutkimalla Alkeiden kirjan 1 kahta ensimmäistä propositiota. Lisäksi 1600 - ja 1700 - luvuilla geometriassa nousi uusi mielenkiintoinen tulos: kaikki, mikä voidaan tehdä harpilla ja viivaimella, voidaan myös tehdä pelkästään harpilla. Tämän lauseen nimi on Mohrin ja Mascheronin teoreema ja siihen tutustutaan tutkielmassa myös tarkemmin. Lopuksi luodaan teorian valossa vielä lyhyt katsaus säännöllisiin monikulmioihin. Tässä osoitetaan neliö, säännöllinen viisikulmio sekä säännöllinen kahdeksankulmio konstruoituviksi. Keskeiseksi teemaksi nousee säännöllisten monikulmioiden keskuskulma ja sen konstruoitavuus.
  • Lappalainen, Sasu (2015)
    Työssä esitetään ja todistetaan eräitä keskeisimpiä perustuloksia Hamiltonin kuluille ja kierroksille verkkoteoriassa, sekä käsitellään lyhyesti shakkipelin ratsun marssien historiaa. Riittävistä ehdoista Hamiltonin kulun olemassaololle esitetään todistukset mm. Diracin, Oren ja Bondyn-Chvátalin lauseelle. Näiden lauseiden todistukset perustuvat verkon pisteiden asteiden ominaisuuksiin. Tämän lisäksi tarkastellaan ehtoa, joka perustuu verkon pisteiden naapurustojen kokoon. Välttämättömästä ehdosta Hamiltonin kierrokselle esitellään Grinbergin kaava tasoverkoille.
  • Lempiäinen, Tiia (2013)
    Tässä tutkielmassa käydään läpi alakoulussa esiintyviä jakolaskuvaikeuksia. Jakolasku on yksi neljästä peruslaskutoimituksesta ja monien mielestä niistä haastavin. Jakolaskujen aiheuttamat vaikeudet saattavat hankaloittaa koulutaivalta, sillä monet matematiikan asiat pohjautuvat jakolaskuun. Jakolaskuosaaminen koostuu monista asioista. Esimerkiksi osatakseen jakolaskut koululaisen täytyy ymmärtää jakolaskuun liittyvät termit sekä sisältö- ja ositusjakolaskut. Lasten ja nuorten matematiikan osaamisen taustalla on paljon lapsuudessa opittuja matematiikan taitoja. Osa näistä taidoista ihmisellä on jo syntyessään. Jakolaskuunkin liittyy paljon matematiikan taitoja, jotka lapset oppivat arjessa tapahtuvien jakotilanteiden avulla. Esimerkiksi keksien tai karkkien jakaminen kavereiden tai sisarusten kesken opettaa lapsille varhaista jakolaskutaitoa. Koulussa opeteltava jakolasku pohjautuukin lapsuudessa tutuksi tulleeseen 'yksi sinulle, yksi minulle' -tyyppiseen jakamiseen. Kuudesluokkalaisilla koululaisilla on tutkimusten mukaan paljon jakolaskuihin liittyviä vaikeuksia. Myös tekemässäni seminaarityössäni havaittiin paljon virhekäsityksiä kuudesluokkalaisilla. Yksi mahdollinen syy virhekäsitysten syntyyn saattaa olla nykymuotoisessa koulumatematiikassa. Tutkielmassa pohditaan mahdollisia tapoja muuttaa nykyistä jakolaskuopetusta, jotta virhekäsityksiä ei syntyisi niin paljon. Tutkielmassa pohditaan muun muassa jakojäännöksen hyödyllisyyttä, sisältöjakoa sekä erilaisia jakolaskun symboleita. Jakojäännös aiheuttaa koululaisille paljon ongelmia, sillä se on erillinen aihe. Jakojäännöstä käytetään vain muutaman kouluvuoden ajan, jonka jälkeen se korvataan murto- tai desimaaliluvuilla. Tutkielman yksi tarkoitus onkin ehdollistaa jakojäännöksen asema koulumatematiikassa. Murtolukuihin panostamalla sekä arkielämän esimerkkejä käyttäen jakojäännös käsite olisi mahdollista korvata. Laskujen vastaukset voisi ilmaista alusta alkaen sekalukujen avulla. Jakolaskujen ja samalla murtolukujen opetusta tukemaan tutkielmaan on sisällytetty muutama avoin tehtävä, joiden avulla matematiikan tunneille saadaan hieman erilaista puuhaa. Tutkielmassa on kielentämistä hyödyntäviä tehtäviä, joissa oppilaat pääsevät keskustelemaan erilaisista jakolaskutehtävistä vertaistensa kanssa ja vahvistamaan näin jakolaskuosaamistaan. Kielentäminen on hyvä tapa saada oppilaan ajattelua ja osaamista näkyviin. Jotta jakojäännöksestä voitaisiin luopua, täytyy koululaisten hallita murtoluvut jo melko varhain. Murtolukuihin tutustumiseen tutkielma tarjoaa leikin, jonka avulla lapset pääsevät oppimaan murtolukujen suuruussuhteita.
  • Leppimaa, Sanna (2015)
    Työssä käsitellään opetuspelejä ja motivaatiota matematiikan opetuksessa. Tarkastelun kohteena ovat motivaatiota lisäävien seikkojen ja pelien ominaisuuksien yhtenevyydet. Apuna käytetään kaupunkisuunnistusta ja mobiiliteknologiaa yhdistävää peliä, jonka sisältö laadittiin lukion lyhyen matematiikan opetukseen sopivaksi. Pelistä saatiin käytännön kokemuksia peliä johtamalla ja kyselyiden avulla sitä pelanneelta lukioryhmältä. Työssä pohditaan tämän pelin mahdollisuuksia matematiikan opetuksessa ja motivaation lisäämisessä. Luku 2 alkaa pelejä käsittelevällä osuudella, jossa kerrotaan, minkälaisia ominaisuuksia peleillä on ja mitä nämä ominaisuudet tarkoittavat pelaajan näkökulmasta. Pelejä voidaan kutsua organisoiduksi leikiksi: niillä on leikinomaisia piirteitä, mutta niiden säännöt ovat leikkiä selkeämmät. Lisäksi peleissä on jokin tavoite, johon pääsemistä edeltävät erilaiset haasteet tai vastustajat. Leikin tavoin peleissä on vuorovaikutusta, joka voi olla ihmisten tai ihmisen ja tietokoneen välistä. Pelit myös kertovat tarinoita, olivat ne sitten monimutkaisia juonia tai kahden henkilön välistä kilpailua. Luvussa 2 käsitellään pelien lisäksi motivaatiota. Motivaatiota tutkittaessa etsitään vastausta siihen, miksi ihmiset toimivat niin kuin toimivat. Työssä huomio keskittyy siihen, kuinka motivaatiota voidaan lisätä. Tätä tarkastellaan sen kannalta, millaisen toiminnan on todettu olevan houkuttelevaa. Esiin nousee neljä ominaisuutta: onnistumiskokemuksien tuottaminen, uteliaisuuden herättäminen, itseilmaisuun kannustaminen ja ihmissuhteiden vaaliminen. Luvussa 3 käydään lyhyesti läpi työn ja sitä varten pelatun pelin tausta. Luku 4 jatkaa luvun 3 lyhyestä taustaselvityksestä kertomalla tarkemmin pelin kulusta ja säännöistä. Luvussa 5 käsitellään pelistä saatuja kokemuksia, joita kerättiin kyselyillä, joihin vastasivat peliä pelanneet opiskelijat sekä peliä vetämässä ollut opettaja. Opiskelijat ja opettaja vastasivat yhteen kyselyyn ennen peliä ja toiseen pelin jälkeen. Kyselyjen perusteella opiskelijoilla oli pelistä melko positiivinen kuva niin ennen peliä kuin sen jälkeenkin. Opettaja suhtautui ennen peliä hiukan epäileväisesti, mutta pelin jälkeen hänen mielikuvansa olivat muuttuneet positiivisemmiksi. Vastauksista todetaan löytyvän seikkoja, joiden perusteella voidaan arvella opiskelijoiden nähneen pelissä houkuttelevan tekemisen ominaisuuksia. Pelin käytännön onnistumista tarkastellessa havaitaan tämä sama tulos. Luvussa 6 pyritään yhdistämään motivaation ja pelien teoriat pelatun pelin kanssa. Tarkastelun kohteena on se, kuinka hyvin työtä varten pelattu peli onnistui toteuttamaan houkuttelevan tekemisen ominaisuuksia. Kaikkien näiden ominaisuuksien toteutumisen mahdollisuuksia voidaan kasvattaa. Työtä varten pelattu peli ja pelit yleensä todetaan perustelluksi osaksi matematiikan opetusta. Erityisesti pelien arvellaan lisäävän opiskelijoiden innostusta osallistua tunnin kulkuun ja näin saavan myös lisää mahdollisuuksia innostua matematiikasta.
  • Korsulainen, Vilja (2012)
    Heronin kolmio on kolmio, jonka sivujen pituudet, pinta-ala ja korkeus ovat rationaalilukuja. Heronin kolmioita on ääretön määrä. Niitä on selvitetty monella eri tavalla. Heronin kolmio saadaan yhdistämällä kaksi Pythagoraan kolmiota tai supistamalla kolmiosta, joka on muodostunut kahdesta Pythagoraan kolmiosta. Tämä on yksi niistä monista ominaisuuksista, jotka Heronin kolmioista tiedetään. Käsitteen ympäriltä löytyy paljon mielenkiintoisia erikoistapauksia: Heronin kolmio voidaan esittää hilamuodossa. Heronin kolmioista osa on Heronin superkolmioita. Heronin kolmiolla voi olla kaksi rationaalista keskijanaa. Heronin kolmio voi olla niin sanotusti hajotettavissa. Puhutaan myös alkeellisista Heronin kolmioista. Tutkimusmenetelmänä olen käyttänyt kirjallisuusselvitystä. Tutkimukseni pohjautuu siis kirjallisiin lähteisiin. Lähteenä olen käyttänyt kolmea kirjaa ja useita artikkeleita. Aiheesta löytyy niin tuoreita kuin vanhempiakin tutkimustuloksia; Euler, Brahmagupta ja Charmichael ovat tutkineet Heronin kolmioita jo varhain historiassa, kun taas esimerkiksi William H. Richardson ja Paul Yiu ovat kirjoittaneet aiheesta artikkeleissaan 2000-luvulla. Tutkielmassani selvitän Heronin kolmioihin liittyvää teoriaa. Pyrin selventämään asioita lukijalle myös esimerkkien, kuvien ja taulukoiden avulla. Käsite itsessään on yksinkertainen, mutta sen ympäriltä löytyy paljon tutkittavaa.
  • Wikberg, Jussi (2014)
    Tämän tutkielman tarkoituksena on esitellä George William Hillin 1877 tekstissään On the Part of the Motion of the Lunar Perigee which is a Function of the Mean Motions of the Sun and the Moon [Maan ja Kuun välimatkan minimistä, joka on Auringon ja Kuun liikkeiden funktio] julkaisema differentiaaliyhtälö, yhtälön eri esitysmuotoja, yhtälön ratkaisemiseen liittyviä teorioita ja yhtälön sovelluksia. Koska mikä tahansa toisen kertaluvun homogeeninen lineaariyhtälö, jolla on jaksolliset reaalikertoimet, voidaan palauttaa Hillin differentiaaliyhtälöä vastaavaan muotoon, tarkoitetaan Hillin yhtälöstä puhuttaessa usein laajempaa differentiaaliyhtälöiden joukkoa. Toisen asteen homogeenista lineaarista differentiaaliyhtälöä, joka on muotoa d²y/dx²+Q(x)y=0, missä y(x) ja Q(x) ovat kaikilla reaaliluvuilla x määriteltyjä funktioita ja Q(x) on jaksollinen, kutsutaan Hillin differentiaaliyhtälöksi. Toisessa luvussa esitellään alkuperäinen Hillin differentiaaliyhtälö ja sen eri esitysmuotoja sekä joitain tunnetuimpia Hillin yhtälöihin lukeutuvia yhtälöitä. Lisäksi luvussa esitellään menetelmiä, joilla erityyppisiä differentiaaliyhtälöitä on mahdollista muuntaa esitysmuodoltaan Hillin yhtälöä vastaavan muotoon. Kolmannessa luvussa esitellään Hillin yhtälöiden ratkaisujen tutkimiseen käytettäviä menetelmiä – tärkeimpänä kenties Floquet'n lause – ja muita Hillin yhtälöihin liittyviä teoreettisia näkökulmia. Tuoreempaa alkuperää oleva analyyttinen, Laplacen muunnokseen ja Volterran yhtälöön perustuva ratkaisumalli tarjoaa vaihtoehtoisen ratkaisutavan. Lisäksi luvussa esitellään oskillaatiolause, jolla voidaan tutkia Hillin yhtälöiden ratkaisujen stabiiliutta, ja joitain esimerkkejä. Neljännessä luvussa esitellään Hillin yhtälön sovelluksia. Yhtälö toi aikanaan merkittävän parannuksen kolmen kappaleen ongelman ratkaisemiseen, joskin nykyään on kehitetty vielä tarkempia ratkaisuita tilastollisia menetelmiä hyödyntäen. Hillin yhtälöllä voidaan kuvata massallisen kappaleen oskillointia tasapainoaseman ympäristössä, kun siihen vaikuttaa jaksollisesti vaihteleva voima. Tarvitaan riittävän suuri voima käynnistämään oskillointi, mutta liian suuri voima saa amplitudin jatkuvasti kasvamaan, jolloin kappale karkaa lopulta voiman vaikutuspiiristä. Tähtitieteen ulkopuolisia sovelluksia on kehitetty erityisesti hiukkasfysiikassa – Hillin yhtälöä voidaan käyttää yhtälailla pienimpien tunnettujen hiukkasten kuin suurimpien planeettojen ja tähtienkin ratojen tutkimiseen.