Een animatie over Burnside's lemma een introductie in de groepentheorie

Deze animatie is ontwikkeld door Samuel Asmerom, Thomas de Boer, Anna Heikamp en Daan Hoogcarspel. De animatie gaat over een stelling waar je bijvoorbeeld deze vraag mee kan beantwoorden. Stel er is een winkel waar kralenkettingen worden verkocht die bestaan uit de kleuren rood, blauw en geel. Hoeveel verschillende kettingen kan deze winkel verkopen, er vanuitgaande dat we oneindig veel kralen van elke kleur hebben?

Door Samuel Asmerom, Thomas de Boer, Anna Heikamp en Daan Hoogcarspel

Waarom een animatie?

Als wiskunde student kom je er al snel achter dat sommige onderwerpen lastig uit een boek te leren zijn. In een poging om concepten en stellingen beter te begrijpen, zoek je al snel het internet door. Een populaire manier voor studenten om de stof op een andere manier tot zich te nemen is YouTube. Er zijn vele videos waar ideeën uit de wiskunde door verschillende mensen en op verschillende manieren worden uitgelegd. Maar waarom kiezen we voor het kijken van een video in plaats van het nog een keer lezen van de syllabus? De extra mogelijkheden die een animatie aanbiedt kunnen zeker helpen in het onderwijs.

Onderwijs is een belangrijke factor voor het goed functioneren van de samenleving. Op de middelbare school komen veel leerlingen voor het eerst in contact met wiskunde als een vak. Echter heeft het vak over het algemeen niet de beste reputatie, veel leerlingen zien het als erg ingewikkeld en saai. Een belangrijke reden hiervoor is dat de begrippen die geintroduceerd worden heel abstract zijn. Om goed wiskunde te doen is het belangrijk om een intuitie te hebben over waar je mee bezig bent. Voor veel leerlingen kan het helpen om de informatie op verschillende manieren binnen te krijgen. Zo lees je de begrippen in het boek, vertelt de docent je er iets over in de les en kijk je naar veel voorbeelden. Een belangrijke manier om intuitie te krijgen over een wiskundig onderwerp is visualiseren. Dit kan bijvoorbeeld met plaatjes of diagrammen, maar tegenwoordig kan dit ook met behulp van een animatie. Het voordeel van een animatie ten opzichte van een stilstaand plaatje of een tekst is dat je op een duidelijke manier veranderingen kan weergeven. Verder kan bij een animatie ook een verhaal worden verteld, zo wordt het idee nog duidelijker. Oftewel animatie videos zijn voordelig voor het onderwijs.

Verder is een wiskunde animatie video ook belangrijk als een communicatie middel. Als wiskundige is het je taak om de kennis die je opdoet te delen met de samenleving. Zo kunnen andere wiskundigen maar ook mensen uit gebieden zien wat je aan het doen bent. Door Burnside’s lemma visueel te maken, geven we een inkijkje in de algebra van symmetriegroepen, een mooie stelling die breekt met het stereotype beeld dat veel mensen van wiskunde hebben. Op deze manier brengen we de kennis waar wij als wiskundigen toegang toe hebben het algemene domein in zodat we er als gehele samenleving iets aan hebben.

Burnside's Lemma

Het lemma van Burnside, ook wel de telstelling van Burnside genoemd, of de baantellingsstelling, is een resultaat in de groepentheorie dat vaak nuttig is om rekening te houden met symmetrie bij het tellen van wiskundige objecten. Het resultaat is niet te danken aan Burnside zelf, die het alleen maar citeert in zijn boek 'On the Theory of Groups of Finite Order', en het in plaats daarvan aan Frobenius (1887) toeschrijft. Het lemma van Burnside telt "banen", wat hetzelfde is als het tellen van verschillende objecten, rekening houdend met een symmetrie. Als je meer wilt lezen over de wiskunde achter dit lemma, of over groepentheorie dan verwijzen we jullie naar Wikipedia.

Hoe ontwikkel je zo'n animatie?

De eerste stap is natuurlijk ervoor zorgen dat je het lemma of resultaat zelf goed begrijpt. Je moet vervolgens alles wat er in de video zal worden vertelt uitwerken. Je uitwerking kun je in een powerpoint presentatie maken bijvoorbeeld. In de presentatie loop je stap voor stap door het bewijs en probeer je al enkele methodes om dit te visualiseren. Dit is de powerpoint die je als basis zal gebruiken voor het script en de storyboard.

De volgende stap is het maken van een script voor de video. Je moet beslissen wat je in de video wilt zeggen en hoe het gezegd zou worden. Voor elke dia van je powerpoint-uitwerking moet je concreet beschrijven wat er op die dia zal gebeuren, omdat deze presentatie al een ruwe schets geeft van hoe de video eruit zou gaan zien. Bij de eerste versie van het script kun je ook een schatting maken van de benodigde spreektijd voor het inspreken van het script.

Nadat het script gemaakt is, moet je aan de slag gaan met het storyboard. Een storyboard is een verzameling van plaatjes met een stukje tekst. Je maakt een plaatje van elke belangrijke beweging in je animatie en je schrijft naast dat plaatje het deel van het script op dat hierbij hoort. Met een storyboard maak je een goede basis voor de animatie. Dit zorgt ervoor dat degene die gaat animeren zelf niet meer hoeft na te denken over wat er moet gebeuren. Het enige wat je dan hoeft te doen is het vertalen van bewegingen op papier naar bewegingen op de computer.

Toen we klaar waren met het maken van het storyboard zijn we gaan kijken naar welke animatiesoftware we zouden gaan gebruiken. Een extreem eenvoudig programma dat we kunnen gebruiken om de animatie nu te gaan maken is PowerPoint. Ook is het heel makkelijk om met PowerPoint tegelijk aan de animatie te werken. Hoewel we niet van plan waren om PowerPoint te gebruiken, bleek het toch erg geschikt te zijn voor het maken van een animatie.

Parallel aan het proces van animeren hebben we de audio, in dit geval de voiceover, opgenomen. Een van de groepsgenoten had thuis professionele opnameapparatuur waar we de audio mee hebben ingesproken maar een microfoon van bijvoorbeeld een headset zou ook hebben gewerkt. Als software hebben we het programma Audacity gebruikt. Hierin is het makkelijk om audio te knippen en plakken en stukken opnieuw op te nemen.