Сергей Бобров - ВОЛШЕБНЫЙ ДВУРОГ

• Название: ВОЛШЕБНЫЙ ДВУРОГ
• Автор: Сергей Бобров
• Издательство: Детская литература
• Жанр: Математика
• Год: 1967

«В этой книге в занимательной форме рассказывается немало интересного для тех, кто любит точные науки и математику. Читатель узнает о развитии математики с ее древнейших времен, о значении математики в технике, а особенно об одной из важнейших отраслей математики — так называемом математическом анализе. На доступных примерах читатель познакомится с элементами дифференциального и интегрального исчислений. В книге также говорится о неевклидовых геометриях и о той, которая связана с открытиями великого русского геометра П. П. Лобачевского. Читателю предлагается немало занимательных задач, многие из которых сопровождаются подробным разбором.

Для среднего и старшего возраста.»

Некоторые рисунки и значительная часть чертежей нарисованы заново с целю лучшей читаемости на портативных читалках. В силу этого возможны незначительные расхождения с оригиналом, особенно в использованных шрифтах, расположении и размере надписей на рисунках. Расположение некоторых рисунков по отношению к тексту также изменено. В электронной книге для оформления применяются стили, поэтому для чтения лучше использовать CR3. Таблицы приводятся в формате fb2 и дублируются либо в текстовом, либо в графическом варианте. В связи с многочисленными отсылками к номерам страниц сохранена нумерация печатного оригинала. Номер размещен в конце страницы. — V_E.

---

— 210 —

Но только математики говорят в таких случаях не «количество» элементов, а так: эти два множества имеют «одинаковую мощность»[16].

— А теперь уже мне кажется, что всякие два бесконечных множества будут иметь одинаковую мощность! — сказал Илюша. — Если я, например, начну располагать в ряд элементы одного из них, а ты в это время будешь делать то же самое с другим, то выйдет, что мое и твое множества одинаковой мощности, как если я буду перебирать подряд все числа, а ты одновременно со мной только все четные.

— Нет, — ответил Радикс, — не все бесконечные множества можно так исчерпать. Например, если взять множество всех точек на отрезке прямой, то его таким способом исчерпать нельзя. У нас говорят, что оно имеет «более высокую мощность», чем множество, например, всех натуральных чисел.

— По поводу точек на отрезке я вспоминаю, — сказал Илюша, — что ты мне говорил, будто из одного луча можно сделать два.

— Даже не два, а бесконечное множество. И это очень просто. Представь себе, что на твоем луче отложен отрезок, равный единице, потом еще один, и так до бесконечности. Перенумеруй по порядку эти отрезки, а затем, как хозяин Мишкиной гостиницы, из четных, сдвинув их вместе, сооруди один луч, а из оставшихся нечетных — другой. Потом можешь повторить это с каждым из них, и так столько раз, сколько тебе угодно. А если догадаешься, можешь и сразу начать так перераспределять эти единичные отрезки, чтобы получилось бесконечное число лучей.

— Но если конечный отрезок разделить пополам, в каждой части будет вдвое меньше точек, чем в целом отрезке?

— Нет! — ответил Радикс. — Это снова тот же самый Мишкин неразменный рублик. В смысле «мощности» количество точек в целом отрезке и в его половине одинаково. Ты можешь в этом убедиться хотя бы так. Помнишь, что средняя линия треугольника равна…

— Половине основания!

— Вот именно. А теперь проведи из вершины противоположного угла прямые, соединяющие ее с точками основания.

Каждая из этих прямых пересечет и среднюю линию в какой-нибудь точке. Вот и получится, что каждой точке основания отвечает при таком построении точка на средней линии.

— 211 —

— И все-таки основание вдвое длиннее! Как это объяснить?

— Ты забываешь, что точки «не имеют длины» и длина отрезка вовсе не слагается из «длин» составляющих его точек.

Поэтому к длинам отрезков сравнение мощностей здесь никакого отношения не имеет.

— Я не пойму, — сказал Илюша. — Ведь отрезок состоит из точек, а точка не имеет длины. Откуда же берется в таком случае длина отрезка?

— Ты не понимаешь потому, что ты привык изображать точки маленькими пятнышками, которые, конечно, имеют протяженность. Если бы ты изображал точки маленькими отрезками, расположенными вдоль этого отрезка, то на тех же основаниях ты мог бы сказать, что «направление» отрезка «слагается» из «направлений» составляющих его точек. Но ведь ты этого не скажешь: тебе ясно, что точка «не имеет направления». Говорить о направлении можно, только если есть по крайней мере две различные точки. Согласен?

— Выходит, так, — со вздохом признался Илюша.

— Вот теперь ты знаешь секрет Мишкиного неразменного рубля. И ты видишь, что эти его хитрые фокусы с рублем совсем не пустяк, а связаны с очень серьезными вещами. Вот тебе и сказка. Знаешь, как говорится в одной сказке:

Сказка ложь, да в ней намек,
Добру молодцу урок!

— Знаю! — засмеялся Илюша. — Это у Пушкина в «Золотом петушке». Но теперь, когда я еще и это узнал, то уже

— 212 —

совсем не понимаю, на что может быть нужна такая чудовищно громадная величина, которую и представить себе невозможно и с которой не знаешь, как обращаться, потому что она даже и правил наших никаких знать не хочет.

— Когда-нибудь ты еще много чудес узнаешь об этом удивительном чудовище. Узнаешь, может быть, и то, что это еще не самое большое из наших чудовищ…

— Как так?

— А очень просто, — коротко ответил Радикс. — Что же касается странных свойств нашего чудовища, то какими бы они странными тебе ни казались с первого раза, они тем не менее в высшей степени полезны. Если обращаться с ними с должной осторожностью, то они нам помогут в таких случаях, когда никто другой помочь не может. Разумеется, никаких обычных действий, которые мы производим с числами, с бесконечностью производить нельзя, ибо это ведь не число. Она служит нам для рассуждения о процессах измерения таких величин, которые невозможно измерить, так сказать, «попросту». А рассуждения эти позволяют нам установить соотношения между этими трудными для измерения величинами (вроде длины окружности) и обыкновенными линейными мерами.

— Значит, есть задачи, в которых участвует бесконечность?

— Сколько хочешь! Вот тут-то и выступает перед нами мощный и совершенный Великий Змий, победитель веретен, развертыватель спиралей, покоритель бочек, великий механик центра тяжести, слагающий скорости, тот, кто открывает законы природы и записывает их простыми и понятными знаками.

И неясный облик Великого Змия мелькнул перед глазами Илюши.

— Тсс! — таинственно зашипел Радикс, подняв свой единственный указательный палец.

Но призрак уже исчез.

— Вот ты опять говоришь про спирали, бочки и законы природы!.. А я ничего не понимаю!

— В свое время ты все узнаешь. А сейчас нам надо еще потолковать с Мишенькой.

Плюшевый Мишка немедленно проснулся и начал играть со своим рубликом.

Он подкидывал его в воздух, и рубль, взлетая, рассыпался в мельчайшую серебряную пыль, которая потом спускалась

— 213 —

сверкающим облачком в лапки Мишки. Мишка прыгал вверх ей навстречу, на миг исчезая в этом красивом облачке, а когда он падал обратно, то уже облачка не было, а у Мишки в лапках опять сверкал новенький неразменный рублик, отчеканенный (не забудь об этом, мой милый!) высоким повелением ВОЛШЕБНОГО ДВУРОГА.

— Вот что, — вымолвил Радикс, — давай-ка возьмем убывающую геометрическую прогрессию. Пусть первый ее член будет половиной, а знаменатель одна вторая. Ну-ка, давай рассчитаем сумму.

Илюша написал формулу суммы.

— Давай переменим знаки в числителе и знаменателе, так будет попроще, — предложил Радикс.

Илюша послушался, и формула стала такая:

S = a1 (1 — qn) / (1 — q)

Потом Илюша стал подставлять данные. Вышло так:

S = 1/2 · (1 — (1/2)n) / (1 — 1/2)

— Внизу, — произнес Илюша, — получается половина, и я ее сокращаю с половиной, которая стоит спереди множителем. Значит, у меня остается штука нехитрая:

S = 1 — (1/2)n)

Ну вот-с! — сказал Радикс. — Теперь давай-ка разберем, сколько выйдет, если мы опять возьмем шахматную доску, на первую клетку положим половину… Чего бы нам взять?.. Ну, возьмем половину яблока! На вторую клетку кладем четверть яблока, на третью восьмушку и так далее. Сколько же выйдет на восьмой клетке?

— На восьмой будет единица минус половина в восьмой степени, то есть

1 — (1/2)8 .

— 214 —

Впрочем, можно ведь и так написать:

1 — 1/28

— Можно, — сказал Радикс. — А сколько будет два в восьмой степени?..

— Двести пятьдесят шесть! Значит, из единицы надо вычесть одну двести пятьдесят шестую. Получится двести пятьдесят пять двести пятьдесят шестых.

— Так! Это мы прошли первый ряд клеток. В конце второго ряда…

— Будет единица минус одна вторая в шестнадцатой степени.

— То есть знаменатель шестьдесят пять тысяч пятьсот.

— Можно сказать, сумма равна единице минус одна шестидесятипятитысячная. Вот как ловко! В конце третьего ряда двойка возводится уже в двадцать четвертую степень.

— Это будет примерно семнадцать миллионов.

— Значит, в сумме будет единица минус одна семнадцатимиллионная! А к концу четвертого ряда — это уж половина всей доски — одна вторая в степени тридцать два…

— Знаменатель дроби будет примерно равен четырем биллионам.

— Как быстро растет! Мастерица она, оказывается, расти, эта прогрессия! — воскликнул Илюша. — Значит, к половине доски мы уложим все яблочко, исключая одну четырехбиллионную. Уж не знаю, как же разрезать яблоко на четыре биллиона частей? Ведь биллион — это тысяча миллионов! Ну, а что же будет дальше? Когда мы доберемся до конца доски, то возведем нашу половину в шестьдесят четвертую степень, то есть это будет одна восемнадцатиквинтиллионная! Вот так дробь! Но как же отрезать от яблочка такой малюсенький кусочек?

— Дело не в этом, — отвечал Радикс. — Допустим, что мы уж сумеем отрезать.