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.

---

— 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.

— Охотно допускаю! — воскликнул Илюша.

— Но скажи: каким образом ты отличишь целое яблоко от яблока, у которого не хватает… ну, хотя бы одной шестидесятипятитысячной доли, чтобы быть целым? Я уже не говорю о еще более крохотных долях единицы.

— Да-а! Ни в какой микроскоп не усмотришь!

Тут Мишка подошел к Илюше и гордо спросил:

— А если я буду опять расти, как рос раньше, тогда что будет?

— 215 —

— Тогда, — сказал Илюша, — мне кажется, что эта дробь почти совсем не будет отличаться от нуля.

— Верней, — сказал Радикс, — было бы сказать так: если и будет расти до бесконечности, то эта дробь, изменяющая свое значение по закону геометрической прогрессии, может стать сколь угодно малой, то есть, проще сказать, меньше всякой наперед заданной величины. Вот такого-то рода изменяющиеся, переменные величины, которые бесконечно уменьшаются, и называют бесконечно малыми. Но если это так, то, следовательно, нам, чтобы получить нашу сумму, придется вычитать из единицы величину бесконечно малую. Что ни дальше мы двигаемся по нашему ряду, то есть по убывающей геометрической прогрессии, тем ближе подходим к некоторой границе нашего движения. Ясно это тебе или нет?

— Не очень, — признался Илюша.

— Припомни, — сказал Радикс, — припомни-ка хорошенько, как мы с тобой толковали насчет того, что будет происходить с частными от деления единицы на все большие и большие числа. Ясно, что величина частного будет изменяться, то есть это будет величина переменная. Не так ли?

— Так, — согласился Илюша.

— Хорошо, — продолжал Радикс. — И как величина переменная и безгранично уменьшающаяся она имеет в данном случае некоторый предел, к которому она приближается… Ну, как ты скажешь?

— Ясное дело, — отвечал мальчик, — что таким пределом будет нуль. Если взять очень большой делитель, то частное от деления единицы на него станет таким малым, что его от нуля, пожалуй, и не отличишь.

— Совершенно очевидно! — воскликнул Радикс. — И запомни: мы называем бесконечно малой величиной такую переменную величину, которая имеет своим пределом нуль. Бесконечно большая и бесконечно малая тесно связаны друг с другом в том смысле, что если делить единицу на бесконечно большую величину, то получится бесконечно малая, и наоборот. Ну, так что же из всего этого следует в отношении нашей задачи о яблоке и шахматной доске?

— По-моему, вот что: если вычитаемое стало бы нулем…

— Чтобы нам не сбиваться, — поправил его Радикс, — давай говорить так: «Если вычитаемое в пределе превратится в нуль». Тогда все будет ясно.

— Хорошо, — согласился мальчик, — будем говорить так. Значит, если вычитаемое в пределе превратится в нуль, то, следовательно, я буду вычитать из единицы чистый нуль, и останется единица.

— 216 —

— Так! — промолвил Радикс. — Значит, мы выяснили таким образом, что сумма нашей прогрессии все приближается и приближается к единице, так что разность между суммой и единицей может быть сделана меньше любого сколь угодно малого числа. Другими словами, эта разность как угодно близко подходит к нулю. Можно сказать, что когда число членов стремится к бесконечности, сумма стремится к пределу, равному единице. Но у нас, в царстве ВОЛШЕБНОГО ДВУРОГА, говорят, что сумма всех членов убывающей геометрической прогрессии

1/2 + 1/22 + 1/23 + …

равна единице.

— Хмм… — промычал недоуменно Илюша. — Все это, конечно, так, но мне пока еще не верится… Вот чего я не пойму: что значит «сумма всех членов»? Ведь их у нас бесконечное множество. Как же их все сложить? Складывать-то я начну, а как и когда я эти все сложения кончу?

— Замечание, не лишенное смысла! — усмехнулся Радикс. — Однако в этом случае нельзя понимать сложение так, как это ты понимал, когда складывал конечное число слагаемых столбиком в первом классе школы. Здесь надо складывать все большее и большее число слагаемых и при этом проследить, найти и определить, к какому ты пределу приближаешься. Вот этот-то предел мы и называем результатом сложения бесконечно большого числа слагаемых, или их суммой.

В этом смысле мы и говорим, что если просуммировать все члены убывающей геометрической прогрессии:

1/2 + 1/4 + 1/5 + 1/16 + 1/32 + …

— 217 —

то в результате и получится сумма, равная единице. Вот тебе еще пример. Возьмем отрезок, равный единице. Разделим его пополам. Затем правую половину раздели опять пополам, правую четверть дели снова пополам, потом правую восьмую еще раз пополам и так далее. Теперь давай складывать. Если возьмем два слагаемых — половину и четверть, — то до единицы нам не будет хватать четверти. Если возьмем три слагаемых, нам не хватит одной восьмой; если четыре — не хватит одной шестнадцатой и так далее. Ну вот, когда ты будешь увеличивать число слагаемых до бесконечности, то в пределе ты и получишь единицу, то есть тот самый отрезок, равный единице, с которого ты начал. Знай, что одним из первых, кто просуммировал бесконечную убывающую геометрическую прогрессию для решения сложной геометрической задачи, был не кто иной, как Архимед. Вот теперь ты и сам видишь, что мы недаром познакомились с Мишенькой: он помогает нам иной раз сосчитать сумму все уменьшающихся дробей. При этом обрати внимание: сумма получается вовсе не бесконечная, а самая обыкновенная! Как видишь, наше бесконечное чудовище, если оно возьмется за иную задачу, может нам помочь узнать самое обыкновенное конечное число, с которым мы уже можем действовать как нам заблагорассудится.

— Значит, когда Мишенька растет, в одних случаях может получиться бесконечный предел, вот как первый раз с суммой, в других — нуль, как для синьориты Одной Энной, а в третьих — просто какое-нибудь число, не равное нулю, как только что у нас получилось? — спросил Илюша.

— Совершенно верно, — отвечал его друг. — Чтобы подтвердить тебе это на знакомом уже примере, вспомним построение с перпендикуляром и наклонной из предыдущей схолии. Если откладывать вдоль перпендикуляра один за другим равные отрезки и соединять получающиеся на перпендикуляре точки с другим концом основного отрезка, к которому восстановить перпендикуляр, то каждая следующая наклонная будет образовывать с основным отрезком все больший и больший угол. Проследи за углами, на которые поворачивается наклонная при переходе от одной точки на перпендикуляре к следующей, и ты увидишь, что эти углы будут все время уменьшаться и стремиться к нулю. Сумма откладываемых отрезков на перпендикуляре будет стремиться к бесконечности, а сумма углов, о которых мы говорим, будет стремиться к прямому углу, как к пределу.

— 218 —

— Но в результате этого процесса угол ведь станет прямым, — сказал Илюша.

— Ну вот, ты опять за старое! — недовольно промолвил Радикс. — Если поворачивать наклонную, то, конечно, можно повернуть ее на такой угол, чтобы она стала параллельной. Однако и здесь тоже замешана та же бесконечность. И ты легко убедишься в этом, если рассмотришь все промежуточные положения ее. И это очень хорошо понимали греческие ученые времен Архимеда. Если говорить о бесконечном процессе удаления точки по перпендикуляру, то, разбивая этот процесс на бесконечное число последовательных этапов, тем самым вводится и бесконечное число этапов в изменении угла, и мы говорим только о том, что происходит при самом этом процессе; при неограниченном удалении точки по перпендикуляру угол неограниченно приближается к прямому как к своему пределу.

— И никогда его не достигает! — воскликнул Илюша.

— Вот именно!— громко воскликнул удивительный Доктор Непроходимых Узлов, который, оказывается, стоял все время рядом с Илюшей и внимательно слушал. — А в каком это смысле «никогда»? Ты, кажется, говоришь о времени? А известна ли тебе древняя притча про Ахиллеса и черепаху? Не известна? Жаль, жаль! Ну, изволь слушать. Представь себе, что самый быстроногий из ахейцев, герой Троянской войны Ахиллес, и некая безвестная черепаха состязаются в беге. Черепаха находится вначале на расстоянии ста шагов впереди Ахиллеса, а ползет она в десять раз медленнее его. Все очень просто. Когда Ахиллес пробежит указанное расстояние, черепаха успеет проползти еще десять шагов. Когда Ахиллес пробежит эти десять шагов, черепаха окажется еще на один шаг впереди. Когда Ахиллес пробежит этот шаг, то черепаха, очевидно… Ну, ты и сам видишь — процесс бесконечный, а следовательно, как ты это только что сказал, Ахиллес «никогда» но догонит черепаху.