Квант 1977, №3 · Страницы
КВАНТ 3
1977
НАУЧНО-ПОПУЛЯРНЫЙ ФИЗИКО - MATEMATIЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ
АКАДЕМИИ НАУК СССР и АКАДЕМИИ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ НАУК СССР
Здесь вы видите один из способов построения замечательной кривой — делточды. Иnorда ее называют кривой Штейнера по имену выдающегося немецкого геометра девятнадцатого века Якоба Штейнера. Подробнее о делточде читайте в заметке В. Березина на с. 19.
1
Основан в 1970 году
Квант 3 1977
Научно-популярный
физико-mатематический
журнал
Академи наук СССР
и Академии педагогических наук СССР
Издательство «Наука»
Главная редакция
физико-mатематической литературы
В НОМЕРЕ:
2 А. Лопшиц. Задача Мёбуса и ее продолжение
5 В. Лишевский. Алексаンド Григорьевич Столетов
12 С. Артемов, Ю. Гиматов, В. Федоров. Много битов из ничего
Редакционная коллекция:
М. И. Башмаков
С. Т. Беллев
В. Г. Болтянский
Н. Б. Васильев
Ю. Н. Ефремов
В. Г. Зубов
П. Л. Капица
В. А. Кириллин
А. И. Климанов
(главаный художник)
С. М. Козел
В. А. Лешковцев
(зам. главного редактора)
Л. Г. Макар-Лиманов
А. И. Маркушевич
Н. А. Патрикеева
И. С. Петраков
Н. Х. Розов
А. П. Савин
И. Ш. СLOBODEЦКИЙ
М. Л. Смолянский
(зам. главного редактора)
Я. А. Смородинский
В. А. Фабрикант
А. Т. Цветков
М. П. Шаскольская
С. И. Шварцбург
А. И. Ширшов
Лаборатория «Квант»
С. Козел. Модель опыта Резерфорда
В. Березин. Дельтоида
Математический кружок
А. Земляков. Орнаменты
Задачник «Квант»
Задачи M431—M435; Ф443—Ф447
Решения задач M391—M394; Ф397—Ф402
По страницам школьных учебников
В. Гутенмахер. Расстояние от точки до плоскости
«Квант» для младших школьников
Задачи
А. Орлов. Ставь на минус!
Практикум абитуриента
Л. Баканина. Закон сохранения импульса при соударениих
Примерные варианты вступительных экзаменов по математике вузы в 1977 году
И. Горев, С. Кромов. Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
Спрашивайте — ответаем
Рецензии, библиография
И. Клумова, М. Смолянский. Новые книги
Ответы, указания, решения
Смеся (11, 15, 18, 27, 45, 55)
© Главная редакция физико-mатематической литературы
издательства «Наука», «Квант», 1977
2
Задча Мёбиуса и ее продолжение
Полтора века назад (в 1823 г.) молодой тридцатлетний астроном обсерватории в Лейппите Август Мёбиус образил внимание математиков на то, что хотя уже Эйлер расматривал не только простые геометрические преобразования (движения и подбия), но и более общие, которые он назвал аффинными*). они все неодостаточно применяются геометрами.
Мёбиус указывает при этом, что многогеометрические задачи, содержание которых не использует ни поняття длины, ни измерения углов, решались и после Эйлера чужыми их содержанию средствами, и высказывал свое убеждание**), что следовало бы также задчи по возможности полно представить, систематически их расположить и разить самостояльное геометрическое направление, которое не использало бы ни тригонометрики, ни Magister Matheseos (так называли в XVII века теорему Пифагора). Далее он продолжает: «В первые годы мого пребывания
*) Так называют геометрические преобразования, которые применяют в примыке, причем параллельные примыке переходят в параллельные примыке.
**) Эти и последующие высказывания Мёбиуса содержатся в его первой математической работе «Две геометрические задачи», направанной в качестве приложения в астрономическом издании: «Наблюдения Королевской Университетской Обсерватории» в Лейппите в 1823 году.
здесь*), когда мои обязанности оставляли мне больший доступ, я сделал попытку в этом направлении. Я был к этому подготовлен благодаря ранее изобретенному много особого рода геометрико-аналитической исчисленью, с помощью которого я сразу обнаружил, что именно эти общие свойства фигур**) и составляют, собственно, область его применения; благодаря этому исчисленью я получил возможность обнаружить геометрические результаты, к которым другие методы меня привели бы на более трудном пути.
Полное изложение этого «исчисления» Мёбиус дал в 1827 году в своем общирном труде «Барисентрическое исчисление». Эту книгу Феликс Клейн назвал «подлиннымkladомидей,изложенныхсизумительнойясность»; самого же Мёбиуса Клейн считал предшественником своей Эрлангенской программы, сделавшейся впоследствии программим многих основных направлений в области геометрии XIX и XX столейй (см. статью С. Гиндикина «Феликс Клейн», «Квант», 1975, № 12).
Мы не можем здесь подробно остановывать на этой замечательной книге Мёбиуса; скажем только, что в ней отсутствивы выявляются основы векторной алгебры и ее приложений к геометриям (все это теперь изучается в школе).
В этой небольший заметке мы познакомим читателя с задачей Мёбиуса, которое он哉ел достойной того, чтобы привлечь внимание математков своего времени к новому кругу геометрических проблем.
В своей первой работе (1823 г.) он пишет: «Из многочисленных, относящихся к этой области задачи я разрешаю себе предложить читателю для самостоятельного решения следующую:
Каковые две из примывulous заданных в плоскости мочек А, В, C, D, Е содержены прямой. Площади
*) В Лейппигской обсерватории.
**) To есть свойства, сохраняющие при аффинных преобразованиях и поэтому не зависящие от измерения длины и углов.
возникалоцих при этомями преуездников EAB, ABC, BCD, CDE, DEA заданы; пребуется выразить через их площадь прямоугольника ABCDE. Вместо площадей этих прямоугольников можно также считать заданных площади прямоугольников: BCDE, CDEA, DEAB, EABC, ABCD, — и искать выражение через их площади прямоугольника ABCDE.
Обращение Мёбиуса к читателям сразу вызывало отклики: во втором томе журнала «Астрономические известия» (1825 год; редактор журнала — известный математик и астроном Шумахер) было опубликовано два решения этой задачи. Однако оба решения были «классическими», полученными методами элементарной геометрии — средствами, которые Мёбиус считал чужыми содержанию своей задачи; и только в своей книге Мёбиус дал полное ее решение средствами «бариентического исчисления»; мы бы теперь сказали — средствами векторной алгебры.
Читатель этой статьи с особым интересом займет решением задачи Мёбиуса, если мы сообщим ему окончательный результат:
Площадь x прямоугольника ABCDE, у которого площади преуездников EAB, ABC, BCD, CDE, DEA равны соответствию a, b, c, d, e, есть корень квадратного уравнения
Не менее интересно и то, что площадь x прямоугольника ABCDE, у которого площади чет孵угодников BCDE, CDEA, DEAB, EABC,
Рис. 1.
Рис. 2.
4
при котором он разлияет направление обхода *).
В конце своей небольшой статьи «Письмо профессора Мёбиуса к издателью журнала» («Астропомические известия», 1825, т. 3) Мёбиус по поводу предложенной им задачи пишет:
«Не довольно говорить о столбной задаче, которая, рассмотренная сама по себе, есть просто курьез; она заслуживает неокоторого внимания лишь постолько, поскольку представляет пример следующей теоремы, которая мне кажется новой: если каждый две точки какой-либо системы п точек, расположенных в плоскости, соединить прямой линии, и если считать заданным площади (неависимые между собой) каких-либо 2n—5 многоугодыков, возникающих от пересечения этих прямых, то через них можно выразить площадь какдоо из остальных многоугодыков».
Доказательство этой теоремы может быть предметом самостоятельного исследования читателя (Мёбиус также опубликовал его в своей книге «Барисентрическое исчисление»).
Предложим еще одну задачу — она является своеобразным продолжением первого (и также, как она, представляется пример теоремы типа теоремы Мёбиуса).
В пямцуольнике ABCDE заданы площади p, q, r, s, t треугольников ACD, BDE, CEA, DAB и EBC.
*) Подробное изложение теории изменения «площадей ориентированных фигур» вместе с приложениями этой теории (в геометрии и геодезии) читатель найдет в брошюре А. М. Лопш ица — выпуск 20 серии «Популярные лекции по математике», М., 1956 год.
Площадь п-угодыка, λ-сопряженного с заданным многоугодыком , равна , где числа P, Q, R определяются площадью многоугодыка и площадью многоугодыка , -сопряженного с многоугодыком (его вершины являются серединами последовательных сторон многоугодыка : — середина , — середина и т. д.).
Мы надеемся, что эти задачи заинтересуют наших читателей. Их решения мы предполагаем опубликовать позже. А пока — ждем ваших писем.
Рис. 3.
5
ВЫДАОЩИЯСЯ РУССКИЙ ФИЗИК А. Г. СТОЛЕТОВ РОДИЛСЯ 29 ИОЛЯ (10 августа) 1839 г. в семье небогатого владимирского купца. Его отец — Григорий Михайлович — владел небольший бакалейной лавочкой и мастерской по выделке кож. Мать — Алексадра Васильевна — была тоже купеческого звания, но семья СТОЛЕТОВых совершенно не пожодила на типичные купеческие семьи, мрачный мир которых так мастерски изобразил в своих пьесах А. Н. Островский. Алексадра Васильевна была образованной женищиной и сама преподавала своим детям (до их поступления в гимназию) русский язык и артифметику.
В доме была неплохая библиотека, и Саша, научившись читать в четырехлетнем возрасте, стал рано его пользоваться. В пять лет он уже читал совершенню свободно.
В 1849 г. Алексадр СТОЛЕТОВ поступил во Владимирскую гимназию, которое окончил в 1856 г. В свидетельстве об окончинии сказано, что он «… признан окончившим Гимназический курс с предоставлением права на поступление в Университет без вторичного экзамена и с награжением за отличные успex в наукках … золотой медалью».
В последние годы учены в гимназии четко определялись наклонности Алексадра. Его любимые предметы — математика и физика. Он судовольствием занимается им в классе, а дома мастерит самодельные физические приборы и ставит различные опыты. Решено. Он будет физиком!
Осенью того же 1856 г. А. Г. СТОЛЕТОВа哉исляют на физico-mатематический факультет Московского университета «казеннокоштным» студентом (то есть получающим государственную stipendio). В то время в университете было много бездарных профессоров, но Алексадру повезло с учительами. Прикладную математику он слушал у Николая Дмитриевича Брашмана, воспитшего великого П. Л. Чебышева, астрономного ему преподавал Федор Алексадрович Бредихин, а лекции по аналитической геометрии, дифференциальному и интегральному исчислению, высшей алгебре и варнационному исчислению
7
Старое здание Московского университета.
заряженный проводник, и заряды на нем перераспределения. Это перераспределение зарядов вызовет в свою очередь изменение распределения зарядов на другом проводнике и т. д. Так будет продолжаться до тех пор, пока между двумя проводниками не установится электростанческое равновесие. Как при этом будет распределены заряды на проводниках? Для случая двух тел эта задача была решена Морфи и Дж. Томсоном. Столетов сумел решить задачу в самом общем виде: в случае взаимодействия между собой любого произвольного числа проводников.
В мае 1869 г. А. Г. Столетовlectraше зашитил магистерскую диссертацию и был утвержден в звании доцента.
Бессонные ночи, чрезмерный труд и hervое напряжение сказавются на здоровье молодого ученого. Он заболевает и около года проводит в различныхлечениях. Ему запрещают читать, писать, занимается какой бы то ни было умственной деятельности. Это был самый тяостный период в жизни А. Г. Столетова. Наконец, консилиум профессоров разрешает ему присутствить к занятиям со студентами. И сразу же забываются все наставления врачей шадить свое здоровье, Алексадр Григорьевич вовь полностью отдается педагогической и научной деятельности.
В то время Московский университет, как и другие высшие учебные заведения России, не имел физической лаборатории. Чтобы научные исследования, русские учены были вынуждены узнать за границу А. Г. Столетов поставил перед собой цель создать такую лабораторию. Он пишет письма, прошения, обивает пороги чиновничих кабинетов, доказывает, что университет не может не иметь своей лаборатории. Ведь физика — наука экспериментальная. Физик — не математик, он не может творить накуку только за письменным столом.
Весь 1870 г. проходит в хлопотах поустройству первой в России физический лаборатории. В этом же году на квартире у Столетова для обслуживания различных физических проблем начинают собираться студенты Алексадра Григорьевич и его товарищ по работе. Возникает физический кругжок, положивший начало физической школе Столетова, которая, в свою очередь, дала основание школе русских физков.
10
Рис. 2.
Вслед за ними Гальвакс упростил опыт, использую вместе искры «тихий разряд» предварительно заряженного электрода. Подсоедняя к этому электроду электросокоп, Гальвакс обнаружил, что освещение ультрафилотовым светом приводит к разряде электрода.
С помощью электросока, соединенного с незаряженным телом, Гальвакс показал, что в результате разрядаки отрицательного электрода при освещении его ультрафилотовым светом заряд переходит на окружающее тела.
Начав исследование явления, открытого Герцем (это явление получило название фотоэфекта), Столетов, повторив опыты Герца, Видемана, Эберта и Гальваска, в дальнейшем разработал новую методку, позволившую построить количественную теорию фотоэфекта.
На рисунке 2 приведена схема установки, с помощью которой Столетов проводил свои опыты (этот рисунок Столетов приводил в своих рукописах). Основная часть установки — прибор, который Столетов называл сетчатым конденсатором. Он состоит из металлической сетки — анода и плоского металлического диска — кадада (сетчатый конденсатор явился прообразом фотоэфекта). Этот прибор (C) включается последовательно с галванометром (G) в цепь с батареей (B). При освещении кадаса сильным светом волтовой дуги (A) галванометр регистрировал наличие тока в цепи.
С помощью такой установки Столетов изучает различные стороны фотоэфекта. На основании результатов своих экспериментов он делает вид, что необходимо условием фотоэфекта является поглощение света материалов кадада; что каждый элемент поверхности кадада участвует в явления независимо от других; что явление фотоэфекта практически безинерционно («… ток проявляется и исчезает одновременно с освещением, и следовательно, при первым迹象 освещении ток — также прерывистый с тем же периодом»). Меняя напряжение на электродах, Столетов получает волт-амперную характеристику фотоэфекта (сетчатого конденсатора): фототок возвращает с увеличением напряжения между электродами, а малые токи пропорциональны напряжению; начиная с некоторого значения напряжения, фототок практически не меняется при увеличении напряжения, то есть фототок стремится к насыщению.
Поместив прибор в стеклянный цилиндр, из которого можно было открывать воздух, Столетов обнаружил, что по мере уменьшения давления воздуха фототок возвращает, доступает максимум и затем убивает.
Будучи увеличенным в том, что величина фототока определяно связана с освещением, Столетов проводит целую серию опытов с целью установлен эту зависимость. Меняя силу света источника, он нашел, что величина фототока называется пропорциональна световому потоку, падающему на кадад.
Исследования Столетова позволили выявить основные закономерности фотоэфекта и показали огромные результаты.
11
ные возможности технического применения фотоэлементов.
Столетов — признаный первый физик России. В 1889 г. на II Международном конкурсе электроков в Париже учены всех странчевали его как одного из самых выдающихся физков современности.
В начале 1893 г. академики Чебышев, Брединин и Бекетов предложют избрать Столетов в члены Российской Академии Наук. Но президент Академии великий князь Константин не допускает кандидату Столетов до баллотировки.
В эти дни Алексадр Григорьевич получает много писем, в которых передовые учены России высказывают ему свое сочувствие в связи с проявлением по отношению кнему несправедливостью. «Очень и очень возмущен я поступком Академии, — пишет профессор Петербургского университета И. Н. Боргман. — … Впрочем, так поступает наша Академия уже не в первый раз. Теперь讶нее быть забалотированным, чем попасть в число членов ее».
«To, что Вы сообщаете мне в последнем письме, — пишет Столетов из Одессы профессор Ф. Н. Шведов, — меняnickко не поразило… Ведь забалотировали же некоторые учены — Менделеева… Я бы утешался тем, что лучше современные русские учены — Менделеев, Мечников — не в богательне. Быть в их компании совсем не стыдно».
Много писем приходит из-зарубежа. Столетов пшут Кельвин, Гельмгольц, Большан.
Несмотря на сочувствие друзей, Столетов тяжело переживает нанесенное ему оскорбление. Да и университетское начальное все больше и больше начинает выказывать ему свою немилость. Все это сильно отражается на здоровье Алексадра Григорьевича.
Умер А. Г. Столетов в ночь с 14 на 15 мая 1896 года.
Значеные Столетов как ученого для русской и мировой науки огромно. Он создал первую в России учебноисследовательскую физическую лабораторию, основал школьу русских физиков.
Работы Столетов по намагничиванию железа превращили электротехнику из науки эмпирической в теоретическую. Большой вклад в электротехнику внесли также его труды, посвященные разработке системы единии для электрических изменений.
На основе изученного Столетовым явлениям фотоэфекта были созданы фотоэлементы, которые несут службу назаводах и фабриках, сортируя и считая продукцию, управляя прокатными станами и плавкой металла, читая чертежи и изготовления по ним детали. Фотоэлементы превращили немного в звуковое, сделали возможным фототелеграф, работают в различных автоматических устройствах.
Вакуумная установка Столетов для изучения электрических явлений в разрешенных газах являсь прообразом электронной лампы, которая совершила подлинную революцию в электротехнике. Радиоприемники и радиопередатчики,RENTеновские аппараты и газорарядные трубки, радиолокаторы и электронные микрокопы, телевизоры и электронно-вычислительные машины — это далеко не полный перечень того, что стало возможным благодарим трудам Алексадра Григорьевича Столетов.
Рамки из домано
Из 28 косточек домано выложите четыре «рамки» (см. рисунок) так, чтобы сумма очков вдоль каждой стороны каждой рамки равнялась 13. (Прикладывать косточки друг к другу одинаковыми значениями очков не обязательно).
Л. Мочалов
12
Много битов из ничего
Он думал, что уснула я
И все во сне стерплю,
Иль думал, что я думала,
Что думал он «я сплю».
С. Маршак. Из Ковентри Патмора.
Предлагаем внимание читателей задачу, требующую для решения весма изошренной логики:
Математик R сказал математикам P и S: «Я задумал два натуральных числа. Каждый из них больше единицы, а сумма их меньше сма. Математик P я сейчас сообщу — по секрету от S — произведение этих чисел, а математик S я сообщу — по секрету от P — их сумму». Он выполнил обещанное и предложил озададать задуманные числа. Между P и S произойдет следующий диалог (высказывания P мы обозначаем буквой л с индексами, высказывания S — буквой σ):
— Я, пожалый, не могу сказать, чем равны задуманные числа. (π₁)
— Я заранее знал, что Вы это не смогете. (σ₁)
— А ведь моеда я их знаю. (π₂)
— А моеда и я их знаю. (σ₂)
Попробуйте теперь и вы озададать задуманные числа.
- Нeyжели их можно отгадать?
При первом взгляде на задачу она представляется неразрешимой: как
Бит — двойная единица измерения информации (БСЭ, 3 изд., 2 т.).
можно отгадать числа, когда про них ничего не сказано?
Попробуем на примере. Пусть R задамал 7 и 42. Тогда он сообщил P число 294, S — 49. Ну, а что дальше? P сказал, что он не может отгадать задуманные числа. Ну, конечное же может — он знает только их произведение. Хотя, впрочем, он знает еще, что они натуральные, больше единиц и их сумма меньше ста. А что это дает?
Обозначим задуманные числа через k₀ и l₀, причем пусть — для определения — k₀ ≤ l₀. Обозначим еще произведение k₀ · l₀ через p₀, сумму k₀ + l₀ — через s₀.
Итак, P сообщили, что p₀ = 294. Тогда k₀ может равнять 2, 3, 6, 7 и 14, а l₀ будет при этом равно, соответственно, 147, 98, 49, 42 и 21. Первые два значения для k₀ нам не подходят — при них s₀ > 100. Все равно остатся еще три возможности. Значит, P действительно не может отгадать задуманные числа.
Идем дальше. S утверждает, что он заранее знал, что P не может отгадать k₀ и l₀. Как S пришел к таким выводу? Наверняка он попробовал всеми возможными способами представить известное ему s₀ в виде суммы двух допустимых слагаемых:
49 = 2 + 47 = 3 + 46 = …
… = 24 + 25.
R мог задумать любую из этих пар чисел. Он сообщил P какое-то из произведения i · (49 − i), и S утверждает, что ни по одному из них P не может отгадать задуманные числа.
А если при некоторых i оба числа i, 49 − i — простые? Например, если R задамал 2 и 47, то P он сообщил 94, и P прекрасно может отгадать задуманные числа.
Следовательно, если R задамал 7 и 42, то S, получив s₀ = 49, не имел бы права произведения (σ₁). Значит, R не мог задумать 7 и 42.
Таким образом, кое-что о задуманных числах сказать все-tаки можно.
Предодов первоначальные сменения, подумаем, в каком направлении движения. Однако способ отгадания уже виден: брать всевозможные пары чисел k₀, l₀, удовлетворяющие
13
неравенствам
(1)
(2)
и проверять, «выдерживают» ли они диалог .
Поскольку перебор во всех случаях конечен, в принципе можно было бы действовать и так. Однако решать задачу таким образом скучно. Пробуем сократить перебор.
Прежде всего давайте сначала не и , а их сумму : для пары возможных вариантов большие двух тысяч, а для — меньшее ста. Впрочем, и на этом пути любой перебор длиен и скучен.
- Около гипотезы Гольбаха—Эйлера
Какую информацию можно извлечь из и ? Что они означают? , очевидно, означает, что не однозначно разладается в произведение двух множителей, удовлетворяющих неравенствам (1), (2);
означает, что При любом разложении числа в сумму двух слагаемых, удовлетворяющих неравенствам (1), их произведение обладает свойством .
Высказывание позволяет отбросить некоторые произведения, — неокоторые суммы.
Из вытекает, что не представляет в виде суммы двух простых чисел: если , где — простые, то число единственным образом разладается в произведение двух множителей, удовлетворяющих неравенствам (1), (2), и, следовательно, не обладает свойством .
Но любое четное число, удовлетворящее неравенствам (2), представимо в виде суммы двух простых (это доказывается последовательной проверкой чисел 4, 6, 8, …, 98).
Следовательно, — нечетное. Кроме того, — составное: иначе представлялось бы в виде суммы двух простых.
простых. После отбрасывания чисел, не удовлетворяющих этим двум условиям, для остается 24 возможности.
Выше мы воспользовались тем, что все четные числа от 4 до 98 представимы в виде суммы двух простых.
В 1742 г. член Петербургской Академии наук Христан Гольбах в письме к Леонарду Эйлеру высказал предложение, что любое нечетное число, большее пяты, может быть представлено в виде суммы двух простых чисел. В ответном письме- Эйлер вывинул гипотезу, что каждое четное число, большее двух, представимо в виде суммы двух простых чисел. (Из гипотезы Эйлера гипотезу Гольбаха вывести очень легко — сделайте это!)
В течение почти двухсот лет гипотезы Гольбаха и Эйлера казались совершенными для доказательства, хотя неосредственный перебор математик Милле проверил их до 9 000 000.
В 1930 г. замечательный советский математик Л. Г. Шинирельман доказал существование такого , что каждое натуральное число может быть представлено в виде суммы не более простых чисел. Число у Шинирельма было довольно величке. В настоящее время доказано, что теорема Шинирельма верна при .
В 1934 г. академик И. М. Виноградов доказал существование такого , что любое нечетное число представимо в виде суммы трех простых чисел. Казалось бы, в век ЭВМ можно было бы поручить машине проверить «остальные» числа (от 7 до ), но «постоянная Виноградова» так велика (по последним оценкам ), что эта проверка преосходит возможности совершенствования ЭВМ.
В доказательстве же гипотезы Эйлера до сих пор не достигнут никакого существенного успеха.
- Дальше в лес
Оказывается, из можно вывести . (3)
В самом деле, предположим, что . Тогда не обладает свойством : можно так разложить его в сумму двух слагаемых, удовлетворяющих неравенствам (1), что для их произведения не будет выполнен условие . Это разложение: . Из вытекает . Произведение единственным образом разладает на два множители, с умом которых меньше эта: поскольку 53 — простое число, один из множителей обязательно имеет вид 53d; так как , . Но по условияю обладает свойством . Противоречие!
14
После (3) для остается уже 11 возможностей:
Попробуем теперь без перебора установить, какие из чисел (4) удовлетворяют условиям (). Пусть — произвольное из чисел (4). Поскольку нечетно, всякое его разложение в сумму имеет вид . Допустим, не обладает свойством (). Тогда найдет такое , что произведение «расшифровывает» однозначно.
Это не может равнять единицу, так как в этом случае , а произведение двойко разлагается в произведение. В самом деле, поскольку — составное нечетное число, , где и . Оба разложения
годятся: и .
Значит, .
Если , то и — два различных разложения. Поскольку и не обладает свойством (), должно быть . Так как , имеем , . Из и вытекает . Следовательно, . Из и получаем теперь . Итак, в этом случае , причем «подозрительным» является разложение .
Если же , то делится на 3. В (4) таких чисел два: 27 и 51. «Подозрительными» являются разложения и .
Число 51 действительно не обладает свойством (): , и произведение 17·34 при разложении на два множителя дает только одну сумму, меньше стока. Таким образом, его можно выбросить из списка «кандидатов в ».
Числа 27 и 53 удовлетворяют условиям (): и и .
Итак, для дальнейшего исследования осталось 10 кандидатов: 11, 17, 23, 27, 29, 35, 37, 41, 47, 53, причем все они обладают свойством ().
- «Тогда и их знаю»
Используем, наконец, и .
Можно было бы использовать и подобно тому, как мы это сделали с и . Мы попробуем обойтись без этого.
Из и (3) можно вывести
Допустим противное: . Тогда , разлагая всеми возможными способами в сумму двух слагаемых, имеем бы среди этих разложений .
Если бы было сообщено произведение , то он мог бы сообщить, что 31 — простое число, понять, что единственным образом разлагается в произведение двух множителей, сумма которых удовлетворяет (3). В этом случае отгадал бы и .
Аналогичная возможность была у , если бы было сообщено произведение .
Значит, в случае , причем «подозрительным» является разложение .
Если же , то делится на 3. В (4) таких чисел два: 27 и 51. «Подозрительными» является разложение и .
Число 51 действительно не обладает свойством (): , и произведение 17·34 при разложении на два множителя дает только одну сумму, меньше стока. Таким образом, его можно выбросить из списка «кандидатов в ».
Числа 27 и 53 удовлетворяют условиям (): и и .
Итак, для дальнейшего исследования осталось 10 кандидатов: 11, 17, 23, 27, 29, 35, 37, 41, 47, 53, причем все они обладают свойством ().
- Тогда и мы их знаем
29 тоже не годится, поскольку, поскольку : если бы имел , он бы отгадал и , так как среди сумму нечетна только одна; если бы имел , он бы тоже отгадал и : среди соответствующих сумм не
15
Четна, кроме 29, еще только 25 (4·25 = 5·20), но 25—2 — простое число.
Итак, либо , либо задача не имеет решения.
Какое же могло быть у при ? Переберем все разложения числа 17 в сумму двух слагаемых: .
При любом из произведений, кроме 4·13, не смог бы произвести ().
Например, если бы имел , он среди разложения числа 30 в произведение двух множителей увидел бы и , и , но как 17, так и 11 обладают свойством ().
Остается единственный кандидат для : 52. Этот кандидат дает возможность произвести (): среди всех разложений числа 52 в произведение
Мартовская капель
Понстине неизгладимое впечатление оставляет у каждой посещение подzemных пещер-залов, украшенных сталагитами и сталактитами!
Поднимающиеся со дня или свешивающейся с потолка кристаллические сосульки, возраст которых исчисляется сотнями тысячи и миллионов лет, играют всеМИ цветами радуги и создают сказочный картину волшебного царства.
Не менее красочные, хотя и созданных в течение всего лишь несколько суток, являются легкими сculptures. Посмотрите на фоотографию. Неправда ли, знакомая картина, часто встречалосься ранней весной, — свисающий с края крыши частокл ледяных сталактитов. Если придется, попаходайте за их образованением и поставайте ответить на такие вопросы:
- Как произходит процесс образования ледяных сосулек?
- Почему ледяная сосулька имеет вид заостренного книзу конуса?
- Почему конусы бывают различной длины?
- Почему неокторые из них изогнуты?
- Почему ледяная сосулька произнана, а снег не прорачен, хотя он тоже состоит из отдельных произрачных кристалlikов?
M. T.
16
С. Козел
Модель опыта Резерфорда
Знаменные опыты Резерфорда по рассеянию α-частиц на тяжелых ядрах (1906—1911 гг.) сыграми исключительно роль в развитию представления о строении атома. В этих опытах α-частицы, испускаемые радиоактивным источником, пропускались через тонкие пленки золота и других металлов. При прохождения через пленки α-частицы отклонялись от первогоначального направления на различные углы. Рассеяние α-частицы попадали на экран, покрытый сернистым цинком, и вызывал вспышки (сцинитилляции). Наблюдая за этим сцинитилляциями в микросокоп, можно было определить, насоклько изменяется траектория движения части при прохождения слоя металла.
Большинство α-частиц отклонялись от первогоначального направления движения на очень незначительные углы. Но некоторые части отклонялись довольно значительно. И, что было совершено поразительно, неокторые α-частицы (примерно 1 на 20 000) меняли направление движения почти на противоположное. (Регистрировались эти части по всышкам на экране, расположенном так, что на него могли попадать «отраженные» от металла частицы.)
Было совершено ‘очевидно’, что рассеяние α-частиц происходит в результате взаимодействия их с положительным зарядом атома (масса электрона примерно в 8000 раз меньше массы α-частицы, так что электроны не могли заглянуть на характер движения α-частицы). Существовшая в те годы модель атома, согласно которой положительный заряд был распределен равномерно по всему объему атома (эту модель предложил Дж. Томсон), была не в состоянии обязывать результаты экспериментов по рассеянию α-частиц. Размеры атомов к тому времени были уже оценены (~10⁻⁸ cm). А основанный на модели Томсона расчет, проведенный для α-частиц, рассеяющегося на углы ~180°, приводил либо к невероятному большим значением радиуса атома, либо к невозможному большим величиным положительных зарядов в атоме *).
Чтобы обязывать рассеяние на большие углы, необходимо было предположить, что положительный зарядосреднего в очень небольшой (по сравнению с размером атома) области внутри атома. Этот положительный заряд — ядро атома — создает сильное электростатическое поле, и на α-частиц, попадающего в поле ядра, действует кулоновская сила ottalkivания.
Основываясь на таком представлении о строении атома, Резерфорд сделал теоретический расчет количественного распределения числа части по разным углам рассеяния. Его расчеты для прекрасное соглашение с результатами эксперимента.
Итак, мы кратко напомнили историю создания ядерной модели атома.
Перейдем теперь к моделированию опыта Резерфорда. Речь будет идти о механической модели, в котором α-частицы заменены небольшими стальными шариками. Шарики, которые сообщают скорость в горизонтальном направлении, катятся по горизонтальной плоскости, «взбираются» на горку определенного профиля, а затем скатывают с нее вновь на горизонтальном плоскость. Профиль горки должны быть таким, чтобы псетенциальная энергия шариков изменяла по тому же закону, что и по
*) Проведите сами расчет величины положительного заряда, сосредоточенного в сфере радиуса ~10⁻⁸ cm, способного отклонить α-частиц с энергийой 5 Мэв на 180°.
18
Рис. 3.
сеяния зависит от скорости частицы (ее энергии) и от прицельного расстояния:
(*)
(C — константа, зависящая от «сорта» атомов). Проверить эту формулу непосредственно в экспериментах по рассеянию α-частиц невозможно—прицельное расстояние d недоступно измерению. Но на нашей механической модели можно получить зависимость угла рассеяния от прицельного расстояния. И если экспериментально данные будут хорошо описываться формулой, аналогичной (*), это еще раз подтвердит правомерность нашего механического анализа опыта Резерфорда.
Один из технических исследований и доступных вариантов создания пика пропилюстрирован на рисунке 3. Здесь для устройства потенциального пика использован тонкий резиновый лист (толщиной 2—3 мм), прикрепленный к фанере, в которой вырезано круглое отверстие диаметром 20—25 см (чем больше модель, тем удобнее с ней работать). Следует помнить, что зависимости угла рассеяния от прицельного расстояния должны смещаться при фиксированном значении скорости шариков.
Так что следует продумать истроить для «запуска» шариков (наклонная плоскость,ружинный пистолет и т. п.).
С помощью несложного приспособления, фиксирующего прицельное расстояние (например, направляющий желоб в горизонтальной плоскости), можно поставить на этой модели опыт, позволяющий получить зависимость угла рассеяния от скорости частицы.
Редакция «Кванта»жет от вас описанный придуманных и реализованных вам конструкций и результаты ваших экспериментов.
Задча из «примера»
ПРИМЕР
РИМЕР
ИММЕР
МММЕР
ЕРР
Р
ЗАДАЧА
Каков «пример»? А?
Извилистый путь
Начав с квадрата в верхнемлевом углу, пройдите в нижний правый угол, переступа
пая только через стороны квадратов (не через вершины!) и повышав в каждом белом квадратеровно один раз (в цветные заходить нельзя).
Магические круги
Расставьте в черные кругочки на рисунке числа от 1 до 10 так, чтобы суммы чисел в четырех красных кругах были одинаковыми.
Л. Моцалов
19
Дельтона
Кривую, изобравенную на второй странице обложки, часто называют дельтоной из-за ее сходства с буквой Δ греческого алфавита. Ее свойства впервые изучались Леонардом Эйлером в XVIII веке и Якобом Штейнером в XIX веке. Дельтона здесь задана как кривая, касающаяся каждой из прямых семейства, которое строится так. Проекции любой точки окружности, описанной около произвольного треугольника, на его стороны (или их продолжения) лежат на одной прямой (доказhte). Это прямая Симсона*). Семейство состоит из прямых Симсона, построенных для «красного» треугольника.
Рассмотрим еще одно определение дельтоны. Если окружность катится без скольжения внутри другой окружности, то кривая, описанная фиксированной точкой подвижной окружности, называется гипоциклодой. Дельтона — гипоциклода, для которого отношение радиусов этих окружностей равно 1:3.
Пусть сначала точка M меняшей окружности, за траекторий которого мы будем следить, находится в точке V большей (рис. 1). Затем подвижная окружность прокатилась по дуге VU неподвижной; положим VOU=φ. Покажем, что касательная к дельтоне в точке M проходит через точку P пересечения OU с подвижной окружностью, и посмотрим, на какой угол поверхности касательная из начального положения OV.
Скорость v точки M равна v₁ + v₂, где v₁⊥ OU, v₂⊥ MO’ и |v₁|=|v₂|. Параллелограм скоростей — ромб, и v — его диагональ, MO’U=3φ и MPU=3φ/2. Пусть P’ — точка пересечения касательной к дельтой с прямой OU. Не трудно сосчитать: MP’U=3φ/2=MPU. Точки P и P’ совпадают, касательная проходит через P и угол OWP=3φ/2.
Наметим путем доказательства эквивалентности приведенных определений. Эйлер установил, что девять точек произвольного треугольника: основания его высот, медиан и середины отрезков от вершин до пересечения высот (рис. 2) лежат на одной окружности (докажите). Ее центром является середина O отрезка HN, где H — точка пересечения высот, N — центр описанной окружности, а радиус — вдвое меньше радиуса описанной окружности (докажите и это). Поэтому описанная окружность и окружность Эйлера готовится с центром H и коэффициентом готовности 2.
Пусть L — точка описанной окружности (рис. 3). Покажем, что ее прямая Симсона проходит через середину отрезка HL, принадлежащую окружности Эйлера. Для этого опустим из точки L перепendlukуляр на ближайшую сторону треугольника и продолжим его до встречи с окружностью в точке D. Прямая Симсона параллельна BD (с одной стороны, LCL₃=LL₂L₃, с другой, LCL₃=BAL=BEL=DBE). По построению, отрезок LL₂ конгруэнтен и параллелен FG и IH (точка пересечения высот и точка E симметричный относительно AC). Следовательно, точка P лежит на пересечении диагоналей HL и IL₂ параллелограмма LL₂HI, и |HP|=|PL|.
Поскольку описанная окружность и окружность Эйлера готовится относительно точки H с коэффициентом готовности, равным 2, точка P лежит на окружности Эйлера.
Если на рисунке 3 построить окружность Эйлера, то в ней можно узнать окружность (O, OP) с рисунка 1, а в прямой Симсона — касательную WP. То, как поворачивается прямая Симсона, когда точка L перемещается по описанной окружности, предоставляется разобрать читателю.
В. Березин
21
Рис. 1, д.
(рис. 4a) добавляют к исходному три квадрата. Применив к этим квадратам симметрию , получим уже 8 квадратов — см. рисунок 4, б. Повторив проделанную процедуру (последовательные повороты с последующей симметрией), получим картину, изображенную на рисунке 4, с. Ясно, что применение к исходному квадрату в схеме возможных композиций перемещений и дает Рис. 2.
Рис. 3.
23
Рис. 5.
щих орнамент на себя, является группой относительно операции композиции перемещений. «Скелет» орнамента можно поннимать как схему его группы симметрий (только на скелете не изображены переносы).
Заметим, что любую «симметричную» фигуру данного «порядка» (см. выше и рисунок 5, а) можно некоторые перемещением из группы симметрий отображить на любую другую фигуру того же «порядка».
Рис. 6.
24
Равносторониный треугольник
I
Ромб с углом 60°
VI
Прямоугольник
XI
Равнобедренный треугольник
II
Трапецция, сложная из треугольников равносторониных треугольников
VII
Прямоугольник
XII
Прямоугольник с углом 60°
III
Квадрат
VIII
Прямоугольник
XIII
Квадрат
IV
Прямоугольник
IX
XIV
Равносторониный треугольник
V
Прямоугольник
XV
Рис. 7.
24
26
Для каждого из орментов описите его группу симметрии и намерите соответствующей скелем. Убедитесь, что группы симметрии построены орментов устроены поразному.
Упражнение 3. Выясните, к какому из типов I — XVII относятся орменты и проекты кристаллических решеток, изображенные на рисунках 1 и 2.
Упражнение 4. Какие из орментов I — XV имеют оси скользывающей симметрии? Изображите такие оси на скелетах этих орментов.
- Что такое орменты?
Хотя орменты всех 17 типов применяются в украшениях еще художники Древнего Египта, полную их классификацию дал лишь в 1891 году крупнейший русский ученый Е. С. Федоров (в частиности, он доказал, что число различно устройенных групп симметрий плоских орментов в точности равно 17). Задача перечисления орментов возникла у Федоров в связи с потребностями кристаллографии — науки о геометрическом строении кристаллов. Как уже упоминалось, атомы и молекулы веществ, находящися в кристаллическом состоянии, образуют так называемую кристаллюсную структуру — пространственной аналог орментов. Сечения подобных структуры различных плоскостями представляют собой в точности плоские орменты, и группы симметрий плоских орментов приятно называть плоскими кристаллографическими группами. Федоровым была получена и полная классификация пространственных кристаллографических групп — оказавется, их существуетровно 230!
Подробнее об этом написано в книгах, указанных в конце статьи. Мы же пока ограничимся формулировкой одной замечательной задачи, решение которого является основным шагом в доказательстве теоремы Федорова о классификации орментов. Но прежде того определим, что такое плоский ормент.
Определение. Бесконечная плоская фигура Ф называется плоским скелетом, если выполнены следующие условия:
(1) среди перемещений, отображающих Ф на себя, существуют неколичные паралельные переосы;
(2) среди всех векторов (паралельных переосы), отображающих Ф на себя, существуют вектор наименьшей длины.
Если плоский ормент Ф отображается сам на себя при поворотах вокруг точки A на углы, только кратные 360°/n, где n — натуральное число, большее 1, то точки A называется центром симметрии порядка n этого ормента Ф.
Задание 1. Докажите, что произвольный плоский ормент может цепты симметрии молко порядков n=2, 3, 4 и 6.
Дадим указание на два подхода к решению этой задачи.
Пусть 1. Рассмотрите два центра симметрии ормента одного и того же порядка n на наименьшем возможном расстоянии друг от друга (существование наименьшего расстояния между центрами нужного документа!).
Предположим, что n отлично от 2, 3, 4, 6, показите, что существуют два центра точки порядка n на еще меньше расстоянии друг от друга!
Пусть 2. Сначала докажите, что для произвольного ормента центры фиксированного порядка n ≥ 3 образуют решетку из паралелоэрмов — о таких решетках подробно расскажано в статье А. А. Егорова, «Решетки и правильные многоугольники», «Квант», 1974, № 12. Затем, используя свойства группы симметрий ормента, построите правильный n-угольник с вершинами в узлах решетки центров. В статье Егорова докажено, что это можно сделать лишь для n = 3, 4 и 6.
- Линейные орменты и паркеты
В заключение мы предложим еще две задачи, близкие к задаче о классификации плоских орментов, но более простые. Однако, тем не менее, решение каждой из них — это настоящее математическое исследование!
(A) Классификация линейных орментов.
Если плоская фигура отображается сама на себя при паралельных переосах только одного направления (и противоположного ему), причем этих переосов существуют переос наименьшей длины, то также фигура называется линейным
27
орнаментом. На рисунке 9 изображены три линейных орнамента, причем разного типа — с различно устройством группами симметрий (объясните, в чем разница).
Задача 2. Перечисление все возможные типы линейных орнаментов (и докажите, что другие возможные нет!).
Сообщаем ответ: число различных линейных кристаллографических групп равно 7.
Б) Перечисление правил ильных паркетов.
Паркетом называется разбиение плоскости на многоугольники, при котором каждые два многоугольника либо не пересекаются, либо имеютровно одну общую вершину, либо имеют общую сторону, причем объединение сторон всех многоугольников является плоским орнаментом. Паркет называется правильным, если все многоугольники разбиения правильные (возможно, с различным числом сторон) и любую вершину паркета можно перевести в любую другую его вершину некоторым перемещением, отображающим весь паркет на себя. Изображенные на рисунке 10 разбиения А) и Б) вообще не являются паркетами в определенном выше смысле; разбиения В) и Г) — паркеты, но не правильные, и, наконец, разбиения Д) и Е) являются правильными паркетами (объясните).
Задача 3. Найдиме все возможные правильные паркеты.
Эта задача уже была сформирована в «Кванте»: в статье А. Н. Колмогорова «Паркеты из правильных многоугольников» («Квант», 1970, № 3). В этой статье изложен и возможность подход к перечислению всех правильных паркетов. Сообщаем ответ: число различных, с точностью до подобия, правильных паркетов равно 11.
Литература
Г. С. М. Кокстер, Введение в геометрию, главы 3, 4 и 15 (М., «Наука», 1966).
Г. Вейль, Симметрия, третья лекция (М., «Наука», 1968).
Д. Гильберт и С. Кон-Фосен, Назадная геометрия, глава II (М. — Л., ГТТИ, 1951).
Задачи наших читателей
Докажите следующие соотношение между элементами остругольного треугольника ABC:
где и — основания высот, опущенных из вершин соответственно; — длины соответствующих высот.
У. Алая
(г. Выру Эстонской ССР)
28
Задачик
кванта
Задачи
M431—M435; Ф443—Ф447
M431. В лесу растут деревья цилиндрической формы. Связисту нужно протянуть по лесу провод из точки A в точку B, расстояние между которых равно l. Докажите, что для этой цели связи достаточно иметь кусок провода длиной 1,6 l.
A. Альтшиллер
M432. Существует ли полный квадрат, сумма цифр которого равна
a) 1977;
b) 1978?
b) * Выясните, какие натуральные числа могут быть суммами цифр квадрата целого числа.
A. Гришков
M433. В выпуклом пятнуюгольнике ABCDE сторона BC параллельна диагонали AD, сторона CD — диагонали BE, сторона DE — диагонали AC и сторона AE — диагонали BD (рис. 1). Докажите, что сторона AB параллельна диагонали CE.
Э. Туркевич
M434. Число представляется в виде несократимой дроби .
a) Докажите, что — четное число.
b) Докажите, что если , то делится на 8.
b) * Докажите, что для любого натурального k можно указать такое n, что числа делятся на .
Д. Фаддеев
M435 *. В таблице размерами записаны действительные числа, в каждой клетке по числу. В каждом столбце подчеркуто k наиболее чисел (), в каждой строке — l наиболее чисел (). Докажите, что по крайней мере kl чисел подчеркуты дважды. Разберите вначале случан a) ; 6) .
C. Коняции
Ф443. Как известно, земной шар делает полный оборот вокруг своей оси за 23 час 56 мин 04 сек. Следовательно, за сутки все часы, цифрplat которых раз-
29
делен на 24 часа, должны отставать почти на 4 мин. Это составляет почти полчаса в неделю. Почему же мы не замечаем этого отставания и не подводим все часы непрерывно?
Б. Буховцев
Ф444. Тяжелый ящик массы скатывается по роликам, образующим наклонную плоскость (рис. 2). Расстояние между роликами , их радиусы и массы . Угол наклона плоскости к горизонту равен . Найти скорость движения ящика, если известно, что она постоянная. Считать, что ролики полые и толщина их стенок .
Ф445. Конденсатор емкости мкф с помощью ключа перiodических с частотой раз в секунду заряжается от источника с э. д. с. б и внутренним сопротивлением ом и заряжается через сопротивление ком (рис. 3). Определить мощность, выделяемого в нагрузке , и к. п. д. такого устройства. Считать, что время замыкания контактов ключа достаточно, чтобы конденсатор успел полностью зарядиться (положение ) и полностью зарядиться (положение ).
Ф446. На шероховатой ленте транспортера лежит тело массой , прикрепленное к стене приложенной к (рис. 4). Ленту приводят в движение с постоянной скоростью , и через некоторое время установливается периодическое движение тела. Нарисуйте график зависимости смесиния тела, его скорости и ускорения от времени при этом движении.
Ф447. Вдоль оси, проходящей через центр двух жестко связанных концентрических цилиндров, натянута платиновая проволочка, покрыта слоем сегебра (рис. 5). При прохождения тока по проводке она нагревается, и слой сегебра испаряется. Через узкую прорезь во внутреннем цилиндре часть atomов сегебра пролетает во внешний цилиндр и осаждается на его внутренней поверхности.
Радиус внешнего цилиндра см, радиус внутреннего цилиндра пребрежимо мал по сравнению с ; ширина щелки в маленьком цилиндре мм. Температура паров сегебра , плотность паров .
Цилиндры врашаются, делая оборотов в секунду. Найти распределение поверхности плостицы сегебра в слое, осаждающемся на внутренней поверхности большого цилиндра за время сек.
30
Решения задач
M391. a) В последовательности числа и — натуральные и меньше 1000, а каждое из остальных чисел равно modulo разности двух предыдущих. Доказите, что одно из чисел равно 0.
б) В последовательности числа и — натуральные и меньше 1000, а каждое из чисел равно наименьшей из абсциссных величины разностей двух каких-то предыдущих. Доказите, что .
a) Докажем индукцией по всем натуральным , что если в такой последовательности и меньше 2, то одно из чисел равно 0 (в условиях задачи ).
Случай легко проверяется. Пусть для всех , меньше одного, утверждение доказано. Поскольку , , , то и . Если и , то из индуктировного предположения все следует. Если же , то , , . Осталось доказать утверждение в этом случае. Имеем:
, , , , , , …, , …, .
б) Сначала переставим члены и в порядке убывания. Получившаяся последовательность, возможно, будет отличаться от исходной лишь порядком первых трех членов (убедитесь в этом самостояльно). Кроме того, она, оченьindo, убивает: определяя член , мы имеем все разности, которые пользовались для определения члена , плоске еще разности между и остальных членами последовательности (с меньшим номерами).
Заметим теперь, что для всякого целого
.
В противном случае мы имеем бы
, что невозможно.
Предположим, что . Тогда, разумеется, , и в силу (*) имеем: , , , …, , что противочитульно задачи.
С. Фомин
M392. По тем примерной дорозам с постояными скоростями идут при решениях. В начальной моментии они не находились на одной прямой. Доказите, что они могут оказаться на одной прямой не более двух раз.
Приведем два решения этой задачи. Первое (геометрическое) использует типичный для физики прием: переход в движущую систему отчета; второе (аналитическое) удается коротко записать с помощью «псевдоскалярного произведения» векторов.
I. Условие, что точки находится на одной прямой, будем записывать так: (при ).
Перейдем в системе координат, связанную с одним из решений. Тогда задача сведется к следующей: на плоскости дана неподвижная точка ; доказать, что если точки и движут примоленей и равномерно, то собственные может произойти не более двух раз (если известно, что в начальной моменте времени оно не произойдет).
Пусть в какой-то момент времени решений и находились в точках и таких, что . Введем еще одного «фиктивного» решения : находится в точке при и движется параллельно пути решения так, что всегда (рис. 1, a). Ясно, что условия и эквивалентны *). Очевидно, движется равномерно. Поэтому прямая сохраняет одно и то же направление — перемещается параллельно самой себе — и может лишь в один момент времени (отличный от ) пройти через точку (рис. 1, o). (Возможности, что точки и все время совпадают или что они движут по прямой , исключаны начальные условия.)
31
Нетрудно привести примеры, показывающие, что три решения действительного могут оказаться на одной прямой два раза, один раз или ни одного. Прежде чем перейти к решению II, отметим без доказательства один факт, из которого легко вытекает наша задача. Если две точки и движутся равномерно по двум прямым, то все прямые либо проходят через одну точку, либо параллельны одному направлению, либо (и это общий случай) — касаются одной параболы — «огибающей» этого семейства прямых (рис. 2). Ясно, что через каждую точку плоскости проходит не более двух прямых этого семейства.
II. Введем систему координат . Условие, что два вектора и с координатами и колlinearны (параллельны одному направлению), можно, очевидно, записать так: . Введем обозначение
(1)
Числовая функция от пары векторов обладает, как нетрудно проверить, таким свойством:
(2)
для любых векторов и любого числа . Как уже говорилось, тогда и только тогда, когда и колlinearны. (Величина имеет простой геометрический смысл: ее модель равен площади параллелограмма, строоны которой изобразают векторы и , а знак зависит от «ориентации» пары , причем (рис. 3); но эти свойства нам не понадобятся.)
Перейдем теперь непосредственно к решению задачи. Пусть и движутся прямолинейно и равномерно. Тогда
(3)
где — время, — векторы, не зависящие от . Получить формулы вида (3) нетрудно, пользоваться тем, что если какая-то точка движется со скоростью , то , где — положение при , — фиксированная точка плоскости. С учетом (1) — (3) условия можно записать так:
(4)
Мы получили квадратное уравнение относительно . Хотя некоторые его коэффициенты и могут обращаться в 0, но при , как сказано в условиям (4) не выполняется, так что (4) — не тожество. Следовательно, не более чем при двух значениях .
H. Васильев
M393. Найти сумму
если .
Мы решим более общую задачу, именно, когда , где — любое действительное число, и (положив , , получим ответ задачи M393).
Найдем выражение для :
32
Сложив и , получим:
Пусть искомая сумма равна . Тогда
Складывая эти два равенства и принимая во внимание, что
получаем
то есть .
Итак, ответ в задаче М393 следующий:
С. Берколайко
M394. a) На плоскости даны векторы , сумма которых равна 0. Доказите неравенство:
б) для четырех чисел и в) четырех векторов в трехмерном пространстве, сумма которых равна 0.
Рис. 5.
Рис. 6.
Мы сейчас решим только задачу a) (на олимпиде школьникам 9—10 классов предлагалась именно она); решению же задач б) и в) будет посвящена заметка, которую мы опубликуем в одном из ближайших номеров журнала.
Откладывая последовательно векторы , мы получим замкнутую ломанную (так как ). Меняя порядок следования векторов , можно получить несколько таких ломанных. Покажем, что среди этих ломанных есть саморесекациюся. Для этого возьмем какую-нибудь из наших ломанных. Если одна из ее вершин, например , лежит внутри треугольника , образованного треями вершинами (рис. 4, а), то отложим вектор . Так как при этом , то ломанную можно заменить саморесекаюшейся ломаной (рис. 4, б). Если же — выпуклая ломанная, то сначала проделаем построение, изобранное на рисунке 5.
Итак, пусть , причем отрезки и имеют общую точку (рис. 6). Тогда , откуда . Но
а . Следовательно,
(1)
Кроме того, очень важно, что и что (см. рис. 6); поэтому
(2)
Складывая неравенства (1) и (2), получим то, что требовалось.
Ю. Нонин
33
Ф397. Имеется следующий проект лемательного annарама. Верхняя поверхность большой плоской пластинки подвержена стреляющая при постоянной температуре 0°C, а нижняя — при температуре 100°C. Изобретатель умверждает, что макая пластника будем высеть в воздухе подобно дирижаблю. Объяснение, поcemу. Оцените по порядку величины подъемную силу макой пластинки с площадью 1 м² при температуре воздуха 20°C.
Налетающие на пластину молекулы воздуха имеют среднеквадратичную скорость, равную , где — температура воздуха, — масса молекул. Среднее значение абсолотных величины проектной скорости молекул на ось , перpendикулярную к поверхности пластины, равно .
При столкновении с пластиной «температура» молекул становится равной температуре пластины. Это означает, что после отражения от верхней поверхности
а после отражения от верхней поверхности
В результате проекция импульса молекул, попадающей на нижнюю поверхность пластины, меняется при соударении на величины
а молекулы, попадающей на верхнюю поверхность, — на величины
За время на каждую из поверхностей попадают молекулы, находящиеся от пластины на расстоянии, равном . Число этих молекул равно , где — число молекул в единице объема, — площадь пластины.
В соответствии со вторым и третьим законами Ньютона на пластину в верхкальном направлении действуют силы, равные по абсолотным величинам изменением проекций импульсов молекул в единицу времени. На нижнюю поверхность пластины действует направленная вверх сила (рис. 7)
а на верхнюю — направленная вниз сила
Так как , то равноведущая сил и направлена вверх и равна по абсолотной величине
Число молекул, содержащихся в объеме воздуха при давлении и температуре , равно , где — число молекул воздуха в объеме , — число Абогадро. Но . Так что число молекул в единице объема
34
Таким образом,
Подставив в это выражение данные в условия величины (считая ), получим
Ф398. При подключинии в семЬ трехlamповой листры с двумя выключателями была допущена ошибка. В результате эмодор при замыкании одною из выключателей все три лампы горели неполным накалом. При замыкании другие его еще горели), и том же эмодор давало замыкание обихых выключателей одновременно. При разомкуных выключателей все три лампы не горели. Нарисуйте возможность схему выполненного монтажа, объясните налodiaемые эмфекты.
Ф399. Три небольших одинаковых металлических шарика, находящихся в вакууме, помещены в вершинах равностороннего треугольника. Шарики поочередно по одному разу соединяются с удаленным прсоводником, помещаемом поддерживается постоянным. В результате на первом шарике оказывается заряд , а на втором — . Определить заряд третьего шарика.
Схема включения ламп пооказана на рисунке 8. При замкнутом ключе и разомкнутом ключе все три лампы оказываются включенными последовательно, и поэтому они горят неполным накалом. При одновременном замыкании обихих ключе лампа оказывается включенной в себя, а лампы и соединены параллельно участку цепи с очень маленьким сопротивлением. Например на них мало, и лампы не горят. При замыкании одного ключа в себя включается только лампа .
Рис. 8.
При соединении каждого из шариков с удаленным проводником, потенциаль Ф которого поддерживает постоянным, потенциаль шарика становится равным Ф.
Заряд , появляющийся на первом шарике, равен
где — емкость шарика.
Потенциаль Ф второго шарика складывается из потенциальа поля, создаваемого зарядом на расстоянии от первого шарика (), и потенциаль «собственного» поля заряда ():
Потенциаль Ф третьего шарика равен
где , — соответствен потенциальы полей зарядов и на расстоянии от них, — потенциаль «собственного» поля заряда .
Из равенства (2), воспользовавшись равенством (1), найдем :
Подставив это выражение для в равенство (3), найдем :
36
Ф402. Рассеивающая линза с фокусным расстоянием м расположена так, что один из ее фокусов совпадает с полосом во внутреннего зеркала. Каково фокусное расстояние зеркала, если известно, что система даем действительное изображение предмета, помещенного на любом расстоянии перед линзой? Изображение создается лучами, вторично проедущими через линзу после отражения от зеркала.
откуда
С другой стороны, ( — сопротивление галванометра), а . Так что
откуда
Сравнивая выражения (1) и (2), получаем:
или
Зная сопротивления , , , можно найти сопротивление галванометра .
◆
Рассеивающая линза всегда дает минимое изображение действительного источника. Следовательно, для того чтобы система давала действительное изображение, промежуточное изображение, которое получается после отражения лучей от зеркала, должно быть минимим источником для линзы, то есть должно находиться справа от линзы.
В самом деле, из формулы рассеивающей линзы в случае минимого источника
следует, что
(Напомним, что — расстояние от линзы до источника, — расстояние от линзы до изображения, — фокусное расстояние линзы.) Из (1) видно, что , если положительное и не превышает .
Таким образом, промежуточное изображение источника после зеркала (рис. 14) должно находиться справа от зеркала на расстоянии таком, что
Источником для зеркала служит промежуточное изображение — минимое изображение источника , даваемое линзой после первого преломления лучей (см. рис. 14). Из формулы линзы для этого случая
— находим
37
Расстояние от источника до линзы может меняться в пределах от 0 до . При этом, как следует из формулы (3), меняется от 0 до . Расстояние же от изображения до зеркала меняется при этом от до . Напомним, что это изображение служит источником для зеркала. Таким образом, нам нужно найти, при каком фокусном расстоянии зеркала изображение источника, находящегося от зеркала на расстоянии таком, что
(4a)
получается на расстоянии от зеркала таком, что
(46)
Из формулы зеркала —
— следует, что
(5)
Согласно условия (46)
так что права часть равенства (5) лежит в пределах
Следовательно,
Полученное неравенство должно выполнять при всех произвольных , удовлетворяющих условия (4a). Согласно этому условия
так что фокусное расстояние зеркала должно быть таким, чтобы выполнялось условия
Следовательно, , или
И. Словодецкий
38
В. Гутенмахер
Расстояние от точки до плоскости
В учебнике «Геометрия 10» есть несколько задач, в которых требуется найти расстояние от заданной точки до заданной плоскости. Как ни страно, эти задачи вызывают некоторые затруднения у школьников (несмотряна то, что одна из таких задач — № 28, с. 10 — решена в тексте). Поэтому мы оставимся на этом вопросе немного подробнее.
Новая формула
Пусть — точка в координатном пространстве и — плоскость, заданная уравнением . Расстояние от точки до плоскости находится по формуле
Эту формулу можно описать следующим так:
Надо в выражение вместо переменных подставить координаты точки . Взять_modуль полученного числа и разделить его на число .
Вывод формулы
Вывод формулы (*) по существу повторяет решение задачи № 28, приведенной на с. 10—11 учебника «Геометрия 10».
Опустим из точки перепределуар на плоскость , заданной уравнением ; пусть — точка пересечения этого перепределуара с плоскостью ; тогда — расстояние от до (см. рисунок). Обозначим через координаты точки ; тогда
откуда
Поскольку вектор перпендикулярен плоскости , он коллинераен вектор с координатами .
Это означает, что найдется такое число , что
(1)
Из этого равенства следует, что
(2)
Таким образом,
Осталось найти число . Так как точка принадлежит плоскости , то . Поскольку (см. соответствие (2)), для получаем уравнение
из которого находится :
39
Подставляя найденное значение в соответствие (3), получаем нужную формулу:
Формула (*) позволяет уже легко решить любую задачу на вычисление расстояния от точки до плоскости. Приведем несколько примеров.
Задание
Задача 1 (*). Найти расстояние от точки до плоскости , заданной уравнением .
Решение. По формуле (*) получаем:
Задача 2**). Вычислить расстояние от начала координат до плоскости .
Решение. Нам надо найти расстояние от точки . По формуле (*) получаем:
Задача 3. Вычислить расстояние между плосками и , заданным соответствующим уравнением:
и
Разделив обе части второго уравнения на 3, видим, что плоскости и : и параллельны.
Возьем любую точку , приадлежащую плоскости : положим, например, , тогда .
*) Это задача № 298,1) из учебника «Геометрия 10». В учебнике опечатка—приведен неверный ответ.
**) Это задача № 29,2) из того же учебника.
Легко понять, что расстояние между плоскостями и равно числу , где . Приименив формулу (*), получим
Заметание. В обшем случае расстояние между параллельными плоскостями и :
и
находится по формуле
Выведите формулу (**), повторив решение задачи 3.
В заключение предлагаем вам несколько задач.
Задание 1. Вычислить расстояние от точки до плоскости .
-
Вычислить расстояние от точки до плоскости .
-
Найти расстояние от точки до плоскости .
-
Найти уравнение плоскости, находящаяся на расстоянии 1 от плоскости .
-
Известно, что в треугольной парамиде все плоские углы при вершине — прямые. Найти длину ее высоты, если длины ее боковых ребер равны и .
42
Строим теорию
Начнем со второй игры, причем с конца. Если ферзь стоит на поле a1, то тот, чья очередь ходить, уже проиграл. Поэтому отметим это поле знаком «минус» (рис. 2).
Если ферзь стоит на поле, с которой одним ходом можно попасть на a1, то начинающий пойдет на a1 и выиграет. Поэтому отметим поля, с которых можно за один ход попасть на a1, знаком «плос».
Пусть теперь ферзь стоит на поле c2. Проиграет начинающий или выиграет? Конечно, проиграет: при любом своем ходе он попадает на «плос», после чего противник ставит ферзя на a1. Проиграу c2 отметим «минус» (рис. 2).
А как поступать, если ферзь стоит на одной вертикали с c2, но выше? Конечно, идти на c2, на «минус»! Тогда, как мы уже выяснили, противник обязает проиграет. Поля c3, c4, …, c8 отметим плосами, потому что игрок, который начинает с одной из этих полей, при правлении игре обязает победить. По той же причине поставим плосы на поля d2, e2, …, h2 и d3, e4, …, h7.
Можно ли более просто описать правила, по которым мы расставляем плосы и минусы, не повторяя каждой раз рассуждений о том, какой из игроков выиграет? Конечно, можно! Вот они.
«Золотые правила»
(1) Если с поля некуда пойти — ставим минус.
(2) Если с расматриваемого поля можно попасть на поле, отмеченное минусом, — ставим плос.
(3) Если все ходы ведут на поля, отмеченные плосами, — ставим минус.
Расстановка плосов и минусов в соответствии с «золотыми правилами» для игры «ферзя — в угол!» приведена на рисунке 3.
Мы формулировали правила, в соответствии с которым начали расставлять плосы и минусы, а затем уже по этим правилам закончили расстановку. Докажем теперь, что мы не ошиблись: если ферзь стоит на поле, отмеченное плосом, то начинающий выиграет, а в противном случае — проиграем.
Рис. 2.
Доказать это очень легко, надо просто играть по правилам: «Ставь на минус!». По «золотому правилау» (2) первый ход можно сделать на минус. Тогда по «золотому правилау» (3) противник вынужден будет пойти на плос. А начинающий — снова на минус, противник — опять на плос… Так будет продолжаться, пока ферзь не попадет на поле, с которой никака нельзя пойти — на a1. Попадет он туда как раз после начала начинающего, который тем самым выиграет.
Если же начальное поле отмечено минусом, то придется пойти на плос. Тогда второй игрок применит правила «ставь на минус!» и выиграет.
Следовательно, если ферзь сначала стойл на f8, то начинающий при правлении игре победит, как бы хорошего ни играл его противник, а если на
43
e8, то начинающий проиграет, если партнер достаточно умен.
Вернемся к «изяньшизцы»
Автор: А зачем возвращаться? Мы уже знаем, как играть. Ведь игры «ферзя — в угол!» и «изяньшизцы» одинаковы!
Читатель:???
Автор: Сейчас убедитесь.
На рисунке 1, относящемся к игре «ферзя — в угол!», под ферзем стоит 7 точек, а слева от ферзя — 5, как раз числа из игры «изяньшизцы». Попробуем установить связь между этими двумя играми. Только камни расположим не как точки на рисунке 1, а так, как показано на рисунке 4, — за пределами доски.
Соответствие между позициями ми. Каждый положению ферзя на доске сопоставим две кучки камней: в первой — столко камней, сколько горизонтальной находится под ферзем, а во второй — столко вертикальной слева от ферзя. Тогда, обратно, каждый набор камней в двух кучках (но не более 7 в каждой) определяет положение ферзя на доске.
КонтROLНЫЕ ВОПРОСЫ
- Каким полям доски соответствует такие распределения камней по кучкам:
a) I — 5, II — 3;
b) I — 2, II — 7;
c) I — 6, II — 0;
d) I — 7, II — 7? - Какие распределения камней по кучкам соответствуют следующим полям доски:
a) e6;
b) c2;
c) a5?
Мы установили соответствие между позициями в двух играх: каждому распределению камней по кучкам соответствует поле шахматной доски и, наоборот, каждому полю доски соответствует пара кучек камней. Теперь легко установить соответствие и между возможными ходами. Если берется несколько камней из первого кучки, то ферзь сdvигается на столко же полей вниз, если из второй — ферзь сdvигается на столко же полей влево, а если камни взяты из обих кучек сразу, то ферзь сdvигается влево-вниз по диагонали. Например, если первым ходом из каждой кучки берется по 2 камня, то ферзь ходит с f8 на d6.
Рис. 4.
Изоморфизм игра
Вы видите, что совсем не нужно разрабатывать новую теорию для «изяньшизцы», можно воспользоваться теорией для «ферзя — в угол!». Над просто «перевести» позиции на шахматную доску и посмотреть, какие из них — выигрышие, а какие — проигрышие *).
Начальная позиция (7 камней в первой кучке, 5 — во второй) соответствует положению ферзя на f8. Начинающий выиграет, если он первым ходом пойдет на f4, или на e8, или на d6. На языке камней: если он возьмет четыре камня из первого кучки, или один — из второй, или по два из каждой. Теория помогла нам найти еще два способа выиграща, которые не были обнаружены при эксперименте!
Если сначала в первой кучке было 7 камней, а во второй — 4, то начинающий при разумной игре противника проиграет (почему?).
Пусть теперь в первой кучке — 9 камней, во второй — 6… Что делать? На шахматной доске эта позиция не умещается! Ну и что? Продолжим расстановку плосков и минусов вправо и вверх, не ограничивая размерами доски (сделайте это сами на
*) Честно говоря, игра «ферзя — в угол!» была придумана для того, чтобы придать наглядность разбору «изяньшизцы» — легче смотреть на шахматную доску, чем на список позиции в «изяньшизцы».
44
листе клетчатой бумаги). Начинаюший выиграет, взяв по два камня из каждой кучки.
Итак, различие между играми «ферзя — в угол!» и «изянышизы» — чисто внешнее: позиции и ходы одной игры соответствуют позициям и ходам другой. Такие игры называют «изоморфными».
Слово «изоморфизм» произело от греческих слов «изос» (постоянный, неизменный) и «морфэ» (форма). В математике слова «изоморфизм» встречается очень часто — его употребляют, когда нужно отметить, что различие между объектами чисто внешнее, как между нашими двумя играми.
Одиномерная теория
Мы научились расставлять плюсы и минуты на шахматной доске, но делаем это последовательно: начинаем с а1, потом отмещаем клетки, с которых можно попасть на а1, затем — те, с которых можно попасть только на уже отмещенные, и так далее. А нельзя ли указыть правило, по которой можно сразуузнать, является поле выигрышным или проигрышным, не расставляя при этом плюсы и минуты на все предыдущее поля? Иногда можно. Мы разберем одну одномерную игру, то есть игру с одной кучкой камней (или, что то же самое, игру на полоске клетчатой бумаги).
Имеется полоска клетчатой бумаги длины n (кlemок). На одной из клеток стойим фишка. Иератом двое, ходим по очереди. Ход состоит в передвижении фишки на 1, 2 или 3 клетки влево. Произвиваем том, кому некуда ходить. Как церать, чтобы выцерать? При каких положениях фишки победаем началоцей, а при каких — его партнер?
Расстановка плюсов и минутсов в этой игре проводится, конечно, по тем же «золотым правилом». Поле 1 — проигрышное, ставим на него минут (рис. 5); поля 2, 3, 4 — выигрышные (с них за один ход можно попасть на поле 1), ставим на них плюсы; поле 5 — проигрышное, ставим
перiod
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 n
Рис. 5.
минус и так далее. Вы видите, что плюсы и минуты образуют периодическое последовательность с периодом из четырех знаков: — + + +, то есть на полях вида 4n+1 стоит минуты, на остальных — плюсы.
А будет ли периодичной последовательность плюсов и минутсов в такой игре, если фишку можно передвигать лишь на 1 или 3 клетки влево? Этот и другие вопросы мы предоставим решить вам.
Задачи
Чи татель: А они трудные?
Автор: Сначала идут легкие, потом — трудные, а последняя — пробела, ее и я решать не умело.
Чи татель: А если я не смогу решить трудные задачи?
Автор: Тогда подождите следующего номера журнала, там будет указания к задачам.
Игры на шахматной доске
1 («Короля — в угол!»). Король стойим на некотором поле шахматной доски. Иераром двое, ходим королем по очереди (на 1 поле вниз, blevo или blevo-вниз по диагонали). Произвиваем том, кому некуда ходить.
Расставьте на доске «плюсы» и «минусы» по «золотым правилом» и тем самым выясните, когда выигрыает началоцей, а когда — его партнер. Можем ли узнать, плюс или минут сстоит на данном поле, не наносся знаки на все предыдущее поля, то есть сразу по номеру вертикали и горизонтали данного поля?
-
Те же вопросы, если ходить можно на 1 или 2 клетки влево или на 1 или 2 клетки вниз (а по диагонали ходить нельзя).
-
Те же вопросы, если ходить можно на 1 или 2 клетки влево или вниз или на 1 клетку влево-вниз по диагонали.
4 («Короля — в угол дырвой доски!»). Изачим в условии задачи 1 короля конем, который разрешено ходить на 2 клетки вниз и затем на 1 влево или вправо или на 2 влево и затем на 1 вверх или вниз (но в пределах доски). Вопросы — те же.
5 («Коня — в угол!»). Заменим в условии задачи 1 короля ладей, который ходить на любое число полей, но только любовь, любовь (но не по диагонали). Вопросы — те же.
Одиномерные игры
- На одном из полей полоски клетчатой бумаги длины n (см. рис. 5) стойим фишка. Иераром двое, ходим по очереди. Произвиваем том, кому некуда ходить.
Расставьте на полях «плюсы» и «минусы» (по «золотым правилом») и попробуйте найти период расстановки (если он есть), если ход
46
Л. Баканина
Закон сохранения импульса при соударении
Закон сохранения импульса (количественная движения) выполняется для замкнутых систем, то есть таких, которые включают в себя взимодейственный тела, так что ни на одно из тел системы не действуют внешние силы. Однако при решении многих физических задач оказывается, что импульс может оставаться постоянным и для независимых систем. Правда, в этом случае количество движения сохраняется лишь приближенно. Попытаемся разобраться, в чем тут дело.
Изменение импульса независимо системы равно суммарному импульсу внешних сил. Обозначим через среднее значение результатующего внешней силы, действующего на системе в течение промежутка времени . Тогда
Если абсцилная величины этой силы не слишком велика и время, в течение которого действует сила, мало, то произведение тоже будет малым. В таком случае возникнет необходимость оценки, с какой точностью можно считать импульс системы неизменным.
Кроме того, не следует забывать, что импульс — вектор, и, следовательно, можно говорить о сохранении проектции этого вектора на какое-либо направление. Действительно, если система не замкнута, но внешние силы таковы, что сумма проекций всех сил на некоторое направление равна нулю, то проектция импульса системы на это направление остается величиной постоянной. Незамкнутая система в этом направлении аналогична замкнутой.
Кратковременные взаимодействия возник凯от, например, при взрывах, выстрелах, соударениях. Такого типа задачи мы и обсуadm. Пострааемся в каждом конкретном случае выяснить, выполняется или не выполняется закон сохранения импульса и от чего это зависит.
Задание 1. Из пущки, сокальывающей без претеня по наклонной плоскости и проедшей уже путь , производится выстрел в горизонтом направления (рис. 1). При какой скорости снаряда пущка оставится после выстрела? Масса снаряда много меньше массы пущки , угодна наклонная плоскости .
Перед выстрелом пущка (вместе со снарядом), прошедшая путь , имеет импульс , направленный вдоль наклонной плоскости. Модуль этого импульса можно найти из закона сохранения энергии:
и
Сразу после выстрела пущка оставилась, а снаряд попелел в горизонтом направления. Таким образом, несмотря на кратковременность взаимодействия пущки и снаряда, им-
47
пульс этой системы не сохраняется. Почему же?
Во время выстрела резко возрастает сила давления пушки на наклонную плоскость, а значит, возрастает и сила реакции со стороны плоскости, так что импульс этой силы оказывается достаточно большим. Он-то и изменяет суммарный импульс пушки и снаряда.
Одноко в направлении вдоль наклонной плоскости проекция силы реакции равна нулю, а проекция импульса силы тяжести за малое время выстрела мала и при выстреле не увеличивается. Поэтому можно, с некоторой степенью точности, считать, что в направлении вдоль наклонной плоскости проекция количества движения системы пушки — снаряд сохраняется. Следовательно, проекция суммарного импульса пушки и снаряда до выстрела равна проекции снаряда после выстрела (пушка поконтся):
Отсюда модель скорости снаряда неисредственно после выстрела
При решении этой задачи мы полагали, что в направлении вдоль наклонной плоскости система пушки — снаряд ведет себя как замкнутая система. Однако оценить, с какой степенью точности это справедливо, мы не можем, так как система взаимодействующих тел сложная и нет необходимости данных для такой оценки.
Разберем теперь две задачи с более простым взаимодействием, где также оценку можно сделать.
Задача 2. В деревянный шар массы кг, подающий вниз со скоростью м/сек, стреллятом силу из ружья и пробиваемого его насквозь. Какую скорость будем импульс шар сразу после эмодения? Скорость пушки при подлеме к шару м/сек,
после выстрела из шара м/сек, масса пушки e.
Оценим, с какой точностью можно считать систему шар — пуля замкнутой во время их взаимодействия. Другими словами, выясним, можно ли пренебречь импульсом силы тяжести за это время.
Время взаимодействия , где — диаметр шара, а — средняя скорость пули внутри шара. Диаметр шара можно оценить, зная, что плотность дерева приближительно равна плотности воды кг/м³:
Таким образом, сек. Импульс силы тяжести системы за это время (а значит, и изменение суммарного импульса шара и пули)
Количество движений системы перед взаимодействием
Тогда относение
и, следовательно, с точностью до 0,2% можно считать, что во время взаимодействия импульс системы не изменяется.
Запишем закон сохранения для проекции импульса на ось, направленную вертикально вверх:
или
Отсюда проекция скорости шара после взаимодействия
то есть шар начинает движаться со скоростью 1 м/сек.
49
Рис. 3.
Подставив сюда соответствующее значение для и :
найдем
— при упругом ударе шарики равных масс обмениваются скоростями.
Не следует, одноко, думать, что всегда при соударениях можно пренебречь действием внешних сил и считать систему замкнутой. Для примера рассмотрим такую задачу.
Задача 4. Мешок с мукой слозем без начальной скорости с высоты по главной доске, наклоненной под углом к горизонтуму. После спуска мешок попадаем на горизонтальный шероховатый пол. Козффициент трея мешка о пол . Где остановится мешок?
После спуска с доски мешок имеет скорость , направленную вдоль доски (рис. 3). Ее абсолотную величины можно найти из закона сохранения механической энергии, так как доска гладкая и потерь энергии нет:
Постотрим, как меняются при соударении с полом проекции импульса мешка на горизонтальную и вертикальную оси. Вертикальная проекция после удара обращается в нуль — мешок неупругий и не подрыгавает после удара. Это означает, что во время соударения на него действует направление в нуль, импульс которого как раз равен вертикальной проекции импульса мешка непосредственно перед соударением. Этот сил может быть только силая реакции со стороны пола, следовательно,
В горизонтальном направлении на мешок действует сила скольжения, модель которой . Импульс этой силы за время удара равен
то есть не зависит ни от того, по какому закону изменяется сила реакции опоры (а значит, и сила давления мешка на пол), ни от времени соударения. Найдем изменение горизонтальной проекции импульса мешка. Найравим ось по горизонтали вправо, тогда, согласно второму закону Ньютона,
или
Отсюда проекция скорости, с которой мешок начинает движаться по полу,
Что означает знак «минус»? Формально знак «минус» говорит о том, что после удара мешок должен движаться влево, или, другими словами, что импульс силы трея оказывается больше первоначальной горизонтальной проекции импульса мешка. Значит, в какой-то момент в процессе соударения проекция скорости мешка на ось обратилась в нуль. Начиная с этого момента, наше решение становится неверным. Действительно, модель силы трея равен только при скольжения, а в состоянии покоя трея может принять любые значения от 0 до в зависимости от того, какие силы (кроме силы трея) действуют на тело. В нашем случае никакие другие силы не имеют проекций в горизонтальном направлении, следовательно, в тот момент, когда горизонтальная проекция скорости мешка обратлась в нуль, сила
50
трения тоже обращается в нуль. Таким образом, мешок по полу вообще двигатся не будет!
Наконец, обсуждим еще одну достагоно известную задачу на соударение тел. При решении этой задачи обычно используют довольно грубые приближения, никак не оговоривая при этом ни то, что это приближение, ни при каких условиях им можно пользоваться.
Задание 5. Настоящий наладкой горизонтальной поверхности клин массы с высоты nadaем шар массы и отскакивает в горизонтальном направлении (рис. 4). Наименование проекцию скорости клина
после удара. Тренец претенбрец, уdar считать абсолютию упругим.
В отличие от всех предыдуших задач здесь нужно рассматривать соударение не двух, а трех тел — шарика, клина и горизонтальной плоскости.
В обшем случае, не делая никаких дополнительных предыдложений о механизме удара, решить эту задачу нельзя. В наиболее распространенном решении этой задачи неявно (без всяких оговорок) предполагается, что соударения шарка с клином и клина с горизонтальной плоскостью происходит одновременно, а клин после соударения имеет только горизонтальную проекцию скорости. Затем записьвают уравнение законов соударения механической энергии и импульса:
где и — соответствующее проекции скоростей клина и шарика на горизонтальной ось, направленную вправо. Отсюда
Однако в таком решении совершенно не ясно, куда делать вертикальная проекция импульса шарика. Ведь если соударение абсолютоно упругое, вертикальная проекция импульса системы не исчезает, а лишь меняет знак! Шарик после удара отскакивает в горизонтальном направлении, плоскость вообще неподвижна. Значит, клин после удара обязательно должен подпрыгнуть. А энергия, связанная с этим движением, в приведенном решении не учитывается.
Физическая картина удара больше соответствует предположение о том, что вначале шарик соудареется только с клином, а потом клин, получивший некоторые стороны скорость в результате этого соударения, взаимодействует с горизонтальной плоскостью. После первого соударения вертикальная проекция скорости клина
а горизонтальные проекции скоростей клина и шарика, как и в первом решении, связаны соотношением
или .
Тогда закон сохранения энергии можно записать в виде
Подставив сюда соответствующие выражения для и , найдем горизонтальную проекцию скорости клина:
Таким образом, задачу о соударении трех тел мы свели к задаче двух последовательных попарных соударений (второе соударение для решения задачи нам не понадобилось). При этом мы считали, что клин после соударения с шариком движется чисто поступательно. Это может быть только в том случае, если сила давления шарика во время удара проходит
51
Рис. 5.
через центр тяжести клина (рис. 5).
Кроме того, заметим, что для того чтобы шарик после сударения отскочил горизонтально, угол клина должен иметь волне определению величины, зависимости от масс шарика и клина.
В заключение предлагаем несколько задач для самостоятельного решения.
Упражнения
-
В центр шара массы e, лежащого на краю стола, попадает горизонтальное летящая пуля массы e и пробивает его насkvозь. Шар падает на пол на расстоянии m от стола, а пуля — на расстоянии m. Высота стола m. Определить первоначальную скорость пуля.
-
Две частицы с массами и , имеющие импульсы и , движутся по взаимно перpendicularным направлениям. После сударения частицы обменывают импульсами (рис. 6). Определить видельшееся при ударе количесто теллоты.
-
Мешок с мукой сползает без начальной скорости с высоты m по доске, наклоненной под углом к горизонту. После спуска мешок попадает на горизонтальное поверхность. Коэффициент треня мешка о доску и горизонтальное поверхность . На каком расстоянии от конца доски оставится мешок?
Примеры варианты вступительных экзаменов по математике вузы в 1977 году
Во втором номере нашего журнала была опубликована новая программа вступительных экзаменов вузы по математике.
Ниже мы приводим примеры варианты и задачи вступительных экзаменов по математике, проводимых по новой программе.
- Для факультетов с повышенной математической подготовкой (факультеты прикладной математики вузов).
Вариант 1
-
По двум улицам движутся к перекрестку две автоматические с постоянными скорости км/час и км/час. Улицы пересекаются под углом в . В начальной момент времени машины находится на расстоянии км и км от перекрестка соответствующего. Через какое время расстояние между ними станет наменшим? Расмотите два возможных случая.
-
Сколько трехначных чисел можно составить из цифр 0, 1, 2, 3, 4?
-
Найти все значения , лежащие в интервале и удовлетворяющие уравнению 4—10 .
-
В конус вписан цилиндр, у которого диагонали освенного сечения соответствующего параллельны двум образующим конуса. Образующая конуса составляется с плоскостью основания угол , ее длина равна . Найти объем фигуры, ограниченной основанием конуса и боковым поверхностями цилиндра и конуса.
-
В треугольнике . Найти величины угла между медианами и , если и .
Вариант 2
- Каким должен быть угол при вершине равноведренного треугольника заданной площади, чтобы радиус вписанного в этот треугольник круг был наиболее широким?
- Указать на координатной плоскости множество точек, координаты которых являются решением системы неравенств
- Найти , удовлетворяющий уравнению
где — число сочетаний.
52
- Правильный тетраэд содержится в шаре радиуса так, что три его вершины принадлежат сфере, а четвертая вершина отстоит от центра сферы на расстояние . Найти ребро тетраэд.
- Докажите, что композиция двух осьвых симметрий с параллельными осями есть параллельный перенос.
Л. Садовский, Э. Шувалова
II. Для остальных факультетов вузов.
-
Найти область определения функций:
a) ;
b) ;
c) ;
d) . -
Дана функция . Показать, что .
-
. Найти:
a) ;
b) . -
Дана функция . Показать, что .
-
Вычислить предель функции:
a) ;
b) ;
c) . -
Найти экстремальные значения следующих функций и указать, при каком значении они достигаются:
a) ;
b) . -
Найти наиболее и наиболее значения функций на отрезке .
-
Найти наиболее и наиболее значения функций на отрезке .
-
Из всех цилиндров, у которых полной поверхности равна , найти тот, который имеет наиболее объем.
-
Требуется сделать из жестки коробку без крышки с квадратным основанием наиболее объема, площад поверхности которой была равна . Определить размеры коробки.
-
В разложении бинома
вычислить четырьмя членами, если отношение биномального коэффициента третьего члена разложения к биномальному коэффициенту пятого члена равно 2. -
Доказать метод математической индукции формулы:
a) ;
b) . -
Из цифр 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 составляют все возможные числа, не содержащие одинаковых цифр. Сколько среди них чисел, содержащих цифры 2, 4 и 5 однозвременно?
-
Двенадцати ученикам выданы два варианта контроля работы. Сколько способами их можно посадить в два ряда, чтобы у сидящих рядом не было одинаковых вариантов, а у сидящих друг за другом был один и тот же вариант?
-
В треугольнике точка есть точка пересечения трех медиан. Показать, что .
-
Цилиндр, радиус основания которого равен 1 см и высота 3 см, вписан в шар так, что его основания являются сеченными шара. Найти отношение площади поверхности шара к площади поверхности цилиндра.
-
Полукруг разделен на три конгруэнтных сектора двумя радиусами. Найти отношение объемов функции, полученных при выражении этих секторов вокруг диаметра полукрута.
-
Дана трапеция , в которой . Через большие основание плоскости под углом к боковой стороне . Найти относение плоскости данной трапеции к площаде ее проекции на поверхности плоскости.
-
В треугольник , у которой , , вписан в единичную окружность с центром в точке . Вычислите скалярные произведения:
- ;
- ;
- .
B. Треноцин, Н. Квачёва
53
Московский государственный университет
им. М. В. Ломоносова
Ниже приведятся образцы вариантов вступительного письменного экзамена по математике и примеры задач устного экзамена по физике для поступающих на некоторые факультеты МГУ в 1976 году.
Математика
Отделение политэкономии экономического факультета
-
Через 8 дней после того, как бригада лесорубов начала прокладывать процесс в тайге, к ней присоединилась вторая бригада, и они вместе выполнили оставшуюся часть работы. Если бригада помещалась ролими, то просека была бы прорублена на 2 дня быстрее. Сколько дней бригады работали вместе, если известно, что первая может выполнить 10% всей работы на 4 дня быстрее, чем вторая работы.
-
Решить уравнение
- В треугольнике ABC проведена биссектриса BD угла ABC. Найти радиус окружности, вписанной в треугольник BDC, если
- Решить систему уравнений
- Решить уравнение
Отделение планирования и экономического киберnetики экономического факультета
- Решить неравенство
- Найти все решения системы уравнений
удовлетворяющие условия 0 < x < π, 0 ≤ y ≤ 2π.
-
В треугольнике ABC точка M, лежащая на стороне AB, соединена с вершиной C отрезком MC. Известно, что |AM| = 1, |MB| = 3, , . Найти перimeter треугольника ABC.
-
Основание ABC треугольной парами КАBC является прямойным треугольником (). Ребро KC перпендикулярно основанию ABC, а его длина равна ; площадь грани AKB равна 5.
Какова наиболее возможная в этих условиях площадь основания ABC?
Факультет психологии
-
Поезд, дивяясь сначала один час в гору, а потом 10 часов по повному месту, проходит 840 км. Если бы подем был длиной 10 км, то за два часа порешел бы 153 км. Найти скорости поезда при движении в гору и по повному месту, если известно, что скорость по повному месту больше, чем 110% скорости поезда в гору.
-
В треугольнике ABC проведены медианы AD и CE. Известно, что |AD| = 5, , . Определить площадь треугольника ABC.
-
Решить уравнение
Доказать, что все корни этого уравнения являются рациональными числами.
- Найти все корни уравнения
- Из всех решений (x, y) уравнения найти те решения, для которых y принимает наиболее значение.
Отделение структурной и прикладной линейности финансового факультета
- Автоматическая линия выпускает за 600 операций три партии шин для легковых автоматических и 11 партий шин для грузовых автоматических. Если эта автоматическая линия изготовления только шины для грузовых автоматических и изготовления только партий таких шин, сколько операций она траит на изготовление партии шин для легковых автоматических, то этой автоматической линии потребовалось бы не менее 2727 операций.
55
Кошки и собаки
При умные собаки и три хитрые кошки после обоюдострых контактов оказывась на противоположных плошадках сквера (см. рисунок) и занялись решением очень важной для обеих сторон задачи: как им помещаться друже с друетом местами, но при этом, чтобы не возникло новых помасовок, не только не встречаться друже с друетом, но даже не оказаться на соседних плошадках.
В результате была избрана следующая стратегия: собаки и кошки сидят на плошадках, но время от времени либо кошка, либо собака бежит по аллее на соседнюю плошадку.
Кошки считают, что совместными усилиями за 32 перебежки (их и собачных вместе) они смогут помещаться с собаками местами. Собаки с ними не согласны.
Кто прав?
Л. Мочалов
56
Спрашивайте — ответаем
В редакцию пришло письмо из города Харькова от Степана Киржалова, ученика 9 класса. Вот что он пишет.
«В «Справочике по элементарной математике» (Киев, 1973 год) я встретил любымный способ решенияирационального уравнения
(*)
Возвсгда сбе части этого уравнения в куб, получим —
Учитывая, что по условию выражение в квадратных скобках должно быть равно 2, может записать
откуда , . Я также способ поprobовал решить другие уравнения
(**)
но оказалось, что из двух получившихся значений , только первоое удовлетворяем уравнению. В чем же дело?
Поскольку ответ на письмо Степана Киржалова может представить интерес и для многих других читателей «Кванта», публикуем этот ответ на страницах журнала.
Прежде всего напомним читателям, что в математической литературе запись используется в двух смыслах (см. «Алгебра 8», М., «Просвещение», 1975, стр. 95).
Во-первых, символьм обозначает неотрицательное число, куб которого равен ; тогда этот символь определяет при любом . В упомянутой в письме С. Киржалова книге Г. П. Бевза, П. Ф. Фильчакова, К. И. Швецова, Ф. П. Яремчука «Справочик по элементарной математике для построения вузы» (Киев, «Наукова думка», 1973, стр. 152—153) знак применяется в этом смысле, так что, например, выражение при существует и равно -2.
Способ решенияирационных уравнений с радиkalamми третьей степени, о котором пишет автор письма, применяется довольно часто. О нем упоминается и в названном «Справочике», однako, к сожалению, там не указано, что, решая уравнение максим способом, мы можем прибрести посторониные корни, и помому всегда нужно делать проверку.
Убедиться в этом нетрудно. Мы сейчас проводим соответствующее рассуждение, тем более, что они весба поччительны и показывают, как конкретно исследуется вопрос о равносильности уравнений и выясняются причины ее нарушения. Предварительно приведем одно алгебраическое подход:
для его доказательства достаточно раскрыть скобки в правой части.
Рассмотрим уравнение
и допустим, что — его корень, так что
57
Возвода обе части верного числового равенства (3) в куб и продолжные преобразования, получим:
Если снова воспользоваться верным числовым равенством (3), то получим равенство
которое показывает, что — корень уравнения
Таким образом, всякий корень уравнения (2) является корнем уравнения (5).
Рассмотрим теперь уравнение (5) и допустим, что — его корень, так что выполнен числовое равенство (4). Применяя тожество (1) при
перепишем равенство (4) в виде
Из равенства (6) видно, что число либо удовлетворяет равенству (3), то есть является корнем уравнения (2), либо удовлетворяет равенству
то есть является решением системы уравнений
Таким образом, уравнение (5) может иметь корни, не являющиеся корнями уравнения (2). Нетрудно убедиться, что корень уравнения (5) является построенным для уравнения (2) тогда и только тогда, когда выполнены условия
Найdenное автором письма значения удовлетворяет этим условиям и потому будет построенным корнем для уравнения (**).
В заключение еще раз отмечим, что с точки зрения новой школьной программы значение не является корнем уравнения (), поскольку при этом значения левая часть уравнения () не определяна.
H. Розов
58
Новые книги
Мы продолжаем публикать аннотации на книги по математике и физике, доступные и интересные нашим читателем, которые будут издаваться в этом году. Учитывая многочисленные просбы, мы будем помещать также аннотации на некоторые книги, выходящие в издательства «Молодая Гвардия» и «Детская литература».
В этом номере мы рассекем о книгах, выходящих в пером квартале 1977 года. Большинство из них можно приобретки через специализированные магазины «Книга — почтой».
Математика
Издательство «Наука»
- М. Гарднер. МатематиQUE учедса и майны, пер. с англ. Издание З-e,стеротип. Объем 6 л., тираж 200 000 экз., цена 30 к.
Имя Гарднер, ведущого автора американского научно-популярного журнала «Scientific American», по-видимому, известно большим инструментом наших читателей. Эта книга — первая из его книг, переведенных на русский язык. Она представляет собой попытку обозначения области современного математического фокуса. Большая часть материла книги взята из специальной литературы, посвященной фокусам, а не из развлекательной математической литературы.
По большей части сам автор не формулирует назыке материлки закономерностей, лежащих в основе его экспертентов. Он лишь описывает действия «фокусника» — явные и тайные. Но читатель, несомненно, доставит удобные самому восстанавливают по объясенным автора соответствующую алгебраическую или геометрическую идею. В наиболее же интересных случаях изложение автора сопроводяется небольшим примечаниями редактора, выявляющими математическую субтроейный. Эти примечания помещены в конце книги.
Книга М. Гардера будет интересна и участикам школьных математических кругков, и их руководителем, и взрослом любителем математики.
Издательство «Мир»
2. Г. Фрейденгель. Математика в науке и вокруг нас (В мире научки и техники). Объем 14 л., тираж 50 000 экз., цена 95 к.
Ганс Фрейденгель — член Королевской Нидерландской академии, автор более чем 200 работ по топологии, теории групп, анализу, геометрии, математической логике, философии и истории наук. Он — блестиший популяризатор математики.
Настоящая его книга состоит из семи замкнутых глав.
В первоий главе («Человек измеряем Вселенную») рассказывается об измерении мира. Сначала — маленького мира, в котором мы живем, нашей Земли; затем большого мира, вместешего Солнце и Луну, и наконец, — всея огромной Вселенной.
Вторая глава («До бесконечности») начинается историей о гостиных и несчетных множествах, о мощности множества, о сравнениях, о сравнениях множества, о числах; обсуждается вопрос, правильно ли мы обращаемся с натуральными числами.
Третья глава начинается с рассказа о системе числений, о том, как записывали числа древние египетные, жители Вавилона, греки, европейцы элохи Карла Великого и наши современники. Рассказывается об играх, допускающих строгу законенную теорию (в частиности, описывается игра «Ним»), об заартных играх, создании автоматических вычислительных машин, о «думаюших» машинах, играющих в различные игры (в частиности, и в шахматы), о машинах, занимающихся переводом с одной языка на другой. Обсуждается вопрос, могут ли машинны мислить.
Четвертая глава — «Азбука жизни» — открывает перед читателем современно особым мир — мир биологической клетки.
Пятая глава («Искусство рисовать плох») посвящена топологии. Здесь определяется, что такое поверхность, род поверхности, многообразие, проективная плоскость; что такое взаимно-однозначные и непрерывные отображения, степень отображения. Расматривается отображения окружности и сферы на себя. В заключение строится замечательная книга, покрывающая весь квадрат (кривая Пеано).
В шестой главе автор от конкретных гирь и весов переходит к абстрактным группам, рассматривается с помощью линейного программирования: трансортирую задачу, задачу о коммивояжере и задачу о составлении наличищего расписания стрик скатертей и салфеток в ресторане.
Последняя глава называется «Мир в зернах». Здесь рассказывается о симметринах физических функрах, об отражениях, переносах и поворотах на плоскости и в пространстве. Вводится понятие группы; определяется, что такое автором физики и что такое движение и какие есть движения в пространстве; определяется, что такое ориентация.
Неомененный построением книги является отсутствие того, что в математике принято называть «технической»: автору удалось подобрать темы математических
59
содержательные и в то же время достаточно доступные.
Эта книга рассчитана на самые широкие читательские круги. Но особый интерес представляет она для школьников - старшеклассников.
Издательство «Вища школа»
- Г. И. Дрин-фельд, Квадратура круга и трансцендентность числа. Объем 3 л., тираж 13 000 экз., цена 10 к.
Эта книга вышла в конце 1976 года в серии «Библиотека физико-математической школа». В ней рассказывает об известной задаче «квадратуры круга», который на протяжении многих столетий интервосвалы еще с древних времен. Вывод, что эта задача неразрешима, принадлежит знаменитому Леонарду Эйлеру; он же предположил, что число л не может быть корнем ни одного алгебраического уравнения с разциональными коэффициентами, допустив тем самым существование трансцендентных чисел и трансцендентность числа. Доказательства всех этих фактов и приводятся в книге.
Книга рассчитана на школьников старших классов, увлекательных математикой. Помимо изложения теории, в ней содержится много интересных упражнений и задач.
- А. А. Белъский, Л. А. Калужин. Деление с остатком. Объем 5 л., тираж 25 000 экз., цена 15 к.
Эта книга также из серии «Библиотека физико-математической школа». В ней разработятся некоторые важные теории чисел. Приводится доказательство теории одинственности разложения на простые множители, рассказывает об алгоритме Евклида, диофантовых уравнений, вычетах. Рассматривает представления чисел в различных позиционных системах числения.
Книга, безусловно, будет интересна школьникам старшеклассникам и учительам математики.
Физика
Издательство «Наука»
- Григорьев В. И., Мякишев Г. Я. Сильы в природа. Издание 5-е. Объем 20 л., тираж 100 000 экз., цена 83 к.
Эта книга, написанная легким и доступным для школьников языком, вводит читателя в мир физических представлений. Рассматривает разложенные типы взаимодействий в природа, авторы показывают единство и разобравшие мира физических явлений.
Эту книгу с интересом прочитут школьники старших классов, интересующей физикой.
- Сибрук В. Роберт Вуд — современный чародей физической лаборатории. Издание 3-е, испр. Объем 16 л., тираж 100 000 экз., цена 1 р. 04 к.
Книга посвязывается не только о чисто научных исследованиях Вуд, но и о его путешествиях, о разгадке тайны пурпурного золота царя Тутанхамона, об участии Вуд в раскрытии представлений и разобравнения «изобретателей» «N-лучей» и «лучей смерти» и других не менее интересных вещех.
Книга предназначена для самостоятельного школьника расширять свои знания по физике и проверить их на заданных, требующих сообщательности и большого внимания.
- З и гель Ф. Ю. Лунные горизонты. Пособие для учащих. Объем 8 л., тираж 100 000 экз., цена 30 к.
Эта книга выходит в серии «Мир знаний», она рассчитана на школьников 8—10 классов. В ней увлекательно рассказывается о движении Луны, ее проискхождения и природа, а также о перспективах ее освобнения средствами космонавтики. Автор обобщает все новые данные о Луне, полученные, в частности, советскими луноходами и американскими космонавтиками.
- Темко С. В., Соловьев Г. А., Милантев В. П. Физика раскрываем майны Земли. Объем 7 л., тираж 100 000 экз., цена 25 к.
Авторы в интересной и доступной для учащих средней школы форме рассказывают о современных физических методах исследования Земли и разведки залежей полезных ископаемых. Читатели найдет в книге сведения о применении в геофизике физических явлений и закономерности, известных из школьного курса физики.
И. Клумова, М. Смолянский
60
В этом номере мы публикуем фамилии тех, кто прислад правильные решения задач М376—М384, М386—М390, Ф383—Ф402. Жирные цифры после фамилии — две последние цифры номеров решенных задач.
Математика
Почти все читатели, приславшие нам решения задач М376, М377, успешно справились с этимыми задачами. Остальные задачи решили:
С. Абаджян (с. Дарков ГССР) 81—83, 86;
З. Абдукадыров (Нефтекамск) 83—84;
В. Ажоткин (Ленинград) 80а), 81—84;
А. Алексеев (Пермь) 81, 83; А. Амелин (Москва) 86; В. Ансоткин (Ленинград) 86, 87, 89; С. Антонов (Киев) 80а), 83; Б. Аронов (Саратов) 82—84, 86, 87, 89, 90; А. Арсимин (В. Валда) 83; В. Атамась (с. Худяки Черкасской обл.) 83, 86—88, 90; О. Бабаев (Нахчевань) 86; П. Байорский (Полыша) 86, 87; Е. Балакина (Москва) 84; П. Баньковский (Уральск) 83, 84, 86; А. Бер (Ташкент) 82—84, 86, 89; П. Билер (Полыша) 80а), 82—84, 86, 87, 90; И. Билечкий (Рогатин) 83; И. Биладзе (Тбилиси) 83, 84, 86, 87; В. Блок (Москва) 81—84, 86—89; А. Бобылев (Днепропетровск) 83; О. Болтенков (Днепропетровск) 82—84, 86; В. Бондаренко (Тростянец) 84; Н. Бондаренко (Ленинград) 81, 83, 84, 86, 89; Т. Боровина (Сочи) 86; А. Боикавев (Оренбург) 84; В. Буеанко (Киев) 79, 81—84, 86—90; Е. Бурлакова (Асбест) 83, 86; А. Вахтеров (Орджоникидзе) 86; В. Вирсов (Павлоград) 83; А. Власов (Камышин) 86; В. Воеводов (Березники) 86; И. Воронович (г. п. Сопцкоино Гродненской обл.) 79, 82—84, 86; Л. Гандельман (Ленинград) 80а), 81—84, 87—89; М. Гандельман (Ленинград) 80а), 81—84, 86, 88, 89; А. Гарнаев (Таллин) 82—84, 86, 89; Р. Гасцев (с. Сунжа СОАССР) 83, 86; А. Гамилов (Воронеж) 82, 83, 86, 87; А. Гореццев (Болгария) 84; Б. Гисин (Ленинград) 80а), 81—84, 86—89; Г. Гительсон (Ленинград) 80а); Е. Глеzin (Ленинград) 79, 80а), 81—84, 86, 87, 89; Ю. Голембовский (Ворошиловград) 86; Д. Гольденбере (Ленинград) 80а), 84; И. Гонин (Новосибирск) 83; Е. Горденко (Кшинев) 82, 83; А. Грицук (Дрогичин) 82—84; С. Грицукин (Москва) 80а), 82—84, 86, 89; Е. Грицин (Пермь) 86—90; Н. Грицук (Дрогичин) 86; В. Гроссман (Одеcca) 80а), 81—83, 86, 89; М. Грунтович (Н. Двор Гродненской обл.) 83, 84, 86, 89; С. Губанов (Ворошиловград) 81—84, 86, 87, 89, 90; А. Данцелян (Ленинakan) 83, 86; М. Двоиченко (с. Нетчиницы Хмельницкой обл.) 82—84; Б. Дворкина (Ленинград) 83; А. Делофф (Полыша) 82, 83; А. Диденко (Краснодар) 83, 84, 86, 87, 89; И. Димитриев (Брест) 82, 83, 86; А. Дубровин (д. Березовка Кировской обл.) 89; И. Erмаков (Киев) 80а); В. Ерофеев (Новосибирск) 82—84; А. Ефашкин (Оренбург) 81—84, 86—90; А. Заен (Одеcca) 86; Л. Зильберман (Москва) 90; О. Зиневич (Хотин) 83; Э. Зубов (Красногоровка) 86; Б. Иванов (Челябинск) 87, 89; Р. Измаилов (Баку) 86, 87, 89; В. Изосимов (Кириш) 83, 86; М. Израильевич (Тбилиси) 86, 87; И. Калика (Киев) 80а), 82—84, 86, 87, 89, 90; А. Каллан (Сумгант) 83;
63
Ответы, указаны, решены
К статье «Ормененты»
(к упраженям)
-
Для фигур «порядка 4» существует четыре переменные: параллельный перенос и три поворота. Для фигур «порядка 2» — тоже четыре; два из них — повороты или переносы, а два другие — скользывание симметрии (см. примечание на с. 25).
-
a), b), г), д), ж), з) — параллельные переносы; б) и e) — повороты на 180°.
-
Рисунки 1, а и 1, б — орменты типа VIII, рисунок 1, б — типа IV, 1, е — типа III, 1, д — типа V.
Рисунки 2, а и 2, б — орменты типа II, рисунок 2, б — ормент типа III.
- Оси скользывающей симметрии есть у всех орментов, у которых среди порождающих переменный встроается и освевая симметрия (для некоторых орментов оси скользывающей симметрии — это в точности оси объчной симметрии).
К статье «Закон сохранения импульса при соударении»
К статье «Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова»
Математика
Отделение политэкономии
-
Вместе бригады работали 12 дней.
-
, , где и — целые числа.
-
, .
-
, , , , где и — целые числа.
-
.
Отделение планирования и экономического киберnetики
- , .
- , ; , ;
- . Указание. Воспользоваться теorem Пифагора для прямогологного треугольника ACB и теorem синусов для треугольника AMC. 4. 3.
Факультет психологии
- Скорость поезда при движении в гору 60 км/час, скорость поезда при движении по розному месту 78 км/час.
- . Указание. Доказать, что , где — точка пересечения медиан.
- , . , , где и — целые числа. Указание. Заметить, что .
- , . Указание. Расматривая при данные уравнения как квадратное отношение (с коэффициентами, зависимости от ), выписать условия существования его решения.
Отделение структурной и прикладнойингистики
- 27 операций.
- , , . Указание. Вычислить О. Д. 3. Данная нераспределена.
- , где — целое число. Указание. Заметить, что , а
64
где — целое 5. 32 :147. Указан ие. Выразить объемы прізмы и прямы церез радиус шара. Доказать, что центр шара лежит внутри шестиугольной прямыми.
ФиЗИКА
Географический факультет и факультет почво-ведения
Геологический и химический факультеты
К задачам «Квант» для младших школьников»
(см «Квант» № 2)
- а) Первый чудак не проиграет, если будет «тянуть» ломанную все время вниз. Далее, если очередной ход невозможен, то ломанная замкнулась (доказите это), а замкнутся она может лишь после четного числа ходов, поэтому второй чудак проиграть не может.
- Выиграет первый чудак при нечетных и второй при четных . Указан ие. Поставим в каждой узле сетки число, равное количество целых ниток, исходящих из этого узла. Сумма всех чисел в узла для целой сетки равна , что делится на 4.
Для «максимального порезанной», но не распавшейся сетки (она имеет вид «дерева» с ветками) эта сумма равна , что не делится на 4 при нечетных и делится на 4 при четных . Но каждый разрез нитки уменшает сумму чисел в узла на 2.
-
Решение е. Если , то , поэтому делится на 39, а — дает остаток 37.
-
Нет, не может. Указан ие. Предположим, что кентавр может обойти доску. Тогда в каждой-то момент он оказывается на поле h8. Попасть туда он мог только с поля f7. Но и выйти из этого угла он может только на поле f7. Значит, попав в угол, кентавр там остanetся.
-
Первым ходом Люся переносит одну из путьниц на крайнее справа поле. Затем она «дублирует» ходы Саши, так что после ее хода две оставшиеся путьницы оказываются на одном поле.
-
Спроектируем деревья на одну из сторон квадрата. Каждый дереву будет соответствовать отрезок длины 50 см — его проекция. По условию обедининие этих отрезков совпадает со стороны квадрата. Значит, сумма их длины не менее 1 км. Но 1 км : 50 см = 2000.
Над номером работали:
В. Березин, А. Виленкин, И. Клумова,
Т. Петрова, В. Тихомирова,
Ю. Шиханович
Номер оформили художники:
М. Дубах, Г. Красиков,
Э. Назаров, И. Смирнова
(зав. редакцией) Л. Чернова
(xудожественный редактор) Т. Макарова
Корректор Т. Вайсберг
113035, Москва, М-35, Б. Ордынка, 21/16, «Квант», тел. 231-83-62.
Сдано в набор 24/XII 1976 г.
Подписано в печать 31/1 1977 г.
Бумага 70×108/16. Физ. печ. л. 4
Усл. печ. л. 5,20 Уч.-изд. л. 6,63 Т-03441
Цена 30 коп. Заказ 2910 Тираж 296 295 экз.
Чеховский полигraphический комбинат Союзполигraphпрома
при Государственной комитете Совета Министров СССР по делам издадельств, полигraphии и книжной торговли
г. Чехов Московской области
Руководщи не возвращаются
«Квантово-волновые» ребуры
В каждом из этих ребусов буквыми зашифрованы некоторые цифры, вместе звездочек могут стать любые цифры. Расшифруйте примеры.
В. Радунский
КВАНТ
× КВАНТ
ВT
ОH
ЛA
НЮ
А****H
КВАНТ
× КВАНТ
****A
****H
****Л
****O
****B
КВАНТ
× ВОЛНА
****T
****H
****A
****B
****K
ВОЛНА
× ВОЛНА
****T
****H
****A
****B
****K
ВОЛНА
× ВОЛНА
Ы****
T***
Н****
A***
В****
K************
ВОЛНА
× КВАНТ
****A
****H
****Л
****O
****B
КВАНТ
× КВАНТ
ВОЛНА
ВОЛНА
× ВОЛНА
КВАНТ
KB×A=HT
BO×Л=НА
KB+A=HT
BO : Л=НА
На первой и четвертой страницах обложки вы видите орнаменты, придуманные голландским художником М. Эшером. Об орнаментах вы можете прочесть в статье А. Землякова на с. 20.