Kvant
Kvant 1971, số 2

Kvant 1971, số 2 · Trang

Tờ 1

không đánh sốChép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

⟦không số tờ⟧

Tạp chí khoa học phổ thông vật lý-toán học
Kvant
2
1971
tạp chí
của Viện Hàn lâm
Khoa học Liên Xô
và
Viện Hàn lâm Khoa học
Sư phạm Liên Xô

Tờ 2

không đánh sốChép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

Trong số này:

Nghịch lý S. I. Vavilov 1 V. A. Fabrikin
Hai trò chơi với que diêm 4 I. M. Yaelom
Đối thoại về nhiệt độ 11 M. Ya. Abzel

Câu lạc bộ toán học

So sánh các trung bình khác nhau của hai số dương 20 Z. A. Skopets

Bài toán của «Kvant»

Bài toán 24
Lời giải các bài toán M21—M25; F29—F34 26
N. B. Vasiliev, I. Sh. Slobodetsky

Thực hành cho thí sinh

Hai tá bài toán về cấp số 37 A. G. Mordkovich
Động học và các liên kết 44 S. A. Bellev
Kỳ thi tuyển sinh toán học vào Trường Đại học các dân tộc khác 47 V. V. Ryzhkov

Điểm sách. Thư mục

Chuyến bay của những mũi tên lửa 52 Yu. M. Bruk

Thông tin

Olympiad Toán học Quốc tế lần thứ XII dành cho học sinh 54 I. S. Petrakov
Olympiad Vật lý Quốc tế lần thứ IV dành cho học sinh 56 Yu. M. Bruk, N. A. Mini

Đáp số, chỉ dẫn, lời giải 60

Ô chữ — trang 4 bìa

Tờ 3

tr. 2Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

2

NGHỊCH LÝ S. I. VAVILOV

Trong quang hình học, khái niệm về một chùm tia sáng song song có tiết diện ngang hữu hạn thường được áp dụng có hiệu quả. Hơn nữa, ngay cả trong lý thuyết về hiện tượng sóng như giao thoa, trong nhiều trường hợp cũng có thể dùng khái niệm này.

Trong nhiều trường hợp, nhưng hoàn toàn không phải trong mọi trường hợp. Trong cuốn sách “Vi cấu trúc của ánh sáng” của nhà vật lý Xô viết nổi tiếng S. I. Vavilov, một nghịch lý quang học rất bổ ích theo nghĩa này đã được phân tích.

Nhắc lại ngắn gọn năng lượng học của hình giao thoa. Như ta biết, giao thoa là sự cộng các dao động. Trong trường hợp của chúng ta, trong các sóng dao động các giá trị của vectơ điện trường và từ trường. Các vectơ này tại mỗi điểm trong không gian, ở mỗi thời điểm, xác định năng lượng của trường điện từ. Sóng điện từ mang năng lượng, và có thể đưa vào khái niệm mật độ dòng năng lượng. Ta gọi như vậy đại lượng bằng lượng năng lượng của trường chảy qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian.

Mỗi sóng còn được đặc trưng bởi pha. Nếu khi cộng hai chùm sáng, hiệu pha của chúng luôn không đổi, ta nói rằng đang xét các chùm kết hợp.

Trong hình giao thoa, xuất hiện do cộng hai chùm kết hợp, xảy ra sự phân bố lại năng lượng ánh sáng. Trong các vân sáng, năng lượng lớn hơn tổng năng lượng của các chùm được cộng; trong các vân tối, ngược lại, nhỏ hơn. Phần năng lượng dư trong các vân sáng được bù đúng bằng phần thiếu trong các vân tối. Toàn bộ năng lượng, phân bố trên toàn hình giao thoa, bằng đúng tổng năng lượng của hai chùm giao thoa.

Hình 1 biểu diễn sự phụ thuộc của mật độ dòng năng lượng trong hình giao thoa vào độ dịch chuyển trên màn, nơi hình được quan sát. Hình thu được khi cộng hai chùm sáng kết hợp có năng lượng bằng nhau. Đường ngang-

Hình 1.
1 Kvant số 2

Tờ 4

tr. 2Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

2

Hình 2.

đường chấm ngang biểu diễn tổng mật độ dòng năng lượng trong các chùm được cộng lại. Những phần của đường cong nằm trên đường thẳng này tương ứng với các vân giao thoa sáng, còn những phần của đường cong nằm dưới đường chấm — với các vân tối. Tổng năng lượng phân bố trong hình giao thoa được biểu diễn bằng diện tích dưới đường cong. Diện tích này hoàn toàn bằng diện tích dưới đường chấm. Những đòi hỏi của người kế toán nghiêm khắc của tự nhiên — định luật bảo toàn năng lượng — được tuân thủ không sai lệch.

Bây giờ hãy chuyển sang nghịch lý của S. I. Vavilov. Hãy tưởng tượng hai chùm sáng kết hợp hoàn toàn giống nhau, có biên giới sắc nét, rộng aa, cắt nhau dưới góc nhỏ α\alpha. Trong miền ABCDABCD xảy ra giao thoa (hình 2).

Để quan sát hình giao thoa, có thể đặt một màn vuông góc với mặt phẳng bản vẽ, đi qua các điểm AA và CC. Hình giao thoa sẽ gồm các vân sáng và tối thẳng, xen kẽ nhau, lấp đầy màn từ điểm AA đến điểm CC (hình 3).

Sự phân bố mật độ dòng năng lượng trong hình giao thoa tương ứng với đồ thị ở hình 1. Nếu các chùm gặp nhau có các pha ban đầu của dao động ánh sáng giống nhau, thì hiệu pha của sóng ánh sáng của chùm thứ nhất và thứ hai tại các điểm nằm trên đường thẳng BDBD sẽ bằng không. Như vậy, nó tương ứng với giữa vân sáng trung tâm. Ở giữa vân tối kề bên, hiệu pha phải bằng ππ, nói cách khác, các dao động ánh sáng trong các chùm gặp nhau phải ngược pha. Hiệu pha Δφ\Delta φ bằng hiệu đường đi ΔL\Delta L của cả hai sóng đến vị trí đã cho, chia cho bước sóng và nhân với 2π2π:

Δφ=2πΔLλ.\Delta φ = 2\pi \frac{\Delta L}{\lambda}. (1)

Sự tăng độ dài đường đi của chùm tia mà sóng đi qua thêm λ\lambda tương ứng với độ trễ pha 2π2π. Từ công thức (1) suy ra rằng ở giữa vân tối gần tâm nhất của hình giao thoa, ΔL\Delta L phải bằng λ2\frac{\lambda}{2}.

Hãy tính hiệu quang lộ tại điểm AA. Chùm tia song song có thể được xem như một dòng các sóng phẳng, vuông góc với phương của các tia sáng.

Qua điểm DD (hình 2), dựng một trong các mặt sóng (các mặt có pha bằng nhau) của chùm thứ nhất. Trên mặt sóng này có các điểm DD và A′A'.

Các quãng đường mà cả hai chùm đi qua đến điểm DD là như nhau. Để đến điểm AA, mặt sóng của chùm thứ nhất đi qua điểm DD phải

Tờ 5

tr. 3Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

3

dịch chuyển một đoạn A′AA'A, còn mặt sóng của chùm thứ hai, trước đó cũng đi qua điểm DD, phải dịch chuyển một đoạn DADA. Kết quả là xuất hiện hiệu quang trình

ΔL=DA−AA′=a(1sin⁡α−1tgα)=2asin⁡2α2sin⁡α.\Delta L = DA - AA' = a \left( \frac{1}{\sin \alpha} - \frac{1}{\tg \alpha} \right) = \frac{2a \sin^2 \frac{\alpha}{2}}{\sin \alpha}.

(2)

Rõ ràng, tại điểm CC sẽ có hiệu quang trình như vậy, nhưng mang dấu ngược lại. Bây giờ ta bắt đầu giảm góc α\alpha. Khi α\alpha đủ nhỏ, có thể làm cho ΔL\Delta L bằng λ4\frac{\lambda}{4}. Khi đó toàn bộ vùng ACAC sẽ được lấp đầy bởi một vân giao thoa sáng. Do đó, ở mọi nơi năng lượng sẽ vượt quá tổng năng lượng của hai chùm giao nhau. Không có sự bù trừ nào do hình thành các vân tối, vì chúng hoàn toàn không có!

Cũng có thể nhận được, có thể nói, một kết quả âm, bằng cách làm cho các chùm có hiệu pha ban đầu bằng π\pi giao nhau. Khi đó vùng ACAC sẽ được lấp đầy bởi một vân giao thoa tối. Trong trường hợp thứ nhất không rõ năng lượng bổ sung từ đâu mà có, trong trường hợp thứ hai — không rõ năng lượng biến đi đâu.

Cả hai trường hợp đều rõ ràng mâu thuẫn với định luật bảo toàn năng lượng. Hiển nhiên, trong lập luận của chúng ta có một khuyết điểm nào đó, dẫn đến mâu thuẫn với một trong những định luật cơ bản của tự nhiên. Để hiểu vấn đề ở đây là gì, hãy viết công thức (2) cho trường hợp đã nêu, khi ΔL=λ4\Delta L = \frac{\lambda}{4}, đồng thời sử dụng tính nhỏ của góc α\alpha (sin⁡α≈α\sin \alpha \approx \alpha đối với α\alpha nhỏ). Dưới đây chúng tôi sẽ chỉ ra rằng góc α\alpha thực sự rất nhỏ. Khi đó ta được

λ4=2a(α2)2α=aα2,\frac{\lambda}{4} = \frac{2a \left( \frac{\alpha}{2} \right)^2}{\alpha} = \frac{a\alpha}{2},

(3)

hay

α=0,5λa.\alpha = 0,5 \frac{\lambda}{a}.

(4)

Lấy a=1a=1 cm, λ=5⋅10−5\lambda=5 \cdot 10^{-5} cm, khi đó α=2,5×10−5\alpha=2,5 \times 10^{-5} radian. Từ (4) ta thấy rằng những rắc rối với định luật bảo toàn năng lượng xuất hiện khi góc giữa các chùm có bậc bằng tỉ số giữa bước sóng và kích thước tiết diện ngang của chùm.

Lời giải của nghịch lý nằm ở chỗ tại những góc nhỏ như vậy, không thể dùng khái niệm chùm song song lý tưởng có tiết diện hữu hạn nữa.

Trong bất cứ cố gắng nào nhằm thực hiện những chùm như vậy, chúng ta cũng sẽ thất bại. Việc giới hạn kích thước của chùm, nhờ hiện tượng nhiễu xạ, tất yếu dẫn đến việc biến nó thành một chùm phân kỳ. Góc phân kỳ của chùm được xác định đúng bởi công thức (4). Khi đó, dĩ nhiên, góc mà dưới đó các chùm cắt nhau chỉ có thể được xác định với độ chính xác cỡ góc phân kỳ của các chùm cắt nhau.

Nếu nhiễu xạ chưa được phát hiện, thì dựa trên định luật bảo toàn năng lượng và công thức (4), chúng ta không những phải đoán ra sự tồn tại của nó, mà còn phải chỉ ra quy luật cơ bản chi phối độ lớn của góc nhiễu xạ. Đây là một ví dụ tốt cho thấy định luật bảo toàn trong vật lý luôn có thể là một ngôi sao dẫn đường đáng tin cậy.

Lấy các chùm sáng thực, dĩ nhiên chúng ta sẽ không bao giờ thu được mâu thuẫn với định luật bảo toàn năng lượng. Trong các thí nghiệm giao thoa thuộc loại này, mọi thứ luôn phải quy về sự phân bố lại theo không gian của dòng năng lượng.

Tuy nhiên, có những thí nghiệm giao thoa mà trong đó nảy sinh những nghịch lý năng lượng còn tinh tế hơn, nhưng đó, như người ta nói, đã là một câu chuyện khác.

Tờ 6

tr. 4Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

4

HAI TRÒ CHƠI VỚI DIÊM

I. M. Yaglom

Trong bài này chúng tôi sẽ kể cho các em về các trò chơi «nim»
và «izyan’shiztsy». Cả «nim» lẫn «izyan’shiztsy» đều là các trò chơi dân gian Trung Quốc; «izyan’shiztsy» dịch nghĩa là «chọn đá» (dĩ nhiên, việc thay đá bằng que diêm trong điều kiện của trò chơi không làm thay đổi bản chất của nó). Về sau các trò chơi này du nhập vào châu Âu; đã có một thời trò chơi «nim» phổ biến ở Tây Âu.

Tờ 7

tr. 5Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

5

Hãy nêu quy tắc của các trò chơi này.

Trò chơi “nim”
Trên bàn có ba đống que diêm. Hai người chơi lần lượt lấy diêm từ các đống này, mỗi lần một người chơi có thể lấy bất kỳ số que diêm nào từ một đống (bắt buộc chỉ từ một đống!) diêm. Người lấy que diêm cuối cùng được coi là người thắng.

Trò chơi “изяньшизцы”
Trên bàn có hai đống que diêm. Hai người chơi lần lượt lấy diêm từ các đống này, mỗi lần một người chơi có thể lấy bất kỳ số que diêm nào từ một đống, hoặc lấy bằng nhau (nhưng có thể là bất kỳ số nào!) từ cả hai đống. Người lấy que diêm cuối cùng được coi là người thắng.

Bài toán là xác định xem với những vị trí ban đầu nào (tức là những số lượng que diêm trong mỗi đống) người đi trước có thể thắng, và với những vị trí nào thì không, đồng thời chỉ ra phương pháp chơi đúng (không thua).

Thực tế, chơi nim hoặc изяньшизцы trên bảng lớp rất tiện — không cần bất kỳ que diêm nào, chỉ cần phấn và giẻ lau trong tay. Trên bảng có thể vẽ, chẳng hạn, ba hàng ô kết thúc ở mép phải của bảng, và ba quân cờ — mỗi hàng ô một quân (hình 1). Mỗi người chơi trong lượt của mình lấy một quân cờ và “di chuyển” nó sang phải qua bất kỳ số ô nào (ở đây là trò chơi nim); người thực hiện nước đi cuối cùng được coi là người thắng. Cũng có thể chơi изяньшизцы như vậy — chỉ khác là bây giờ bàn chơi có hai hàng

Hình 1.

Hình 2.

Tờ 9

tr. 7Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

7

Đáng tiếc, ở đây cũng không thấy một quy luật xác định nào trong cách lập bảng này.

Có thể ghi các bảng I và II theo cách khác không?

Chúng tôi không hiểu các bảng I và II, được tạo thành trong trường hợp thứ nhất bởi ba, còn trong trường hợp thứ hai — bởi hai hàng số, được lập như thế nào. Bây giờ hãy suy nghĩ về những nguyên nhân có thể của thất bại mà chúng ta đã gặp phải.

Chúng ta đã nói rằng các bảng I và II là các bảng số; chúng được tạo thành bởi một dãy số. Các số xuất hiện trong những bảng này, dĩ nhiên, chúng ta đã viết theo cách thông thường, dùng hệ đếm thập phân quen thuộc; chẳng hạn, các số 24 và 39 tạo thành cột cuối cùng của bảng II có nghĩa là: «2 chục và 4 đơn vị» và «3 chục và 9 đơn vị». Tuy nhiên, bản thân hệ đếm thập phân, nguồn gốc của nó gắn với tình cờ rằng con người có 10 ngón tay, không hề liên quan gì đến các trò chơi đang xét; vì thế, việc thử ghi các bảng của chúng ta theo cách khác có vẻ là hợp lý.

Phần tiếp theo của bài này liên quan đến bài «Các hệ đếm» («Kvant» số 6). Chúng ta sẽ cần điều sau đây từ bài đó.

Có thể đề xuất nhiều hệ ghi các số dương bằng một số ít ký hiệu (chữ số). Các hệ đếm vị trí (chính xác hơn nên nói — các hệ ghi số vị trí) được xây dựng như sau. Cho một cơ sở nào đó, hay một hệ các số chủ chốt, là một dãy vô hạn các số nguyên:

1=q0<q1<q2<q3…1 = q_0 < q_1 < q_2 < q_3 \dots

Sau đó mỗi số NN được biểu diễn dưới dạng tổng các số của cơ sở chúng ta, lấy với những hệ số nguyên nào đó:

N=amqm+am−1qm−1+⋯+a2q2+a1q1+a0q0;N = a_m q_m + a_{m-1} q_{m-1} + \dots + a_2 q_2 + a_1 q_1 + a_0 q_0;

biểu thức này được viết như sau:

N=amam−1…a2a1a0,N = a_m a_{m-1} \dots a_2 a_1 a_0,

trong đó am,am−1,…a_m, a_{m-1}, \dots là các «chữ số» trong cách ghi số NN.

Chẳng hạn, nếu hệ các số cơ sở là:

1,2,3,5,7,11,13,17,19,23,…1, 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, \dots

thì số 27 được ghi như sau:

27=1⋅23+0⋅19+0⋅17+0⋅13+0⋅11+0⋅7+0⋅5+1⋅3+0⋅2+1⋅1=«1000000101».27 = 1 \cdot 23 + 0 \cdot 19 + 0 \cdot 17 + 0 \cdot 13 + 0 \cdot 11 + 0 \cdot 7 + 0 \cdot 5 + 1 \cdot 3 + 0 \cdot 2 + 1 \cdot 1 = \text{«1000000101»}.

Khi đó chữ số thứ kk aka_k trong cách ghi của bất kỳ số nào NN trong hệ đếm có cơ sở (*) luôn nhỏ hơn tỉ số qk+1/qkq_k + 1/q_k.

Nếu cơ sở của hệ đếm có dạng:

1=q0,q=q1,q2,q3,q4,…,1 = q^0, q = q^1, q^2, q^3, q^4, \dots,

trong đó qq là một số nguyên nào đó, thì hệ đếm được gọi là «hệ q-chữ số», trong đó mọi số được biểu diễn bằng tổng các lũy thừa của số qq và mọi chữ số trong cách viết số NN đều nhỏ hơn qq (nhỏ hơn 10 trong trường hợp hệ đếm thập phân quen thuộc).

Tờ 10

tr. 8Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

8

Đơn giản nhất trong ყველა các hệ thống ghi số nguyên là hệ nhị phân, trong đó mọi số được biểu diễn bằng tổng các lũy thừa của số 2. Nếu dùng hệ đếm này, thì các bảng I và II của chúng ta sẽ có một hình dạng hoàn toàn khác (các số trong hệ nhị phân sẽ được viết bằng chữ số đỏ):

Bảng Ia

| №№ | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— |
| a | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 10 | 0 | 11 | 10 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| b | 1 | 10 | 10 | 11 | 100 | 100 | 101 | 100 | 110 | 100 | 101 | 110 | 111 | 1000 | 1000 |
| c | 1 | 10 | 11 | 11 | 100 | 101 | 101 | 110 | 110 | 111 | 111 | 111 | 111 | 1000 | 1001 |

Bảng IIa

| №№ | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— |
| a | 1 | 11 | 100 | 110 | 1000 | 1001 | 1011 | 1011 |
| b | 10 | 101 | 111 | 1010 | 1101 | 1111 | 1111 | 1010 |

| №№ | 110 | 1000 | 10001 | 10011 | 10101 | 1101 | 1111 | 10101 | 1010 | 1010 | 1010 | 1010 | 1010 |
| :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— |
| 1110 | 10000 | 10001 | 10011 | 10101 | 1101 | 1111 | 1011 | 1011 | 1011 | 1011 | 1011 | 1011 | 1011 |

**Nghiên cứu kỹ bảng Ia cho phép nhận ra trong đó một quy luật hoàn toàn xác định: vâng, dĩ nhiên, các vị trí thua (a, b, c) trong trò “nim” — đó.me những vị trí, nơi tổng các chữ số của mỗi hàng trong cách ghi nhị phân của các số a, b, c là chẵn (nghĩa là bằng 0 hoặc 2)! Tuy nhiên bảng IIa hóa ra lại xảo quyệt hơn: nó chẳng tốt hơn bảng II chút nào, và từ nó không thể nhận ra bất cứ quy luật xác định nào trong việc tạo thành các cặp thua (a, b).

Nhưng tại sao chính hệ nhị phân lại phải là chiếc chìa khóa giúp chúng ta tìm ra hệ thống chơi không thua trong trò cờ цяньшизцы? Đúng là chúng ta đã thấy rằng hệ này dường như giúp ích khi xây dựng lý thuyết trò nim: nhưng цяньшизцы là một trò hoàn toàn khác, mà chìa khóa mở được một cánh cửa hoàn toàn không nhất thiết phải hợp với cánh cửa khác. Không thể viết lại bảng II theo cách khác được sao: có lẽ một hệ ghi khác của các số tạo thành hệ này sẽ soi sáng nhiều hơn cho cấu trúc của nó?

Nghiên cứu kỹ bảng II cho phép nhận thấy rằng trong đó các số Fibonacci thường xuất hiện và xem, chẳng hạn, các cột thứ 1, thứ 2, thứ 5 và thứ 13 của bảng *). Điều này đến lượt nó có thể gợi cho chúng ta ý nghĩ về sự hợp lý của việc thử viết bảng II trong “hệ đếm Fibonacci”, trong đó mọi số được biểu diễn bằng tổng các số của dãy Fibonacci (các số trong hệ đếm này chúng ta sẽ viết bằng chữ số xanh). Chẳng hạn, số 100 trong Fibonacci

*) Các số Fibonacci là một dãy số bắt đầu bằng 1 và 2, rồi được xây dựng theo quy luật sau: mỗi số của dãy Fibonacci bằng tổng hai số đứng trước. Các số hạng đầu tiên của nó là: 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, … Một cuốn sách mỏng hay của N. N. Vorobyev “Các số Fibonacci” (M., “Nauka”, tái bản lần 3, 1969) được dành cho các số Fibonacci.

Tờ 12

tr. 10Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

10

các điều kiện a) và b) đã nêu ở trên trong trò chơi “nim” là và chỉ là những vị trí (a, b, c), mà tổng всех các chữ số ứng với cùng một hàng trong cách viết các số a, b, c theo hệ đếm nhị phân, đối với mọi hàng, là chẵn.

Định lý II. Các vị trí thua trong trò chơi “izianytszy” là và chỉ là những vị trí (a, b), mà a, khi được viết trong hệ đếm Fibonacci, kết thúc bằng một số chẵn chữ số không, còn số b nhận được từ số a bằng cách viết thêm một chữ số không ở cuối.

Nhận xét. Từ các định lý I và II suy ra rằng cả hai trò chơi — “nim” và “izianytszy” — theo một nghĩa nào đó đều có lợi cho người bắt đầu: các vị trí thua đối với người bắt đầu (xem bảng I và II) trong chúng khá ít, tức là chúng gặp ít hơn rất nhiều so với tất cả các vị trí còn lại (thắng đối với người bắt đầu).

Các chứng minh của những định lý này là nội dung của các bài tập dưới đây. Đáp số cho chúng được đưa ở tr. 60 (tuy nhiên, hãy thử tự tìm lời giải). Chúng tôi khuyên bạn trước hết hãy tìm hiểu các bài tập 1—4, vì các bài tập 5—7 khó hơn nhiều.

Bài tập

  1. Chứng minh rằng nếu vị trí (a, b, c) trong trò chơi “nim” không phải là vị trí thua, tức là không thỏa mãn các điều kiện nêu trong phát biểu định lý I, thì người chơi bằng nước đi của mình có thể biến nó thành vị trí thua.

  2. Chứng minh rằng nếu vị trí (a, b, c) trong trò chơi “nim” không phải là vị trí thua, tức là không thỏa mãn các điều kiện nêu trong phát biểu định lý I, thì người chơi bằng nước đi của mình có thể biến nó thành vị trí thua.

  3. Hãy nêu chiến lược đúng trong trò chơi “nim” khi số đống diêm là một số cho trước bất kỳ n ≥ 2 (các quy tắc khác của trò chơi giữ nguyên). Chiến lược không thua trong trường hợp n = 2 quy về điều gì?

  4. Hãy mô tả các vị trí thua (a, b, c) trong trò chơi “nim”, viết các số a, b, c không theo hệ nhị phân mà theo hệ tứ phân (nghĩa là biểu diễn, chẳng hạn, số a dưới dạng a = aₙaₙ₋₁…a₂a₁a₀ = aₙ4ⁿ + aₙ₋₁4ⁿ⁻¹ + … + a₂4² + a₁4 + a₀; ở đây 0 ≤ aᵢ ≤ 3 với mọi i = n, n − 1,…, 2, 1, 0 *))

  5. Chứng minh rằng với mọi số nguyên dương p, tồn tại một và chỉ một vị trí thua (a, b) trong trò chơi “izianytszy” (tức là vị trí thỏa mãn các điều kiện của định lý II) sao cho b − a = p. Hãy kiểm tra điều này với 15 vị trí thua đầu tiên được liệt kê trong bảng II.

  6. Chứng minh rằng nếu vị trí (b, a) trong trò chơi “izianytszy” không thỏa mãn các điều kiện của định lý II, thì người chơi bằng nước đi của mình có thể hoặc thắng ngay, hoặc đưa vị trí về vị trí thua.

  7. Chứng minh rằng nếu vị trí (a, b) trong trò chơi “izianytszy” là vị trí thua, thì sau bất kỳ nước đi nào của người chơi nó không còn như vậy nữa.

  8. Hãy nêu chiến lược đúng trong trò chơi “izianytszy” nếu số đống là lẻ (mỗi nước đi người chơi có quyền lấy một số lượng diêm bất kỳ từ một đống nào đó, hoặc lấy bằng nhau — cũng với một số lượng bất kỳ! — từ tất cả các đống).

Bài toán. Hãy nêu chiến lược đúng trong trò chơi “izianytszy” nếu số đống bằng bốn.

Tôi muốn cảnh báo người đọc rằng tác giả không biết lời giải của bài toán đã nêu.

*) Gạch trên số cho biết rằng đó là cách viết số bằng các chữ số aₙaₙ₋₁…a₂a₁a₀, chứ không phải tích của các số.

Tờ 13

không đánh sốChép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

ĐỐI THOẠI VỀ NHIỆT ĐỘ

M. Ya. Azbel

Một bài báo khoa học phổ thông luôn là một trò chơi đặc biệt giữa Tác giả và Bạn đọc, trong đó người ta tin lời Tác giả (do đó có khả năng, không phải hiếm khi được thực hiện, là sự gian dối), nhưng Tác giả không có quyền viết khó hiểu và gây buồn chán. Nếu không — Tác giả thua cuộc: bài báo sẽ không được đọc và, nghĩa là, đã được viết vô ích.

Thông thường một bài báo phổ thông có dạng một độc thoại dài. Nhưng ngay cả người Hy Lạp cổ đại cũng hiểu rằng đối thoại khoa học thú vị hơn nhiều. Vì điều đó không vi phạm luật chơi, ta sẽ theo gương họ. Kết quả là Bạn đọc sẽ có khả năng, thể hiện cá tính, trước hết tự mình thử tìm lời đáp cho các câu hỏi được đặt ra, mỗi câu trong số đó là một bài toán vật lý, và đôi khi là cả một vấn đề.

Vậy là, màn được kéo lên — chúng ta bắt đầu.

Tác giả
Nhiệt độ, có lẽ, là khái niệm vật lý đầu tiên mà con người gặp trong đời mình. Một đứa trẻ năm tuổi còn chưa biết đếm, nhưng đã thông báo: “Cháu khỏe, cháu 36,6”, — dù còn chưa hiểu ý nghĩa của những từ mình nói ra (để hiểu các phân số thập phân, cần lớn thêm gấp đôi). Điều đó có nghĩa là ta đang nói về một trong những khái niệm vật lý quan trọng nhất. Trong suốt lịch sử của mình, nhân loại cố gắng hiểu những thứ gây kinh ngạc từ thời thơ ấu: không gian, thời gian… Vì khái niệm càng quen thuộc, câu hỏi càng được phát biểu đơn giản, thì thông thường nó càng sâu sắc và càng khó trả lời. Tuy nhiên, cũng càng khó đặt ra — nó dường như quá hiển nhiên. Chẳng hạn, trong một truyện trinh thám, các thám tử chạy ngược chạy xuôi tìm kiếm thứ ở ngay trước mắt họ.

Bạn đọc
Thôi đi, cả chuyện thám tử lẫn những suy luận triết học. Không thể cụ thể hơn sao?

Tác giả
Được. Đây là câu hỏi mà việc lần lượt làm sáng tỏ nó cuối cùng dẫn chúng ta tới các khái niệm cơ bản của thuyết tương đối rộng.

Mọi phương pháp đo nhiệt độ đều dựa trên sự cân bằng nhiệt độ, nghĩa là trên việc vật nóng hơn nguội đi, còn vật lạnh hơn nóng lên. Có phải vậy không?

Bạn đọc
Dĩ nhiên.

Tác giả
Nhưng tại sao điều đó xảy ra? Tại sao nhiệt luôn truyền từ vật nóng hơn sang vật lạnh hơn?

Bạn đọc
Không phải luôn luôn! Chẳng hạn, tủ lạnh lạnh đi, mặc dù bên cạnh nó không có vật nào lạnh hơn. Ở đây nhiệt được truyền cho vật ấm hơn — không khí xung quanh và mọi thứ có trong phòng.

Tác giả
Bạn đã đi trước mạch suy luận của tôi, khi đưa ra một nhận xét rất quan trọng. Quả thật, nếu cần và nếu tiêu tốn công, có thể dùng vật lạnh làm nóng vật nóng. Không phải vô cớ mà tủ lạnh được cắm điện. Nhưng trong một hệ không tương tác với bất kỳ vật thể nào khác (các nhà vật lý gọi hệ như vậy là hệ kín), nhiệt độ luôn cân bằng,

Tờ 14

tr. 12Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

12

nhiệt được truyền từ nóng sang lạnh. Trong mọi trường hợp khi điều đó không xảy ra, có thể tìm thấy chỗ hệ «hở». Chẳng hạn, trong trường hợp tủ lạnh, sự làm lạnh của nó diễn ra nhờ năng lượng nhận từ nhà máy điện, hoặc, xét đến cùng, từ Mặt Trời đang nguội đi.

Bạn đọc
Theo tôi, mọi điều ông nói hoàn toàn rất rõ ràng.

Tác giả
Tôi đã cảnh báo: nguồn gốc của những ý tưởng sâu sắc nhất là — cái tưởng như rất được mang đi nhờ năng lượng nhận từ nhà máy điện, hoặc, xét đến cùng, từ Mặt Trời đang nguội đi.

Bạn đọc
Theo tôi, mọi điều ông nói hoàn toàn rất quan trọng — cái tưởng như rất được mang đi nhờ năng lượng nhận từ nhà máy điện, hoặc, xét đến cùng, từ Mặt Trời đang nguội đi.

Thông thường, khi kết quả thí nghiệm mâu thuẫn với lý thuyết, phải sửa lý thuyết. Còn nếu thí nghiệm mâu thuẫn với nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học, hoặc sai lầm trong thí nghiệm. Và luôn tìm được đến cái gọi là «nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học» («nguyên lý thứ nhất» được gọi là định luật bảo toàn năng lượng), hoặc «định luật tăng trưởng năng lượng».

Thông thường, khi kết quả thí nghiệm mâu thuẫn với lý thuyết, phải sửa lý thuyết. Và luôn tìm được đến cái gọi là «nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học» («nguyên lý thứ nhất» được gọi là định luật bảo toàn năng lượng), hoặc «định luật tăng trưởng năng lượng».

Nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học nói: «Trong một hệ kín các quá trình là sự cân bằng nhiệt độ». Nói cách khác, sự truyền nhiệt từ vật nóng sang vật lạnh. Vật thứ nhất nguội đi, còn vật thứ hai nóng lên.

Để đáp lại năng lượng của vật nóng hơn, cần tiêu tốn công. Vậy nên không chỉ «động cơ vĩnh cửu loại một», thực hiện công từ «hư không», là không thể, trái với nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học — định luật bảo toàn năng lượng. Cũng không thể có, không mâu thuẫn với định luật này, «động cơ vĩnh cửu loại hai», cái mà được chúng ta nhanh chóng hình thành theo nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học, thực hiện công, làm lạnh công, làm lạnh các biển, đại dương, vật liệu. Dự trữ năng lượng nhiệt của chúng trên thực tế là vô tận, nhưng — than ôi — không thể tiếp cận. Những quá trình riêng nào có thể là nguyên lý thứ hai!

Vậy, trong một hệ kín các quá trình là sự cân bằng nhiệt độ.

Quá trình này kết thúc khi nhiệt độ của các vật nhiệt-đông trở nên bằng nhau. Khi đó xuất hiện trạng thái cân bằng, nhưng không phải cơ học, mà là nhiệt động lực học.

Nhưng từ đây lập tức suy ra kết luận về «cái chết nhiệt của Vũ trụ», thuộc về nhà khoa học Đức Clausius. Sớm hay muộn mọi ngôi sao sẽ nguội đi, trong toàn thế giới sẽ thiết lập một nhiệt độ như nhau, mọi quá trình sẽ trở nên không thể — thế giới sẽ biến thành một khoảng trống vô sinh. Mọi cố gắng hiểu vì sao điều đó không xảy ra trong thời gian tồn tại của Vũ trụ đều vô ích trước khi xuất hiện thuyết tương đối rộng!

Bạn đọc
Còn theo thuyết tương đối, nhiệt độ không cân bằng sao?

Tác giả
Không, câu trả lời không đơn giản đến thế. Nhưng để hiểu thuyết tương đối rộng đã giải quyết cái chết nhiệt như thế nào, cần nói đôi chút về những khái niệm cơ bản của lý thuyết này.

Bạn đọc
Và điều này, bây giờ ông sẽ nói, học sinh không thể tiếp cận…

Tác giả
Ngược lại, tôi tin rằng có thể tiếp cận. Tôi cho rằng ý tưởng vật lý hoặc toán học càng sâu sắc, càng dễ trình bày nó mà không dùng bất kỳ kiến thức chuyên môn nào.

Bạn đọc
Vậy xin hãy kể về thuyết tương đối rộng.

Tác giả
Đó nên là chủ đề của một cuộc trao đổi riêng. Hôm nay chúng ta nói về nhiệt độ, và đối với tôi điều quan trọng là chỉ ra rằng, khi suy nghĩ về việc nhiệt kế làm thay đổi nhiệt độ như thế nào, người ta có thể

Tờ 15

tr. 13Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

13

mà đi đến lý thuyết Einstein; chỉ ra có thể thấy được bao nhiêu vấn đề và triển vọng khi đọc vật lý học phổ thông. Như các bạn thấy, những suy ngẫm về nhiệt độ tỏ ra hết sức có kết quả. Vậy nhiệt độ là gì?

Bạn đọc
Từ những điều ông đã nói, tôi hiểu rằng nhiệt độ là cái được cân bằng khi hai vật tiếp xúc. Ở trường chúng tôi được nói rằng nhiệt độ là đại lượng tỉ lệ với động năng trung bình của các phân tử:

mv22=32kT,\frac{mv^2}{2} = \frac{3}{2} kT,

trong đó k≈10−21 ∂x/∂p — постоянная Больцмана.k \approx 10^{-21} \text{ } \partial x/\partial p \text{ — постоянная Больцмана.}

Sự cân bằng nhiệt độ xảy ra vì khi va chạm, năng lượng được truyền từ các hạt có năng lượng lớn hơn sang các hạt có năng lượng nhỏ hơn.

Tác giả
Theo ông, thế năng tương tác của các hạt trong tinh thể ở độ không tuyệt đối là bao nhiêu?

Bạn đọc
Chúng ta cung cấp năng lượng ấy khi biến tinh thể thành khí. Vậy mỗi atom có năng lượng xấp xỉ kTkkT_k, trong đó TkT_k là nhiệt độ sôi.

Tác giả
Đánh giá hoàn toàn đúng. Vậy theo ông, một tinh thể ở độ không tuyệt đối có thể làm nóng một chất khí có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của tinh thể không?

Bạn đọc
Không, dĩ nhiên là không. Tôi muốn nói không phải toàn bộ mà là động năng, động năng càng lớn khi nhiệt độ càng cao.

Tác giả
Được. Chẳng hạn, hãy xét một cục nước đá. Phía trên nó, dĩ nhiên, có hơi nước. Do sự cân bằng nhiệt độ, khi cân bằng, nhiệt độ của nước đá và hơi là như nhau. Vậy vận tốc trung bình của các phân tử trong hơi và trong tinh thể nước đá cũng như nhau.

Bạn đọc (bối rối).

Không, có gì đó lạ. Vì trong nước đá rắn các phân tử hầu như không chuyển động, còn trong hơi chúng lao đi với vận tốc rất lớn. Tôi nhớ rõ rằng khi bay hơi, chất lỏng lạnh đi. Thậm chí có một phương pháp tạo nhiệt độ rất thấp như vậy — sự bay hơi của gel lỏng. Điều đó cũng dễ hiểu. Vượt ra ngoài giới hạn lực hút phân tử trong chất lỏng chỉ có thể là những phân tử nhanh nhất. Còn những phân tử chậm ở lại tương ứng với nhiệt độ thấp hơn.

Tác giả
Nhưng chẳng phải một phần năng lượng sẽ bị tiêu tốn để thắng lực hút phân tử trong chất lỏng sao? Chẳng phải từ chất lỏng sang hơi, các phân tử sẽ bay ra với chính vận tốc mà chúng bắt đầu hành trình sao?

Bạn đọc
Quả thật, tranh luận mới hay làm sao. Tôi chưa bao giờ nghĩ rằng chân lý thực sự được sinh ra trong tranh luận! Hình như tôi đã hiểu mọi thứ đến cùng! Thật vậy, những phân tử nhanh nhất bay hơi, vì thế lúc đầu chất lỏng lạnh đi. Khi thắng lực hút, các phân tử mất vận tốc của mình, như tên lửa bay tới Mặt Trăng. Vì vậy khí cũng không gồm những phân tử nhanh kỷ lục, và vận tốc trung bình của các phân tử trong khí và chất lỏng trùng nhau. Nhờ sự bay hơi mà nhiệt độ chung được thiết lập. Nếu những phân tử bay ra — vốn là những phân tử nhanh — bị mang đi, như khi bay hơi dưới bơm hút, có thể đạt được sự hạ nhiệt độ đáng kể của chất lỏng.

Tác giả
Còn vận tốc của các phân tử trong tinh thể thì sao?

Bạn đọc
Trong tinh thể, các phân tử chuyển động với cùng vận tốc trung bình như trong hơi phía trên nó, nhưng không thực hiện chuyển động tịnh tiến tự do, chỉ hơi bị biến dạng bởi các va chạm hiếm hoi, như trong khí, mà dao động quanh những vị trí chuẩn trong mạng tinh thể…

Tờ 16

tr. 14Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

14

Tác giả
…được gọi là các nút của mạng tinh thể. Hoàn toàn đúng.
Nhưng tôi sẽ tiếp tục hỏi bạn. Dần dần bạn sẽ học được cách tự làm điều đó. Một nhà khoa học say mê bất cứ ý tưởng nào của mình trước hết bắt đầu tìm kiếm những sự bác bỏ có thể có.
Vậy, chúng ta đã nói rằng nhiệt độ xác định vận tốc trung bình của các phân tử. Điều đó có nghĩa là vận tốc trung bình của các phân tử trong mọi vật thể, không phụ thuộc vào thành phần và trạng thái của chúng (nước, sắt, không khí), ở cùng một nhiệt độ là như nhau. Còn ở độ không tuyệt đối, các vận tốc bằng không. Nhưng khi ấy phải giải thích thế nào về heli, chất vẫn ở thể lỏng ngay cả ở độ không tuyệt đối?
Bạn đọc
Nhưng tôi đã đọc rằng không thể đạt tới độ không tuyệt đối. Nhân tiện, tại sao?

Tác giả
Để hiểu tại sao, cần nói về entropy. Điều đó sẽ làm chúng ta đi chệch hướng rất xa. Còn việc không thể đạt tới độ không thì trong trường hợp của chúng ta không có ý nghĩa. Về nguyên tắc, chúng ta có thể đến gần nó tùy ý. Đối với chúng ta, chỉ quan trọng là ở nhiệt độ vài độ Kelvin, vận tốc trung bình của các nguyên tử heli đã phụ thuộc rất yếu vào nhiệt độ, còn khi nhiệt độ thay đổi từ 1 đến 10⁻⁶ độ thì thực tế không thay đổi, mặc dù dường như phải giảm đi một nghìn lần.
Bạn đọc
Có lẽ điều này liên quan đến những tính chất đặc biệt của heli, đến tính siêu chảy của nó?

Tác giả
Có một số điểm chung giữa các hiện tượng này. Tuy nhiên, vẫn ở thể lỏng tại độ không tuyệt đối không phải chỉ là tính chất của heli. Như bạn biết, tính dẫn điện tốt của kim loại là do các electron tự do. Năng lượng động học trung bình của chúng thực tế không phụ thuộc vào nhiệt độ của kim loại, và nếu quy nó ra nhiệt độ theo công thức của chúng ta mv22=32kT\frac{mv^2}{2} = \frac{3}{2} kT, thì ta sẽ thấy rằng nó tương ứng với nhiệt độ 10⁵—10⁶ độ, tức là nhiệt độ bên trong các ngôi sao!
Bạn đọc
Có lẽ nhiệt độ của kim loại và của electron không trùng nhau?
Tác giả
Không, ở trạng thái cân bằng, các nhiệt độ, như chúng ta đã nói, luôn cân bằng nhau. Vấn đề ở đây là khác. Định nghĩa nhiệt độ mà bạn đã thấy là đúng — nhưng chỉ trong cơ học cổ điển. Một đại lượng “đơn giản”, quen thuộc với mọi người và cơ bản như nhiệt độ, nói chính xác, lại có bản chất lượng tử! Chính với điều này mà tính siêu chảy của heli và việc nó không bao giờ đông đặc ở áp suất khí quyển có liên hệ — cả hai tính chất này đều thuần túy lượng tử. Như bạn thấy, để tìm những hiệu ứng lượng tử đáng kể, không nhất thiết phải tìm đường vào vi mô giới — những hiệu ứng này ở ngay trước mắt.
Đáng tiếc, trong trường hợp lượng tử, ý nghĩa của nhiệt độ không trực quan như trong trường hợp cổ điển. Hãy bắt đầu từ độ không tuyệt đối và xét một hiệu ứng thuần túy lượng tử — năng lượng động học xác định tại độ không tuyệt đối, tức là một đại lượng trong lý thuyết cổ điển bằng đúng không. Điều này cho phép chúng ta biết liệu mọi chất có còn rắn ở nhiệt độ bằng không hay không, liệu sự tăng áp suất có luôn góp phần làm đông đặc hay không, và trạng thái của vật chất trong lòng Trái Đất và ở sâu trong các ngôi sao là gì.
Tất cả những kết luận này có thể được rút ra từ một định luật lượng tử quan trọng nhất—nguyên lý bất định.
Bạn đọc
Tôi biết nguyên lý bất định áp dụng cho tọa độ và xung lượng của hạt. Tọa độ và xung lượng không thể được đo chính xác, vì chúng không có những giá trị xác định đồng thời. Khi đo chúng-

Tờ 17

tr. 15Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

15

xung lượng của hạt pp và tọa độ xx ta biết giá trị của những đại lượng này với một số sai số Δp\Delta p và Δx\Delta x.
Tính chất của hai đại lượng này là không thể làm sao để tích của những sai số này (đôi khi gọi là “độ bất định”) nhỏ hơn ℏ\hbar — hằng số Planck, chia cho 2π

(h=h2π≈10−32∂ℏ∂ek):ΔpΔx≥ℏ.\left( h = \frac{h}{2\pi} \approx 10^{-32} \frac{\partial \hbar}{\partial e_k} \right): \quad \Delta p \Delta x \geq \hbar.

Tác giả
Trong một vật gồm các nguyên tử giống nhau, tất cả chúng cũng chuyển động, và vì thế không thể xác định vị trí của chúng với độ chính xác lớn hơn khoảng cách giữa chúng. Nếu Δx∼a\Delta x \sim a, thì giá trị nhỏ nhất có thể của xung lượng là bao nhiêu?

Bạn đọc
Tất nhiên, ℏa\frac{\hbar}{a}! Nếu tôi nói rằng xung lượng, chẳng hạn, nhỏ hơn 0,1 ℏa\frac{\hbar}{a}, thì điều đó có nghĩa là xác định nó với độ chính xác 0,1 ℏa\frac{\hbar}{a}, điều không thể được!

Tác giả
Vậy thì năng lượng động học nhỏ nhất có thể…

Bạn đọc
…bằng mv22=(mv)22m=p22m=ℏ22ma2\frac{mv^2}{2} = \frac{(mv)^2}{2m} = \frac{p^2}{2m} = \frac{\hbar^2}{2ma^2}, tức là càng lớn khi khối lượng càng nhỏ! Thú vị là trong cơ học cổ điển năng lượng như vậy tương ứng với nhiệt độ nào? Khoảng cách trung bình giữa các nguyên tử và electron trong kim loại là a≈10−10a \approx 10^{-10} m, khối lượng electron là 10−2710^{-27} e, khối lượng nguyên tử heli là 10−2310^{-23} e. Từ công thức

32kT=mv22=ℏ22ma2\frac{3}{2} kT = \frac{mv^2}{2} = \frac{\hbar^2}{2ma^2}

ta sẽ nhận được rằng đối với electron nhiệt độ bằng

T=ℏ23kma2=10−643⋅1,38⋅10−21⋅10−30⋅10−20≈2,5⋅106°K.T = \frac{\hbar^2}{3kma^2} = \frac{10^{-64}}{3 \cdot 1,38 \cdot 10^{-21} \cdot 10^{-30} \cdot 10^{-20}} \approx 2,5 \cdot 10^6 \text{°K}.

Hơn một triệu độ! Đối với heli, bằng cách ấy ta sẽ thu được nhiệt độ 1∘K1^\circ \text{K}.

Tác giả
Đúng những con số đã được nói đến trước đó. Bây giờ bạn không còn khó khăn gì để xác định chất sẽ như thế nào ở nhiệt độ không—rắn hay không. Nhưng trước hết hãy nghĩ xem vì sao các chất nói chung lại rắn lại ở nhiệt độ thấp.

Bạn đọc
Hiển nhiên, vì ở nhiệt độ thấp động năng của các hạt trở nên nhỏ.

Tác giả
Nhỏ nghĩa là gì? So với cái gì?

Bạn đọc
Có lẽ, so với thế năng tương tác giữa các hạt. Khi thế năng trở nên lớn hơn đáng kể so với động năng, nó buộc các nguyên tử chiếm những vị trí xác định trong mạng tinh thể. Vì vậy, để nói chất sẽ như thế nào ở nhiệt độ không, cần biết thế năng tương tác giữa các hạt phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng như thế nào.

Bây giờ tôi hiểu rằng chất lỏng không đông đặc ở nhiệt độ không tuyệt đối cần được tìm trong số các chất có những nguyên tử nhẹ và tương tác yếu,—khi đó động năng của các nguyên tử lớn và thế năng tương tác UU nhỏ. Heli là khí trơ nhẹ nhất, các nguyên tử của nó tương tác yếu với nhau (cũng như với các nguyên tử khác—đó chính là tính «trơ» của chúng). Hiển nhiên, nó thỏa mãn các điều kiện chung.

Trong trường hợp khí electron, thế năng tương tác tuân theo định luật Coulomb: U(a)=e24πε0U(a) = \frac{e^2}{4\pi\varepsilon_0}, trong đó ee — điện tích electron, bằng khoảng 1,6⋅10−18K1,6 \cdot 10^{-18} \text{K}, và 14πε0≈\frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \approx

Tờ 18

tr. 16Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

⟦trang 16⟧

≈9⋅109m2κ.\approx 9 \cdot 10^9 \frac{m^2}{\kappa}.

Khi a≈10−10ma \approx 10^{-10} m, năng lượng động học tối thiểu của các electron

mv22=ℏ22ma2≈10−642⋅9⋅10−31⋅10−20≈5⋅10−15 J,a\frac{mv^2}{2} = \frac{\hbar^2}{2ma^2} \approx \frac{10^{-64}}{2 \cdot 9 \cdot 10^{-31} \cdot 10^{-20}} \approx 5 \cdot 10^{-15} \text{ J}, a

U(a)≈2,6⋅10−36⋅9⋅10910−10≈2,3⋅10−16 J.U(a) \approx \frac{2,6 \cdot 10^{-36} \cdot 9 \cdot 10^9}{10^{-10}} \approx 2,3 \cdot 10^{-16} \text{ J}.

U(a)U(a) xấp xỉ bằng năng lượng động học tối thiểu của các electron! Vì thế khí electron không thể đông đặc.

Tác giả

Điều thú vị là ngay từ nguyên lý bất định đã suy ra không có electron trong hạt nhân, có kích thước RR cỡ 10−13 cm10^{-13} \text{ cm}. Ở đó nó phải có vận tốc v≥ℏmR∼6×1011mgiaˆyv \geq \frac{\hbar}{mR} \sim 6 \times 10^{11} \frac{m}{\text{giây}}, tức lớn hơn vận tốc ánh sáng 2000 lần!

Bây giờ bạn có thể theo dõi điều gì sẽ xảy ra với vật chất khi T=0T=0 theo mức tăng của áp suất, tức theo mức giảm của khoảng cách cơ học.

Độc giả

Đúng vậy, mọi thứ được xác định bởi sự tương ứng giữa năng lượng thế và năng lượng động học: U(a)U(a) và ℏ22ma2\frac{\hbar^2}{2ma^2}. Nếu 2ma2U(a)≫ℏ22ma^2U(a) \gg \hbar^2, sẽ thu được tinh thể, trong trường hợp ngược lại — chất lỏng hoặc chất khí.

Tác giả

Nếu nén vật chất đến mức “nghiền nát” và nizkovat atoms, thì U(a)U(a) tỉ lệ với 1a\frac{1}{a}.

Độc giả

Vì thế khi a→0a \rightarrow 0 nó sẽ ngày càng giống chất khí hơn! Áp suất dẫn đến nóng chảy — rất thú vị!

Tác giả

Ở những áp suất rất lớn, khi các hạt nhân tan rã, thế-

E2E_2

E1E_1

E0E_0

Hình 1.

thế năng tăng nhanh khi aa giảm, và chất lại đông đặc. Sau đó, ở vùng mật độ siêu cao, chẳng hạn tương ứng với các sao neutron, năng lượng tương tác hấp dẫn trở nên quyết định, và sự nóng chảy lại có thể xảy ra.

Có những ngôi sao thay đổi độ sáng, có kích thước khoảng 10 km và khối lượng sánh với khối lượng Mặt Trời. Chúng có lớp vỏ rắn (mật độ của nó thay đổi từ 10610^6 đến 5⋅1013 e/cm35 \cdot 10^{13} \text{ e/cm}^3) và lõi lỏng có mật độ 5⋅1014 e/cm35 \cdot 10^{14} \text{ e/cm}^3.

Bạn đọc

Tất cả điều này rất thú vị, nhưng tôi vẫn chưa hiểu nhiệt độ là gì theo quan điểm cơ học lượng tử.

Tác giả

Đến nay chúng ta mới chỉ xác định năng lượng tối thiểu của nguyên tử hoặc phân tử. Tuy nhiên, điều đó vẫn chưa xác định động năng của chất. Cần nhớ rằng theo các định luật cơ học lượng tử, năng lượng của một hạt không thể là tùy ý. Nó chỉ có thể nhận những giá trị hoàn toàn xác định, hoặc, như người ta nói, các hạt có thể ở trên những mức năng lượng xác định. Chúng thường được biểu diễn dưới dạng các đường ngang xếp chồng lên nhau (hình 1). Hệ các mức năng lượng giống như một giá sách có các ngăn. Sách có thể đặt trên các ngăn, nhưng không thể đặt giữa chúng.

Bạn đọc

Vậy sự phân bố các hạt trên các ngăn-mức là hoàn toàn ngẫu nhiên, hỗn độn?

Tờ 20

tr. 18Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

18

khoa học, mà cả đối với kỹ thuật. Trong các máy phát lượng tử nổi tiếng — laze và mazer — người ta đặc biệt tạo ra nhiệt độ âm đúng theo nghĩa mà ông đã nói, rồi nhanh chóng “chiếu sáng” năng lượng tích tụ.

Bạn đọc
Chẳng lẽ nhiệt độ chỉ xác định sự phân bố các hạt theo các mức năng lượng trong cơ học lượng tử?

Tác giả
Dĩ nhiên không. Điều đó cũng đúng trong cơ học cổ điển. Chẳng hạn, sự phân bố theo năng lượng của các phân tử khí lý tưởng “cổ điển” như được chỉ ra trên hình 4. Nó được xác định bởi công thức
nn0=e−EkT.\frac{n}{n_0} = e^{-\frac{E}{kT}}.
Ở đây n0n_0 — số hạt ở trạng thái mà từ đó ta bắt đầu khi không có năng lượng của hạt EE; nn — số hạt có năng lượng EE; e=2,718e = 2,718 — cơ số của lôgarit tự nhiên, kk — hằng số Boltzmann, TT — nhiệt độ của khí.

Bạn đọc
Nếu biến đổi công thức này, lấy lôgarit hai vế của đẳng thức, thì nó sẽ có dạng
ln⁡nn0=−EkI.\ln \frac{n}{n_0} = -\frac{E}{kI}.

Hình 4.

Hình 5.

Suy ra
T=−Ek(ln⁡n−ln⁡n0).T = -\frac{E}{k(\ln n - \ln n_0)}.

Nếu cung cấp năng lượng cho khí, thì ta sẽ nâng nhiệt độ của nó lên, chuyển ngày càng nhiều hạt từ các mức năng lượng dưới lên các mức trên. Khi đó ta có thể đạt được sao cho nn trở thành n0n_0 và ln⁡n\ln n lớn hơn ln⁡n0\ln n_0. Điều đó sẽ có nghĩa là nhiệt độ của khí là âm! Tôi cho rằng chúng ta đã đi đến điều vô lý. Theo tôi, nói về nhiệt độ âm của khí lý tưởng là vô nghĩa.

Tác giả
Nếu chúng ta chỉ xét vài mức năng lượng, thì ta có thể làm sao cho ở các mức trên có nhiều phân tử khí hơn ở các mức dưới. Tuy nhiên không thể làm cho sự phân bố các phân tử theo năng lượng giống như trên hình 5: sự phụ thuộc của số hạt vào năng lượng là hàm mũ và ở các mức đủ cao có nhiều hạt hơn ở các mức dưới.

Toàn bộ vấn đề là kết luận của chúng ta về khả năng có nhiệt độ âm chỉ đúng không phải với mọi hệ hạt, mà chỉ với hệ mà ở đó

Tờ 21

tr. 19Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

19

mà số mức năng lượng là hữu hạn. Bởi vì thông thường năng lượng có chứa động năng như một thành phần, mà động năng thì có thể lớn tùy ý. Theo ngôn ngữ lượng tử, điều đó có nghĩa là số mức năng lượng là vô hạn. Nhưng trong trường hợp đó, ngay cả việc phân bố đều một số hữu hạn hạt trên một số vô hạn các mức năng lượng cũng không thể, chưa nói đến việc có được nhiệt độ âm. Vậy các tính toán của chúng ta đúng đối với những hệ mà năng lượng không gắn với động năng.

Bạn đọc
Điều này rất khó hiểu. Tôi chưa bao giờ nghe nói có ai cầm trong tay hoặc nhìn thấy một vật có nhiệt độ âm.

Tác giả
Điều đó không có gì đáng ngạc nhiên. Trong trạng thái ổn định, cân bằng, nhiệt độ âm là không thể có. Trạng thái có nhiệt độ âm là trạng thái, như người ta nói, bán ổn định. Khi đã xuất hiện, nó thường tồn tại không lâu (mặc dù cũng có những trạng thái bán ổn định rất bền, chẳng hạn thủy tinh, mà ở trạng thái cân bằng là một tinh thể trong suốt). Chẳng hạn, khi trong môi chất hoạt động của laser tạo ra nhiệt độ âm, nó rất nhanh chuyển sang trạng thái có nhiệt độ dương: các hạt từ những mức năng lượng cao chuyển xuống, như thể «rơi» xuống các mức thấp hơn, còn năng lượng mất đi khi đó được phát ra dưới dạng chùm tia laser.

Bạn đọc
Nhưng tôi muốn trở lại với nhiệt độ. Nếu tôi hiểu đúng, nhiệt độ là một khái niệm có nhiều mặt khác nhau. Một mặt, nhiệt độ là một đại lượng đặc trưng cho trạng thái của vật, cho biết rằng khi một hệ nào đó chuyển sang cân bằng thì nó trở nên như nhau ở mọi phần của hệ. Mặt khác, nhiệt độ liên hệ với động năng trung bình của các hạt tạo thành vật. Cuối cùng, trong cơ học lượng tử nó xuất hiện như một đại lượng xác định sự phân bố các hạt theo các trạng thái năng lượng. Dễ thấy rằng trong cả ba biểu hiện ấy, nhiệt độ liên hệ mật thiết nhất với một đại lượng vật lý khác — năng lượng. Nhưng trước đây ông còn nhắc đến một đại lượng nữa, hoàn toàn xa lạ với tôi, — entropy. Nó cũng có liên quan đến nhiệt độ chứ?

Tác giả
Liên quan trực tiếp nhất. Và câu chuyện về nhiệt độ không thể đầy đủ nếu không nói cả về entropy. Nhưng câu chuyện về entropy phải chiếm không ít chỗ hơn câu chuyện mà bây giờ đã đến lúc kết thúc.

Tờ 22

tr. 20Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

20

SO SÁNH
CÁC TRUNG BÌNH KHÁC NHAU
CỦA HAI SỐ
DƯƠNG

  1. A. Skopets

Ai cũng biết rằng với hai số dương aa và bb hoặc với hai đoạn thẳng có độ dài aa và bb, ta liên hệ trung bình cộng a+b2\frac{a+b}{2} và trung bình nhân ab\sqrt{ab} của chúng, trong đó ab≤a+b2\sqrt{ab} \leq \frac{a+b}{2} (dấu bằng chỉ xảy ra khi a=ba=b). Chứng minh đại số của bất đẳng thức này cực kỳ đơn giản:

(a−b)2≥0,(a+b)2≥4ab,(a-b)^2 \geq 0, (a+b)^2 \geq 4ab,
ab≤(a+b2)2 vaˋ ab≤a+b2.ab \leq \left(\frac{a+b}{2}\right)^2 \text{ và } \sqrt{ab} \leq \frac{a+b}{2}.

Còn chứng minh hình học dựa trên một hệ thức độ dài giữa các yếu tố của tam giác vuông: đường cao của tam giác vuông hạ xuống cạnh huyền là trung bình nhân của các hình chiếu của hai cạnh góc vuông trên cạnh huyền. Đường cao này không vượt quá bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác, trong khi trung bình cộng của các đoạn trên cạnh huyền đúng bằng bán kính của đường tròn đó.

Ngoài hai trung bình đã nêu, còn đáng xét hai trung bình thường gặp khác: trung bình bình phương a2+b22\sqrt{\frac{a^2+b^2}{2}} và trung bình điều hòa 21a+1b=2aba+b\frac{2}{\frac{1}{a}+\frac{1}{b}} = \frac{2ab}{a+b}.

Hãy đưa ra chứng minh đại số, rồi chứng minh hình học, rằng

2aba+b≤ab≤a+b2≤a2+b22,\frac{2ab}{a+b} \leq \sqrt{ab} \leq \frac{a+b}{2} \leq \sqrt{\frac{a^2+b^2}{2}},

hơn nữa trong mọi trường hợp, dấu bằng xảy ra khi và chỉ khi a=ba=b. Ký hiệu các trung bình viết trong (1) lần lượt bằng các chữ M,N,K,LM, N, K, L. Bất đẳng thức N≤KN \leq K chúng ta đã kiểm tra. Còn phải chứng minh rằng 1) K≤LK \leq L; 2) M≤NM \leq N.

  1. K2−L2=(a+b2)2−a2+b22=−14(a−b)2≤0,K^2 - L^2 = \left(\frac{a+b}{2}\right)^2 - \frac{a^2+b^2}{2} = -\frac{1}{4} (a-b)^2 \leq 0,

nghĩa là K≤LK \leq L, hơn nữa K=LK=L chỉ khi a=ba=b;

  1. M2−N2=4a2b2(a+b)2−ab=−ab(a−b)2(a+b)2≤0,M^2 - N^2 = \frac{4a^2b^2}{(a+b)^2} - ab = -\frac{ab (a-b)^2}{(a+b)^2} \leq 0,

nghĩa là M≤NM \leq N, hơn nữa M=NM=N khi a=ba=b.

Tính đúng đắn của các bất đẳng thức (1) đã được chứng minh *).

Bây giờ chúng ta sẽ xem xét chứng minh hình học của các bất đẳng thức này, những bất đẳng thức có thể tỏ ra hữu-

*) Về các bất đẳng thức này đã nói trong bài của A. P. Savin “Cực đại, cực tiểu và định lý về các trung bình” (“Kvant” Số 11, 1970).

Tờ 23

tr. 21Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

21

ích khi giải các bài toán hình học.

Cho hai đoạn thẳng aa và bb. Nếu a=ba=b, thì bằng cách kiểm tra ta thấy các bất đẳng thức (1) là đúng. Giả sử a>ba>b, và dựng hình thang ABCDABCD có các đáy ABAB và CDCD lần lượt bằng aa và bb (hình 1). Kẻ đường thẳng cắt ll sao cho nó song song với các đáy của hình thang và chia hình thang thành hai hình thang có diện tích bằng nhau T1(ABL2L1)T_1(ABL_2L_1) và T2(L1L2CD)T_2(L_1L_2CD). Tính độ dài đoạn thẳng L1L2L_1L_2, ký hiệu là xx. Từ việc các hình thang T1T_1 và T2T_2 có diện tích bằng nhau suy ra rằng (a+x)h1=(x+b)h2(a+x)h_1=(x+b)h_2, hay là

h1:h2=(x+b):(a+x),h_1:h_2=(x+b):(a+x),

(2) trong đó h1h_1 là chiều cao của hình thang T1T_1, còn h2h_2 là chiều cao của hình thang T2T_2. Từ sự đồng dạng của các tam giác AL1UAL_1U và DL1VDL_1V suy ra rằng

h1:h2=(a−x):(x−b).h_1:h_2=(a-x):(x-b).

(3) Đối chiếu (2) và (3), ta được

x+ba+x=a−xx−b,\frac{x+b}{a+x}=\frac{a-x}{x-b},

từ đó suy ra x2−b2=a2−x2x^2-b^2=a^2-x^2, và cuối cùng

x=a2+b22.x=\sqrt{\frac{a^2+b^2}{2}}.

Vậy đã chứng minh được rằng L1L2=a2+b22.L_1L_2=\sqrt{\frac{a^2+b^2}{2}}.

Xét (2), ta có h1<h2h_1<h_2, do đó đoạn L1L2L_1L_2 nằm gần đáy lớn hơn ABAB của hình thang hơn là đường trung bình K1K2K_1K_2 của nó, bằng a+b2\frac{a+b}{2}. Độ dài của đoạn xx, song song với các đáy của hình thang, mà các đầu mút nằm trên các cạnh bên của hình thang, nằm giữa độ dài các đáy của nó (điều này suy ra từ các tính chất đồng dạng). Vậy, khi a>ba>b ta có a+b2<a2+b22\frac{a+b}{2}<\sqrt{\frac{a^2+b^2}{2}}. Bất đẳng thức này vẫn đúng khi a<ba<b (chỉ cần đổi ký hiệu: aa thành bb và bb thành aa). Do đó, với mọi aa và bb ta có a+b2≤a2+b22.\frac{a+b}{2}\leq\sqrt{\frac{a^2+b^2}{2}}.

Chuyển sang so sánh NN và KK. Để làm điều đó, kẻ đường thẳng cắt nn sao cho nó chia hình thang đã cho thành hai hình thang đồng dạng (vị tự) T1′(ABN2N1)T_1'(ABN_2N_1) và T2′(N1N2CD)T_2'(N_1N_2CD) (hình 2). Ký hiệu độ dài đoạn thẳng N1N2N_1N_2 là yy. Từ sự đồng dạng của các hình thang T1′T_1' và T2′T_2' suy ra rằng a:y=y:ba:y=y:b, hay

y=ab.y=\sqrt{ab}.

Do đó, N1N2=abN_1N_2=\sqrt{ab}. Từ sự đồng dạng của các hình thang (có xét đến (4)) cũng suy ra rằng

AN1:N1D=a:y=ab>1.AN_1:N_1D=a:y=\sqrt{\frac{a}{b}}>1.

Điều này có nghĩa là đường thẳng nn nằm xa đáy ABAB của hình thang hơn,

Tờ 24

tr. 22Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

22

so với đường trung bình K1K2K_1K_2, và vì thế N1N2<K1K2N_1N_2 < K_1K_2. Vậy, với mọi aa và bb ta có

ab≤a+b2.\sqrt{ab} \leq \frac{a+b}{2}.

Cuối cùng, qua giao điểm OO của các đường chéo của hình thang đã cho, ta kẻ đường thẳng mm song song với các đáy của nó và cắt các cạnh bên tại các điểm M1M_1 và M2M_2 (hình 3). Hiển nhiên rằng AM1:M1D=AO:OC=a:bAM_1:M_1D = AO:OC = a:b.

Nhưng ab>ab\frac{a}{b} > \sqrt{\frac{a}{b}}, vì a>ba > b. Do đó, xét đến (5), ta kết luận rằng đoạn M1M2M_1M_2 nằm gần đáy nhỏ của hình thang hơn đoạn N1N2N_1N_2, và vì thế M1M2<N1N2M_1M_2 < N_1N_2. Mặt khác,

M1O:a=DO:DB=CO:CA=OM2:a.M_1O:a = DO:DB = CO:CA = OM_2:a.

Điều này có nghĩa là M1O=OM2M_1O = OM_2. Tiếp theo,

M1Oa+OM2b=DODB+BODB=1.\frac{M_1O}{a} + \frac{OM_2}{b} = \frac{DO}{DB} + \frac{BO}{DB} = 1.

Từ đây suy ra M1M2=2M1O=21a+1bM_1M_2 = 2M_1O = 2\frac{1}{a} + \frac{1}{b}, và do đó M1M2=2aba+bM_1M_2 = \frac{2ab}{a+b}. Vậy M<NM < N, nếu a>ba > b. Tương tự chứng minh được rằng M<NM < N, nếu a<ba < b. Do đó, với mọi aa và bb ta có

2aba+b≤ab.\frac{2ab}{a+b} \leq \sqrt{ab}.

Nhờ đó, tính đúng đắn của bất đẳng thức (1) được chứng minh.

Như vậy, cả bốn trung bình

M1M2=M=2aba+b;N1N2=N=ab;M_1M_2 = M = \frac{2ab}{a+b}; \quad N_1N_2 = N = \sqrt{ab};

K1K2=K=a+b2;L1L2=L=a2+b22.K_1K_2 = K = \frac{a+b}{2}; \quad L_1L_2 = L = \sqrt{\frac{a^2+b^2}{2}}.

Đối với hai đoạn thẳng aa và bb có một cách diễn giải hình học: nếu hai đoạn thẳng này là các đáy của một hình thang, thì gần đáy lớn hơn của hình thang là trung bình bình phương, tiếp theo là trung bình cộng, rồi đến trung bình nhân và, cuối cùng, trung bình điều hòa (hình 4). Rõ ràng độ dài của các đoạn thẳng này không phụ thuộc vào hình dạng của hình thang — ở mọi hình thang có các đáy dài aa và bb cho trước, các trung bình tương ứng nói trên đều bằng nhau. Khi a=ba = b, thì hình thang trở thành hình bình hành và cả bốn trung bình trùng nhau và bằng aa.

Còn phải dựng bốn trung bình này theo các đoạn thẳng aa và bb đã cho. Chúng tôi sẽ đưa ra các phép dựng như vậy để có thể bằng một cách khác kiểm chứng tính đúng đắn của các bất đẳng thức (1).

Trên một đường thẳng, về một phía của điểm OO, đặt các đoạn thẳng OA=aOA = a, OB=bOB = b, trong đó a<ba < b. Gọi SS là trung điểm của đoạn thẳng ABAB (hình 5). Khi đó

OS=a+b−a2 hoặc OS=a+b2=K.OS = a + \frac{b-a}{2} \text{ hoặc } OS = \frac{a+b}{2} = K.

Tờ 25

tr. 23Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

23

Hình 5.

OC=M=2aba+b;OC = M = \frac{2ab}{a+b};
OP=N=ab;OP = N = \sqrt{ab};
OS=K=a+b2;OS = K = \frac{a+b}{2};
OE=L=a2+b22;OE = L = \sqrt{\frac{a^2+b^2}{2}};
M<N<K<L.M < N < K < L.

Dựng trên đoạn ABAB, như trên một đường kính, một đường tròn và kẻ từ điểm OO các tiếp tuyến OPOP và OQOQ với nó (P,QP, Q — các tiếp điểm). Ta sử dụng mối liên hệ giữa các đoạn của cát tuyến và tiếp tuyến được kẻ từ điểm OO đến đường tròn:
OP2=ab.OP^2 = ab. Do đó, OP=ab=NOP = \sqrt{ab} = N, và N<KN < K. Tiếp theo, giả sử PQPQ cắt OSOS tại điểm CC. Khi đó OP2=OS⋅OCOP^2 = OS \cdot OC và
OC=ab:a+b2=2aba+b=M,OC = ab: \frac{a+b}{2} = \frac{2ab}{a+b} = M,
và M<NM < N.

Cuối cùng, dựng bán kính SESE vuông góc với ABAB. Ta có
OE2=(a+b2)2+(a−b2)2,OE^2 = \left(\frac{a+b}{2}\right)^2 + \left(\frac{a-b}{2}\right)^2,
OE=a2+b22=L,OE = \sqrt{\frac{a^2+b^2}{2}} = L,
trong đó K<LK < L. Vậy, nếu a≠ba \neq b, thì M<N<K<LM < N < K < L.

Bài tập

  1. Trên một đường thẳng, về một phía của điểm OO, đặt các đoạn OA=a,OB=b,a<b,OA = a, OB = b, a < b, và dựng đường tròn kk có đường kính ABAB với tâm SS. Tiếp theo, dựng k1k_1 tâm OO bán kính OPOP và k2k_2 có đường kính OSOS.

Chứng minh rằng nếu đường thẳng đi qua OO cắt các phần của các đường g,k1g, k_1 và k2k_2 nằm bên trong kk tại các điểm C1,P1,S1C_1, P_1, S_1, còn đường tròn kk — tại các điểm A1A_1 và B1B_1, thì
OC1=2a1b1a1+b1,OC_1 = \frac{2a_1b_1}{a_1+b_1},
OP1=a1b1,OP_1 = \sqrt{a_1b_1},
OS1=a1+b12(a1=OA1,b1=OB1).OS_1 = \frac{a_1+b_1}{2} \quad (a_1 = OA_1, b_1 = OB_1).

  1. Tìm bốn hệ thức liên hệ giữa từng bộ ba trong các trung bình của hai số aa và bb:
    M=2aba+b,M = \frac{2ab}{a+b},
    N=ab,N = \sqrt{ab},
    K=a+b2,K = \frac{a+b}{2},
    L=a2+b22.L = \sqrt{\frac{a^2+b^2}{2}}.

  2. Chứng minh tính đúng đắn của các bất đẳng thức sau:
    a) N−M⩽K−N,N - M \leqslant K - N,
    b) K−M⩽L−N,K - M \leqslant L - N,
    b) L−K⩽K−N.L - K \leqslant K - N.

  3. Đường tròn có tâm SS trên trục hoành của hệ tọa độ vuông góc cắt trục tại các điểm A(a,0)A(a, 0) và B(b,0),a>0,b>0,a<bB(b, 0), a > 0, b > 0, a < b. Đường cát tuyến đi qua gốc tọa độ OO cắt đường tròn tại các điểm A1A_1 và B1B_1. Lập phương trình quỹ tích của những điểm C1(x,y)C_1(x, y) trên các cát tuyến mà đối với chúng
    (OC1)2=12[(OA1)2+(OB1)2].(OC_1)^2 = \frac{1}{2} \left[ (OA_1)^2 + (OB_1)^2 \right].

  4. Trên phần kéo dài của cạnh ABAB của tam giác ABSABS về phía ngoài điểm AA cho điểm OO, qua điểm đó kẻ một đường thẳng cắt ASAS và BSBS lần lượt tại các điểm B1B_1 và A1A_1. Qua giao điểm PP của các đường thẳng AA1AA_1 và BB1BB_1 kẻ đường thẳng SPSP, cắt ABAB tại điểm CC. Chứng minh rằng c=2aba+bc = \frac{2ab}{a+b}, trong đó OA=a,OB=b,OC=cOA = a, OB = b, OC = c.

  5. Cho hình bình hành OABCOABC và đường trung bình MNMN của tam giác ABCABC, song song với ACAC. Qua đỉnh OO kẻ một đường thẳng; cắt các đường thẳng BC,CA,AB,MNBC, CA, AB, MN tương ứng tại các điểm A0,B0,C0,D0A_0, B_0, C_0, D_0. Chứng minh rằng 1a+1b+1c=3d\frac{1}{a} + \frac{1}{b} + \frac{1}{c} = \frac{3}{d}, trong đó OA0=a,OB0=b,OC0=c,OD0=dOA_0 = a, OB_0 = b, OC_0 = c, OD_0 = d; các điểm A0,B0,C0,D0A_0, B_0, C_0, D_0 nằm về cùng một phía đối với OO (dd — trung bình điều hòa của các đoạn a,b,c,da, b, c, d).

Đẳng thức đã nêu sẽ thay đổi như thế nào nếu các điểm A0,B0,C0,D0A_0, B_0, C_0, D_0 không nằm về cùng một phía đối với OO?

Tờ 28

tr. 26Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

26

LỜI GIẢI

Trong mục này của tạp chí, chúng tôi tiếp tục công bố lời giải các bài toán từ tuyển tập bài toán của «Kvant». Một số bài toán trong đó khó ngay cả đối với các nhà toán học và vật lí chuyên nghiệp. Nhiều bài toán gợi ra cuộc trao đổi về cả một lớp bài toán, về các phương pháp tiếp cận những hiện tượng này hay hiện tượng khác. Mỗi lời giải là một bài báo nhỏ riêng biệt, và chúng tôi khuyên cả những người trước đây chưa từng thử giải bài toán cũng nên làm quen với chúng.

Trong đa số trường hợp, chúng tôi nêu tên những độc giả đã gửi các lời giải thành công nhất, nhưng dĩ nhiên chúng tôi không thể trả lời tất cả những người đã gửi thư cho chúng tôi.

M21
Bên trong một hình vuông cạnh 1 có đặt một số đường tròn, tổng độ dài của chúng bằng 10. Chứng minh rằng không thể kẻ được một đường thẳng. Khi đó mỗi điểm trên cạnh AB được phủ bởi không quá ba hình chiếu của các đường tròn (hình 1), nếu không đường thẳng đi qua điểm đó và vuông góc với AB sẽ cắt nhiều hơn ba đường tròn. Do đó, tổng всех các hình chiếu, tức là tổng độ dài các đường kính của các đường tròn, không vượt quá 3; vì vậy tổng độ dài các đường tròn không vượt quá 3π, trong khi theo giả thiết nó bằng 10>3π. Mâu thuẫn thu được chứng minh khẳng định của bài toán.

Lời giải như vậy được D. Grigoriev từ Leningrad và N. Rasskhin từ Moskva gửi đến.

Hoàn toàn tương tự có thể chứng minh khẳng định tổng quát hơn sau đây. Gọi bề dày của một hình lồi là chiều rộng của dải hẹp nhất có thể đặt hình đó vào. (Có thể chỉ ra rằng định nghĩa này thích hợp cho mọi hình bị chặn.) Khi đó, nếu bên trong một hình có bề dày h có n hình mà tổng các bề dày của chúng lớn hơn kh, thì sẽ có một đường thẳng cắt không ít hơn k + 1 trong số các hình đó.

Tờ 30

tr. 28Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

28

Viết lại bình phương của biểu thức đã cho dưới dạng:

Pn2=1222⋅3242⋅5262⋅⋯⋅(2n−1)2(2n)2=12⋅322⋅4⋅524⋅6⋅⋯⋅(2n−1)2(2n−2)⋅2n⋅12n.P_n^2 = \frac{1^2}{2^2} \cdot \frac{3^2}{4^2} \cdot \frac{5^2}{6^2} \cdot \dots \cdot \frac{(2n-1)^2}{(2n)^2} = \frac{1}{2} \cdot \frac{3^2}{2 \cdot 4} \cdot \frac{5^2}{4 \cdot 6} \cdot \dots \cdot \frac{(2n-1)^2}{(2n-2) \cdot 2n} \cdot \frac{1}{2n}.

Vì với mọi số nguyên k>1k > 1

(2k−1)2(2k−2)⋅2k=(2k−1)2(2k−1)2−1>1,\frac{(2k-1)^2}{(2k-2) \cdot 2k} = \frac{(2k-1)^2}{(2k-1)^2 - 1} > 1,

nên

Pn2>12⋅12n vaˋ Pn>22⋅12n.P_n^2 > \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2n} \text{ và } P_n > \frac{\sqrt{2}}{2} \cdot \frac{1}{\sqrt{2n}}.

Mặt khác, vì luôn có

(2k−1)(2k+1)(2k)2=(2k)2−1(2k)2<1,\frac{(2k-1)(2k+1)}{(2k)^2} = \frac{(2k)^2 - 1}{(2k)^2} < 1,

nên

Pn2=322⋅3.542⋅5.762⋅⋯⋅(2n−1)(2n−3)(2n−2)2⋅2n−1(2n)2<34⋅12n vaˋP_n^2 = \frac{3}{2^2} \cdot \frac{3.5}{4^2} \cdot \frac{5.7}{6^2} \cdot \dots \cdot \frac{(2n-1)(2n-3)}{(2n-2)^2} \cdot \frac{2n-1}{(2n)^2} < \frac{3}{4} \cdot \frac{1}{2n} \text{ và}

Pn<32⋅12n.P_n < \frac{\sqrt{3}}{2} \cdot \frac{1}{\sqrt{2n}}.

D. Gritsoryev đã đề xuất một lời giải hơi khác (những độc giả khác của tạp chí cũng đã gửi lời giải như vậy). Xét cùng với biểu thức đã cho

Pn=12⋅34⋅56⋅⋯⋅2n−32n−2⋅2n−12nP_n = \frac{1}{2} \cdot \frac{3}{4} \cdot \frac{5}{6} \cdot \dots \cdot \frac{2n-3}{2n-2} \cdot \frac{2n-1}{2n}

biểu thức sau:

Qn=12⋅23⋅45⋅⋯⋅2n−42n−3⋅2n−22n−1.Q_n = \frac{1}{2} \cdot \frac{2}{3} \cdot \frac{4}{5} \cdot \dots \cdot \frac{2n-4}{2n-3} \cdot \frac{2n-2}{2n-1}.

Vì mỗi thừa số của tích QnQ_n không lớn hơn thừa số tương ứng của PnP_n, nên Pn>QnP_n > Q_n và do đó, Pn2>PnQn=14nP_n^2 > P_nQ_n = \frac{1}{4n}, tức là Pn>22⋅12n.P_n > \frac{\sqrt{2}}{2} \cdot \frac{1}{\sqrt{2n}}.

Mặt khác,

Rn=12⋅45⋅67⋅⋯⋅2n−22n−1⋅1>Pn,R_n = \frac{1}{2} \cdot \frac{4}{5} \cdot \frac{6}{7} \cdot \dots \cdot \frac{2n-2}{2n-1} \cdot 1 > P_n,

dương Pn2<PnRn=38nP_n^2 < P_nR_n = \frac{3}{8n} và Pn<32⋅12n.P_n < \frac{\sqrt{3}}{2} \cdot \frac{1}{\sqrt{2n}}.

Thoạt nhìn có vẻ tự nhiên hơn khi tìm RnR_n không với 1/2 mà với 2/3. Nhưng khi đó đối với PnP_n sẽ thu được một đánh giá thô hơn mức cần thiết theo điều kiện bài toán. Ngược lại, nếu trong RnR_n để không phải một mà nhiều thừa số bằng các thừa số đầu của PnP_n, thì đối với PnP_n sẽ thu được một đánh giá chính xác hơn dạng Pn<cnP_n < \frac{c}{\sqrt{n}}, trong đó cc là một số nhỏ hơn 38\sqrt{\frac{3}{8}}. Nhận xét tương tự cũng áp dụng cho đánh giá từ phía kia.

Cũng có một lời giải dựa trên phương pháp quy nạp toán học. Chính qua ví dụ bài toán này, trong bài viết của E. G. Nikolaev «Trường hợp với phương pháp quy nạp toán học» (xem «Kvant» số 7, 1970, tr. 37 và «Kvant» số 12, 1970, tr. 58) đã kể rằng đôi khi chứng minh bằng quy nạp một bất đẳng thức mạnh hơn lại dễ hơn một bất đẳng thức yếu hơn.

Tờ 31

tr. 29Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

29

Từ các bất đẳng thức đã chứng minh suy ra rằng đại lượng PnP_n khi nn tăng thì tiến tới không, còn đại lượng PnnP_n \sqrt{n} nằm giữa 12\frac{1}{2} và 1232\frac{1}{2} \sqrt{\frac{3}{2}}. Có thể chứng minh (xem, chẳng hạn, các bài 145, 160, 161 trong sách của A. M. Yaglom và I. M. Yaglom «Các bài toán không sơ cấp được trình bày sơ cấp», GITTL, M., 1954) rằng khi n→∞n \to \infty PnP_n tiến tới giới hạn bằng 1π\sqrt{\frac{1}{\pi}}.

M24

Chứng minh rằng mọi phân số mn\frac{m}{n}, trong đó 0<mn<10 < \frac{m}{n} < 1, đều có thể biểu diễn dưới dạng

mn=1q1+1q2+1q3+⋯+1qr,\frac{m}{n} = \frac{1}{q_1} + \frac{1}{q_2} + \frac{1}{q_3} + \dots + \frac{1}{q_r},

trong đó 0<q1<q2<⋯<qr0 < q_1 < q_2 < \dots < q_r là các số nguyên và mỗi qkq_k (k=2,3,…,rk=2, 3, \dots, r) chia hết cho qk−1q_{k-1}.

Mỗi phân số mn\frac{m}{n} có thể chia cả tử số và mẫu số cho ước chung lớn nhất của chúng, thay bằng phân số tối giản bằng nó. Ví dụ, 288504=4.727.72=47\frac{288}{504} = \frac{4.72}{7.72} = \frac{4}{7}. Sau đây chúng ta sẽ chỉ xét những phân số tối giản như vậy.

Ta sẽ chứng minh khẳng định của bài toán bằng quy nạp theo mm. Với m=1m=1 điều đó hiển nhiên: chính phân số mn\frac{m}{n} đã có dạng cần thiết. Bây giờ ta chứng minh rằng nếu khẳng định của bài toán đúng với mọi phân số có tử số nhỏ hơn mm, thì nó cũng đúng với các phân số có tử số bằng mm. Giả sử mn\frac{m}{n} là một phân số như vậy (1<m<n1 < m < n). Chia nn cho mm có dư; ta được thương (d0−1d_0-1) và số dư (m−km-k), tức là

n=m(d0−1)+(m−k)=md0−k,n = m (d_0-1) + (m-k) = md_0-k,

trong đó d0>1d_0 > 1 và 0<k<m0 < k < m. Viết lại (1) như sau: md0=n+kmd_0=n+k, hoặc

mn=1d0(1+kn).\frac{m}{n} = \frac{1}{d_0} \left( 1 + \frac{k}{n} \right).

Vì 0<k<m0 < k < m, phân số kn\frac{k}{n} có thể biểu diễn dưới dạng cần thiết:

kn=1d1+1d1d2+⋯+1d1d2…dr,\frac{k}{n} = \frac{1}{d_1} + \frac{1}{d_1 d_2} + \dots + \frac{1}{d_1 d_2 \dots d_r},

trong đó d1,d2,…,drd_1, d_2, \dots, d_r là một số các số tự nhiên lớn hơn 1. Từ (2) và (3) ta được

mn=1d0+1d0d1+1d0d1d2+⋯+1d0d1d2…dr.\frac{m}{n} = \frac{1}{d_0} + \frac{1}{d_0 d_1} + \frac{1}{d_0 d_1 d_2} + \dots + \frac{1}{d_0 d_1 d_2 \dots d_r}.

Phân số mn\frac{m}{n} đã được biểu diễn dưới dạng yêu cầu.

Lưu ý rằng từ lời giải bài toán của chúng ta, không khó để rút ra một thuật toán đơn giản – quy tắc biểu diễn bất kỳ phân số đã cho nào dưới dạng tổng (3). Hãy minh họa điều đó bằng một ví dụ. Giả sử ta có phân số 57\frac{5}{7}:

7=2.5−3;57=12(1+37);7 = 2.5 - 3; \quad \frac{5}{7} = \frac{1}{2} \left( 1 + \frac{3}{7} \right);

7=3.3−2;37=13(1+27);7 = 3.3 - 2; \quad \frac{3}{7} = \frac{1}{3} \left( 1 + \frac{2}{7} \right);

7=4.2−1;27=14(1+17).7 = 4.2 - 1; \quad \frac{2}{7} = \frac{1}{4} \left( 1 + \frac{1}{7} \right).

Tờ 32

tr. 30Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

30

Vậy,

57=12+12.3+12.3.4+12.3.4.7=12+16+124+1168.\frac{5}{7} = \frac{1}{2} + \frac{1}{2.3} + \frac{1}{2.3.4} + \frac{1}{2.3.4.7} = \frac{1}{2} + \frac{1}{6} + \frac{1}{24} + \frac{1}{168}.

Dĩ nhiên, có thể có vài biểu diễn dạng (3), chẳng hạn:

38=14+18=13+124.\frac{3}{8} = \frac{1}{4} + \frac{1}{8} = \frac{1}{3} + \frac{1}{24}.

Lời giải bài toán này do Đ. Gritsorье gửi.

M25

Trong một tập hợp gồm nn phần tử, chọn 2n−12^{n-1} tập con, sao cho bất kỳ ba tập con nào cũng có một phần tử chung. Chứng minh rằng tất cả các tập con này đều có một phần tử chung.

Tổng cộng trong tập hợp AA, gồm nn phần tử, có 2n2^n tập con khác nhau, kể cả tập rỗng và chính tập hợp AA (xem bài viết của N. Ya. Vilenkin «Tổ hợp học», «Kvant» số 1, 1971). Ta sẽ ký hiệu các tập con khác nhau của AA bằng các chữ cái B,C,…B, C, \dots; giao của các tập hợp BB và CC, tức là tập hợp gồm các phần tử chung của BB và CC, được ký hiệu như sau: B∩CB \cap C; tập con bù của BB trong toàn bộ tập hợp AA, tức là tập hợp gồm tất cả các phần tử của AA không thuộc BB, được ký hiệu như sau: Bˉ\bar{B}.

Theo giả thiết đã chọn 2n−12^{n-1} tập con, tức là một nửa số tập con có thể có, và mỗi tập con được chọn, giao của bất kỳ hai (thậm chí ba) tập con nào trong số đó đều không rỗng. Do đó, từ mỗi cặp tập con (B,Bˉ)(B, \bar{B}), bù nhau trong AA, đã chọn đúng một tập con. Hơn nữa, nếu BB và CC được chọn thì D=B∩CD = B \cap C cũng được chọn, vì Dˉ\bar{D} không thể được chọn (cả ba tập con Dˉ,B\bar{D}, B và CC không thể có phần tử chung, bởi vì các phần tử chung của BB và CC đều nằm trong DD). Dùng điều này, bằng quy nạp thông thường có thể chứng minh rằng nếu B1,B2,…,BkB_1, B_2, \dots, B_k được chọn thì giao của tất cả các tập con này B1∩B2∩⋯∩BkB_1 \cap B_2 \cap \dots \cap B_k cũng được chọn. Do đó, giao của tất cả 2n−12^{n-1} tập con đã chọn cũng thuộc số các tập con được chọn, nghĩa là nó không rỗng.

Như vậy, chúng tôi đã chứng minh rằng chỉ có hệ các tập con sau thỏa mãn điều kiện bài toán: cố định một phần tử nào đó aa của tập AA và chọn tất cả các tập con chứa phần tử ấy.

N. B. Vasilyev

F29

Tìm tốc độ bay hơi từ một đơn vị diện tích bề mặt nước vào chân không ở nhiệt độ 20∘C20^\circ\text{C}. (Áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ này bằng 17,5 mmHg.) Trong phòng, một đĩa lót tách thông thường được đổ đầy nước sẽ bay hơi hết trong bao lâu? Sự bay hơi của một lượng nước nhỏ trên thực tế không làm thay đổi độ ẩm không khí trong phòng, bằng 70%.

Để giải bài toán, cần tìm số phân tử chất lỏng rời khỏi 1 cm2^2 bề mặt của nó trong 1 giây. Nhân số đó với khối lượng của các phân tử nước, ta sẽ biết được tốc độ bay hơi, tức là khối lượng nước bay hơi từ một đơn vị diện tích bề mặt nước trong 1 giây.

Ta sẽ lập luận như sau. Nếu phía trên chất lỏng là hơi bão hòa, thì số phân tử chất lỏng rời khỏi nó trong 1 giây cũng sẽ như khi không có hơi. Đồng thời, trong chất lỏng, trong 1 giây, sẽ có đúng bằng số phân tử đi vào như số phân tử bay ra khỏi nó. Điều này cho phép ta tính,

Tờ 33

tr. 31Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

31

bao nhiêu phân tử thoát ra khỏi nước trong 1 giây, vì việc tìm số phân tử đi vào chất lỏng khá đơn giản.

Ta sẽ dùng mô hình sau đây của khí lí tưởng: mọi phân tử khí có cùng vận tốc vv, và mỗi phân tử chỉ có thể chuyển động theo một trong ba phương vuông góc với nhau dọc theo các trục tọa độ (hình 4). Hơn nữa, số phân tử chuyển động theo mỗi trong ba phương này là như nhau. Nếu một trong các trục tọa độ vuông góc với chất lỏng, thì trong thời gian τ\tau một khối lượng hơi nằm cách nó một khoảng l=v⋅τl = v \cdot \tau đi vào chất lỏng. Giả sử trong một đơn vị thể tích có nn phân tử hơi, khi đó trên một phần bề mặt có diện tích SS có N=16nvτSN = \frac{1}{6} nv\tau S phân tử hơi rơi vào: dọc theo trục tọa độ vuông góc với bề mặt chất lỏng chuyển động 13\frac{1}{3} số phân tử hơi nằm trong thể tích vτSv\tau S, hơn nữa vận tốc của một nửa trong số đó hướng ra xa chất lỏng. Nếu khối lượng của phân tử hơi là mm, thì trong thời gian τ\tau một khối lượng hơi M=16nvτSmM = \frac{1}{6} nv\tau Sm đi vào chất lỏng. n⋅mn \cdot m là mật độ của hơi ρ\rho. Do đó

M=16vτSρ.M = \frac{1}{6} v\tau S\rho.

Vận tốc của các phân tử hơi có thể biểu diễn qua áp suất và khối lượng riêng của nó. Xét một bình hình lập phương có cạnh ll và các mặt vuông góc với các trục tọa độ (hình 4). Khi các phân tử hơi va chạm đàn hồi với thành bình, động lượng của chúng thay đổi một lượng 2mv2mv — trước va chạm động lượng của phân tử bằng mvmv, còn sau va chạm — mvmv: phân tử chuyển động ra xa thành bình. Vì giữa hai va chạm liên tiếp của phân tử với cùng một thành bình trôi qua thời gian t=2lvt = \frac{2l}{v}, nên theo định luật II Newton có thể coi rằng thành bình tác dụng lên phân tử một lực trung bình f=2mv2l=mv2lf = \frac{2mv}{2l} = \frac{mv^2}{l}. Theo định luật III Newton, một lực có độ lớn như vậy tác dụng lên thành bình. Vì theo mỗi trục có N=13nl3N = \frac{1}{3} nl^3 phân tử chuyển động, mỗi phân tử góp phần vào áp suất lên thành bình, nên tổng lực tác dụng lên thành bình bằng

F=mv2l⋅13nl3=13nml2v2,F = \frac{mv^2}{l} \cdot \frac{1}{3} nl^3 = \frac{1}{3} nml^2v^2,

và áp suất của hơi lên thành bình bằng

P=Fl2=13nmv2=13ρv2.P = \frac{F}{l^2} = \frac{1}{3} nmv^2 = \frac{1}{3} \rho v^2.

Tờ 34

tr. 32Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

⟦trang 32⟧

Vì vậy
v=3Pρ.v = \sqrt{\frac{3P}{\rho}}.

Thay biểu thức này của vv vào công thức (*), ta được
M=16τSρ3Pρ.M = \frac{1}{6} \tau S \rho \sqrt{\frac{3P}{\rho}}.

Ta còn biểu diễn khối lượng riêng của hơi qua áp suất của nó. Chúng liên hệ với nhau bởi phương trình Clapeyron:
P=ρμRT,P = \frac{\rho}{\mu} RT,

trong đó μ\mu — khối lượng của một gam-phân tử hơi, TT — nhiệt độ của nó, còn R=8,3∂κ∂ρ−ha˘ˋng soˆˊ khıˊ.R = 8,3 \frac{\partial \kappa}{\partial \rho} - \text{hằng số khí}.

Từ công thức này ta tìm được ρ=PμRT\rho = \frac{P \mu}{RT}. Vì vậy M=16τSPμRT3RTμ.M = \frac{1}{6} \tau S \frac{P \mu}{RT} \sqrt{\frac{3RT}{\mu}}.

Do đó, nếu phía trên chất lỏng có hơi, thì trong 1 giây, trên một đơn vị diện tích bề mặt của nó rơi xuống một khối lượng hơi bằng
MτS=16P3μRT.\frac{M}{\tau S} = \frac{1}{6} P \sqrt{\frac{3\mu}{RT}}.

Điều đó có nghĩa là tốc độ bay hơi của chất lỏng trong chân không bằng
16P3μRT.\frac{1}{6} P \sqrt{\frac{3\mu}{RT}}.

Thay các giá trị số T=293∘KT = 293^\circ \text{K}, μ=18κ2κ0м2\mu = 18 \frac{\kappa_2}{\kappa_0 \text{м}^2} và P=2,3⋅103μm2P = 2,3 \cdot 10^3 \frac{\mu}{m^2} (PP là áp suất hơi bão hòa tại T=293∘KT = 293^\circ \text{K}) vào đây, ta được tốc độ bay hơi bằng 14,8⋅10−8κ2m2⋅сек.14,8 \cdot 10^{-8} \frac{\kappa_2}{m^2 \cdot \text{сек}}.

Ta cũng có thể giải bài toán chính xác hơn, xét đến việc các phân tử chuyển động với những tốc độ khác nhau và theo mọi hướng *). Tuy nhiên, điều đó sẽ không làm thay đổi kết quả định tính mà ta đã nhận được. Chỉ có hệ số số học trong công thức cuối cùng thay đổi.

Bây giờ cũng không khó tìm thời gian mà nước đựng trong một đĩa trà nhỏ sẽ bay hơi trong phòng. Trong trường hợp này, từ một đơn vị diện tích bề mặt chất lỏng, trong 1 giây bay ra các phân tử có tổng khối lượng bằng 16P03μRT(P0=10−5μm2)\frac{1}{6} P_0 \sqrt{\frac{3\mu}{RT}} \left( P_0 = 10^{-5} \frac{\mu}{m^2} \right), còn vào chất lỏng đi vào một khối lượng hơi bằng 16P3μRT\frac{1}{6} P \sqrt{\frac{3\mu}{RT}}, trong đó P=η⋅P0=0,7P0P = \eta \cdot P_0 = 0,7P_0. Do đó, tốc độ bay hơi của chất lỏng bằng
16(P0−P)3μRT.\frac{1}{6} \left( P_0 - P \right) \sqrt{\frac{3\mu}{RT}}.

Nếu diện tích mặt nước là SS, còn khối lượng của nó là MM, thì toàn bộ nước sẽ bay hơi trong thời gian
t=M16S(P0−P)3μRT.t = \frac{M}{\frac{1}{6} S \left( P_0 - P \right) \sqrt{\frac{3\mu}{RT}}}.

*) Cách tính như vậy được trình bày trong bài báo của Ya. A. Smorodinsky “Khí lý tưởng” (“Kvant” số 10, năm 1970).

Tờ 35

tr. 33Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

33

Giả sử trong chiếc đĩa có 100 ee nước, đường kính của nó bằng 10 cmcm, nhiệt độ không khí trong phòng bằng 17∘C=290∘K17^\circ C=290^\circ K (ở nhiệt độ này P0=2,3⋅103HM2P_0 = 2,3 \cdot 10^3 \frac{H}{M^2} và P=1,6⋅103HM2P = 1,6 \cdot 10^3 \frac{H}{M^2}), ta tìm được t=1t=1 giây.

Ta thu được một kết quả nghịch lý. Vậy ta đã sai ở đâu? Ở các giá trị áp suất hơi gần mặt nước. Ở đây áp suất hơi lớn hơn đáng kể so với trong phòng. Trong lớp mỏng sát bề mặt, hơi gần như bão hòa. Chỉ nhờ đó nước mới bay hơi đủ chậm.

Ví dụ mà chúng ta đã xét cho thấy rằng khi giải một bài toán vật lý, điều quan trọng là phải hiểu «vật lý» của hiện tượng, tức là hiểu điều gì có thể và điều gì không thể bỏ qua.

Ф 30

Trong máy quay phim và máy chiếu phim có 8 khung hình đi qua trong một giây. Trên màn ảnh có một ô tô đang chuyển động với các bánh xe có đường kính thực là 1 m. Hình ảnh các bánh xe quay 2 vòng trong một giây. Vận tốc của ô tô là bao nhiêu?

Vì hình ảnh các bánh xe quay 2 vòng trong thời gian 8 khung hình đi qua máy chiếu, nên ở mỗi khung hình bánh xe phải quay so với khung hình trước 28=14\frac{2}{8} = \frac{1}{4} vòng. Hơn nữa, hình ảnh các bánh xe ô tô trên màn ảnh có thể quay cả “tiến” lẫn “lùi”, mặc dù bản thân ô tô trong cả hai trường hợp đều chuyển động theo cùng một hướng (hình 5). Các bánh xe trên màn ảnh quay “tiến” nếu vận tốc chuyển động của ô tô sao cho trong thời gian giữa các khung hình τ=18c\tau = \frac{1}{8} c các bánh xe ô tô thực hiện nn vòng trọn và thêm 14\frac{1}{4} vòng quanh trục. Nếu trong thời gian tt các bánh xe thực hiện nn vòng trọn và 34\frac{3}{4} vòng quanh trục, thì hình ảnh các bánh xe trên màn ảnh sẽ quay “lùi”. Như vậy, vận tốc góc của ô tô bằng hoặc ωtieˆˊn=(n+14)2π18pa∂c=16(n+14)πpa∂c\omega_{\text{tiến}} = \frac{\left(n + \frac{1}{4}\right) 2\pi}{\frac{1}{8}} \frac{pa\partial}{c} = 16 \left(n + \frac{1}{4}\right) \pi \frac{pa\partial}{c}, hoặc ωluˋi=16(n+34)πpa∂c\omega_{\text{lùi}} = 16 \left(n + \frac{3}{4}\right) \pi \frac{pa\partial}{c}. Điều này có nghĩa là các trục bánh xe, và cùng với chúng là ô tô, chuyển động với vận tốc v=16(n+14)πRmcv = 16 \left(n + \frac{1}{4}\right) \pi R \frac{m}{c} (khi đó hình ảnh các bánh xe quay “tiến”) hoặc với vận tốc u=16(n+34)πRmcu = 16 \left(n + \frac{3}{4}\right) \pi R \frac{m}{c} (trong trường hợp này hình ảnh các bánh xe quay “lùi”). Thay n=1,2,3,…n = 1, 2, 3, \dots vào các công thức này, ta nhận được các đáp số

v1≈12,6mc=45kmчас,v2≈223kmчас,u1≈136kmчас,u2≈316kmчас,…v_1 \approx 12,6 \frac{m}{c} = 45 \frac{km}{час}, \quad v_2 \approx 223 \frac{km}{час}, \quad u_1 \approx 136 \frac{km}{час}, \quad u_2 \approx 316 \frac{km}{час}, \dots

Tờ 36

tr. 34Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

34

Đồng thời, vì tốc độ tự động không thể lớn hơn 140 κMμac\frac{\kappa M}{\mu ac}, nên nó bằng 45 κMμac\frac{\kappa M}{\mu ac}, nếu các hình ảnh của bánh xe quay «về phía trước», hoặc 136 κMμac\frac{\kappa M}{\mu ac}, nếu các bánh xe trên màn hình không quay «về phía sau».

Lời giải đúng do Nikolai Ilyin gửi đến (thị trấn Zakhal, huyện Ekhirit-Bulagatsky, tỉnh Irkutsk).

Ф 31

Áp suất ánh sáng định hướng như thế nào đối với Mặt Trời một con tàu vũ trụ hình cầu, một nửa có bề mặt gương, còn nửa kia — màu đen, hấp thụ hoàn toàn bức xạ Mặt Trời? Tâm trọng lực của tàu nằm ở tâm hình cầu.

Giả sử tàu được định hướng sao cho các tia Mặt Trời rơi cả vào những phần có bề mặt gương lẫn vào những phần màu đen trên bề mặt của nó (hình 6). Áp suất ánh sáng liên quan đến việc các photon rơi vào bề mặt làm thay đổi xung lượng của chúng. Nếu ánh sáng rơi vào bề mặt gương, nó phản xạ sao cho định luật phản xạ được thỏa mãn: góc tới của tia sáng bằng góc phản xạ. Không khó để nhận thấy rằng trong trường hợp này xung lượng của photon thay đổi theo một vectơ vuông góc với phần bề mặt của tàu, tức là đi theo bán kính. Theo định luật thứ hai và thứ ba của Newton (xem bài trước), khi đó lên tàu tác dụng một lực bằng độ thay đổi xung lượng của chùm photon trong một đơn vị thời gian. Lực này hướng dọc theo bán kính của tàu. Nó không tạo ra mômen quay tàu sao cho bề mặt gương của tàu hướng về phía Mặt Trời.

Khác là áp suất lên bề mặt đen của tàu. Vì nó hấp thụ bức xạ Mặt Trời, nên lực tác dụng lên tàu khi photon rơi vào được hướng dọc theo chùm tia. Lực này tạo ra mômen quay tàu sao cho bề mặt gương của tàu hướng về phía Mặt Trời.

Rõ ràng, vị trí của tàu mà tại đó bề mặt đen của nó hướng về phía Mặt Trời cũng sẽ là một vị trí cân bằng. Tuy nhiên, vị trí cân bằng này không bền. Nếu vì một nguyên nhân ngẫu nhiên nào đó tàu hơi bề mặt so với Mặt Trời, thì nó sẽ quay cho đến khi quay mặt gương về phía Mặt Trời.

Ф 32

Trên mặt nước nổi một thanh gỗ có tiết diện vuông. Vị trí cân bằng nào trong hai vị trí được chỉ ra trên hình 7 sẽ bền? Khối lượng riêng của vật liệu làm thanh gỗ bằng một nửa khối lượng riêng của nước.

Một hệ được để mặc cho chính nó luôn chiếm vị trí mà tại đó tâm khối của nó ở vị trí thấp nhất. Vì khối lượng riêng của vật liệu thanh gỗ bằng một nửa khối lượng riêng của nước, nên trong_body trong cả hai trường hợp một nửa khối lập phương bị ngập và các tâm trọng lực của các khối lập phương

Tờ 37

tr. 35Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

35

nằm ở cùng một độ cao. Khác với trọng tâm của nước. Khi nhúng khối hộp, ta dịch chuyển lên mặt nước lượng nước mà phần chìm của khối hộp chiếm chỗ. Trong trường hợp thứ nhất, trọng tâm của thể tích nước bị chiếm chỗ nằm cách mặt nước một khoảng bằng 0,25 a, còn trong trường hợp thứ hai—cách một khoảng bằng 13a22=\frac{1}{3} \frac{a \sqrt{2}}{2} =

=16a2≈0,23a,= \frac{1}{6} a \sqrt{2} \approx 0,23 a,

trong đó aa — cạnh của khối hộp. Điều đó có nghĩa là trong trường hợp thứ hai, độ biến thiên thế năng của nước khi nhúng khối lập phương nhỏ hơn trong trường hợp thứ nhất. Vì vậy trong trường hợp thứ hai, thế năng của nước cũng nhỏ hơn. Điều đó có nghĩa là khối hộp sẽ nổi ở vị trí II.

♦ 33

Trên một vòng dây nằm ngang nhẵn, hai hạt có khối lượng m1m_1 và m2m_2 có thể trượt không ma sát. Ban đầu các hạt được nối với nhau bằng một sợi chỉ và giữa chúng có một lò xo nén. Sợi chỉ bị đốt đứt. Sau khi các hạt bắt đầu chuyển động, lò xo được lấy đi. Ở vị trí nào trên vòng các hạt sẽ va chạm lần thứ mười một? Các hạt va chạm đàn hồi tuyệt đối.

Lò xo truyền cho cả hai hạt các động lượng bằng nhau, vì nó tác dụng lên chúng trong cùng một thời gian với cùng một lực:

m1v1=m2v2m_1 v_1 = m_2 v_2

(1)

trong đó v1v_1 và v2v_2 — các vận tốc mà các hạt thu được. Vì vậy đối với các quãng đường l1l_1 và l2l_2 mà các hạt đi được trước va chạm thứ nhất, cũng có m1l1=m2l2m_1 l_1 = m_2 l_2. Sau va chạm, tổng động lượng của các hạt vẫn phải bằng không. Vì vậy

m1v1′=m2v2′.m_1 v_1' = m_2 v_2'.

(2)

Viết định luật bảo toàn năng lượng

m1v122+m2v222=m1v1′22+m2v2′22,\frac{m_1 v_1^2}{2} + \frac{m_2 v_2^2}{2} = \frac{m_1 v_1'^2}{2} + \frac{m_2 v_2'^2}{2},

(3)

dùng (1) và (2) dễ dàng tìm được rằng sau va chạm v1′=v1v_1' = v_1 và v2′=v2v_2' = v_2.

Như vậy, do va chạm, các vận tốc của các hạt không thay đổi về độ lớn, mà chỉ đổi hướng sang ngược lại. Nhưng khi đó rõ ràng va chạm tiếp theo sẽ xảy ra ở nơi chuyển động của các hạt đã bắt đầu, v.v. Va chạm thứ mười một sẽ xảy ra ở cùng nơi với va chạm thứ nhất, tức là tại điểm mà tỉ số các khoảng cách từ nó đến gốc tọa độ (theo cung tròn) bằng tỉ số khối lượng của các hạt.

♦ 34

Trong hình 8 vẽ máy tĩnh điện giọt nước (máy phát Kelvin). Từ một ống, các giọt nước tích điện đến thế ϕ0\phi_0 rơi vào một quả cầu kim loại bán kính RR được cách điện hoàn toàn. Thế giới hạn mà quả cầu có thể tích điện đến phụ thuộc vào độ cao của các giọt như thế nào?

Khi rơi vào quả cầu, các giọt truyền cho nó điện tích của mình, điện tích này phân bố đều trên bề mặt quả cầu. Khi đó sẽ xuất hiện điện trường cản trở sự rơi của các giọt, vì điện tích của giọt và của quả cầu cùng dấu.

Có thể tìm vận tốc của giọt tại bề mặt quả cầu bằng cách dùng định luật bảo toàn năng lượng. Năng lượng của giọt EE gồm động năng, thế năng trong trường trọng lực và năng lượng tĩnh điện trong điện trường của quả cầu.

Tờ 38

tr. 36Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

36

Được biết rằng điện trường của một quả cầu tích điện đều ở bên ngoài nó giống như điện trường của một điện tích điểm có độ lớn bằng điện tích của quả cầu và đặt tại tâm của nó. Vì vậy, thế năng của điện tích điểm qq trong trường của quả cầu tích điện đều có điện tích QQ bằng qQ/dqQ/d, trong đó dd là khoảng cách từ điện tích đến tâm quả cầu.

Năng lượng của giọt ở lúc bắt đầu rơi
là E0=mgh+qQh−RE_0 = mgh + \frac{qQ}{h-R}, trong đó hh là độ cao rơi của giọt, tính từ mặt bàn (h>2Rh > 2R).

Ở bề mặt quả cầu, năng lượng của giọt là

E1=mv22+2Rmg+qQR.E_1 = \frac{mv^2}{2} + 2Rmg + \frac{qQ}{R}.

Đặt hai năng lượng này bằng nhau, ta được

mv22=mg(h−2R)−qQh−2RR(h−R).\frac{mv^2}{2} = mg(h - 2R) - qQ \frac{h - 2R}{R(h - R)}.

Khi điện tích của quả cầu QQ tăng lên, vận tốc của giọt vv ở bề mặt của nó giảm đi. Rõ ràng, quả cầu sẽ ngừng tích điện khi vận tốc này bằng không. Các giọt tiếp theo sẽ không thể rơi vào quả cầu nữa. Từ điều kiện này, ta tìm được điện tích giới hạn của quả cầu:

Q=mgR(h−R)q.Q = \frac{mgR(h - R)}{q}.

Dùng các công thức đã biết của tĩnh điện Q=ϕRQ = \phi R và q=ϕ0rq = \phi_0 r, đối với điện thế giới hạn của quả cầu ta được

ϕ=mg(h−R)r2ϕ0.\phi = \frac{mg(h - R)r}{2\phi_0}.

Khi suy ra công thức này, ta đã giả thiết rằng quả cầu không bị tràn chất lỏng trước khi tích điện đến điện thế giới hạn đã tìm được. Tuy nhiên, nếu chẳng hạn các giọt đủ lớn, thì điều ngược lại luôn có thể xảy ra: quả cầu bị tràn, còn các giọt vẫn có thể rơi vào nó. Trong trường hợp này, điện thế giới hạn của quả cầu cũng dễ dàng tìm được.

Nếu bán kính của giọt là rr, còn bán kính của quả cầu là RR, thì quả cầu sẽ được lấp đầy khi có N=(R/r)3N = (R/r)^3 giọt rơi vào nó. Khi đó điện tích của quả cầu sẽ bằng Q=qNQ = qN, trong đó q=rϕ0q = r\phi_0 là điện tích của một giọt, còn điện thế giới hạn của quả cầu ϕ′=Q/R=ϕ0R2/r2\phi' = Q/R = \phi_0 R^2/r^2.

Rõ ràng là trong các máy tĩnh điện dùng giọt, quả cầu được hướng hoàn toàn, vì khi đó thu được điện thế giới hạn cao hơn.

Lời giải đúng được A. Egorov ở Moskva và N. Efimov ở Vinnitsa (CHXHCN Xô viết Ukraina) gửi tới.

I. Sh. Slovodetsky

Tờ 39

tr. 37Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

37

HAI CHỤC
BÀI TOÁN VỀ CẤP SỐ

Để giải thành công các bài toán lập trình, cần biết định nghĩa cấp số cộng, cấp số nhân và cấp số nhân vô hạn giảm, công thức số hạng tổng quát của mỗi cấp số này, công thức tổng nn số hạng của cấp số, cũng như định nghĩa và công thức tổng các số hạng của cấp số nhân vô hạn giảm. Ngoài ra, trong các bài toán lập trình rất thường phải sử dụng những tính chất đặc trưng của cấp số. Kinh nghiệm các kỳ thi tuyển sinh cho thấy rằng nếu với các công thức số hạng thứ nn và tổng nn số hạng của cấp số tình hình tương đối tốt, thì không thể nói như vậy về các tính chất đặc trưng. Vì thế trước hết chúng ta sẽ dừng lại ở những tính chất này.

Các tính chất đặc trưng của cấp số cộng

Dãy a1,a2,…,ana_1, a_2, \dots, a_n, … là một cấp số cộng khi và chỉ khi mỗi số hạng của nó, trừ số hạng đầu tiên (và số hạng cuối cùng, trong trường hợp dãy hữu hạn), bằng trung bình cộng của hai số hạng kề nó.

Chứng minh. Cho dãy a1,a2,…,ana_1, a_2, \dots, a_n, … Giả sử nó là một cấp số cộng. Chứng minh rằng ak+1=ak+ak+22a_{k+1} = \frac{a_k + a_{k+2}}{2} (k=1,2,3,…k = 1, 2, 3, \dots).

Thật vậy, ak+1−ak=ak+2−ak+1a_{k+1} - a_k = a_{k+2} - a_{k+1}, suy ra ak+1=ak+ak+22a_{k+1} = \frac{a_k + a_{k+2}}{2}.

Bây giờ giả sử ak+1=ak+ak+22a_{k+1} = \frac{a_k + a_{k+2}}{2}. Khi đó ak+1−ak=ak+2−ak+1a_{k+1} - a_k = a_{k+2} - a_{k+1}, tức là hiệu giữa số hạng sau và số hạng trước của dãy là không đổi đối với dãy đã cho, và điều đó có nghĩa là a1,a2,…,ana_1, a_2, \dots, a_n, … — một cấp số cộng.

Các tính chất đặc trưng của cấp số nhân

Dãy b1,b2,…,bnb_1, b_2, \dots, b_n, … là một cấp số nhân khi và chỉ khi mỗi số hạng của nó, trừ số hạng đầu tiên (và số hạng cuối cùng, trong trường hợp dãy hữu hạn), bằng tích của các số hạng kề nó (tức là b2k+1=bk⋅bk+2b_2^{k+1} = b_k \cdot b_{k+2}).

Chứng minh. Giả sử dãy b1,b2,…,bnb_1, b_2, \dots, b_n, … là một cấp số nhân. Khi đó bk+1bk=bk+2bk+1\frac{b_{k+1}}{b_k} = \frac{b_{k+2}}{b_{k+1}}, suy ra b2k+1=bk⋅bk+2b_2^{k+1} = b_k \cdot b_{k+2}, điều phải chứng minh.

Ngược lại, giả sử b2k+1=bk⋅bk+2b_2^{k+1} = b_k \cdot b_{k+2}. Khi đó bk+1bk=bk+2bk+1\frac{b_{k+1}}{b_k} = \frac{b_{k+2}}{b_{k+1}}, tức là tỉ số của mỗi số hạng của dãy với số hạng đứng trước là hằng số đối với dãy này, và điều đó có nghĩa là b1,b2,…,bnb_1, b_2, \dots, b_n, … — một cấp số nhân.

Tờ 40

tr. 38Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

38

Trong bài này, độc giả sẽ tìm thấy 24 bài toán mà khi giải sử dụng tất cả các tính chất của cấp số cộng và cấp số nhân. Một nửa số bài toán được kèm lời giải, một nửa để độc giả tự giải. Trong toàn bài dùng các ký hiệu sau (nếu không có chú thích nào khác): a1,a2,…,an,…a_1, a_2, \dots, a_n, \dots — cấp số cộng, dd — công sai của cấp số; b1,b2,…,bn,…b_1, b_2, \dots, b_n, \dots — cấp số nhân, qq — công bội của cấp số; SnS_n — tổng của nn số hạng của cấp số; n,k,m,pn, k, m, p — các số tự nhiên.

Cấp số cộng

Bài tập 1. Chứng minh rằng 1a1a2+1a2a3+⋯+1anan+1=na1an+1\frac{1}{a_1 a_2} + \frac{1}{a_2 a_3} + \dots + \frac{1}{a_n a_{n+1}} = \frac{n}{a_1 a_{n+1}}.

Lời giải. 1a1a2=da1a2d=1da2−a1a1a2=1d(1a1−1a2)\frac{1}{a_1 a_2} = \frac{d}{a_1 a_2 d} = \frac{1}{d} \frac{a_2 - a_1}{a_1 a_2} = \frac{1}{d} \left( \frac{1}{a_1} - \frac{1}{a_2} \right). Tương tự

1a2a3=1d(1a2−1a3),…,1anan+1=1d(1an−1an+1).\frac{1}{a_2 a_3} = \frac{1}{d} \left( \frac{1}{a_2} - \frac{1}{a_3} \right), \dots, \frac{1}{a_n a_{n+1}} = \frac{1}{d} \left( \frac{1}{a_n} - \frac{1}{a_{n+1}} \right).

Do đó

1a1a2+1a2a3+⋯+1anan+1=1d(1a1−1a2)+\frac{1}{a_1 a_2} + \frac{1}{a_2 a_3} + \dots + \frac{1}{a_n a_{n+1}} = \frac{1}{d} \left( \frac{1}{a_1} - \frac{1}{a_2} \right) +

+1d(1a2−1a3)+⋯+1d(1an−1an+1)=1d(1a1−1an+1)=+ \frac{1}{d} \left( \frac{1}{a_2} - \frac{1}{a_3} \right) + \dots + \frac{1}{d} \left( \frac{1}{a_n} - \frac{1}{a_{n+1}} \right) = \frac{1}{d} \left( \frac{1}{a_1} - \frac{1}{a_{n+1}} \right) =

=1dan+1−a1a1an+1=1da1+dn−a1a1an+1=na1an+1.= \frac{1}{d} \frac{a_{n+1} - a_1}{a_1 a_{n+1}} = \frac{1}{d} \frac{a_1 + dn - a_1}{a_1 a_{n+1}} = \frac{n}{a_1 a_{n+1}}.

Bài tập 2. Dãy u1,u2,…,un,…u_1, u_2, \dots, u_n, \dots có tính chất rằng tổng SnS_n của nn số hạng đầu của nó bằng 2n2+3n2n^2 + 3n. Chứng minh rằng dãy này là một cấp số cộng.

Lời giải. Dựa vào tính chất đặc trưng của cấp số cộng, ta kết luận rằng chỉ cần chứng minh các hệ thức sau: 2uk+1=uk+uk+22u_{k+1} = u_k + u_{k+2}, trong đó k=1,2,3,…k=1, 2, 3, \dots.

Ta nhận thấy rằng uk+1=Sk+1−Sku_{k+1} = S_{k+1} - S_k. Thật vậy, Sk+1−Sk=(u1+u2+⋯+uk+uk+1)−(u1+u2+⋯+uk)=uk+1S_{k+1} - S_k = (u_1 + u_2 + \dots + u_k + u_{k+1}) - (u_1 + u_2 + \dots + u_k) = u_{k+1}. Do đó,

uk+1=[2(k+1)2+3(k+1)]−(2k2+3k)=4k+5.u_{k+1} = [2(k+1)^2 + 3(k+1)] - (2k^2 + 3k) = 4k + 5.

Tương tự uk=Sk−Sk−1u_k = S_k - S_{k-1} (đặc biệt, đặt S0=0S_0 = 0), từ đó uk=(2k2+3k)−[2(k−1)2+3(k−1)]=4k+1u_k = (2k^2 + 3k) - [2(k-1)^2 + 3(k-1)] = 4k + 1 và, cuối cùng, uk+2=Sk+2−Sk+1=4k+9u_{k+2} = S_{k+2} - S_{k+1} = 4k + 9. Vì đối với các số uk=4k+1u_k = 4k + 1, uk+1=4k+5u_{k+1} = 4k + 5, uk+2=4k+9u_{k+2} = 4k + 9 tương ứng có 2uk+1=uk+uk+22u_{k+1} = u_k + u_{k+2}, nên việc chứng minh rằng u1,u2,…,un,…u_1, u_2, \dots, u_n, \dots — một cấp số cộng, đã hoàn thành.

Bài tập 3. Chứng minh rằng đối với cấp số cộng, hệ thức Snn(m−p)+Smm(p−n)+Spp(n−m)=0\frac{S_n}{n} (m - p) + \frac{S_m}{m} (p - n) + \frac{S_p}{p} (n - m) = 0 là đúng.

Lời giải. Dùng công thức đã biết Sn=a1+an2nS_n = \frac{a_1 + a_n}{2} n cho SnS_n và các công thức tương tự cho SmS_m và SpS_p, đưa vế trái của đẳng thức cần chứng minh về dạng

a1+an2(m−p)+a1+am2(p−n)+a1+ap2(n−m).\frac{a_1 + a_n}{2} (m - p) + \frac{a_1 + a_m}{2} (p - n) + \frac{a_1 + a_p}{2} (n - m).

Tờ 41

tr. 39Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

⟦trang 39⟧

Áp dụng cho ana_n công thức số hạng tổng quát của cấp số cộng an=a1+d(n−1)a_n = a_1 + d(n-1) và làm tương tự với am,apa_m, a_p, ta được

12{[2a1+d(n−1)](m−p)+[2a1+d(m−1)](p−n)+[2a1+d(p−1)](n−m)}\frac{1}{2} \left\{ [2a_1 + d(n-1)] (m-p) + [2a_1 + d(m-1)] (p-n) + [2a_1 + d(p-1)] (n-m) \right\}

và tiếp theo

12{2a1[(m−p)+(p−n)+(n−m)]+d[(n−1)(m−p)+(m−1)(p−n)+(p−1)(n−m)]}.\frac{1}{2} \left\{ 2a_1 [(m-p) + (p-n) + (n-m)] + d [(n-1)(m-p) + (m-1)(p-n) + (p-1)(n-m)] \right\}.

Vì tổng trong cả hai ngoặc vuông đều bằng 0, nên toàn bộ biểu thức cũng bằng 0, điều phải chứng minh.

Bài tập 4. Tìm một số có ba chữ số, chia hết cho 45 và các chữ số của nó lập thành một cấp số cộng.

Lời giải e. Gọi xx là chữ số hàng trăm, yy là chữ số hàng chục và zz là chữ số hàng đơn vị của số cần tìm. Vì theo điều kiện x,y,zx, y, z là một cấp số cộng, nên

2y=x+z.(1)2y = x + z. \tag{1}

Số cần tìm có dạng 100x+10y+z100x + 10y + z. Vì theo điều kiện nó chia hết cho 45, nên

100x+10y+z=45p.(2)100x + 10y + z = 45p. \tag{2}

Vậy số cần tìm được xác định bởi các điều kiện (1) và (2).

Đối với chữ số hàng đơn vị có hai khả năng: либо z=0z=0, либо z=5z=5 (điều này suy ra từ tính chia hết của số cần tìm cho 5). Xét trường hợp z=0z=0. Khi đó từ (1) ta được x=2yx=2y, còn từ (2) — 100x+10y=45p100x + 10y = 45p, hoặc 20x+2y=9p20x + 2y = 9p, 20x+x=9p20x + x = 9p hoặc 7x=3p7x = 3p. Điều này có nghĩa là xx chia hết cho 3. Vì ngoài ra xx là số chẵn (x=2yx=2y), nên suy ra rằng đối với xx chỉ có một khả năng: x=6x=6. Khi đó y=3y=3, và số cần tìm bằng 630.

Bây giờ xét trường hợp thứ hai: z=5z=5. Trong trường hợp này các điều kiện (1) và (2) có dạng tương ứng:

2y=x+5;100x+10y+5=45p.2y = x + 5; 100x + 10y + 5 = 45p.

Đẳng thức cuối cùng được biến đổi thành 20x+2y+1=9p20x + 2y + 1 = 9p và tiếp theo, có tính đến đẳng thức 2y=x+52y=x+5, ta được 21x+6=9p21x+6=9p, hay 7x+2=3p7x+2=3p. Đẳng thức cuối cùng có thể xảy ra khi x=1,4,7x=1, 4, 7. Nhưng vì x+5x+5 là số chẵn (x+5=2yx+5=2y), nên đối với xx chỉ còn hai khả năng: x=1,x=7x=1, x=7. Trong trường hợp thứ nhất y=3y=3, trong trường hợp thứ hai y=6y=6. Số cần tìm tương ứng trong trường hợp thứ nhất là 135, trong trường hợp thứ hai là 765. Vậy điều kiện bài toán được thỏa mãn bởi ba số: 135, 630, 765.

Cấp số nhân

Bài 5. Tính tổng 2+22+222+…+222…22 + 22 + 222 + \ldots + 222\ldots 2

Lời giải e. 2+22+222+…+222…2=2[1+(1+10)+(1+10+102)+…+(1+10+102+…+10n−1)]=2[S1+S2+S3+…+Sn]2 + 22 + 222 + \ldots + 222\ldots 2 = 2[1 + (1+10) + (1+10+10^2) + \ldots + (1+10+10^2 + \ldots + 10^{n-1})] = 2[S_1 + S_2 + S_3 + \ldots + S_n], trong đó SkS_k là tổng của kk số hạng của cấp số nhân 1, 10, 10210^2, 10310^3, … (k=1,2,…,nk=1, 2, \ldots, n). Áp dụng công thức Sk=b1(qk−1)q−1S_k = \frac{b_1(q^k - 1)}{q-1} tính tổng các số hạng của cấp số nhân, ta được

Tờ 42

tr. 40Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

40

2(S1+S2+S3+…+Sn)=2(10−19+102−19+…+10n−19)=29[10(1+10+102+…+10n−1)−n]=29[10(10n−1)9−n]=2(10n+1−10−9n)81.2(S_1 + S_2 + S_3 + \ldots + S_n) = 2\left(\frac{10 - 1}{9} + \frac{10^2 - 1}{9} + \ldots + \frac{10^n - 1}{9}\right) = \frac{2}{9}[10(1 + 10 + 10^2 + \ldots + 10^{n-1}) - n] = \frac{2}{9}\left[\frac{10(10^n - 1)}{9} - n\right] = \frac{2(10^{n+1} - 10 - 9n)}{81}.

Bài tập 6. Chứng minh rằng dãy u1,u2,u3u_1, u_2, u_3, trong đó
u1=9,u2=312tgx,u3=(19)cos⁡2x,u_1 = 9, \quad u_2 = 3^{\frac{1}{2}} \text{tg} x, \quad u_3 = \left(\frac{1}{9}\right)^{\cos 2x},
là một cấp số nhân khi và chỉ khi
x=πl,x=π12+πl,x=5π12+πl(l=0,±1,±2,…).x = \pi l, \quad x = \frac{\pi}{12} + \pi l, \quad x = \frac{5\pi}{12} + \pi l \quad (l = 0, \pm 1, \pm 2, \ldots).

Lời giải. Dựa vào tính chất đặc trưng của cấp số nhân, suy ra rằng bài toán quy về giải phương trình
912tgx=9(19)cos⁡2x9^{\frac{1}{2}} \text{tg} x = 9\left(\frac{1}{9}\right)^{\cos 2x}

Thực hiện các biến đổi liên tiếp của phương trình này:
12tgx=1−cos⁡2x,\frac{1}{2} \text{tg} x = 1 - \cos 2x,
tgx=4sin⁡2x,sin⁡x(2sin⁡2x−1)=0(cos⁡x≠0).\text{tg} x = 4 \sin^2 x, \quad \sin x (2 \sin 2x - 1) = 0 \quad (\cos x \neq 0).
Như vậy, phải thỏa mãn một trong hai phương trình:
sin⁡x=0,sin⁡2x=12,\sin x = 0, \quad \sin 2x = \frac{1}{2},

từ đó
x=πl,x=π12+πl,x=5π12+πl.x = \pi l, \quad x = \frac{\pi}{12} + \pi l, \quad x = \frac{5\pi}{12} + \pi l.

Các họ nghiệm thu được, và chỉ chúng, thỏa mãn phương trình (3). Do đó, với các giá trị xx đã tìm được, và chỉ với chúng, u1,u2,u3u_1, u_2, u_3 là một cấp số nhân.

Bài tập 7. Các số 10, 11, 12 có thể là các số hạng của cùng một cấp số nhân không?

Lời giải. Giả sử các số đã cho là các số hạng của một cấp số nhân có số hạng đầu b1b_1 và công bội qq. Khi đó 10=b1qn,11=b1qm,12=b1qp10 = b_1 q^n, 11 = b_1 q^m, 12 = b_1 q^p. Từ các hệ thức này, ta được
1110=qm−n,1210=qp−n\frac{11}{10} = q^{m-n}, \quad \frac{12}{10} = q^{p-n}

và tiếp theo
(1110)p−n=(1210)m−n,\left(\frac{11}{10}\right)^{p-n} = \left(\frac{12}{10}\right)^{m-n},
11p−n12m−n=10p−m.\frac{11^{p-n}}{12^{m-n}} = 10^{p-m}.

Đẳng thức cuối không thể đúng với bất kỳ n,m,pn, m, p tự nhiên nào đôi một khác nhau. Điều đó có nghĩa là các số 10, 11, 12 không thể là các số hạng của cùng một cấp số nhân.

Tờ 43

tr. 41Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

41

Bài toán 8. Tổng các số hạng của một cấp số nhân vô hạn giảm dần bằng 9, còn tổng các bình phương các số hạng của nó bằng 40,5. Tìm số hạng đầu và công bội của cấp số nhân.

Lời giải. Dùng công thức S=b11−qS = \frac{b_1}{1-q} tính tổng các số hạng của cấp số nhân vô hạn giảm dần, ta được b11−q=9\frac{b_1}{1-q} = 9.

Xét dãy b12,b22,…,bn2,…b_1^2, b_2^2, \ldots, b_n^2, \ldots. Nhận thấy rằng đây là một cấp số nhân vô hạn giảm dần có số hạng đầu là b12b_1^2 và công bội là q2q^2. Khi đó tổng các số hạng của cấp số nhân này được xác định bởi công thức b121−q2\frac{b_1^2}{1-q^2} và bằng 40,5.

Cuối cùng bài toán quy về giải hệ

b11−q=9,b121−q2=40,5.\frac{b_1}{1-q} = 9, \quad \frac{b_1^2}{1-q^2} = 40,5.

Từ hệ này ta được: b1=6,q=13b_1 = 6, \quad q = \frac{1}{3}.

Các bài toán hỗn hợp về cấp số

Bài toán 9. Tìm bốn số, biết rằng ba số đầu lập thành một cấp số nhân, ba số cuối lập thành một cấp số cộng, tổng các số ở hai đầu bằng 21, tổng các số ở giữa bằng 18.

Lời giải. Gọi a,b,c,da, b, c, d là các số cần tìm; a,b,ca, b, c là một cấp số nhân, do đó b2=acb^2=ac; b,c,db, c, d là một cấp số cộng, do đó 2c=b+d2c=b+d. Cuối cùng ta đi đến hệ phương trình sau:

{b2=ac,2c=b+d,a+d=21,b+c=18.\begin{cases} b^2=ac, \\ 2c=b+d, \\ a+d=21, \\ b+c=18. \end{cases}

Giải hệ này, ta được a=3,b=6,c=12,d=18a=3, b=6, c=12, d=18 hoặc

a=754,b=454,c=274,d=94.a = \frac{75}{4}, \quad b = \frac{45}{4}, \quad c = \frac{27}{4}, \quad d = \frac{9}{4}.

Bài tập 10. Ba số lập thành một cấp số nhân. Nếu tăng số thứ hai thêm 2, thì các số thu được lập thành một cấp số cộng. Nếu sau đó tăng số thứ ba thêm 9, thì lại thu được một cấp số nhân. Tìm các số đó.

Lời giải. Viết lại các điều kiện của bài toán như sau:

b1,b2,b3 — caˆˊp soˆˊ nhaˆn;b_1, b_2, b_3 \text{ — cấp số nhân;}
b1,b2+2,b3 — caˆˊp soˆˊ cộng;b_1, b_2+2, b_3 \text{ — cấp số cộng;}
b1,b2+2,b3+9 — caˆˊp soˆˊ nhaˆn.b_1, b_2+2, b_3+9 \text{ — cấp số nhân.}

Dùng các tính chất đặc trưng của các cấp số, ta được

{2(b2+2)=b1+b3,(b2+2)2=b1(b3+9).\begin{cases} 2(b_2+2) = b_1+b_3, \\ (b_2+2)^2 = b_1(b_3+9). \end{cases}

Tờ 45

tr. 43Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

⟦trang 43⟧

u1,u2,u3, với u1=cos⁡4x2, u2=12sin⁡2x, u3=−sin⁡4x2,u_1, u_2, u_3, \text{ với } u_1 = \cos^4 \frac{x}{2}, \ u_2 = \frac{1}{2} \sin 2x, \ u_3 = -\sin^4 \frac{x}{2}, tạo thành một cấp số cộng.

  1. Giả sử trong một cấp số cộng Sn=n2p,Sk=k2pS_n = n^2 p, S_k = k^2 p. Chứng minh rằng Sp=p3S_p = p^3.

  2. Chứng minh rằng

1a1+a2+1a2+a3+⋯+1an+an+1=an+1−a1d.\frac{1}{\sqrt{a_1} + \sqrt{a_2}} + \frac{1}{\sqrt{a_2} + \sqrt{a_3}} + \dots + \frac{1}{\sqrt{a_n} + \sqrt{a_{n+1}}} = \frac{\sqrt{a_{n+1}} - \sqrt{a_1}}{d}.

  1. Bốn số a,b,c,da, b, c, d tạo thành một cấp số nhân. Chứng minh rằng (a−c)2+(b−c)2+(b−d)2=(a−d)2(a-c)^2 + (b-c)^2 + (b-d)^2 = (a-d)^2.

  2. Giải hệ phương trình

{xy=yz=zu=us=st,x=8u,x+y+z+u+s+t=1534.\begin{cases} \frac{x}{y} = \frac{y}{z} = \frac{z}{u} = \frac{u}{s} = \frac{s}{t}, \\ x = 8u, \\ x + y + z + u + s + t = 15\frac{3}{4}. \end{cases}

  1. Chứng minh đẳng thức

(66…6)2+88…8⏟n chữ soˆˊ+44…4⏟2n chữ soˆˊ.(66 \dots 6)^2 + \underbrace{88 \dots 8}_{n \text{ chữ số}} + \underbrace{44 \dots 4}_{2n \text{ chữ số}}.

  1. Cho x1x_1 và x2x_2 là các nghiệm của phương trình x2−3x+A=0x^2 - 3x + A = 0, còn x3x_3 và x4x_4 là các nghiệm của phương trình x2−12x+B=0x^2 - 12x + B = 0. Biết rằng dãy x1,x2,x3,x4x_1, x_2, x_3, x_4 là một cấp số nhân tăng. Tìm AA và BB.

  2. Giải phương trình 2x+1+x2−x3+x4−⋯=1362x + 1 + x^2 - x^3 + x^4 - \dots = \frac{13}{6}, nếu ∣x∣<1|x| < 1.

  3. Tổng các số hạng của một cấp số nhân vô hạn giảm bằng 4, còn tổng các lập phương của các số hạng bằng 192. Tìm số hạng thứ mười của cấp số nhân.

  4. Tìm một số có ba chữ số, biết rằng các chữ số của nó lập thành một cấp số nhân, còn các chữ số của số nhỏ hơn nó 400 lập thành một cấp số cộng.

  5. Bốn số lập thành một cấp số nhân. Nếu lần lượt giảm chúng đi 2, 1, 7, 27 thì các số thu được lập thành một cấp số cộng. Tìm các số đó.

BẠN CÓ BIẾT CÁC ĐỊNH NGHĨA KHÔNG?

  1. Những công thức nào sau đây đúng, những công thức nào sai?
    a) 1>11 > 1; 6) 1≥11 \geq 1;
    b) 1≤11 \leq 1; 7) 2>12 > 1;
    d) 2≥12 \geq 1; e) −2≤−1-2 \leq -1.

  2. Thầy giáo hỏi học sinh: “Trong những trường hợp nào, khi kẻ đường vuông góc với đường thẳng đi qua một điểm đã cho, ta nói rằng ta hạ đường vuông góc xuống đường thẳng, và khi nào ta nói rằng ta dựng đường vuông góc với đường thẳng?”

Học sinh trả lời: “Nếu điểm nằm phía trên đường thẳng hoặc trên đường thẳng và ta kẻ đường vuông góc xuống dưới, thì ta hạ đường vuông góc, còn nếu điểm nằm phía dưới đường thẳng hoặc ta kẻ đường vuông góc lên trên, thì ta dựng nó”.

Lập tức có câu hỏi tiếp theo: “Còn nếu điểm nằm bên cạnh đường thẳng hoặc đường thẳng thẳng đứng thì sao?”

Hãy giúp học sinh, trả lời câu hỏi: trong các hình này ta dựng đường vuông góc hay hạ đường vuông góc?

Tờ 46

tr. 44Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

44

Động học thường xét chuyển động của các vật rắn tuyệt đối, tức là các vật mà khoảng cách giữa bất kỳ hai điểm nào của chúng vẫn không đổi. Đồng thời, có những phương pháp làm đơn giản đáng kể việc giải các bài toán động học. Bây giờ ta sẽ làm quen với một trong số đó.

Giả sử các vật tiếp xúc với nhau khi chuyển động, và không có sự trượt giữa chúng. Khi đó vận tốc của cả hai vật tại điểm tiếp xúc hoàn toàn trùng nhau (hình 1). Nếu giữa các vật có trượt, thì chỉ các hình chiếu của vận tốc lên đường vuông góc với tiếp tuyến tại điểm tiếp xúc là trùng nhau. Khi đó chỉ cần tiếp tuyến tồn tại ít nhất đối với một trong các bề mặt trượt (hình 2).

Xét một vài ví dụ.

  1. Thanh OAOA quay theo chiều kim đồng hồ với vận tốc góc ω\omega, làm chuyển động khối gạch ABCDABCD có cạnh bên aa (hình 3). Tìm sự phụ thuộc của vận tốc khối gạch vv vào góc α\alpha.

Lời giải. Thanh và khối gạch tiếp xúc tại điểm AA. Do đó, vận tốc của khối gạch và của thanh tại điểm này theo phương MNMN (MN⊥⊥OAMN \perp \bot OA) trùng nhau. Vì thế,

vcos⁡(90∘−α)=ω⋅OA,v \cos(90^\circ - \alpha) = \omega \cdot OA,

hay

v=ωsin⁡α⋅atgα=ωacos⁡αsin⁡2α.v = \frac{\omega}{\sin \alpha} \cdot \frac{a}{\mathrm{tg} \alpha} = \frac{\omega a \cos \alpha}{\sin^2 \alpha}.

  1. Nguồn sáng SS nằm cách màn MNMN một khoảng ll (hình 4). Tại thời điểm ban đầu, một vật phẳng có chiều cao hh bắt đầu chuyển động đều với vận tốc vv từ nguồn về phía màn. Hãy tìm sự phụ thuộc của vận tốc chuyển động của mép bóng trên màn theo thời gian.

Tờ 47

tr. 45Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

45

Lời giải. Trong bài toán này, tia SBSB đóng vai trò là thanh. Tại điểm AA, tia «tiếp xúc» với giới hạn, còn tại điểm BB — với màn, tạo thành các ranh giới của bóng. Lập hai phương trình liên hệ các hình chiếu của vận tốc tại các điểm AA và BB: ω⋅SA=vcos⁡(π−α)\omega \cdot SA = v \cos(\pi - \alpha) — hình chiếu lên LKLK, ω⋅SB=ucos⁡α\omega \cdot SB = u \cos \alpha — hình chiếu lên MNMN. Ở đây ω\omega là vận tốc góc của sự quay của tia. Chia đẳng thức thứ hai cho đẳng thức thứ nhất và lưu ý rằng

SBSA=lSL=lvtvaˋtgα=hSC=hvt,\frac{SB}{SA} = \frac{l}{SL} = \frac{l}{vt} \quad \text{và} \quad tg\alpha = \frac{h}{SC} = \frac{h}{vt},

ta được

u=lhvt2.u = \frac{lh}{vt^2}.

Bây giờ, giả sử thanh ABAB có độ dài đã cho ll (hình 5) chuyển động tùy ý. Vận tốc v⃗A\vec{v}_A và v⃗B\vec{v}_B của các đầu thanh có thể khác nhau, nhưng vì độ dài của thanh không thay đổi, các hình chiếu của những vận tốc này vA′′v''_A và vB′′v''_B phải bằng nhau: vA′′=vB′′v''_A = v''_B. Các hình chiếu vận tốc vA′v'_A và vB′v'_B xác định chuyển động quay của thanh với vận tốc góc vB′−vA′l\frac{v'_B - v'_A}{l} (hãy tự kiểm tra điều này thật chính xác).

Ta sẽ giải hai bài toán.

  1. Thanh ABAB tựa hai đầu lên các cạnh của góc tù β\beta (hình 6). Đầu trên của thanh được kéo với vận tốc vv dọc theo cạnh AOAO. Tìm sự phụ thuộc của vận tốc uu của điểm BB vào góc α\alpha.

Lời giải. Vì độ dài của thanh ABAB không đổi, các hình chiếu vận tốc của hai đầu thanh lên phương của thanh là bằng nhau:

ucos⁡α=vcos⁡(π−α−β),u \cos \alpha = v \cos(\pi - \alpha - \beta),

hay

u=−cos⁡(α+β)cos⁡αv.u = -\frac{\cos(\alpha + \beta)}{\cos \alpha} v.

Xét trường hợp độ dài của thanh thay đổi trong khi chuyển động (“thanh” có thể là, chẳng hạn, đoạn thẳng nối hai điểm đã cho mà khoảng cách giữa chúng thay đổi). Khi đó

Tờ 48

tr. 46Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

46

mối quan hệ liên kết diễn biến các vận tốc ở hai đầu thanh có dạng

∣vA′′−vB′′∣=u,|v_A'' - v_B''| = u,

trong đó uu là tốc độ thay đổi chiều dài của thanh. (Môđun ở đây cần thiết, vì không biết vận tốc nào lớn hơn.)

  1. Một chiếc thuyền được kéo từ bờ tròn bằng một sợi dây với vận tốc không đổi vv. Tìm sự phụ thuộc của vận tốc thuyền uu vào góc α\alpha.

Lời giải. Trong trường hợp này, ta quan tâm đến đoạn dây ABAB. Tốc độ co ngắn của nó bằng vv. Các vectơ vận tốc của hai đầu dây AA và BB được chỉ ra trên hình 7. Theo khẳng định nêu ở trên, ta có

vAcos⁡α=vB,v_A \cos \alpha = v_B,

hay vì vA=uv_A = u, vB=vv_B = v,

u=vcos⁡α.u = \frac{v}{\cos \alpha}.

Hãy thử tự giải các bài toán tương tự.

  1. Thanh OAOA quay theo chiều kim đồng hồ với vận tốc góc ω\omega, làm chuyển động một hình trụ bán kính rr (hình 8). Không có trượt giữa hình trụ và mặt phẳng. Tìm sự phụ thuộc của vận tốc hình trụ vv vào góc α\alpha.

  2. Tay quay AOAO có độ dài rr (hình 9) quay với vận tốc góc ω\omega, độ dài thanh truyền ABAB bằng ll. Tìm vận tốc vv của điểm BB của thanh truyền, nếu ∠ABO=α\angle ABO = \alpha.

  3. Một quả cầu, sau khi được làm quay quanh trục, được đặt lên một mặt phẳng ngang. Hệ số ma sát giữa quả cầu và mặt phẳng khác không. Dưới tác dụng của lực ma sát, quả cầu thay đổi chuyển động quay ban đầu của mình và bắt đầu chuyển động theo một cách nào đó trên mặt phẳng. Hãy mô tả chuyển động này sẽ diễn ra như thế nào.

Tờ 49

tr. 47Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

⟦tờ 47⟧

Tại Trường Đại học Hữu nghị Nhân dân Patrice Lumumba, bên cạnh sinh viên đến từ các nước châu Á, châu Phi và châu Mỹ Latinh, cũng tuyển công dân Liên Xô. Vì Trường Đại học có các khoa khác nhau, nên dĩ nhiên yêu cầu về toán học ở các khoa đó cũng khác nhau. Hoàn toàn dễ hiểu rằng đối với các nhà vật lý và toán học tương lai, yêu cầu cao hơn đối với kỹ sư, nhà kinh tế hoặc nhà hóa học. Ở đây chúng tôi sẽ nói về các kỳ thi tuyển sinh môn toán năm 1970 cho các chuyên ngành “vật lý” và “toán học”.
Dưới đây là một đề thi viết môn toán (đề tổng hợp, thực tế được составлен từ các bài toán của những đề khác nhau).

Đề 0

  1. Tìm mọi giá trị phức z sao cho z2+(1+i)zz^2 + (1 + i)z nhận các giá trị thuần ảo. Chỉ ra quỹ tích hình học tương ứng của điểm, sử dụng biểu diễn các số phức trên mặt phẳng.
  2. Biết rằng bất đẳng thức log⁡a(x2−3x)>log⁡a(4x−x2)\log_a(x^2 - 3x) > \log_a(4x - x^2) được thỏa mãn tại x=334x = 3\frac{3}{4}. Giải bất đẳng thức.
  3. Góc nhị diện tại cạnh bên của một hình chóp tứ giác đều bằng ba lần góc nhị diện tại đáy của nó. Tìm thể tích hình chóp nếu chiều cao của nó bằng H.
  4. Giải phương trình
    tgpx+tgqx=tg(p+q)xtg px + tg qx = tg (p + q)x
    (pp và qq là các số thực đã biết).

Với những giá trị nào của pp và qq nó trở thành một đồng nhất thức?
5. Ba xe ben làm việc độc lập được huy động để chở đất đi. Đất sẽ được chở hết nếu mỗi xe thực hiện 8 chuyến. Đất cũng sẽ được chở hết nếu xe ben thứ nhất thực hiện 4 chuyến, xe thứ hai — 2 chuyến, xe thứ ba — 16 chuyến. Nếu xe ben thứ nhất và thứ ba thực hiện tương ứng 6 và 12 chuyến, thì xe ben thứ hai phải thực hiện bao nhiêu chuyến?

Ngay từ cái nhìn đầu tiên, rõ ràng rằng bài thứ ba trong số các bài được nêu ở đây là bài toán “cổ điển” thuộc kiểu thi tuyển, cồng kềnh về mặt kỹ thuật. Bài thứ nhất rất đơn giản, nhưng không chuẩn về nội dung. Các bài còn lại đòi hỏi khối lượng tính toán rất nhỏ nếu có cách tiếp cận hợp lý để giải chúng. Tuy nhiên, trong mỗi bài có một điểm không tầm thường nào đó, đòi hỏi các yếu tố của cách tiếp cận độc lập.

Hãy xét lời giải các bài toán này.

  1. Bài toán có lời giải đơn giản, khá tự nhiên. Viết số phức z dưới dạng đại số: z=x+iyz = x + iy; khi đó
    z2+(1+i)z=(x+iy)2+(1+i)(x+iy)=x2+2ixy−y2+x+iy+ix−y=x2−y2+x−y+i(2xy+x+y).z^2 + (1 + i)z = (x + iy)^2 + (1 + i)(x + iy) = x^2 + 2 ixy - y^2 + x + iy + ix - y = x^2 - y^2 + x - y + i(2xy + x + y).
    Để số này thuần ảo, cần và đủ là phần thực của nó bằng không (dĩ nhiên, số không cũng thuộc các số thuần ảo). Ta có:
    x2−y2+x−y=0.x^2 - y^2 + x - y = 0.

Tờ 50

tr. 48Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

48

Viết lại đẳng thức này dưới dạng
(x−y)(x+y+1)=0(x - y)(x + y + 1) = 0
và nhận được rằng quỹ tích cần tìm gồm hai đường thẳng: x−y=0,x+y+1=0x - y = 0, x + y + 1 = 0, được biểu diễn trên hình 1. Nếu muốn biểu diễn đáp án bằng đại số, thì ta viết phương trình của các đường thẳng này dưới dạng y=xy = x và y=−x−1y = -x - 1. Khi đó các giá trị cần tìm của zz sẽ được cho bởi hai đẳng thức: z=(1+i)xz = (1 + i)x hoặc z=x−(x+1)iz = x - (x + 1)i.

Thay cho lời giải hợp lí và hầu như không cần tính toán này, các thí sinh — trong số những người nói chung cố gắng giải ví dụ này,— đã đề xuất con đường sau. Đặt z2+(1+i)z=biz^2 + (1 + i)z = bi; ở đây bibi ở vế phải là một số ảo. Bây giờ giải phương trình bậc hai:

z=−(1+i)±2i+4bi2.z = \frac{-(1 + i) \pm \sqrt{2i + 4bi}}{2}.

Theo một nghĩa nào đó, lời giải đã có, nhưng tiếp theo cần biến đổi vế phải của đẳng thức, điều này liên quan đến việc khai căn bậc hai của một số ảo; những người giải không xử lí được việc này, nhưng, như ta đã thấy, với cách tiếp cận bài toán thành công hơn thì điều đó không cần thiết.

  1. Ví dụ rất đơn giản, nhưng cần đọc kĩ điều kiện và suy nghĩ một chút. Cho điều kiện: bất đẳng

đẳng thức được thỏa mãn khi x=334x = 3\frac{3}{4}; điều này được cho để làm gì? Thay x=334x = 3\frac{3}{4} vào bất đẳng thức, ta được
log⁡a4516>log⁡a1516.\log_a \frac{45}{16} > \log_a \frac{15}{16}.
Suy ra: a>1a > 1. Đó là toàn bộ ý nghĩa của điều kiện này, nó cho phép xác định ngay rằng a>1a > 1. Bây giờ ta đi đến bất đẳng thức x2−3x>4x−x2x^2 - 3x > 4x - x^2; cần ghép vào nó bất đẳng thức đặc trưng cho ĐKXĐ: 4x−x2>04x - x^2 > 0. Lưu ý rằng không cần viết thêm bất đẳng thức x2−3x>0x^2 - 3x > 0, vì nó tự động được thỏa mãn do hai bất đẳng thức đã viết. Vậy ta được hệ hai bất đẳng thức
2x2−7x>0,4x−x2>0.2x^2 - 7x > 0, \quad 4x - x^2 > 0.
Bất đẳng thức thứ nhất được thỏa mãn khi x<0x < 0 và x>312x > 3\frac{1}{2}, bất đẳng thức thứ hai — khi 0<x<40 < x < 4; nghiệm là khoảng
312<x<4.3\frac{1}{2} < x < 4.
Bài toán này nói chung hoàn toàn tiêu chuẩn, điều kiện bổ sung trong đó, nếu hiểu đúng, không làm phức tạp mà làm đơn giản bài toán. Nhiều thí sinh đã giải bài toán đến cùng, nhưng trong đa số trường hợp đã làm nó rối lên rất nhiều, còn một số thì chìm hẳn trong các phép tính. Cụ thể, bỏ qua điều kiện đã cho trong bài về giá trị x=334x = 3\frac{3}{4}, họ lập luận “theo tiêu chuẩn”: hoặc a<1a < 1, hoặc a>1a > 1. Sau đó họ viết đầy đủ các điều kiện xác định ĐKXĐ, và nhận được hai hệ bất đẳng thức:
{x2−3x>0,4x−x2>0,x2−3x<4x−x2\begin{cases} x^2 - 3x > 0, \\ 4x - x^2 > 0, \\ x^2 - 3x < 4x - x^2 \end{cases}
Thay vì một hệ gồm hai bất đẳng thức, phải giải hai hệ gồm ba bất đẳng thức mỗi hệ rồi mới xét thêm-

Tờ 51

tr. 49Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

49

điều kiện bổ sung. Ở đây đã có thể lạc đường.

  1. Bài toán hình học không gian — tiêu chuẩn, nhưng khá phức tạp. Vấn đề không chỉ ở chỗ thí sinh không phải lúc nào cũng biết giải các bài toán về góc nhị diện, mà còn ở chỗ trong điều kiện không cho một số đo góc nào, mà chỉ cho sự tương ứng giữa hai số đo như vậy. Nói chung, một hình chóp tứ giác đều được xác định bởi một kích thước dài và một kích thước góc. Kích thước dài đã cho — đó là chiều cao của hình chóp, còn thay cho kích thước góc là sự tương ứng giữa hai góc.

Nhiều thí sinh đã giải bài toán này. Tuy nhiên, một số trong họ hoàn toàn không hiểu bản chất của bài toán. Ký hiệu một trong các góc nhị diện là α\alpha, còn góc kia là 3α3\alpha, họ có thể biểu diễn thể tích theo góc α\alpha, mà không nghĩ rằng góc này được xác định bởi điều kiện bài toán.

Dưới đây là một trong các lời giải có thể của bài toán. Trên hình 2, α\alpha ký hiệu góc nhị diện tại cạnh đáy, còn β\beta — góc nhị diện tại cạnh bên của hình chóp, sao cho BKBK và DKDK là các đường cao của các mặt bên của hình chóp, kẻ từ các đỉnh của đáy. Theo điều kiện β=3α\beta = 3\alpha.

Để thuận tiện, ta còn ký hiệu γ\gamma là góc phẳng tại đáy của hình chóp, ký hiệu aa là cạnh đáy, còn hh — chiều cao mặt bên, tức là đường cao bên của hình chóp.

Lập tức tìm được mối liên hệ giữa các góc α\alpha và γ\gamma: từ tam giác SOLSOL có a2h=cos⁡α\frac{a}{2h} = \cos \alpha; cùng tỉ số đó trong tam giác SLBSLB được biểu diễn như sau: a2h=ctgγ\frac{a}{2h} = \text{ctg} \gamma.

Do đó, ctgγ=cos⁡α\text{ctg} \gamma = \cos \alpha. Vì khi xét tam giác ABKABK ta sẽ cần sin γ\gamma, nên hãy biểu diễn sin này qua hàm của góc α\alpha:

sin⁡γ=11+ctg2γ=11+cos⁡2α.\sin \gamma = \frac{1}{\sqrt{1 + \text{ctg}^2} \gamma} = \frac{1}{\sqrt{1 + \cos^2 \alpha}}.

Bây giờ từ tam giác ABKABK có BK=asin⁡γBK = a \sin \gamma và từ tam giác BKDBKD có BK=a2sin⁡β2BK = \frac{a}{\sqrt{2} \sin \frac{\beta}{2}}, từ đó 2sin⁡β2=1sin⁡γ\sqrt{2} \sin \frac{\beta}{2} = \frac{1}{\sin \gamma} hoặc 2sin⁡β2=1+cos⁡2α\sqrt{2} \sin \frac{\beta}{2} = \sqrt{1 + \cos^2 \alpha}.

Suy ra 2sin⁡2β2=1+cos⁡2α2 \sin^2 \frac{\beta}{2} = 1 + \cos^2 \alpha hoặc 1−2sin⁡2β2=−cos⁡2α1 - 2 \sin^2 \frac{\beta}{2} = -\cos^2 \alpha, tức là cuối cùng

cos⁡β=−cos⁡2α.\cos \beta = -\cos^2 \alpha.

Một sự tương ứng thú vị như vậy trong hình chóp tứ giác. Trong bài toán của chúng ta β=3α\beta = 3\alpha, vì thế để tìm góc α\alpha ta được phương trình

cos⁡3α=−cos⁡2α.\cos 3\alpha = -\cos^2 \alpha.

Nó được giải bằng phương pháp chuẩn. Biểu diễn cos 3α3\alpha qua hàm của góc α\alpha

cos⁡3α=4cos⁡3α−3cos⁡α,\cos 3\alpha = 4 \cos^3 \alpha - 3 \cos \alpha,

ta được

4cos⁡3α−3cos⁡α=−cos⁡2α.4 \cos^3 \alpha - 3 \cos \alpha = -\cos^2 \alpha.

Đặt gọn cos α=u\alpha = u, ta được phương trình sau:

4u3+u2−3u=0.4 u^3 + u^2 - 3 u = 0.

Tờ 52

tr. 50Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

50

Nghiệm u1=0u_1 = 0 không có ý nghĩa trong bài toán của ta; còn lại phương trình bậc hai

4u2+u−3=04 u^2 + u - 3 = 0

có các nghiệm u2=−1u_2 = -1 và u3=34u_3 = \frac{3}{4}, trong đó chỉ nghiệm cuối cùng là điều ta quan tâm. Vậy cos⁡α=34\cos \alpha = \frac{3}{4}; thuận tiện tìm được sin⁡α=74\sin \alpha = \frac{\sqrt{7}}{4} và ctgα=37\text{ctg} \alpha = \frac{3}{\sqrt{7}}.

Bây giờ còn phải biểu diễn thể tích hình chóp; ta có a2=Hctgα\frac{a}{2} = H \text{ctg} \alpha hay a=6H7a = \frac{6H}{\sqrt{7}}. Do đó,

V=13Ha2=127H3.V = \frac{1}{3} Ha^2 = \frac{12}{7} H^3.

  1. Phương trình cần giải rất đơn giản:

tg(p+q)x=tgpx+tgqx1−tgpxtgqx.\text{tg}(p + q) x = \frac{\text{tg} px + \text{tg} qx}{1 - \text{tg} px \text{tg} qx}.

Từ đây thấy rằng hoặc tgpx+tgqx=0\text{tg} px + \text{tg} qx = 0, hoặc tgpx⋅tgqx=0\text{tg} px \cdot \text{tg} qx = 0. Như vậy, phương trình được thỏa mãn trong mỗi trường hợp trong ba trường hợp:

a) tgpx+tgqx=0\text{tg} px + \text{tg} qx = 0, tương đương với sin⁡(p+q)x=0\sin (p + q) x = 0; 6) tgpx=0\text{tg} px = 0; 8) tgqx=0\text{tg} qx = 0. Vì vậy, nó trở thành cùng một trường hợp nếu p+q=0p + q = 0, hoặc p=0p = 0, hoặc q=0q = 0; còn nếu không có đẳng thức nào trong ba đẳng thức này đúng, thì phương trình có ba dãy nghiệm:

x=kπp+q,x=kπp,x=kπqx = \frac{k\pi}{p + q}, \quad x = \frac{k\pi}{p}, \quad x = \frac{k\pi}{q}

(k=0,±1,±2,…k = 0, \pm 1, \pm 2, \dots).

Khi giải bài toán tỉ mỉ, còn cần выяснить xem một số nghiệm đã nêu có thể thuộc dạng những trường hợp này hay không; chỉ có ít người giải bài toán đã chỉ rõ ràng cả ba trường hợp trở thành cùng một trường hợp.

  1. Nhiều người đã giải bài toán, nhưng thường theo con đường cồng kềnh hoặc không lôgic. Giả sử mỗi xe ben chở trong một chuyến 1x,1y,1z\frac{1}{x}, \frac{1}{y}, \frac{1}{z} phần của toàn bộ lượng đất tương ứng. Hơn nữa

laˆˊy tổng lượng đaˆˊt ba˘ˋng một đơn vị. Khi đoˊ đieˆˋu kiện baˋi toaˊn chuyển thaˋnh hệ\text{lấy tổng lượng đất bằng một đơn vị. Khi đó điều kiện bài toán chuyển thành hệ}

{8x+8y+8z=1,4x+2y+16z=1,6x+py+12z=1.\left\{ \frac{8}{x} + \frac{8}{y} + \frac{8}{z} = 1, \quad \frac{4}{x} + \frac{2}{y} + \frac{16}{z} = 1, \quad \frac{6}{x} + \frac{p}{y} + \frac{12}{z} = 1. \right.

Ở đây chưa biết số chuyến của xe ben thứ hai pp; cũng chưa biết x,y,zx, y, z, nhưng ta không cần xác định chúng. Với sự quan sát toán học cần thiết, có thể đoán ra cách cộng từng vế hai đẳng thức đầu rồi chia cả hai vế của phương trình nhận được cho 2. Ta đi đến đẳng thức

6x+5y+12z=1,\frac{6}{x} + \frac{5}{y} + \frac{12}{z} = 1,

từ việc so sánh nó với phương trình thứ ba của hệ của chúng ta, ta tìm được số chuyến đi bằng năm: p=5p = 5.

Việc phân tích bài làm của các thí sinh cho thấy rằng trình độ kỹ thuật của những người dự thi khác nhau, dĩ nhiên, là khác nhau. Nhưng điều này không chỉ thể hiện ở sự thiếu kỹ thuật của một bộ phận thí sinh, mà còn ở chỗ ngay cả nhiều thí sinh được chuẩn bị tốt về mặt hình thức cũng đã quen với khuôn mẫu, không suy nghĩ về ý nghĩa của điều kiện bài toán. Sự sai lệch nhỏ nhất của các điều kiện ấy so với những điều kiện quen thuộc, dù theo hướng đơn giản hóa, cũng dẫn đến lúng túng và, do đó, dẫn đến sai sót và lời giải không hợp lý.

Chúng tôi đưa ra các đề bài viết để tự giải (hai đề này là “thật”, không phải ghép lại).

Đề 1

  1. Biết rằng một trong các nghiệm thực của phương trình x3−5x2+px+8=0x^3 - 5x^2 + px + 8 = 0 bằng một nghiệm khác. Tìm pp và tất cả các nghiệm của phương trình.

  2. Tìm tất cả các giá trị của aa sao cho bất đẳng thức

log⁡2a+1(2x−1)+log⁡a(x+3)<0\log_{2a+1}(2x - 1) + \log_a(x + 3) < 0

đồng thời đúng khi x=1x = 1 và x=4x = 4.

  1. Giải bất đẳng thức

sin⁡x⋅cos⁡2x⋅sin⁡3x≥0.\sin x \cdot \cos 2x \cdot \sin 3x \geq 0.

Tờ 54

tr. 52Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

52

CHUYẾN BAY CỦA NHỮNG MŨI TÊN LỬA

Trong số các hiện tượng tự nhiên đã được nghiên cứu và chưa được nghiên cứu, sét chiếm một vị trí đặc biệt. Mỗi chúng ta đã thấy nó nhiều lần, nhưng chúng ta có biết nó là gì không? Nó hoạt động như thế nào, gây ra những sự phá hủy nào và nói chung tạo ra điều gì trong khí quyển khi có giông bão — cuốn sách nhỏ nhưng rất hấp dẫn của Bazil Shonland “Chuyến bay của sét” *) dành cho những câu hỏi này.

Tác giả nói về sự sùng bái giông bão và sét tồn tại ở mọi dân tộc cổ đại, về việc con người dần dần đi đến chỗ hiểu được bản chất của sét và bắt đầu thoát khỏi nỗi sợ hãi trước hiện tượng ghê gớm này. Cuốn sách kể chi tiết về phát minh cột thu lôi và ý nghĩa của phát minh ấy: bởi vì sét đánh thường dẫn đến những hậu quả bi thảm. Chẳng hạn, B. Shonland kể rằng do sét đánh vào nhà thờ Thánh Nazar ở Bắc Ý năm 1769, nơi trong các tầng hầm có dự trữ nhiều thuốc súng, đã xảy ra một vụ nổ phá hủy một phần sáu thành phố.

Sét được coi là biểu hiện của cơn thịnh nộ của Chúa, là sự trừng phạt ghê gớm đối với tội lỗi trần gian. Độc giả biết từ cuốn sách rằng những ngôi nhà của người La Mã bị sét phá hủy tuyệt đối không được phép xây dựng lại. Nhưng đó là vào thời cổ đại và trung cổ. Đến thế kỷ XVIII, con người đã biết khá nhiều về bản chất của điện. Nhắc lại rằng những thí nghiệm đầu tiên về điện — nhiễm điện do cọ xát — đã được William Gilbert thực hiện từ năm 1600. Còn việc B. Franklin phát minh cột thu lôi thuộc vào giữa thế kỷ XVIII. Vào thời ấy, ở nhiều nước châu Âu đã có các viện hàn lâm khoa học. Tuy vậy, cột thu lôi còn phải lâu lắm mới giành được quyền tồn tại. Nếu ở Mỹ chúng lan rộng khá nhanh, thì ở châu Âu những cuộc tranh luận kéo dài: cột thu lôi có loại trừ nguy hiểm hay ngược lại, làm tăng xác suất bị phóng điện đánh trúng? Đặc biệt nhiều tranh cãi chỉ do câu hỏi: cột thu lôi phải kết thúc bằng đầu tù hay đầu nhọn. Cũng nhắc lại một sự thật thú vị và chắc hẳn độc giả đã biết: B. Franklin thực hiện những thí nghiệm đầu tiên với cột thu lôi bằng một con diều, trên đó buộc một mũi nhọn bằng sắt. B. Franklin còn có nhiều nghiên cứu khác về điện, về một số trong đó các bạn cũng đã biết từ cuốn sách của B. Shonland.

Tác giả dành nhiều chỗ cho những quan niệm hiện đại về các phóng điện trong mây, về các dạng sét. Các bạn biết rằng chiều dài phần nhìn thấy được của sét đường thẳng (người ta gọi như vậy phóng điện giữa mây và đất) ở ngoài đám mây đôi khi đạt vài kilômét. Toàn bộ chiều dài của tia sét còn lớn hơn, vì một mặt phóng điện chuyển động theo đường ngoằn ngoèo, mặt khác một phần khá lớn của nó “ẩn” bên trong chính đám mây. Nếu còn tính đến các con số 25 000° (đó có thể là nhiệt độ trong kênh sét), 10 000 ampe (đó là cường độ dòng điện ở đỉnh sét) và 100 triệu vôn (điện áp tối thiểu của phóng điện), thì có thể hình dung đây là một hiện tượng ghê gớm đến mức nào.

Hãy nêu thêm vài điều thú vị-

Tờ 55

tr. 53Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

53

những số liệu lấy từ cuốn sách “Chuyến bay của tia chớp”. Số cơn dông trung bình hằng năm trên Trái Đất là 16 000 000. Mỗi giây trên Trái Đất lóe lên khoảng 100 tia chớp.

Sự phóng điện chuyển động trong không khí với tốc độ từ 100 đến 100 nghìn kilômét một giây. Nghiên cứu động lực học của một quá trình như vậy là một nhiệm vụ phức tạp. Về cách giải quyết nhiệm vụ đó và cách ghi nhận sự phát triển của tia chớp, bạn có thể đọc trong các trang sách.

Một trong những vấn đề thú vị nhất của điện khí quyển là vấn đề phân bố điện tích trên các đám mây. Hóa ra, trong đa số trường hợp phần dưới của mây mang điện tích âm. B. Shonland mô tả chi tiết điện trường thay đổi như thế nào trong quá trình phát triển của tia chớp, điện tích được chuyển từ mây xuống đất như thế nào. Trong sách có những trang (đáng tiếc là rất ít) dành cho hiện tượng khó hiểu nhất và cho đến nay ít được hiểu rõ nhất — chớp hòn.

Bạn đọc sẽ biết về các dạng phóng điện khác nhau trong không khí, về sự ion hóa khí và sự nhiễm điện của mây diễn ra như thế nào, về vai trò của các giọt nước và tinh thể băng trong những quá trình này. Những trang cuối của sách dành cho các hiện tượng khác nhau đi kèm dông. Tác giả kể chi tiết về “atmospheric” (sóng vô tuyến phát ra khi có dông), giải thích vì sao điện tích trên bề mặt đất vẫn không đổi.

Sách được viết bằng ngôn ngữ tốt. Trong một dung lượng nhỏ tập trung rất nhiều sự kiện vật lý được suy nghĩ nghiêm túc và, điều cũng quan trọng, nhiều thông tin lịch sử bổ ích. Cách trình bày hoàn toàn dễ hiểu đối với học sinh. Chỉ tiếc là sách được xuất bản với số lượng in nhỏ.

Yu. M. Bruk

LẠI VỀ ĐỊNH LÝ PYTHAGORE

Xét một bình có dạng lăng trụ đứng, đáy là tam giác vuông ABC (xem hình). Đổ đầy khí vào bình này và cho nó khả năng quay quanh trục thẳng đứng OO’ (mặt phẳng ABC nằm ngang). Không gian là đồng nhất, và dù bình này có ở vị trí nào, nó cũng ở trong những điều kiện như nhau. Vì vậy có thể coi nó đứng yên.

Do đó, các lực áp suất của khí tác dụng lên các mặt bên của nó sẽ cân bằng lẫn nhau. Nhưng các lực F₁ và F₂ có xu hướng quay bình này theo một chiều, còn lực F₃ — theo chiều khác. Vì vậy tổng các mômen quay của các lực F₁ và F₂ phải bằng mômen quay của lực F₃.

F1⋅AB2+F2⋅BC2=F3⋅AC2.F_1 \cdot \frac{AB}{2} + F_2 \cdot \frac{BC}{2} = F_3 \cdot \frac{AC}{2}. (1)

Nhưng F₁ = P(AB \cdot h), F₂ = P(BC \cdot h), F₃ = P(AC \cdot h), trong đó P — áp suất khí, còn h — chiều cao của bình.

P(AB⋅h)⋅AB2+P(BC⋅h)⋅BC2=P(AC⋅h)⋅AC2,P(AB \cdot h) \cdot \frac{AB}{2} + P(BC \cdot h) \cdot \frac{BC}{2} = P(AC \cdot h) \cdot \frac{AC}{2},

suy ra

AB2+BC2=AC2AB^2 + BC^2 = AC^2

Chứng minh này có thể đọc trong cuốn sách mỏng của B. Yu. Kogan “Ứng dụng cơ học vào hình học” (Nhà xuất bản “Nauka”, năm 1965).

Tờ 56

tr. 54Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

54

OLYMPIAD TOÁN HỌC QUỐC TẾ LẦN THỨ XII DÀNH CHO HỌC SINH

Từ ngày 8 đến ngày 22 tháng Bảy, tại Budapest và Keszthely (Hungary) đã diễn ra Olympiad Toán học Quốc tế lần thứ XII. Các đội Áo, Anh, Bulgaria, Hungary, Hà Lan, CHDC Đức, Mông Cổ, Ba Lan, Romania, Liên Xô, Pháp, Tiệp Khắc, Thụy Điển và Nam Tư tham dự. Mỗi đội gồm tám học sinh.

Ngày 9 tháng Bảy, đội chúng ta đến Budapest. Tối ngày 9 và ngày 10 tháng Bảy chúng tôi tham quan thành phố, còn ngày 11 tháng Bảy tất cả những người tham dự olympiad chuyển đến Keszthely, nơi ngày 13 và 14 tháng Bảy diễn ra các cuộc thi giải bài toán.

Như thường lệ, trong mỗi ngày thi, các thí sinh phải giải 3 bài toán trong 4 giờ. Bạn sẽ tìm thấy đề các bài toán này ở cuối bài viết. Sau mỗi bài toán có ghi nước nào đã đề xuất bài toán và lời giải được chấm bao nhiêu điểm.

Ngày 18 tháng Bảy, các thành viên ban giám khảo tổng kết cuộc thi và thảo luận các vấn đề về địa điểm và trình tự tổ chức olympiad tiếp theo. Các trưởng đoàn Tiệp Khắc thông báo về quyết định của ban giám khảo tổ chức olympiad tại Tiệp Khắc. Những đề nghị về một số thay đổi riêng trong điều lệ đã được đưa ra. Cụ thể, có đề nghị cho một số bài toán dưới hai phương án, để các thí sinh có thể chọn phương án mình thích hơn. Cũng có đề nghị ra các bài toán thuộc toán học hiện đại: lý thuyết nhóm, các cấu trúc đại số, hình học giải tích, đại số vectơ.

Ngày 19 tháng Bảy, tất cả các đội trở lại Budapest, nơi ngày 21 tháng Bảy diễn ra lễ trao bằng cho những người chiến thắng và lễ bế mạc olympiad.

Các thành viên đội Liên Xô tại Olympiad Toán học Quốc tế lần thứ XII (từ trái sang phải): Aleksandr Linetsky, Andrei KhodULEV, Aleksandr Korlyukov, Pavel Kopylov, I. S. Petrakov (phó trưởng đoàn), Sergei Semenkov, M. I. Serov (trưởng đoàn), Aleksei Aleksandrov, Vello Altleis, Arkady Klimov.

Theo kết quả olympiad, đã trao 7 bằng hạng nhất, 11 bằng hạng nhì và 40 bằng hạng ba.

Bằng hạng I được trao cho các thí sinh đạt từ 37 đến 40 điểm. 40 điểm được Andrei KhodULEV (Liên Xô, trường nội trú trực thuộc Đại học Tổng hợp Moskva; từ Kalinin), Wolfeane Burmeister (CHDC Đức), Imre Ruzhe (Hungary) đạt được. Mỗi người đạt 39 điểm là Silverman Bernard (Anh), Arkady Klimov (Liên Xô, trường nội trú trực thuộc Đại học Tổng hợp Moskva; từ Arzamas), Ervin Baimots (Hungary). Học sinh Hungary Iimtvan Gonizy đạt 37 điểm.

Bằng hạng II được trao cho các thí sinh đạt từ 30 đến 35 điểm. Trong số học sinh của chúng ta, nó

Tờ 57

tr. 55Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

55

được Aleksei Aleksadrov giành, với 35 điểm (lớp 9 trường nội trú trực thuộc ĐHTH Leningrad).

Bằng cấp III được trao cho các thí sinh đạt từ 19 đến 28 điểm. Trong đội chúng ta, những người nhận được là Xécđây Xêmenkov, đạt 27 điểm (lớp 10 trường nội trú trực thuộc ĐHTH Leningrad), Vello Alpleis, đạt 24 điểm (lớp 11 trường trung học Nyuss, huyện Tartu, CHXHCN Xô viết Estonia) và Aleksandr Korlyukov, đạt 24 điểm (lớp 10 trường nội trú trực thuộc ĐHTH Moskva; từ Grodno).

Pavel Kolylov (thành phố Voronezh, trường số 58) và Aleksandr Linetsky (thành phố Kharkov, trường số 27) không thể thể hiện hết khả năng của mình và lần lượt đạt 15 và 17 điểm.

Nhìn chung, đội Hungary đạt 233 điểm, Liên Xô và CHDC Đức — mỗi đội 221 điểm, Nam Tư — 209 điểm, Romania — 208, Anh — 180, Bulgaria và Tiệp Khắc — mỗi nước 145, Pháp — 141, Thụy Điển — 110, Ba Lan — 105, Áo — 104, Hà Lan — 87, Mông Cổ — 78.

Hiện nay, tất cả các thành viên đội tuyển Liên Xô đã tốt nghiệp trường đều theo học tại Đại học Moskva hoặc Leningrad, còn Aleksadrov đang học xong lớp 10 và nghĩ đến chuyến đi dự Olympic Toán học quốc tế lần thứ XIII tại Tiệp Khắc. I. S. Petrakov

Các bài toán được đề nghị trong ngày thứ nhất

  1. Cho tam giác ABC, M — điểm trong của cạnh AB. Gọi r1,r2,rr_1, r_2, r — bán kính các đường tròn nội tiếp các tam giác AMC, BMC, ABC tương ứng; ρ1,ρ2,ρ\rho_1, \rho_2, \rho — bán kính các đường tròn nằm trong góc ACB và ngoại tiếp các tam giác AMC, BMC, ABC tương ứng.

Chứng minh rằng r1r2ρ1ρ2=rρ\frac{r_1 r_2}{\rho_1 \rho_2} = \frac{r}{\rho} (Ba Lan, 5 điểm).

  1. Cho a,ba, b và nn — các số tự nhiên lớn hơn một. Các số aa và bb là hai cơ số của các hệ đếm. Các số An,BnA_n, B_n có cùng biểu diễn xnxn−1x1x0\frac{x_n x_{n-1}}{x_1 x_0} trong các hệ đếm có cơ số aa và bb, trong đó xn≠0,xn−1≠0x_n \neq 0, x_{n-1} \neq 0. Các số nhận được sau khi xóa chữ số đầu tiên xnx_n sẽ được gọi là An−1,Bn−1A_{n-1}, B_{n-1}.

Chứng minh rằng a>ba > b khi và chỉ khi An−1An<Bn−1Bn\frac{A_{n-1}}{A_n} < \frac{B_{n-1}}{B_n} (Rumani, 7 điểm).

  1. Dãy số thực a0,a1,…,an,…a_0, a_1, \dots, a_n, \dots thỏa mãn điều kiện

1=a0⩽a1⩽⋯⩽an⩽…1 = a_0 \leqslant a_1 \leqslant \dots \leqslant a_n \leqslant \dots

(1)

Dãy b1,b2,…,bn,…b_1, b_2, \dots, b_n, \dots được xác định như sau:

bn=∑k=1n(1−ak−1ak)1ak.b_n = \sum_{k=1}^{n} \left(1 - \frac{a_k-1}{a_k}\right) \frac{1}{\sqrt{a_k}}.

a) Chứng minh rằng 0⩽bn<20 \leqslant b_n < 2 với mọi nn.

b) Chứng minh rằng với mỗi cc sao cho 0⩽c<20 \leqslant c < 2, tồn tại một dãy a0,a1,…,an,…a_0, a_1, \dots, a_n, \dots thỏa mãn điều kiện (1), đồng thời bn>cb_n > c với vô hạn chỉ số nn (Thụy Điển, 8 điểm).

Các bài toán được đề nghị trong ngày thứ hai

  1. Tìm tất cả các số nguyên dương nn có tính chất sau: có thể chia tập hợp thành hai tập sao cho tích của mọi phần tử của một tập bằng tích của mọi phần tử của tập kia (Tiệp Khắc, 6 điểm).

  2. Trong tứ diện ABCD, DB ⊥ DC và chân đường vuông góc hạ từ D xuống mặt phẳng tam giác ABC trùng với trực tâm của tam giác này.

Chứng minh rằng (AB+BC+CA)2⩽6(AD2+BD2+CD2)(AB + BC + CA)^2 \leqslant 6(AD^2 + BD^2 + CD^2). Với những tứ diện nào thì xảy ra đẳng thức (Bulgaria, 6 điểm)?

  1. Trên mặt phẳng cho 100 điểm, không có ba điểm nào thẳng hàng. Xét tất cả các tam giác có thể có với các đỉnh là những điểm này.

Chứng minh rằng trong số đó có không quá 70% tam giác nhọn (Liên Xô, 8 điểm).

Tờ 58

tr. 56Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

56

IV OLYMPIC VẬT LÝ QUỐC TẾ DÀNH CHO HỌC SINH

Từ ngày 5 đến ngày 15 tháng Bảy, Olympic Vật lý Quốc tế dành cho học sinh đã diễn ra tại Moskva. Đây mới là lần thứ tư nó được tổ chức. Về mặt này, các nhà toán học có truyền thống phong phú hơn — Olympic Quốc tế đầu tiên của họ đã diễn ra từ năm 1959, và chúng được tổ chức hằng ngày. Tuy vậy, Olympic Vật lý Quốc tế già hơn các olympic tương tự về hóa học bốn năm — Olympic Hóa học Quốc tế lần đầu được tổ chức vào năm 1970.

Viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Sư phạm Liên Xô V. A. Fabrikant khai mạc Olympic Vật lý Quốc tế lần thứ IV dành cho học sinh. Ảnh M. V. Alpert (APN).

Các học sinh lớp cuối cấp và những người tốt nghiệp (kết thúc trường học năm 1970) từ Cộng hòa Nhân dân Bulgaria, Cộng hòa Nhân dân Hungary, Cộng hòa Dân chủ Đức, Cộng hòa Nhân dân Ba Lan, Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa România, Liên Xô, Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa Tiệp Khắc và Cộng hòa Liên bang Xã hội chủ nghĩa Nam Tư đã tham gia olympic lần này.

Cơ quan cao nhất của olympic là Ủy ban Quốc tế, gồm các trưởng đoàn khoa học của tất cả các đoàn đại biểu. Viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Sư phạm Liên Xô V. A. Fabrikant đứng đầu ủy ban.

Đội tuyển Liên Xô gồm những em đã thi đấu thành công tại Olympic Vật lý Toàn Liên bang năm trước ở Sverdlovsk: Igor Bulzhenkov (Ufa), Mikhail Voloshin (Moskva), Sergei Gorbachevsky (Lomonosov, tỉnh Leningrad), Vladimir Kravtsov (Gorky), Igor Lyuksitov (Kiev) và Boris Petrov (Pskov).

Trưởng đoàn khoa học của đội tuyển Liên Xô là giáo sư Đại học Tổng hợp Quốc gia Moskva V. I. Iveronova.

Đã trở thành truyền thống việc tổ chức vật lý-

Tờ 59

tr. 57Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

57

Đội Liên Xô. Từ trái sang phải: I. Bulzhenkov, I. Luksyutov, S. Gorbachevsky, V. Kravtsov, V. Petrov, M. Voloshin. Ảnh của M. V. Alpert (APN).

các kỳ thi Olympiad vật lý gồm hai vòng. Lần này cũng vậy. Ở vòng thứ nhất, các em được đề nghị giải bốn bài toán, ở vòng thứ hai — chỉ một bài, nhưng là thực nghiệm. Ủy ban quốc tế quy định điểm cao nhất cho lời giải mỗi bài toán loại thứ nhất là 10 điểm, số điểm tối đa cho bài thực nghiệm là 20. Vòng lý thuyết và vòng thực nghiệm được tiến hành vào những ngày khác nhau.

Nhưng mọi việc đã qua. Ngày 13 tháng Bảy, kết quả được tổng kết. Trước khi nói về chúng, cần lưu ý rằng tại Olympiad không có xếp hạng chính thức theo đội. Nói về mục đích của Olympiad, phó chủ tịch Viện Hàn lâm Khoa học Giáo dục Liên Xô V. G. Zubov, đại diện ban tổ chức, nói rằng Olympiad trước hết là cuộc gặp gỡ thân hữu của những người bạn tốt, và mục đích của nó là so sánh kiến thức của học sinh, đối chiếu chúng với kiến thức của các bạn cùng lứa tuổi ở những nước khác. Còn trưởng đoàn Nam Tư, tiến sĩ Božidar Milić, phát biểu tại lễ bế mạc Olympiad thay mặt Ủy ban quốc tế, theo đề nghị của các nhà khoa học Liên Xô, đã cố gắng giữ gìn truyền thống của Thế vận hội — “không phải các nước tham gia, mà là các vận động viên”.

Để nhận giải nhất tại Olympiad, cần đạt không dưới 50 điểm (trong số 60 điểm có thể), giải nhì — từ 45 đến 49 điểm, giải ba — từ 39 đến 44 điểm. Những người đạt hơn một nửa tổng số điểm được tặng bằng khen.

Xin nêu kết quả của đội Liên Xô: M. Voloshin, S. Gorbachevsky và B. Petrov nhận giải nhất, I. Luksyutov và I. Bulzhenkov nhận giải nhì, V. Kravtsov nhận giải ba. M. Voloshin đạt số điểm tối đa (57). Còn đây là cách các giải thưởng và bằng khen được phân bố giữa các đoàn:

| Nước | Giải I | Giải II | Giải III | Bằng khen |
| :— | :— | :— | :— | :— |
| Bulgaria | — | — | — | 2 |
| Hungary | — | 2 | 1 | 1 |
| CHDC Đức | — | 1 | — | 2 |
| Ba Lan | 1 | 1 | — | 4 |
| Romania | — | — | 3 | 1 |
| Liên Xô | 3 | 2 | 1 | — |
| Tiệp Khắc | — | — | 5 | — |
| Nam Tư | — | 1 | — | 3 |

Tổng cộng có 34 người được trao thưởng. Những người còn lại nhận bằng chứng nhận tham dự.

Cũng xin nêu thêm vài thí sinh đã thi đấu thành công tại Olympiad. Marek Żukowski từ Ba Lan cùng với ba bạn của chúng ta nhận giải nhất. Inge Reimann — một nữ sinh từ CHDC Đức — nhận giải đặc biệt vì tham gia thành công Olympiad, còn bạn cùng đội của cô, Manfred Fischer — nhận giải nhì và, ngoài ra, giải đặc biệt vì thực hiện tốt nhất bài thực nghiệm. Anh đạt số điểm tối đa cho phần thực nghiệm.

Chiến thắng tại Olympiad luôn là điều đáng vui, nhất là tại Olympiad Quốc tế. Tất cả các thành viên của đội Liên Xô

Tờ 60

tr. 58Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

58

được nhận vào các trường đại học không cần thi.
Nhân dịp này, chúng tôi một lần nữa chúc mừng tất cả các bạn đã thi đấu thành công trong mùa hè ở Moskva.

Yu. M. Bruk
N. A. Mints

Các bài toán của Olympic Vật lý quốc tế lần thứ IV

Bài toán 1

Một thanh dài có khối lượng M=1M=1 kg nằm trên một mặt phẳng ngang nhẵn, trên đó thanh có thể chuyển động không ma sát. Trên mặt ngang phía trên của thanh, một xe trượt có động cơ có thể trượt. Khối lượng của xe trượt cùng động cơ là m=100m=100 g, hệ số ma sát k=0,02k=0,02. Động cơ với tốc độ không đổi V0=10V_0=10 cm/giây quấn một sợi dây lên trục, đầu kia của dây trong một trường hợp được buộc vào một cái cọc đặt đủ xa, gắn trên giá đỡ cố định, còn trong trường hợp khác — vào một cái cọc gắn với thanh (hình 1). Giữ thanh đứng yên, cho phép xe trượt bắt đầu chuyển động với tốc độ v0v_0, sau đó thả thanh. Vào lúc thả thanh, mép trước của xe trượt cách mép trước của thanh một khoảng L=50L=50 cm. Xác định trong cả hai trường hợp tính chất và tốc độ chuyển động của thanh và xe trượt sau khi thanh bắt đầu chuyển động, cũng như thời gian trong đó xe trượt sẽ tới mép trước của thanh.

Bài toán 2

Ô cơ sở của tinh thể muối ăn (NaCl) là một hình lập phương có cạnh dài a=5,6a=5,6 A (A=10−8A=10^{-8} cm) (hình 2). Các quả cầu đỏ trên hình biểu thị vị trí các nguyên tử natri, các quả cầu xanh — các nguyên tử clo. Toàn bộ tinh thể muối ăn được tạo thành do lặp lại các ô cơ sở như vậy. Nguyên tử lượng của natri là 23, nguyên tử lượng của clo là 35,5. Khối lượng riêng của muối ăn ρ=2,22\rho=2,22 g/cm³. Cần từ các dữ liệu này xác định khối lượng của nguyên tử hiđrô.

Bài toán 3

Bên trong một quả cầu kim loại thành mỏng bán kính R=20R=20 cm, đồng tâm với nó đặt một quả cầu kim loại bán kính r=10r=10 cm. Quả cầu

Tờ 61

tr. 59Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

59

qua các lỗ đối diện trên mặt cầu được nối với đất bằng một dây rất dài (hình 3).
Đặt điện tích Q=10−8Q=10^{-8} culông lên mặt cầu ngoài. Cần xác định thế điện của mặt cầu này, điện dung của hệ các vật dẫn thu được và vẽ sơ đồ mạch điện tương đương.

Bài 4

Trong kính thiên văn sử dụng một gương cầu có bán kính cong R=2 mR=2\text{ m}. Tại tiêu điểm chính của gương đặt một máy thu bức xạ dưới dạng một đĩa tròn. Đĩa được đặt vuông góc với trục quang học của kính thiên văn (hình 4). Kích thước của máy thu phải như thế nào để nó nhận toàn bộ dòng bức xạ phản xạ bởi gương?

Kích thước ngang của gương bằng 50 cm.
Dòng bức xạ mà máy thu nhận được sẽ giảm đi bao nhiêu lần nếu giảm kích thước của nó đi tám lần?

Trong đó: 1) Khi tính toán với các giá trị nhỏ của α\alpha (α≪1\alpha \ll 1), có thể tùy ý thay 1−α≈1−α2\sqrt{1-\alpha} \approx 1-\frac{\alpha}{2}. 2) Không xét nhiễu xạ.

Bài thực nghiệm

Trên bàn có ba thấu kính khác nhau trên giá đỡ, một màn có hình ảnh của một hình hình học, một sợi dây kim loại thẳng đứng, cũng được gắn trên giá đỡ, và một thước đo — mét Portov (hình 5).

Hình 4.

Cần, chỉ sử dụng những vật có trên bàn, xác định tiêu cự của các thấu kính và dấu của chúng.

Chúng tôi đề nghị độc giả tự tiến hành một thí nghiệm như vậy. Có bao nhiêu cách đo tiêu cự với những dụng cụ đã nêu? Hãy vẽ cho mỗi cách sơ đồ thí nghiệm và đường đi của tia sáng. Có thể tiến hành các phép đo như vậy với mọi bộ thấu kính (tất cả các thấu kính đều dương; hai thấu kính dương, một thấu kính âm, v.v.) không? Nếu bạn tìm được vài cách có thể cho một bộ thấu kính nào đó, hãy xác định tiêu cự bằng từng cách và so sánh các kết quả. Bạn thấy những nguồn sai số nào trong các thí nghiệm của mình?

Hãy viết cho ban biên tập về những điều kiện thí nghiệm hoặc những thất bại của bạn.

Hình 5.

Tờ 62

tr. 60Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

60

Về bài «Hai trò chơi với que diêm»

  1. Ví dụ: giả sử vị trí (a, b, c) là: a = 1 100 101, b = 11 101 010, c = 100 011 010; vị trí này không phải là vị trí thua, vì tổng các chữ số ở hàng thứ 1, thứ 3, thứ 5, thứ 8 và thứ 9 của các số a, b và c là lẻ (các hàng luôn được tính từ cuối số). Hàng lớn nhất trong số đó là hàng thứ 9; từ việc tổng các chữ số tương ứng là lẻ, suy ra rằng ít nhất một trong các chữ số này là 1. Bây giờ ta thay đổi số c, mà ở vị trí thứ 9 tính từ cuối có chữ số 1, sao cho các chữ số ở hàng thứ 1, thứ 3, thứ 5, thứ 8 và thứ 9 của nó thay đổi (nghĩa là thay nó bằng số c₁ = 010 001 111, hoặc ngắn gọn hơn, bằng số 10 001 111); vị trí (a, b, c₁) sẽ là vị trí thua, và vì c₁ < c, người chơi có thể chuyển từ vị trí (a, b, c) sang vị trí (a, b, c₁).
    Hãy tự chứng minh rằng lập luận được xét trong ví dụ này là tổng quát (nghĩa là áp dụng cho bất kỳ vị trí thắng nào).

  2. Điều này suy ra từ việc mỗi nước đi thay đổi ít nhất một chữ số trong cách viết (nhị phân) của các số a, b và c (nghĩa là thay 0 bằng 1 hoặc 1 bằng 0); đồng thời, ở hàng này sự thay đổi cũng chỉ liên quan đến một chữ số.

  3. Với mọi n, các vị trí thua được xác định bởi những điều kiện tương tự như điều đã nêu trong định lý 1.
    Trong trường hợp n = 2, chiến lược chơi không thua quy về điều sau: cần lấy khỏi đống có nhiều que diêm hơn một số que sao cho ở cả hai đống còn lại số que diêm bằng nhau (điều này, dĩ nhiên, có thể thực hiện mà không dùng hệ đếm nhị phân).

  4. Vị trí (a, b, c) (trong đó cả ba số a, b và c đều được viết trong hệ đếm cơ số bốn) là vị trí thua khi và chỉ khi ở mỗi hàng, tập hợp các chữ số của các số a, b và c có một trong các dạng sau: (0, 0, 0), hoặc (0,1, 1), hoặc (0, 2, 2), hoặc (0, 3, 3), hoặc cuối cùng là (1, 2, 3).

  5. So sánh với bài 14 trong bài viết của I.M. Yaglom «Các hệ đếm», đăng trong «Kvant» số 6. Nếu cách viết số p trong hệ đếm Fibonacci kết thúc bằng một số lẻ các số không, thì cách viết số a nhận được bằng cách viết thêm “chữ số” 0; nếu nó kết thúc bằng một số chẵn các số không, thì để nhận được cách viết số a cần viết thêm “chữ số” 1 vào cách viết của số p — 1. Hãy tự chứng minh rằng cặp a, b được xác định duy nhất bởi p. Cũng lưu ý rằng p càng lớn thì a được xác định bởi nó càng lớn. (Điều này sẽ được dùng trong lời giải bài 6.)

  6. Ta sẽ giả sử rằng b-a≥0, tức là p = b-a≥0. Có một vị trí thua (b₁, a) (trong đó bây giờ ta không đòi hỏi b₁ lớn hơn a) và một vị trí thua (b′, a′), trong đó b′ — a′ = p (bài 5). Nếu b₁ < b, thì người chơi có thể đi một nước sang vị trí (b₁, a); còn nếu b₁ > b, thì b₁ — a > p, và do đó (xem lời giải bài trước) a > a′. Vì thế người chơi có thể chuyển sang vị trí (a′, b′).

  7. Điều này suy ra từ việc không có hai vị trí thua (a, b) và (a₁, b₁), trong đó một trong các số a, b bằng một trong các số a₁, b₁ hoặc trong đó b—a=b₁—a₁.

  8. Các vị trí thua được xác định bởi những điều kiện tương tự như điều đã nêu trong định lý 1.

Về bài «So sánh hai số dương khác nhau»

  1. a) Hạ từ các điểm A₁ và B₁ các đường vuông góc A₁A₀ và B₁B₀ xuống đường thẳng OS và áp dụng định lý côsin cho các tam giác OA₁S và OB₁S (→ A₁OS=φ):

a−b2=a12+a+b2−2a1a+b2cos⁡φ,\frac{a-b}{2} = a_1^2 + \frac{a+b}{2} - 2a_1 \frac{a+b}{2} \cos \varphi,

a−b2=b12+a+b2−2b1a+b2cos⁡φ.\frac{a-b}{2} = b_1^2 + \frac{a+b}{2} - 2b_1 \frac{a+b}{2} \cos \varphi.

Từ đó

OA0=a0=a1cos⁡φ=a12+aba+b,OA_0 = a_0 = a_1 \cos \varphi = \frac{a_1^2 + ab}{a+b},

OB0=b0=b1cos⁡φ=b12+aba+b.OB_0 = b_0 = b_1 \cos \varphi = \frac{b_1^2 + ab}{a+b}.

Dễ kiểm tra rằng

2a0b0a0+b0=2aba+b\frac{2a_0b_0}{a_0+b_0} = \frac{2ab}{a+b}

hoặc

2a1b1a1+b1cos⁡φ=OC(C=PQ×OS).\frac{2a_1b_1}{a_1+b_1} \cos \varphi = OC \quad (C = PQ \times OS).

Nhưng OC = OC₁ cos φ, do đó

OC1=2a1b1a1+b1.OC_1 = \frac{2a_1b_1}{a_1+b_1}.

  1. Lưu ý rằng ab = a₁b₁.
  2. Nhận thấy rằng OS₁S = 90°, do đó A₁S₁ = S₁B₁

và

OS1=a1+b12.OS_1 = \frac{a_1+b_1}{2}.

  1. a) N² - MK = 0; 6) L² + N² - 2K² = 0;

Tờ 63

tr. 61Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

61

b) L2+MK−2K2=0L^2 + MK - 2K^2 = 0; г) M2L2+M2N2−2N4=0M^2L^2 + M^2N^2 - 2N^4 = 0.

  1. a) N=MK⩽12(M+K)N = \sqrt{MK} \leqslant \frac{1}{2}(M + K),
    suy ra N−M⩽K−NN - M \leqslant K - N;
  1. dùng kết quả của bài 2, thay KK và MM trong bất đẳng thức cần chứng minh bằng LL và NN rồi bằng các biến đổi tương đương đưa nó về dạng (L−N)4⩾0(L - N)^4 \geqslant 0;

b) K=L2+N22K = \sqrt{\frac{L^2 + N^2}{2}}, K⩾12(L+N)K \geqslant \frac{1}{2}(L + N),
suy ra L−K⩽K−NL - K \leqslant K - N.

  1. Đặt →A1OS=φ\rightarrow A_1OS = \varphi. Viết các đẳng thức

(OC1)2=12[(OA1)2+(OB1)2],OA1⋅OB1=a⋅b,(OC_1)^2 = \frac{1}{2}[(OA_1)^2 + (OB_1)^2], OA_1 \cdot OB_1 = a \cdot b,
12(OA1+OB1)=12(a+b)cos⁡φ\frac{1}{2}(OA_1 + OB_1) = \frac{1}{2}(a + b)\cos \varphi.

Loại OA1OA_1 và OB1OB_1 khỏi hệ này:

(OC1)2=(a+b)22cos⁡2φ−ab(OC_1)^2 = \frac{(a + b)^2}{2}\cos^2 \varphi - ab.

Nhưng

(OC1)2=x2+y2,cos⁡2φ=x2x2+y2,(OC_1)^2 = x^2 + y^2, \cos^2 \varphi = \frac{x^2}{x^2 + y^2},

do đó

(x2+y2)2+ab(x2+y2)−(x^2 + y^2)^2 + ab(x^2 + y^2) -
−12(a+b)2x2=0,-\frac{1}{2}(a + b)^2x^2 = 0,

và cuối cùng

(x2+y2)2−12(a−b)2x2+aby2=0.(x^2 + y^2)^2 - \frac{1}{2}(a - b)^2x^2 + aby^2 = 0.

Cần thêm điều kiện (C1S)2⩽(AS)2(C_1S)^2 \leqslant (AS)^2 hoặc

(x−a+b2)2+y2⩽(a−b2)2,\left(x - \frac{a + b}{2}\right)^2 + y^2 \leqslant \left(\frac{a - b}{2}\right)^2,

tức là x2+y2−(a+b)x+ab⩽0x^2 + y^2 - (a + b)x + ab \leqslant 0.

  1. Qua điểm SS kẻ đường thẳng gg song song với ABAB, cắt các đường thẳng AA1AA_1, BB1BB_1, A1B1A_1B_1 lần lượt tại các điểm U,V,WU, V, W. Ta có

SUSW=ABOB,SWSV=OAAB,\frac{SU}{SW} = \frac{AB}{OB}, \quad \frac{SW}{SV} = \frac{OA}{AB},

SVSU=CBAC.\frac{SV}{SU} = \frac{CB}{AC}.

Nhân vế với vế các đẳng thức này, ta được:

OA⋅CB=OB⋅ACOA \cdot CB = OB \cdot AC hay a(b−c)=b(c−a)a(b - c) = b(c - a).

Suy ra c=2aba+bc = \frac{2ab}{a + b}.

  1. Đặt hệ tọa độ như sau:

O(0,0),A(1,0),B(1,1),C(0,1)O(0,0), A(1,0), B(1,1), C(0,1) (xem hình). Phương trình của các đường thẳng BC,CA,ABBC, CA, AB và MNMN lần lượt là:

y−1=0,y - 1 = 0,
x+y=1,x + y = 1, x+y=32x + y = \frac{3}{2}.

Phương trình của cát tuyến là y=kxy = kx. Khi đó hoành độ các giao điểm là:

a0=1k,b0=1k+1,c0=1,a_0 = \frac{1}{k}, \quad b_0 = \frac{1}{k + 1}, \quad c_0 = 1,

d0=32(k+1)d_0 = \frac{3}{2(k + 1)}.

Suy ra

1a0+1b0+1c0=k+(k+1)+1=2(k+1)=3d0.\frac{1}{a_0} + \frac{1}{b_0} + \frac{1}{c_0} = k + (k + 1) + 1 = 2(k + 1) = \frac{3}{d_0}.

Nhưng a0,b0,c0,d0a_0, b_0, c_0, d_0 tỉ lệ với a,b,c,da, b, c, d.

Về bài viết “Hai tá bài toán về cấp số”

  1. x=π2+πl;x=π6+2πl;x = \frac{\pi}{2} + \pi l; \quad x = \frac{\pi}{6} + 2\pi l;

x=5π6+2πlx = \frac{5\pi}{6} + 2\pi l (l=0,±1,±2,…l = 0, \pm 1, \pm 2, \dots).

  1. x=8,y=4,z=2,u=1,x = 8, y = 4, z = 2, u = 1,

s=12,t=14s = \frac{1}{2}, \quad t = \frac{1}{4}.

Tờ 64

tr. 62Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

62

  1. A=2,B=32A = 2, B = 32.
  2. x1=12,x2=−79x_1 = \frac{1}{2}, x_2 = -\frac{7}{9}.
  3. b10=−3256b_{10} = -\frac{3}{256}.
  4. 7, 14, 28, 56.

Cho bài viết “Kỳ thi tuyển sinh môn toán vào Đại học các dân tộc khác”
Phương án 1.

  1. p=2,x1=2,x2=4,x3=−1p = 2, x_1 = 2, x_2 = 4, x_3 = -1.
  2. 12<a<1\frac{1}{2} < a < 1.
  3. kπ−π4⩽x⩽kπ+π4k\pi - \frac{\pi}{4} \leqslant x \leqslant k\pi + \frac{\pi}{4} hoặc kπ+π3⩽x⩽kπ+2π3k\pi + \frac{\pi}{3} \leqslant x \leqslant k\pi + \frac{2\pi}{3}.
  4. 3πR33\pi R^3.
  5. Độ dài của phòng thứ nhất (b2−a2)b2b2−c24\sqrt[4]{\frac{(b^2 - a^2)b^2}{b^2 - c^2}} (khi a<ba < b, c<bc < b hoặc a>b,c>ba > b, c > b).
    Phương án 2
  6. x=1,y=2,z=3x = 1, y = 2, z = 3 hoặc x=−1,y=−2,z=−3x = -1, y = -2, z = -3.
  7. x>1x > 1 hoặc 18<x<12\frac{1}{8} < x < \frac{1}{2}.
  8. 1 hoặc 2021\frac{20}{21}.
  9. 2kπ+arcsin⁡23⩽α⩽(2k+1)π−arcsin⁡232k\pi + \arcsin \frac{2}{3} \leqslant \alpha \leqslant (2k + 1)\pi - \arcsin \frac{2}{3}.
  10. d=(V1+V2−2V2a2)2−V1−V2−2a3ad = \sqrt{\left(\frac{V_1 + V_2 - 2V}{2a^2}\right)^2 - \frac{V_1 - V_2 - 2a^3}{a}}.
    Bài tập từ các phương án khác
  11. x>233x > 2^3\sqrt{3}.
  12. 6316\frac{63}{16}.
  13. x1,2=1±i,x3=−32x_{1,2} = 1 \pm i, x_3 = -\frac{3}{2}.

Về các bài toán của Kỳ thi Olympic Toán học Quốc tế lần thứ XII
Cần lưu ý rằng mỗi bài toán có thể được giải bằng nhiều cách, kể cả những cách khác với các cách nêu ở đây.
Bạn đọc nên tìm lời giải riêng của mình cho mỗi bài toán, không dùng các chỉ dẫn.

  1. Trước hết, đối với một tam giác tùy ý, chứng minh rằng rρ=tgα2tgβ2\frac{r}{\rho} = \text{tg} \frac{\alpha}{2} \text{tg} \frac{\beta}{2}, trong đó rr và ρ\rho lần lượt là bán kính của đường tròn nội tiếp và ngoại tiếp trong ΔACB\Delta ACB (đường tròn sau tiếp xúc với cạnh ABAB, α=⇒CAB\alpha = \Rightarrow CAB, β=⇒CBA\beta = \Rightarrow CBA). Để chứng minh công thức đã nêu, biểu diễn ABAB theo rr và tang của các góc α2\frac{\alpha}{2} và β2\frac{\beta}{2}, sau đó theo ρ\rho và tang của chính các góc ấy, rồi đồng nhất các biểu thức thu được. Từ điều đã chứng minh trực tiếp suy ra khẳng định của bài toán.
  2. Trong bất đẳng thức An−1An<Bn−1Bn\frac{A_{n-1}}{A_n} < \frac{B_{n-1}}{B_n} thay tất cả các hạng bằng các đa thức theo aa và bb với các hệ số xn,xn−1,…,x0x_n, x_{n-1}, \dots, x_0. Bằng các biến đổi đồng nhất (lấy 1 trừ hai vế của bất đẳng thức, sau đó xét các phân số nghịch đảo, đưa chúng về tổng, và so sánh các số hạng riêng lẻ) đưa bất đẳng thức đã nêu về đánh giá cần chứng minh.
  3. Từ giả thiết suy ra rằng mọi bn⩾0b_n \geqslant 0. Từ việc căn bậc hai của tích hai số kề nhau nhỏ hơn số lớn hơn trong chúng, suy ra rằng tỉ số giữa tổng các căn bậc hai của các số này và số lớn hơn không vượt quá hai chia cho căn bậc hai của số nhỏ hơn, điều này có thể biến đổi thành (1−ak−1ak)⋅1ak⩽2(1ak−1−1ak)(1 - \frac{a_{k-1}}{a_k}) \cdot \frac{1}{\sqrt{a_k}} \leqslant 2\left(\frac{1}{\sqrt{a_{k-1}}} - \frac{1}{\sqrt{a_k}}\right). Điều cuối cùng trực tiếp dẫn đến kết luận rằng bn<2b_n < 2.
    Để chứng minh phần thứ hai của khẳng định, lấy MM sao cho c<M<2c < M < 2, và chọn dãy an−geomетрическую прогрессиюa_n - \text{geomетрическую прогрессию} với an=qna_n = qn, trong đó q>1q > 1 được xác định từ hệ thức q+1q=M\frac{\sqrt{q} + 1}{q} = M, kết quả thu được bnb_n cần tìm.
  4. Trong sáu số liên tiếp có ít nhất một số chia hết cho 5. Chứng minh rằng trong trường hợp này nn và n+5n+5 chia hết cho 5. Sau đó chứng minh rằng tích của bất kỳ hai thành phần nào lớn hơn thành phần thứ ba. Từ đó suy ra rằng trong mỗi nhóm có ba thành phần. Bằng cách thử hết có thể xác lập rằng đẳng thức là không thể với bất kỳ số nguyên nn nào.
  5. Chứng minh rằng các cạnh đối diện vuông góc với nhau. Dựa vào điều này, chứng minh rằng tổng các bình phương của các cạnh đối diện bằng nhau. Từ đây suy ra rằng 6(AD2+BD2+DC2)=3(AC2+BC2+AB2)6(AD^2 + BD^2 + DC^2) = 3(AC^2 + BC^2 + AB^2).
    Bất đẳng thức (AB+BC+AC)2⩽3(AC2+BC2+AB2)(AB + BC + AC)^2 \leqslant 3(AC^2 + BC^2 + AB^2)

Tờ 65

tr. 63Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

63

Điều này thu được bằng cách cộng các bất đẳng thức:

(AB−BC)2≥0, (AB - BC)^2 \geq 0,
(BC−AC)2≥0, (BC - AC)^2 \geq 0,
(AB−AC)2≥0. (AB - AC)^2 \geq 0.

  1. Chứng minh rằng đối với bốn điểm, ít nhất 3 trong 4 tam giác là tam giác nhọn. Lấy 5 điểm và chỉ ra rằng ít nhất ba tam giác có các đỉnh tại những điểm này không nhọn. Sau đó tính tổng số tam giác nhọn, có tính đến việc các tam giác nhọn cũng có thể thuộc vào những nhóm năm điểm khác. Cuối cùng tìm tỉ số của số nhận được với tổng số tam giác.

Về các bài toán của Olympic Vật lí quốc tế lần thứ IV

  1. Trong trường hợp a), xe trượt chuyển động đều đối với cọc với vận tốc v0v_0. Lực ma sát FTP=kmgF_{TP} = kmg do xe trượt tác dụng lên khối gỗ, truyền cho nó gia tốc a=FTPMga = \frac{F_{TP}}{M} g. Vì thế vận tốc của khối gỗ tăng theo thời gian: v=at=k×mMgtv = at = k \times \frac{m}{M} gt. Rõ ràng khối gỗ không thể chuyển động nhanh hơn xe trượt, vì vậy nếu xe trượt không kịp đến mép trước của khối gỗ thì tại thời điểm t0=v0Mkmgt_0 = \frac{v_0 M}{kmg} vận tốc của khối gỗ trở thành bằng v0v_0 và sự trượt của xe trượt trên khối gỗ sẽ chấm dứt. Sau đó xe trượt và khối gỗ sẽ chuyển động đều với vận tốc v0v_0. Hãy kiểm tra xem xe trượt có kịp đến mép khối gỗ không. Đến thời điểm t0t_0 nó đi được đối với khối gỗ quãng đường

S=v0t0+at22=Mv022kmg≈25 cm. S = v_0 t_0 + \frac{at^2}{2} = \frac{Mv_0^2}{2kmg} \approx 25 \text{ cm}.

S<LS < L, tức là xe trượt không đến được mép khối gỗ.

Trong trường hợp b), không cần viết các phương trình chuyển động của khối gỗ và xe trượt mà có thể dùng định luật bảo toàn động lượng cho hệ khối gỗ — xe trượt. Nếu u là vận tốc của khối gỗ, còn v là vận tốc của xe trượt, thì mv−Mu=mv0mv - Mu = mv_0.

Xét rằng v+u=v0v + u = v_0, ta tìm được v=v0v = v_0 và u=0u = 0. Sau khi giải phóng xe đẩy, khối vẫn đứng yên, còn xe đẩy sẽ chuyển động với vận tốc v0v_0. Mép trước của khối còn lại trong thời gian t=Lv0=5ct = \frac{L}{v_0} = 5c.

  1. Không khó để nhận thấy rằng cho ô cơ sở NaCl chỉ cần quy bốn nguyên tử natri và bốn nguyên tử clo (chẳng hạn, những nguyên tử tạo thành một hình lập phương nhỏ có cạnh 12a\frac{1}{2} a, một đỉnh của nó trùng với đỉnh của ô cơ sở). Thật vậy, vị trí của hai nguyên tử khác có thể tìm được nếu ghép một ô cơ sở như vậy (có cạnh a và 8 nguyên tử) vào ô được vẽ trong hình.

Khối lượng của ô cơ sở bằng (4ANa+4ACl)mH(4A_{Na} + 4A_{Cl}) m_H, trong đó ANaA_{Na} và AClA_{Cl} là trọng lượng nguyên tử của natri và clo, còn mHm_H là khối lượng của nguyên tử hiđrô.

Mặt khác, nó phải bằng ρ⋅a3\rho \cdot a^3. Do đó

ρa3=4(ANa+ACl)mH, \rho a^3 = 4 (A_{Na} + A_{Cl}) m_H,

suy ra

mH=ρa34(ANa+ACe)≈1.67⋅10−24e. m_H = \frac{\rho a^3}{4 (A_{Na} + A_{Ce})} \approx 1.67 \cdot 10^{-24} e.

  1. Ký hiệu q là điện tích cảm ứng trên bề mặt quả cầu. Nếu bỏ qua sự biến dạng của trường do vật dẫn gây ra, thì có thể coi rằng trường bên ngoài mặt cầu cũng giống như trường sẽ có nếu mọi điện tích đều nằm ở tâm mặt cầu. Điều đó có nghĩa là hiệu điện thế giữa quả cầu và mặt cầu sẽ giống như khi mặt cầu không tích điện, còn quả cầu mang điện tích q. Nhưng trong trường hợp đó thế điện của mặt cầu sẽ bằng qR\frac{q}{R}, còn thế điện của quả cầu là qr\frac{q}{r}, và do đó Δφ=qr−qR=qR−rRr\Delta \varphi = \frac{q}{r} - \frac{q}{R} = q \frac{R-r}{Rr}.

Trong trường hợp của chúng ta, thế điện của quả cầu φ2\varphi_2 bằng

φ1+Δφ=Q+qR+q(R−r)Rr=rQ+RqRr. \varphi_1 + \Delta \varphi = \frac{Q + q}{R} + q \frac{(R-r)}{Rr} = \frac{rQ + Rq}{Rr}.

Nhưng quả cầu được nối đất và φ2=0\varphi_2 = 0, do đó

rQ+RqRr=0; \frac{rQ + Rq}{Rr} = 0;

suy ra

q=−QrR. q = -Q \frac{r}{R}.

Bây giờ dễ dàng tìm được thế điện của mặt cầu

φ1=Q+qR=QR⋅R−rR=34e. \varphi_1 = \frac{Q + q}{R} = \frac{Q}{R} \cdot \frac{R-r}{R} = \frac{3}{4} e.

(vì 1 culoˆng=3⋅109 CGSE).1 \text{ culông} = 3 \cdot 10^9 \text{ CGSE}).

Theo định nghĩa điện dung C=Qφ1=R2R−r=40 cm.C = \frac{Q}{\varphi_1} = \frac{R^2}{R - r} = 40 \text{ cm}.

Tờ 66

tr. 64Chép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

64

Có thể xem hệ như hai tụ điện mắc song song: một trong số đó là tụ điện hình cầu, được tạo bởi quả cầu và bề mặt của mặt cầu, tụ kia là tụ điện mà “bản cực” của nó là bề mặt của mặt cầu và mặt đất.

  1. Khi phản xạ từ gương cầu có kích thước hữu hạn, chùm tia song song không hội tụ tại một điểm.

Cho A′AA'A là tia biên trong chùm tia tới (OA=R=2mOA=R=2m), AEAE là tia phản xạ, và kích thước của bộ thu đặt tại tiêu điểm sao cho tia AEAE đi vào nó. Từ tam giác CDO(CDOA)CDO(CD_OA) suy ra:

OC=R2cos⁡i.OC = \frac{R}{2\cos i}. Vì OF=R2OF = \frac{R}{2}, nên các đoạn FCFC và CPCP lần lượt bằng:

FR=OC−OF=R2(1cos⁡i−1),FR = OC - OF = \frac{R}{2}\left(\frac{1}{\cos i} - 1\right),

CP=OP−OC=R(1−1cos⁡i).CP = OP - OC = R\left(1 - \frac{1}{\cos i}\right).

Bây giờ từ sự đồng dạng của các tam giác đỏ APCAPC và CFECFE suy ra rằng

xa=CFCP=1−cos⁡i2cos⁡i−1.\frac{x}{a} = \frac{CF}{CP} = \frac{1 - \cos i}{2\cos i - 1}.

Ở đây a=APa=AP là kích thước ngang của gương, còn x=EFx=EF là bán kính của bộ thu. Từ tam giác APOAPO ta tìm được sin⁡i=aR\sin i = \frac{a}{R}. Do đó

cos⁡i=1−a2R2≈1−a22R2(a2≪R2)\cos i = \sqrt{1 - \frac{a^2}{R^2}} \approx 1 - \frac{a^2}{2R^2} \left(a^2 \ll R^2\right)

và

x=a32R2(1−a2R2)≈a32R2≈1,5 см.x = \frac{a^3}{2R^2 \left(1 - \frac{a^2}{R^2}\right)} \approx \frac{a^3}{2R^2} \approx 1,5\text{ см}.

Để trả lời câu hỏi thứ hai, ta viết lại đẳng thức cuối dưới dạng a=2R2x3a = \sqrt[3]{2R^2x}.

Rõ ràng diện tích phần làm việc của gương, tức là phần gương mà từ đó bộ thu “lấy” dòng bức xạ, tỉ lệ với a2=4R4x23a^2 = \sqrt[3]{4R^4x^2}, tức là tỉ lệ với x2/3x^2/3. Vì vậy khi giảm xx đi 8 lần, dòng bức xạ mà bộ thu nhận được sẽ giảm đi 4 lần.

Về ghi chú “Bạn có biết các định nghĩa không?”

  1. Dấu > có nghĩa là “lớn hơn nghiêm ngặt”, còn dấu ≥ có nghĩa là “lớn hơn hoặc bằng”, tức là công thức a≥ba \geq b đúng trong một trong hai trường hợp: cả khi a>ba > b, lẫn khi a=ba = b. Công thức a) sai, các công thức còn lại đúng.

  2. Nếu điểm nằm trên đường thẳng, thì ta dựng đường vuông góc, không phụ thuộc vào việc ta vẽ nó về phía nào. Nếu điểm không nằm trên đường thẳng, thì ta hạ đường vuông góc, ngay cả khi nó đi lên.

Về các bài toán “Giải lúc rảnh”

(“Kvant” số 1, tr. 61)

  1. Có thể. Hãy tìm khe hở giữa vòng đai và mặt đất. Theo công thức chu vi đường tròn C=2πRC = 2\pi R, C+1m=2π(R+1m2π)C + 1m = 2\pi \left(R + \frac{1m}{2\pi}\right), a1m2π≈1m6,3≈16 cm.a \frac{1m}{2\pi} \approx \frac{1m}{6,3} \approx 16\text{ cm}.

Độ rộng của khe hở thậm chí không phụ thuộc vào bán kính Trái Đất.

  1. 101 00222222 001 2122220\frac{101\ 002}{22} \frac{22}{2\ 00} \frac{1\ 21}{22} \frac{22}{0}

  2. Tùy ý viết lên mỗi hòn đá một trong các chữ cái: A,B,C,DA, B, C, D hoặc EE. Việc so sánh theo trọng lượng, tức là cân, hai hòn đá AA và BB sẽ được ký hiệu như sau: (A,B)(A, B).

a) (A,B)−A>B(A, B) - A > B (nếu không thì dùng phấn và giẻ đổi chỗ các hòn đá này).

b) (A,C)−A>{B,C>D.(A, C) - A > \left\{ \begin{array}{l} B, \\ C > D. \end{array} \right.

(Nếu cần, có thể đổi tên AA thành CC và đồng thời BB thành DD.) Bây giờ hãy cất phấn và giẻ đi, rồi tự vẽ bảng chỉ ra những hòn đá nào được cân (tùy theo kết quả của lần cân trước) và theo thứ tự nào.

Tờ 67

không đánh sốChép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

Hình 1. Hình 2.

Về ghi chú “«Kvant» dành cho học sinh nhỏ tuổi”
«Kvant» số 1, trang bìa thứ 3)

  1. 124
    97
    868
    1116
    12028

  2. Người bắt đầu phải đặt quân cờ của mình chỉ vào các ô được đánh dấu chấm than (hình 1), điều mà người đó luôn có thể làm được (các ô này nằm trong bốn hàng và bốn cột, tính màu xanh từ bên trái).

  3. 403 + 403 + 403 = 1209, (2 + 2):2 = 2.

  4. Chẳng hạn, như ở hình 2.

Tổng biên tập — viện sĩ I. K. Kikoin.
Phó tổng biên tập thứ nhất — viện sĩ A. N. Kolmogorov.
Hội đồng biên tập: L. A. Artsimovich, M. I. Bashmakov; V. G. Boltyansky, I. N. Bronshtein; N. B. Vasilyev, I. F. Ginzburg; V. G. Zubov, P. L. Kapitsa, V. A. Kirillin, V. A. Leshkovtsev (phó tổng biên tập); V. P. Lishevsky; A. I. Markushevich, M. D. Millionshchikov, N. A. Patrikeeva; N. Kh. Rozov; A. P. Savin; I. Sh. Slobodetsky; M. L. Smolyansky (phó tổng biên tập); Ya. A. Smorodinsky, V. A. Fabrikant.

Trưởng ban biên tập L. V. Chernova
Họa sĩ chính A. I. Klimanov
Biên tập kỹ thuật T. M. Makarova
Hiệu đính L. S. Somova
Nhà xuất bản “Nauka”
Ban biên tập chính văn học vật lý-toán học Moskva, V-71, đại lộ Leninsky, 15
Điện thoại 234-08-11

Đưa vào sắp chữ ngày 23.10.70.
Ký duyệt in ngày 23.12.70.
Giấy 70×100/16. Tờ in thực 4. Tờ in quy ước 5,2. Tờ xuất bản 5,44. In 276000 T-18745
Giá 30 kopek. Đơn đặt hàng 1778
Tổ hợp in Chekhov của Glavpoligrafprom thuộc Ủy ban In trực thuộc Hội đồng Bộ trưởng Liên Xô, thành phố Chekhov, tỉnh Moskva

Tờ 68

không đánh sốChép lại từ bản quét · Bản dịch máy từ tiếng Nga

51

Ô CHỮ

Theo hàng ngang:
5. Sự tạo thành từ các chữ cái.
8. Phương hướng trên thực địa, xác định bằng hai trục.
11. Loại nam châm.
12. Nhà vật lí Liên Xô.
13. Dạng phóng điện.
14. Đơn vị đo quang thông.
15. Hiện tượng quang học.
19. Không gian vũ trụ nhìn thấy được.
21. Người biên soạn từ điển giải thích.
22. Chi tiết của cơ cấu đồng hồ.
23. Nguyên nhân gây ra chuyển động quay.
26. Đổi hướng 180°.
27. Đường bao.

  1. Thay biến.
  2. Tỉ số các khoảng cách trên bản đồ và trên thực địa.
  3. Yêu cầu.
  4. Phương pháp làm việc khoa học.
  5. Tác giả tác phẩm “Về các vật nổi”.
  6. Kí hiệu.
  7. Máy cơ đơn giản nhất.
  8. Cầu thang trên tàu.
  9. Dụng cụ khoan.
  10. Công trình chuyên dụng.
  11. Vật phóng.
  12. Sự theo khuôn mẫu.
  13. Biến dạng.
  14. Cách suy nghĩ.

Theo hàng dọc:

  1. Tên tác phẩm chứa những thành tựu của toán học cổ đại.
  2. Liên từ mà mệnh đề kéo theo bắt đầu bằng nó.
  3. Sự lệch khỏi trạng thái thẳng đứng.
  4. Mẫu.
  5. Đơn vị đo số lượng giấy.
  6. Một trong các tình huống có thể.
  7. Tác giả của máy tính trừu tượng.
  8. Dấu hiệu thiên văn.
  9. Người theo một học thuyết nào đó.
  10. Nguyên tố hóa học.
  11. Hàm số.
  12. Điểm trên thiên cầu.
  13. Nhà toán học Ba Lan, cựu tù nhân trại tập trung phát xít.
  14. Lượng năng lượng ánh sáng.
  15. Một trong những người sáng lập lí thuyết xác suất.
  16. Nội dung của phát biểu.
  17. Nguyên nhân đầu tiên.
  18. Phần lượng của một đại lượng vật lí nào đó.
  19. Bộ phận của đèn điện tử.
  20. Tập thể các nhà toán học Pháp.
  21. Sách hướng dẫn.
  22. Trạng từ đặc trưng cho thứ tự tiếp nối.
  23. Người trung gian.
  24. Đơn vị đo tính ngôn ngữ.
  25. Nguồn sáng mạnh.
  26. Vết sáng.
  27. Chất khoáng.