Kvant
Kvant 1971, số 11

Kvant 1971, số 11 · Trang

Tờ 1

không đánh sốChép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

Khoa học phổ biến vật lý và toán học
lượng tử
11
1971
tạp chí
Học viện
Khoa học Liên Xô
Và
Học viện sư phạm
Khoa học Liên Xô

Tờ 2

không đánh sốChép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

Trong phòng:

Tương tác giữa nguyên tử và phân tử 1 G. Ya. Myakishchev
Về những giá trị gần đúng tốt nhất 8 D. B. Fuks, M. B. Fuks
Trường hấp dẫn của một vật thể đồng nhất hình cầu 16 I. I. Otsenevtsky
Trường hợp “không thể giảm được” 20 V. G. Yankelevich
Phòng thí nghiệm “Quenta”
Trình diễn quỹ đạo của các vật chuyển động dưới tác dụng của trọng lực trung tâm 22 R. Wood
Vấn đề “Quenta”
Bài toán 24
Lời giải bài toán
M70-M73; F79-F82 26
N. V. Vasiliev, A. L. Toom, B. V. Bukhovtsev, I. Sh. Slobodetsky
V Cân tối ưu hóa toán học 35 V. L. Gutenmacher
V Cân tối ưu hóa vật lý 42 I. A. Zaitsev
Xưởng của người nộp đơn
Đồ thị trong các bài toán về quá trình thống nhất 48 B. A. Kordemsky
Tĩnh học 54 L. G. Aslamazov
Thông tin
Tối ưu hóa sự tương ứng của phần châu Á của Liên Xô 58
Đánh giá, thư mục
Từ thiên hà đến hạt cơ bản 63 V. A. Leitskovtsev
Đáp số, gợi ý, lời giải 64
Góc sưu tầm
Huy hiệu của Liên minh Trọng lượng Optimka, trang thứ 3, khu vực.
Khu vực ô chữ trang thứ 4.

Tờ 4

tr. 3Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

3

Bản chất điện từ
lực liên phân tử

Hầu như không thể bắt đầu nghiên cứu lý thuyết về lực cơ học trước đầu thế kỷ 20. Các lực biên đơn giản và được nghiên cứu kỹ lưỡng trong quá trình tương tác của các vật thể có khối lượng cột như phân tử không thể đóng một vai trò đáng chú ý nào. Vẫn còn phải đề xuất rằng lực phân tử có bản chất điện từ. Không có thông tin gì về bất kỳ lực lượng nào khác vào thời điểm đó.

Bất kỳ nguyên tử nào, đặc biệt là các phân tử, đều là một hệ thống phức tạp gồm một số lượng lớn các hạt được nạp. Người ta không biết nó hoạt động như thế nào. Nhưng cường độ tương tác của chúng chắc chắn phụ thuộc vào cấu trúc của các phân tử. Tuy nhiên, nghiên cứu đã bắt đầu và bắt đầu một cách tự nhiên với những trường hợp đơn giản nhất.

Lực định hướng

Đối với nhiều phân tử, chẳng hạn như nước, sự phân bố điện tích dương và âm sao cho trung bình tâm của các điện tích này không trùng nhau. Một phân tử như vậy có thể được coi gần đúng như một lưỡng cực điện: sự kết hợp của hai điện tích chính xác +q và –q ở một khoảng cách nhỏ l với nhau (Hình 1). Tính chất điện của phân tử như vậy được đặc trưng bởi mômen lưỡng cực

p=qlp = ql

Lúc đầu, họ không thể tính được giá trị mômen lưỡng cực của phân tử. Trước khi cơ học lượng tử ra đời, điều này nói chung là không thể.

Tuy nhiên, nếu chúng ta coi các khoảnh khắc lưỡng cực p1p_1 và p2p_2 của hai phân tử đã biết, thì cường độ tương tác giữa các phân tử sẽ phụ thuộc. Chúng sẽ xuất hiện giữa hai phân tử, một trong số đó có mô men lưỡng cực, còn phân tử thứ hai thì không.

Một phân tử lưỡng cực tạo ra một điện trường làm phân cực các phân tử có điện tích phân bố đều trong toàn bộ thể tích.

Tờ 5

không đánh sốChép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

với anh ấy. Các điện tích dương sẽ trộn lẫn theo hướng của điện trường và các điện tích âm sẽ trộn lẫn với nó. Kết quả là, phân tử không phân cực cũng cách xa nhau một chút trong trường hợp này. Nó tỷ lệ thuận với mômen lưỡng cực pp của một phân tử phân cực, hệ số α\alpha, đặc trưng cho khả năng phân cực của một phân tử không phân cực và một lần nữa tỷ lệ nghịch với lũy thừa bậc bảy của khoảng cách giữa các phân tử:

Fn∼pαr7.F_n \sim \frac{p \alpha}{r^7}.

Các lực kéo này được gọi là lực cảm ứng hoặc lực phân cực, vì chúng phát sinh do sự phân cực của các phân tử gây ra bởi cảm ứng tĩnh điện.

Lực phân tán

Người ta biết rằng lực kéo cũng tồn tại giữa các phân tử không phân cực. Ví dụ, các nguyên tử của khí hiếm không có mômen lưỡng cực nhưng vẫn tương tác với nhau. Bản chất của các lực này chỉ được làm rõ sau khi cơ học lượng tử ra đời.

Sự biểu hiện gần đúng và định tính của các lực này có thể được giải thích như sau. Trong nguyên tử và phân tử, các electron chuyển động xung quanh hạt nhân theo một cách phức tạp nào đó. Và trung bình theo thời gian, mô men lưỡng cực của các phân tử có thể bằng không.

Nhưng tại mỗi thời điểm, các điện tử chiếm một vị trí nhất định. Do đó, giá trị tức thời của mômen lưỡng cực bằng 0. Một lưỡng cực tức thời tạo ra một trường phân cực các nguyên tử không phân cực lân cận. Bởi vì điều này, sự tương tác của các lưỡng cực tức thời xuất hiện. Tổng tương tác giữa các phân tử không phân cực là kết quả trung bình của sự tương tác tức thời có thể có

lưỡng cực với mômen lưỡng cực mà chúng tạo ra trong các phân tử lân cận do cảm ứng.

Tính toán lượng tử dẫn đến kết luận rằng lực tương tác trong trường hợp này tỷ lệ thuận với tích của các phân tử α1\alpha_1 và α2\alpha_2 và tỷ lệ nghịch với lũy thừa bảy của khoảng cách:

Fπ∼α1α2r7.F_{\pi} \sim \frac{\alpha_1 \alpha_2}{r^7}.

Các lực này được gọi là lực tán sắc vì lý do độ tán sắc của một chất (sự phụ thuộc của chiết suất ánh sáng vào tần số) được xác định bởi cùng tính chất của phân tử với các lực này.

Lực phân tán tác dụng giữa tất cả các nguyên tử và phân tử, vì cơ chế xuất hiện của chúng không phụ thuộc vào việc chúng có mômen lưỡng cực vĩnh viễn hay không. Thông thường, các lực này vượt quá độ lớn cả lực định hướng và lực cảm ứng. Chỉ trong quá trình tương tác giữa các phân tử có mômen lưỡng cực lớn, ví dụ như phân tử nước, lực định hướng mới lớn hơn lực phân tán (gấp ba lần đối với phân tử nước). Khi các phân tử phân cực (CO, HCl, v.v.) tương tác với nhau, lực phân tán lớn gấp mười và hàng trăm lần so với tất cả các phân tử khác.

Nhưng điều chính là cả ba loại lực căng đều giảm theo cùng một cách với khoảng cách là 1r7\frac{1}{r^7}. Tuy nhiên, ở khoảng cách lớn so với kích thước của phân tử, tốc độ truyền hữu hạn của tương tác điện từ bắt đầu ảnh hưởng. Do đó, ở khoảng cách cỡ 10−510^{-5} cm, lực hấp dẫn bắt đầu giảm đến mức 1r8\frac{1}{r^8}. Điều này đã được phát hiện trong các thí nghiệm của Deryagin.

Lực đẩy

Bây giờ chúng ta hãy chú ý đến lực đẩy tác dụng giữa các phân tử ở khoảng cách rất ngắn. Một mặt, có một

Tờ 6

tr. 4Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

4

Mặt khác thì dễ hơn nhưng mặt khác lại khó hơn. Đơn giản hơn theo nghĩa là các lực này phát triển rất nhanh khi các phân tử tiếp cận nhau, và do đó sự thay đổi nhanh chóng này hoặc sự thay đổi nhanh chóng của lực theo khoảng cách không có tác động đáng chú ý đến quá trình của các quá trình khác nhau.

Khó khăn là lực đẩy, ở mức độ lớn hơn nhiều so với lực hút, phụ thuộc vào từng phân tử. Biết cách phân tử A đẩy các phân tử B và C ra xa, chúng ta vẫn chưa thể đánh giá lực đẩy nào sẽ tác dụng giữa các phân tử B và C. Khi các phân tử đến với nhau theo kiểu không chủ đạo, tính chất riêng biệt trong cấu trúc của chúng rõ ràng hơn so với khi có khoảng cách lớn giữa chúng.

Giả sử lực đẩy quay về theo quy luật dẫn đến kết quả khá tốt

Fот∼1r13.F_{от} \sim \frac{1}{r^{13}}.

Xét rằng lực hấp dẫn khi khoảng cách giảm dần tăng tỷ lệ với 1r7\frac{1}{r^7} và lực đẩy tăng theo 1r13\frac{1}{r^{13}}, chúng ta có thể rút ra sự phụ thuộc gần đúng của lực vào khoảng cách. Trong Hình 4, lực đẩy được coi là dương và lực hấp dẫn được coi là âm. Ở khoảng cách r0r_0, xấp xỉ bằng tổng bán kính của các phân tử, lực bằng không.

Thế năng tương tác phân tử

Khi nghiên cứu hành vi của một tập hợp lớn các phân tử, sẽ thuận tiện hơn khi sử dụng không phải lực tương tác của các phân tử mà là thế năng.

Cần phải tính toán các đặc tính trung bình của hệ và khái niệm lực tương tác trung bình giữa các phân tử là vô nghĩa, vì tổng của tất cả các lực tác dụng giữa các phân tử, theo định luật thứ ba của Newton, bằng không. Thế năng trung bình, như chúng ta sẽ sớm thấy, quyết định phần lớn trạng thái và tính chất của vật chất.

Vì độ biến thiên của thế năng bằng công thực hiện bởi lực, nên từ sự phụ thuộc đã biết của lực vào khoảng cách, người ta có thể tìm ra sự phụ thuộc của thế năng vào khoảng cách*).

Cần lưu ý rằng nếu lực thay đổi theo khoảng cách là 1rn\frac{1}{r^n}, trong đó nn là một số nhất định thì thế năng sẽ nhỏ hơn theo định luật U∼1rn−1U \sim \frac{1}{r^{n-1}}. Điều này có thể được nhìn thấy từ các thông báo kích thước. Năng lượng có chiều của công, tức là tích của lực và khoảng cách. Do đó, thứ nguyên của năng lượng bằng thứ nguyên của lực nhân với thứ nguyên khoảng cách.

*) Xem bài viết của R. G. Mints “Đồ thị thế năng”, «Kvant» Số 5, 1971, trang 8-16.

Tờ 8

tr. 6Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

6

piya. Điểm này được gọi là bước ngoặt. Sau đó, phân tử di chuyển theo hướng dương rr và đi đến vô cùng.

Một bức tranh hoàn toàn khác sẽ được quan sát ở E=E2<0E = E_2 < 0 (xem Hình 9). Trong trường hợp này, phân tử nằm trong giếng thế và không thể rời khỏi nó. Tại các bước ngoặt r2r_2 và r3r_3 động năng bằng không. Một cái gọi là trạng thái ràng buộc phát sinh. các phân tử dao động với nhau. Việc phân chia hệ thành hai hạt độc lập là không thể nếu không tăng tổng năng lượng lên E>0E > 0.

Năng lượng tương tác của các phân tử trong chất khí, chất lỏng và chất rắn

Bây giờ chúng ta hãy thiết lập số lượng tiêu chí cho các loại khí, chất lỏng và chất rắn khác nhau theo quan điểm của lý thuyết động học phân tử.

Khí

Bạn có thể hiểu sâu hơn về trạng thái của vật chất, được gọi là khí thực, nếu bạn xem xét sự phụ thuộc của thế năng của một trong các phân tử vào khoảng cách đến các phân tử lân cận của nó (Hình 10). Khi một phân tử chuyển động, thế năng của nó gần như bằng 0 trên hầu hết đường đi của nó, vì khoảng cách giữa các phân tử trong chất khí, tính trung bình, lớn hơn nhiều so với kích thước của chúng. Tại điểm 1 và 2 có các điểm lân cận của phân tử được đề cập. Phân tử này đi qua một bước khá quan trọng

một khoảng cách đáng kể từ hàng xóm 1 và gần hơn với hàng xóm 2.

Thế năng trung bình của phân tử là âm và rất nhỏ. Độ lớn của nó bằng diện tích của hình giới hạn bởi đường cong thế năng giữa điểm 1 và 2 và trục rr, chia cho độ dài của đoạn 1-2 (giá trị trung bình của đoạn 1-2). Tổng năng lượng trung bình nhất thiết phải lớn hơn 0 (đường thẳng trong Hình 10), vì tại E<0E < 0 chúng ta sẽ có trạng thái liên kết của các phân tử. Điều này chỉ có thể xảy ra nếu động năng trung bình của một phân tử trong chất khí lớn hơn giá trị trung bình của thế năng của nó:

Eˉκ>∣Uˉ∣.\bar{E}_{\kappa} > |\bar{U}|.

Rốt cuộc

Eˉ=Eˉκ+Uˉ,\bar{E} = \bar{E}_{\kappa} + \bar{U},

và Uˉ\bar{U} là âm.

Chất lỏng

Trong chất lỏng và chất rắn, các phân tử nằm cách nhau một khoảng nhỏ. Do đó, mỗi phân tử tương tác với một số phân tử của nó cùng một lúc. Chúng ta hãy giới hạn việc tính đến sự tương tác của một phân tử nhất định với hai phân tử lân cận nằm cách nhau khoảng 2r02r_0.

Có thể thu được đường cong tiềm năng mong muốn bằng cách đặt chồng đường cong thể hiện trong Hình 7 (tương tác cặp) trên cùng một đường cong, dịch chuyển so với đường cong đầu tiên một khoảng lớn hơn 2r02r_0 một chút. Các năng lượng tiềm năng cộng lại, và do đó độ sâu của giếng tiềm năng gần như tăng gấp đôi và mức tối đa

Tờ 9

không đánh sốChép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

mô phỏng năng lượng giảm (Hình 11). Diễn biến của đường cong thế năng, có tính đến sự tương tác với các phân tử khác, được thể hiện trên Hình 12.

Để một phân tử không thể rời khỏi chất lỏng, năng lượng trung bình của nó phải âm (Eˉ<0\bar{E} < 0). Chỉ trong trường hợp này, phân tử vẫn ở bên trong giếng thế được hình thành bởi các lân cận của nó. Nếu Eˉ>0\bar{E} > 0, thì phân tử sẽ không ở bên trong chất lỏng và sẽ rời khỏi chất lỏng.

Vì Eˉ=Eˉk+Uˉ\bar{E} = \bar{E}_k + \bar{U} và Uˉ<0\bar{U} < 0, nên trong chất lỏng, động năng trung bình nhỏ hơn giá trị tuyệt đối của thế năng trung bình: Eˉk<∣Uˉ∣\bar{E}_k < |\bar{U}| và chỉ nhỏ hơn một chút (Eˉk<∣Uˉ∣\bar{E}_k < |\bar{U}|), vì vậy ∣Eˉ∣≤∣Uˉ∣0|\bar{E}| \leq |\bar{U}|_0 là giá trị tối thiểu (theo giá trị tuyệt đối) của thế năng. Đó là lý do vì sao dao động của phân tử trong lỗ không kéo dài lâu. Do sự chuyển động ngẫu nhiên của các phân tử nên năng lượng của chúng liên tục thay đổi và trở nên nhiều hơn, rồi ít năng lượng hơn Eˉ\bar{E}.

Ngay khi năng lượng của một phân tử vượt quá chiều cao của hàng rào thế năng ngăn cách giếng này với giếng khác, phân tử sẽ nhảy từ vị trí cân bằng này sang vị trí cân bằng khác. Đây chính xác là yếu tố quyết định bản chất chuyển động nhiệt của các phân tử trong chất lỏng và chất lỏng chảy. Thời gian “ổn định cuộc sống” của một phân tử là thời gian nó tồn tại bên trong một giếng thế năng nhất định. Khi nhiệt độ ngày càng tăng, năng lượng trung bình tăng lên và các bước nhảy xảy ra thường xuyên hơn.

chất rắn

Thế năng tương tác của một phân tử rắn với các phân tử lân cận gần nhất tương tự như năng lượng tương tác của các phân tử chất lỏng (Hình 12). Chỉ có độ sâu của giếng thế ở đây là lớn hơn một chút, vì các phân tử nằm gần nhau hơn. Điều kiện Eˉk<∣Uˉ∣\bar{E}_k < |\bar{U}| cũng được thỏa mãn đối với vật rắn. Nhưng động năng của phân tử rắn nhỏ hơn đáng kể so với động năng của phân tử lỏng. Rốt cuộc, chất rắn tạo thành chất lỏng khi được làm lạnh. Theo đó, trong chất rắn, động năng trung bình của chuyển động phân tử nhỏ hơn đáng kể so với giá trị tuyệt đối của thế năng trung bình:

Eˉk≪∣Uˉ∣.\bar{E}_k \ll |\bar{U}|.

Trong Hình 12, năng lượng trung bình của một phân tử bên trong giếng thế được mô tả bằng một đoạn thẳng. Hạt dao động trong giếng thế. Chiều cao của rào cản giữa các giếng liền kề lớn và các phân tử khó di chuyển từ vị trí cân bằng này sang vị trí cân bằng khác. Để di chuyển các phân tử phải nhận được năng lượng vượt quá đáng kể năng lượng trung bình. Sự kiện này khó có thể xảy ra. Đó là lý do tại sao chất rắn, không giống như chất lỏng, vẫn giữ được hình dạng của chúng.

Tờ 12

tr. 10Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

10

chúng tôi chiếu điểm A4A_4. Chúng ta biểu thị vectơ OA⃗4\vec{OA}_4 bằng a4a_4, từ điểm A3A_3 chúng ta đặt a4a_4 sang một bên, v.v.

Thu được hai đường đứt nét: A1A3A5…A_1 A_3 A_5 \dots và A2A4A6…A_2 A_4 A_6 \dots, trục thể tích ll (Hình 3). Có thể xảy ra trường hợp một trong các điểm AkA_k tiếp xúc trực tiếp với ll - đây là lúc quá trình dừng lại. Có thể điều này sẽ không xảy ra - khi đó quá trình sẽ kéo dài vô tận.

Tất cả cùng nhau được gọi là thuật toán kéo mũi (ABH).

Bây giờ chúng ta chiếu tất cả các cấu trúc lên một đường thẳng vuông góc với trục ll. Bản thân trục ll sẽ đi vào một điểm, các vectơ aka_k thành các đoạn mà chúng ta ký hiệu là bk(k=1,2,3,… )b_k (k=1, 2, 3, \dots). Chúng ta hãy thu được thuật toán Euclide mà chúng ta đã biết cho các phân đoạn b1b_1 và b2b_2. Đặc biệt,

b1b2=[m1;m2,m3,m4,… ]\frac{b_1}{b_2} = \left[ m_1; m_2, m_3, m_4, \dots \right]

và, do đó,

b2b1=[0;m1,m2,m3,… ].\frac{b_2}{b_1} = \left[ 0; m_1, m_2, m_3, \dots \right].

Bây giờ chúng tôi sẽ trình bày cách sử dụng ABH cho lời giải hình học bài toán của chúng tôi (xem § 1). Chúng ta hãy xem xét mạng được đề cập trong § 1, các điểm của nó tương ứng với giá trị gần đúng của số α\alpha (thật tiện lợi cho chúng ta khi giả sử rằng 0<α<10 < \alpha < 1; rõ ràng, khi chứng minh định lý Hurwitz-Borel, chúng ta có thể giới hạn bản thân ở những con số như vậy).

Chúng ta hãy đưa ABH đến các vectơ a1=OA⃗1a_1 = \vec{OA}_1 và a2=OA⃗2a_2 = \vec{OA}_2, trên đó mạng của chúng ta được xây dựng và tới trục l=OYl = OY. Hóa ra hai đường đứt nét A1A3A5…A_1 A_3 A_5 \dots, A2A4A6…A_2 A_4 A_6 \dots, trục liền nét OYOY (Hình 4).

Các số m1,m2,…m_1, m_2, \dots xuất hiện trong ABH không gì khác hơn là một phần số α\alpha. Chính xác hơn, việc khai triển α\alpha thành một phân số liên tục trông như thế này:

α=[0;m1,m2,… ]\alpha = \left[ 0; m_1, m_2, \dots \right]

(nhớ lại 0<α<10 < \alpha < 1).

Bây giờ chúng ta hãy chứng minh một số tính chất của các đường đứt nét.

Định lý 1. Các điểm A1,A2,A3,…A_1, A_2, A_3, \dots là các điểm mạng.

Tính giá trị của khẳng định này được thể hiện rõ ràng trong Hình 4. Chứng minh hoàn chỉnh của nó dựa trên Định lý 2 của Phần I. Chúng tôi để lại chi tiết cho người đọc.

Định lý 2. Giữa các đường đứt nét A1,A3A5…A_1, A_3 A_5 \dots và A2A4A6…A_2 A_4 A_6 \dots (có thể nằm trong vùng được bảo vệ trong hình vẽ) công suất của mạng bị tắt.

Bằng chứng. ABH bao gồm sự lắng đọng tuần tự của các vectơ: A1B,BA3;A2C,CA4;A3D,DE;…A_1 B, BA_3; A_2 C, CA_4; A_3 D, DE; \dots. Đối với mỗi vectơ như vậy, chúng ta xây dựng một hình bình hành, các cạnh của vectơ này và vectơ mà nó song song. Ta thu được dãy hình bình hành

OA2BA1,OA2A3B,OA2CA3,OCA4A3,OA4DA3,…OA_2 BA_1, OA_2 A_3 B, OA_2 CA_3, OCA_4 A_3, OA_4 DA_3, \dots

Tờ 14

tr. 12Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

12

Định lý 3. Điểm AkA_k (n≥2n \geq 2) ta tìm phân số thích hợp thứ (k−2k-2) αk−2\alpha_{k-2} của số α\alpha.

Bằng chứng.
Đối với A2A_2 và A3A_3 điều này rõ ràng: A2A_2 tương ứng với p=0p=0, q=1q=1, nghĩa là gần đúng bằng 0=α00=\alpha_0 (hãy nhớ rằng m0=0m_0=0); A3A_3 tương ứng với p=1p=1, q=m1q=m_1 (Hình 8), tức là xấp xỉ 1/m1=α11/m_1=\alpha_1.

Hãy cho chúng tôi biết rằng đối với i≤k−1i \leq k-1, trong đó k≥4k \geq 4, điểm AiA_i tương ứng với giá trị gần đúng αi−2\alpha_{i-2}. Hãy chứng minh rằng AkA_k tương ứng với αk−2\alpha_{k-2}.

Chúng ta phải chứng minh rằng AkC=pk−2A_kC=p_{k-2}, AkH=qk−2A_kH=q_{k-2} (Hình 9). Tam giác Ak−2AkEA_{k-2}A_kE đồng dạng với tam giác OAk−1MOA_{k-1}M; tam giác Ak−2AkBA_{k-2}A_kB đồng dạng với tam giác OAk−1DOA_{k-1}D; Hệ số tương tự trong cả hai trường hợp đều bằng mk−2m_{k-2}. Chúng tôi có:
AkC=BC+AkB=Ak−2F+mk−2Ak−1D=pk−4+mk−2pk−3=pk−2,A_kC = BC + A_kB = A_{k-2}F + m_{k-2}A_{k-1}D = p_{k-4} + m_{k-2}p_{k-3} = p_{k-2},
AkH=EH+AkE=Ak−2G+mk−2Ak−1M=qk−4+mk−2qk−3=qk−2A_kH = EH + A_kE = A_{k-2}G + m_{k-2}A_{k-1}M = q_{k-4} + m_{k-2}q_{k-3} = q_{k-2}
(xem bài viết của N. M. Beskin).

Định lý đã được chứng minh.

Định lý 3, cùng với hệ quả tất yếu của Định lý 2, đưa chúng ta đến kết luận sau:
Nếu đối với một số vô tỷ nhất định α\alpha có vô số phép tính gần đúng có hệ số chất lượng nhỏ hơn số đã cho, thì có vô số phép tính gần đúng trong số các phân số phù hợp của số α\alpha.

Câu hỏi cuối cùng vẫn là: làm thế nào để tìm được hệ số chất lượng của các phân số phù hợp?

May mắn thay, câu hỏi này có thể được giải quyết hoàn toàn và đáp số được viết bằng một công thức trang nhã và tiện lợi.

§ 3. Hệ số chất lượng của các phân số phù hợp.

Định lý 4. Gọi α=[0;m1,m2,… ]\alpha=[0; m_1, m_2, \dots], μk\mu_k là hệ số chất lượng của phân số thích hợp thứ k−1k-1. Sau đó:

1μk=mk+[0;mk+1,mk+2,… ]+[0;mk−1,mk−2,…,m1]\frac{1}{\mu_k} = m_k + [0; m_{k+1}, m_{k+2}, \dots] + [0; m_{k-1}, m_{k-2}, \dots, m_1]

Tờ 15

tr. 12Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

12

Bằng chứng.
Chúng ta hãy xem xét các điểm Ak+2A_{k+2} và Ak+1A_{k+1}, tương ứng với các giá trị gần đúng αk\alpha_k và αk−1\alpha_{k-1} (Hình 10). Qua qkq_k, rkr_k; qk−1q_{k-1}, rk−1r_{k-1} chúng ta biểu thị khoảng cách của chúng đến các trục OXOX, OYOY. Chúng tôi biết rằng μk=rk−1qk−1\mu_k = r_{k-1}q_{k-1} (xem § 3). Hãy chứng minh công thức:

qkrk−1+qk−1rk=1q_k r_{k-1} + q_{k-1} r_k = 1 (3)
rk/rk−1=[0;mk+1,mk+2,… ]r_k / r_{k-1} = [0; m_{k+1}, m_{k+2}, \dots] (4)
qkqk−1=[mk;mk−1,mk−2,…,m1]\frac{q_k}{q_{k-1}} = [m_k; m_{k-1}, m_{k-2}, \dots, m_1] (5)

Công thức (3) chứng minh điều này. Chia hình bình hành OAk+1BAk+2OA_{k+1}BA_{k+2} bằng các đường thẳng song song với trục tọa độ thành các hình tam giác: Ak+1QOA_{k+1}QO, OPAk+2OPA_{k+2}, Ak+2MBA_{k+2}MB, BRAk+1BRA_{k+1} và một đường thẳng MPQRMPQR (xem Hình 11). Diện tích của hình bình hành OAk+1BAk+2OA_{k+1}BA_{k+2} là 1, vì đây là hình bình hành chính của mạng tinh thể của chúng ta. Tìm diện tích của các phần:

1=12rk−1qk−1+12rkqk+12rk−1qk−1+12rkqk+(rk−1−rk)(qk−qk−1)=qkrk−1+qk−1rk.1 = \frac{1}{2} r_{k-1} q_{k-1} + \frac{1}{2} r_k q_k + \frac{1}{2} r_{k-1} q_{k-1} + \frac{1}{2} r_k q_k + (r_{k-1} - r_k) (q_k - q_{k-1}) = q_k r_{k-1} + q_{k-1} r_k.

Về bản chất, công thức (4) đã được chúng ta biết đến: nếu chúng ta loại bỏ phần thuật toán kéo mũi trước khi đạt được điểm Ak+2A_{k+2}, thì chúng ta thu được thuật toán tương tự cho các vectơ OAk+1OA_{k+1}, OAk−2OA_{k-2}. Do đó, công thức (4) được suy ra trực tiếp từ công thức (2).

Chứng minh cần thiết nhất được tìm thấy ở công thức (5). Chúng ta hãy dựng đường gãy Ak+2′…A2′A'_{k+2} \dots A'_2 (Hình 12), đối xứng với đường gãy Ak+2′…A2′A'_{k+2} \dots A'_2 so với điểm OO. Có thể thấy, đường đứt nét này, cùng với đường gãy Ak+1′…A1′A'_{k+1} \dots A'_1, là kết quả của việc áp dụng ABHABH cho các vectơ OA→k+2\overrightarrow{OA}_{k+2}, OA→k+1\overrightarrow{OA}_{k+1} và âm

Tờ 16

tr. 14Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

14

hướng của trục OXOX. Thuật toán này, như chúng ta thấy, là hữu hạn và kết thúc tại điểm A1A_1. Nó có cấu trúc như thế này: đầu tiên, từ điểm Ak+2′A'_{k+2} nó đặt vectơ OAk+1OA_{k+1} mkm_k lần, sau đó từ điểm Ak+1A_{k+1} nó xếp xuống vectơ OA⃗k′\vec{OA}'_k mk−1m_{k-1} lần, v.v. Lần đặt cuối cùng: vectơ OA⃗2′\vec{OA}'_2 nằm xuống m1m_1 lần.

Theo công thức (4) ta có:

qk/qk−1=[mk;mk−1,…,m1].q_k/q_{k-1} = [m_k; m_{k-1}, \dots, m_1].

Vì vậy, tất cả các công thức đã được chứng minh. Bây giờ chúng ta chứng minh Định lý 4.

Chúng tôi có:

1μk=qkrk−1+qk−1rkrk−1qk−1=rkrk−1+qkqk−1=[0;mk+1… ]+[mk;mk−1,…,m1]\frac{1}{\mu_k} = \frac{q_k r_{k-1} + q_{k-1} r_k}{r_{k-1} q_{k-1}} = \frac{r_k}{r_{k-1}} + \frac{q_k}{q_{k-1}} = [0; m_{k+1} \dots] + [m_k; m_{k-1}, \dots, m_1]

Q.E.D.

§ 4. Chứng minh định lý Hurwitz-Borel.

Chúng ta phải chỉ ra rằng tập vô hạn các phân số phù hợp của số α=[0;m1,m2,… ]\alpha = [0; m_1, m_2, \dots] có hệ số chất lượng nhỏ hơn 15\frac{1}{\sqrt{5}}, nghĩa là, với vô số kk các bất đẳng thức μk<15\mu_k < \frac{1}{\sqrt{5}} hoặc 1μk>5\frac{1}{\mu_k} > \sqrt{5} đúng. Hãy sử dụng Định lý 7.

Có ba trường hợp có thể xảy ra.

1°. Trong số vô hạn m1,m2,…m_1, m_2, \dots có nhiều số khác 1 và 2. Trường hợp này là đơn giản nhất. Nếu mk>2m_k > 2 thì mk≥3m_k \geq 3 và 1μk=mk+1mk+1+…+1mk−1+…>mk≥3>5\frac{1}{\mu_k} = m_k + \frac{1}{m_{k+1} + \dots} + \frac{1}{m_{k-1} + \dots} > m_k \geq 3 > \sqrt{5}.

2°. Trong các số m1,m2,…m_1, m_2, \dots chỉ có một số hữu hạn khác 1 và 2, nhưng có hai số là vô hạn. Trong trường hợp này, với vô số kk chúng ta có:

1μk=mk+[0;mk+1,… ]+[0;mk−1,… ]>2+13+13=83>5\frac{1}{\mu_k} = m_k + [0; m_{k+1}, \dots] + [0; m_{k-1}, \dots] > 2 + \frac{1}{3} + \frac{1}{3} = \frac{8}{3} > \sqrt{5}

3°. Bắt đầu từ một điểm nào đó, tất cả các đạo hàm riêng đều bằng 1. Giả sử, mk0>1m_{k_0} > 1 và mk=1m_k = 1 cho k>k0k > k_0. Nếu chênh lệch k−k0k - k_0 là chẵn thì

1μk=1+[0;1,1,…,1,mk0,… ]>1+2[0;1,1,… ]=1+45+1=5\frac{1}{\mu_k} = 1 + [0; 1, 1, \dots, 1, m_{k_0}, \dots] > 1 + 2 [0; 1, 1, \dots] = 1 + \frac{4}{\sqrt{5} + 1} = \sqrt{5}

(Ở đây chúng ta sử dụng thực tế là nếu kk chẵn và mk+1′>mk+1′m'_{k+1} > m'_{k+1}, thì

[m0;m1,…,mk,mk+1′,… ]>[m0,m1,…,mk,mk+1′,… ][m_0; m_1, \dots, m_k, m'_{k+1}, \dots] > [m_0, m_1, \dots, m_k, m'_{k+1}, \dots]

và bình đẳng [1;1,1,… ]=5+12[1; 1, 1, \dots] = \frac{\sqrt{5} + 1}{2}).

Tờ 17

không đánh sốChép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

Hãy tự mình chứng minh những sự thật này).
Nói đúng ra, trường hợp tất cả các phần không đầy đủ đều bằng 1 chưa được xem xét. Trong trường hợp này chúng ta có

1μk=1+[0;1,1,… ]+[0;1,1,…,1]\frac{1}{\mu_k} = 1 + [0; 1, 1, \dots] + [0; 1, 1, \dots, 1]

và thậm chí với kk chúng tôi nhận được

1μk<1+2[0;1,1,… ]=5\frac{1}{\mu_k} < 1 + 2 [0; 1, 1, \dots] = \sqrt{5}

do tính chất của phân số liên tục.

Trong mọi trường hợp, sự tồn tại của đa xấp xỉ vô hạn với hệ số chất lượng nhỏ hơn 1/51/\sqrt{5} đã được chứng minh.

Rõ ràng là đồng thời trong trường hợp 3∘3^\circ và chỉ trong trường hợp này, số 5\sqrt{5} không thể được thông báo. Nói một cách chính xác, trong trường hợp này

lim⁡k→∞1μk=5,\lim_{k \to \infty} \frac{1}{\mu_k} = \sqrt{5},

nghĩa là, đối với kk rất lớn, số 1/μk1/\mu_k rất gần với 5\sqrt{5}.

Như vậy, chúng ta đã chứng minh được tất cả các phát biểu của định lý Hurwitz-Borel.

Trên thực tế, chúng tôi còn chứng minh được nhiều hơn thế. Rõ ràng là Định lý 7 cho phép chúng ta giải quyết câu hỏi về giá trị gần đúng tốt nhất của cá thể đối với mỗi α\alpha. Ví dụ: nếu các phần riêng của một số nhất định α\alpha không phải là tất cả 1, bắt đầu từ một số nào đó, nghĩa là nếu trường hợp 3∘3^\circ không xảy ra, thì, như có thể thấy từ lý luận của chúng tôi, 5\sqrt{5} có thể được thay thế bằng 22/32^2/3 (và trên thực tế, thậm chí bằng 222\sqrt{2}; chứng minh). Từ Định lý 7 suy ra rằng

mk<1μk<mk+2.m_k < \frac{1}{\mu_k} < m_k + 2.

Từ đó, rõ ràng là nếu các số riêng phần α\alpha không đầy đủ tăng trưởng vô hạn thì số 1μk\frac{1}{\mu_k} có thể lớn tùy ý, nghĩa là số μk\mu_k có ​​thể nhỏ tùy ý, nghĩa là, với một α\alpha cho trước sẽ có các phép tính gần đúng với hệ số chất lượng nhỏ tùy ý.

Nếu các số mkm_k đều nhỏ hơn một số nhất định NN thì hệ số chất lượng xấp xỉ của số này không thể nhỏ hơn 1N+2\frac{1}{N+2}. Ví dụ: hệ số chất lượng của các phép tính gần đúng hợp lý của số 2=[1;2,2,… ]\sqrt{2} = [1; 2, 2, \dots] không thể nhỏ hơn 14\frac{1}{4} (trên thực tế, hệ số chất lượng nhỏ nhất trong số các phép tính gần đúng của số 2\sqrt{2} có phân số 32\frac{3}{2}; hệ số này bằng 6−42≈0,346 - 4\sqrt{2} \approx 0,34).

Vì vậy, thật đáng ngạc nhiên, hóa ra các số gần đúng “tốt nhất”, như 2\sqrt{2}, lại là những số gần đúng tệ nhất theo số hữu tỉ.

Tờ 18

tr. 16Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

16

Trường mềm của một vật thể đồng nhất hình cầu

I. I. Ogievetsky

Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton xác định như nhau sự rơi của một quả táo xuống đất, chuyển động của Mặt trăng quanh Trái đất và quỹ đạo của các hành tinh. Nó dựa trên thực tế là lực căng giữa các điểm vật chất có khối lượng m1m_1 và m2m_2, nằm cách nhau một khoảng ll, bằng

F=γm1m2l2,F = \gamma \frac{m_1 m_2}{l^2},

(1)

trong đó γ=6,67⋅10−11H⋅m2κ2\gamma = 6,67 \cdot 10^{-11} \frac{H \cdot m^2}{\kappa^2} là hằng số hấp dẫn (trong hệ SI). Nhưng Trái đất, Mặt trăng và các vật thể thực khác không chính xác, chúng có kích thước hữu hạn. Làm thế nào để xác định lực căng giữa các cơ thể bị mắc kẹt?

Lời giải bài toán này đã đưa Newton đến việc tạo ra ngành toán học quan trọng nhất - phép tính tích phân. Để tìm lực co của một điểm vật chất đối với một vật thể liên hợp, bạn nên nhẩm chia vật thể này thành những phần nhỏ (trong giới hạn - vô cùng nhỏ), tính toán sự đóng góp vào lực co thắt từ mỗi phần này bằng công thức (1) rồi cộng (giải thích) những sự đóng góp này. Các thiên thể có thể được coi là gần như đồng nhất hình cầu, nghĩa là tại bất kỳ điểm nào, mật độ của chúng hoàn toàn được xác định bởi khoảng cách từ điểm này đến tâm của thiên thể. Newton đã phát hiện ra một sự thật đáng chú ý:

F=γ4πR2ρmd2=γM⋅md2,F = \gamma \frac{4\pi R^2 \rho m}{d^2} = \gamma \frac{M \cdot m}{d^2},

(2)

trong đó MM là khối lượng bề mặt. Nói cách khác, lực kéo bên ngoài bề mặt hình cầu giống như khi toàn bộ khối lượng của bề mặt tập trung ở tâm của nó. Điều này ngay lập tức dẫn đến một phát biểu tương tự đối với một vật thể đồng nhất hình cầu.

*) Tính chất này thường được sử dụng vì rất quan trọng, không có bằng chứng. Sử dụng nó trong một số bài viết «Kvant». Vì vậy, việc hiểu nó chứng minh như thế nào là rất hữu ích.

Tờ 20

tr. 18Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

18

Cơm. 3.

Bây giờ chúng ta sử dụng phép đảo ngược và thay thế ll trong (6) bằng lˉdR\bar{l} \frac{d}{R} theo (4):

ΔFOQ=γmρR2cos⁡αΔSd2lˉ2=\Delta F_{OQ} = \gamma \frac{m\rho R^2 \cos \alpha \Delta S}{d^2 \bar{l}^2} =
=γmρR2Δωd2,= \gamma \frac{m\rho R^2 \Delta \omega}{d^2},

(7)

nơi các giá trị được nhập
Δω=cos⁡αΔSlˉ2.\Delta \omega = \frac{\cos \alpha \Delta S}{\bar{l}^2}.

Hãy thực hiện một quan sát quan trọng. Lưu ý rằng α\alpha cũng là góc giữa pháp tuyến (bán kính OPOP) với phần tử bề mặt ΔS\Delta S và hướng QˉP∗\bar{Q}P^*, và cosa được đặt cho bất kỳ điểm nào PP.

Do đó, có thể dễ dàng xác minh rằng Δω\Delta \omega là góc khối mà tại đó phần tử bề mặt ΔS\Delta S có thể nhìn thấy được từ điểm Qˉ\bar{Q}.

Nếu bạn giới thiệu một hình nón có đỉnh tại điểm Qˉ\bar{Q} và một đường viền chạy ΔS\Delta S được hình thành, thì góc khối ở đỉnh của hình nón này sẽ là Δω\Delta \omega (Hình 3).

Về mặt số học, góc Δω\Delta \omega bằng diện tích mà hình nón này cắt ra từ một hình cầu có bán kính đơn vị có tâm tại điểm Qˉ\bar{Q}.

*) Đây là lúc hoạt động đảo ngược là cần thiết. Với sự trợ giúp của nó, chúng tôi đã đưa khoảng cách lˉ\bar{l} vào mẫu số (6) thay vì khoảng cách ll, nhờ đó góc đặc Δω\Delta \omega xuất hiện trong công thức.

Chấp nhận hoàn toàn tất cả các bề mặt ΔS\Delta S:

F=∑sΔFOQ=γmρR2d2∑sΔω=F = \sum_{s} \Delta F_{OQ} = \gamma \frac{m\rho R^2}{d^2} \sum_{s} \Delta \omega =
=γmρ4πR2d2=γmMd2,= \gamma \frac{m\rho 4\pi R^2}{d^2} = \gamma \frac{mM}{d^2},

(8)

vì ∑sΔω=4π\sum_{s} \Delta \omega = 4\pi là tổng góc đặc mà tại đó toàn bộ hình cầu có thể nhìn thấy được từ điểm bên trong Qˉ\bar{Q}, và 4πR2ρ=M4\pi R^2\rho = M là tổng khối lượng của bề mặt hình cầu. Như vậy Mệnh đề 1 đã được chứng minh.

Bây giờ chúng ta hãy xem xét một điểm vật chất Qˉ\bar{Q} có khối lượng mm bên trong một bề mặt hình cầu rỗng. Một lần nữa, từ các thông điệp về tính đối xứng, có thể thấy rất rõ ràng rằng lực do toàn bộ bề mặt hình cầu tạo ra chỉ có thể hướng dọc theo đường OQˉO\bar{Q}.

Do đó, chúng ta cần cộng các thành phần lực ΔFOQ\Delta F_{OQ} từ các phần tử của hình cầu ΔS\Delta S, bằng

ΔFOQˉ=γmρΔScos⁡βlˉ2=\Delta F_{O\bar{Q}} = \gamma \frac{m\rho \Delta S \cos \beta}{\bar{l}^2} =
=γmρR2ΔScos⁡βd2l2,= \gamma \frac{m\rho R^2 \Delta S \cos \beta}{d^2 l^2},

(9)

nếu chúng ta sử dụng lại, chúng ta sẽ lấy nó từ nghịch đảo và thay thế lˉ\bar{l} bằng ldRl \frac{d}{R} theo tương ứng (4).

Tính hình cầu SS thành hai phần SΠS_\Pi và SλS_\lambda bằng mặt phẳng đi qua điểm Qˉ\bar{Q} vuông góc với đường thẳng

Tờ 21

không đánh sốChép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

ОQˉ\bar{Q} và hình dạng tại điểm giao nhau với hình cầu đĩa (Hình 4). Rõ ràng là các phần của bề mặt hình cầu SπS_\pi và SπS_\pi nằm ở bên phải và bên trái của đĩa này sẽ hút điểm vật chất Qˉ\bar{Q} theo các hướng khác nhau, sang phải và sang trái. Khớp (xem Hình 4), cos⁡β>0\cos \beta > 0 cho điểm PP từ SπS_\pi và cos⁡β<0\cos \beta < 0 cho điểm từ SπS_\pi. Bây giờ chúng ta hãy tính đến điều đó ΔS∣cos⁡β∣l2=Δω−телесному углу,подкоторымвиденэлемент\frac{\Delta S | \cos \beta |}{l^2} = \Delta \omega - \text{телесному углу}, под которым виден элемент \Delta Sизточки из точки Q^*).Складываясилы). Складывая силы \Delta F_{o\bar{Q}},находимполнуюсилу, находим полную силу F=∑SΔFoQˉ=γmρR2d2(∑SΔω−∑SΔω),F = \sum_S \Delta F_{o\bar{Q}} = \frac{\gamma m\rho R^2}{d^2} \left( \sum_S \Delta \omega - \sum_S \Delta \omega \right),(10)гдесуммыраспространены,соответственно,начастиповерхности (10) где суммы распространены, соответственно, на части поверхности S_\piи и S_\pi.Но. Но \sum_S \Delta \omega = \sum_S \Delta \omega = \omega_D - \text{góc đặc} mà tại đó phần tử ΔS\Delta S được nhìn thấy từ điểm QQ. Trong thực tế (xem Hình 4), đối với một hình nón có đỉnh ở Hình 4.

QQ được hình thành bởi các tiếp tuyến của hình cầu SS, đường tiếp tuyến chính xác là đường tròn DD (đánh dấu vào đây). Như vậy,

F=0F = 0

(*) Đối với một điểm nằm ngoài hình cầu, khi tính lực tại một điểm bên trong hình cầu, ta thấy công thức có chứa một góc đặc, lúc này là cho một điểm nghịch đảo nằm bên ngoài hình cầu.

với bất kỳ điểm nào Qˉ\bar{Q} nằm bên trong SS. Việc chứng minh khẳng định 2 đã hoàn tất; bên trong một bề mặt hình cầu đồng nhất, lực hấp dẫn của vật thực bằng không.

Điều rất đáng chú ý là Newton rất coi trọng giả định đã được chứng minh ở trên về tính chất hấp dẫn của các vật thể và bề mặt đồng nhất hình cầu mở rộng. Chỉ sau khi chứng minh những giả định này, Newton mới công bố dẫn xuất mà ông đã thu được nhiều năm trước đó về các định luật về chuyển động hành tinh của Kepler từ công thức (1) cho các vật thể chính xác (xem J. Orir, “Vật lý phổ thông”, Moscow, 1964, trang 87-98).

Bài tập

  1. Một đặc tính đáng chú ý của các phương pháp toán học là cùng một “mô hình toán học” có thể mô tả các sự kiện từ các lĩnh vực vật lý dường như hoàn toàn khác nhau. Hãy đề cập đến thực tế là định luật Coulomb; mô tả sự tương tác của hai điện tích chính xác, được viết theo cách toán học giống như định luật hấp dẫn của Newton, xây dựng nên “sự tương tự về tĩnh điện” của giả định 1 và 2.

  2. Chứng minh rằng lực hút của một khối lượng chính xác bởi một tấm đồng nhất không bị chặn tỷ lệ nghịch với khoảng cách của khối lượng này đến tấm.

  3. Tìm lực hấp dẫn do một bán cầu vật chất đồng nhất tác dụng lên một khối lượng chính xác nằm trên đường thẳng nối tâm quả cầu với cực của nó.

  4. Trong thế giới phẳng tưởng tượng của Hinton (xem «Kvant» Số 4, 1970), lực tương tác giữa các khối lượng chính xác tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa chúng. Hãy nhớ rằng các “quả cầu” của một thế giới phẳng là các vòng tròn, hãy xây dựng và chứng minh các mệnh đề cho thế giới Hinton tương tự như các mệnh đề 1 và 2. Chứng tỏ rằng lực hấp dẫn mà một cư dân tưởng tượng của một trong các hành tinh của hệ Hinton trải qua tỷ lệ thuận với khoảng cách của cư dân đó đến tâm hành tinh. Nếu có các hành tinh collebose trong hệ thống, thì không có trường hấp dẫn ở bên trong collebose (người ta cho rằng các hành tinh được tạo thành từ vật chất đồng nhất).

Tờ 22

tr. 20Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

20

V. G. Yankelevich

Độc giả lớp bảy Misha Balkin của chúng tôi thắc mắc: “Em thấy trong sách tham khảo công thức Cardan cho lời giải phương trình bậc ba x3+px+q=0x^3 + px + q = 0:

x=q2+D3+q2−D3,x = \sqrt[3]{\frac{q}{2} + \sqrt{D}} + \sqrt[3]{\frac{q}{2} - \sqrt{D}},

ở đâu D=(p3)3+(q2)2D = \left(\frac{p}{3}\right)^3 + \left(\frac{q}{2}\right)^2.

Nhưng đối với tôi, có vẻ như công thức này không phải lúc nào cũng có thể áp dụng được. Ví dụ: nếu muốn tìm nghiệm của phương trình x3−x=0x^3 - x = 0 (p=−1,q=0p = -1, q = 0) bằng công thức này, chúng ta nhận được

x=−1273+−−1273.x = \sqrt[3]{\sqrt{-\frac{1}{27}}} + \sqrt[3]{-\sqrt{-\frac{1}{27}}}.

Đây là một số loại số tối thiểu và phương trình có ba vương miện: 0, 1 và -1. Làm thế nào để thiết lập được sự mâu thuẫn này?>

Các biên tập viên tin rằng đáp số câu hỏi này sẽ được nhiều độc giả của chúng tôi quan tâm. Chúng tôi đang xuất bản một bài báo của V. G. Yankelevch, một học sinh lớp 10 đến từ thành phố Kustanay, người cho biết cách giải phương trình bậc ba trong trường hợp công thức Kardanov tạo ra các số âm dưới dấu căn bậc hai.

Trở lại thế kỷ 16, người ta đã tìm ra một công thức tổng quát giúp người ta có thể biểu diễn các phương trình lời giải bậc ba

x3+px2+qx+r=0x^3 + px^2 + qx + r = 0

(1)

thông qua các hệ số của nó bằng cách sử dụng các phép tính số học và kiến ​​thức về các nghiệm. Công thức này (được gọi là công thức Del Ferro hoặc công thức Tartaglia-Cardano) có thể được viết như sau:

x=c54+D1083+c54−D1083−p3,x = \sqrt[3]{\frac{c}{54} + \sqrt{\frac{D}{108}}} + \sqrt[3]{\frac{c}{54} - \sqrt{\frac{D}{108}}} - \frac{p}{3},

(2)

ở đâu c=2p3−9pq+27rc = 2p^3 - 9pq + 27r; D=p2q2−4q3−4p3r+18pqr−27r2D = p^2q^2 - 4q^3 - 4p^3r + 18pqr - 27r^2. Sau đó, ngay khi khái niệm số phức hình thành, rõ ràng là công thức này cho phép chúng ta thu được tất cả các phương trình lời giải (1) với bất kỳ hệ số (phức) nào p,q,rp, q, r. Nhưng thật không may, ngay cả khi tất cả các hệ số của phương trình là các số tác động tổng quát, thì để tìm (sau đây gọi là các số tác dụng!) lời giải bằng công thức (2), bạn phải trích xuất các số; khó khăn này phát sinh khi D>0D > 0 (điều này chính xác xảy ra khi phương trình có ba nghiệm thực khác nhau).

Xét phương trình bậc ba (1) với các phân biệt thực và dương D∗D^*).

Chúng ta sẽ chỉ ra rằng bất kỳ phương trình (1) nào cũng có thể được rút gọn thành phương trình có dạng

ay3−3by2−3ay+b=0,ay^3 - 3by^2 - 3ay + b = 0,

(3)

trong đó aa và bb là số thực và a≠0a \neq 0.

Đầu tiên chúng ta chứng minh rằng phương trình (3) có nghiệm

y1=tgφ3,y_1 = \tg \frac{\varphi}{3},

y2=tgφ+2π3,y_2 = \tg \frac{\varphi + 2\pi}{3},

y3=tgφ+4π3,y_3 = \tg \frac{\varphi + 4\pi}{3},

*) DD được gọi là phân biệt của đa thức x3+px2+qx+rx^3 + px^2 + qx + r. Có thể chỉ ra rằng D=(x1−x2)2(x2−x3)2(x3−x1)2D = (x_1 - x_2)^2 (x_2 - x_3)^2 (x_3 - x_1)^2, trong đó x1,x2,x3x_1, x_2, x_3 là nghiệm của phương trình (1). Nếu các hệ số p,q,rp, q, r là số thực và D<0D < 0 thì phương trình có hai nghiệm phức liên hợp và một nghiệm thực, được tìm thấy ngay theo công thức (2).

Tờ 24

tr. 22Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

22

Trình diễn quỹ đạo của các vật chuyển động dưới tác dụng của trọng lực trung tâm

R. Gỗ

Trong số cuối cùng của tạp chí của chúng tôi, một bài báo của nhà vật lý nổi tiếng người Mỹ R. Wood về ảo ảnh nhân tạo và lốc xoáy đã được xuất bản. Dưới đây chúng tôi đăng một bài viết khác của Wood, dành cho việc nghiên cứu quỹ đạo của các vật thể trong trường trung tâm. Bài viết này đã được xuất bản trên tạp chí Physical Review năm 1897.

Sau khi Wood xuất bản một bài báo về Trình diễn phòng thí nghiệm về quỹ đạo của các hành tinh và sao chổi quanh Mặt trời bằng cách sử dụng một quả bóng thép và nam châm điện, tạp chí Nature đã xuất bản một lá thư từ một giáo sư tại Đại học London, trong đó tuyên bố rằng thí nghiệm này không chứng minh quỹ đạo trong trường hấp dẫn, vì lực hút của quả bóng bằng nam châm thay đổi nghịch đảo với lũy thừa thứ năm chứ không phải bình phương khoảng cách, như trong trường hợp trọng lực.

Wood bắt đầu làm việc luôn, vẽ một sơ đồ chi tiết và nhận ra rằng quả bóng cắt các đường sức từ theo một góc và quỹ đạo của nó chỉ phụ thuộc vào thành phần nằm ngang của lực căng. Sau khi đo cẩn thận cường độ từ trường trong mặt phẳng ống khói, người ta thấy nó gần như tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách.

Trong khi đó, các báo cáo quan trọng đã xuất hiện trên một số tạp chí kỹ thuật khác của Anh và Wood vui lòng gửi xác nhận về tính hợp lệ của thí nghiệm của mình, trích dẫn các kết quả đo lường.

Làm sáu chiếc ghim trên tay áo của anh ta hướng vào bề mặt của phòng thí nghiệm, chuyển động cho hành tinh này biết không có đường elip, đường parabol và đường hyperbol nào dưới tác động của một lực trung tâm, độ lớn của lực này sẽ thay đổi tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. Tôi đã tiến hành một số thí nghiệm kiểm tra chuyển động của một quả bóng thép nhỏ xung quanh từ trường. Những lời cáo buộc dài mang lại kết quả tốt và tôi tin rằng chúng có thể hữu ích khi giảng bài.

Thiết bị trình diễn rất đơn giản. Nó bao gồm một đĩa thủy tinh có đường kính khoảng 40 cm, có một lỗ nhỏ ở giữa. Hình nón của một nam châm điện lớn được đưa vào lỗ này. Bề mặt của đĩa bị bao phủ bởi khói (Hình 1). Bạn cần cố gắng đặt tấm ở vị trí nằm ngang và trục nam châm ở vị trí thẳng đứng một cách chính xác nhất có thể.

Một quả bóng thép nhỏ được đánh bóng có đường kính khoảng 5 mm (ví dụ, từ ổ đỡ sóng)

Tờ 26

tr. 24Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

24

NHIỆM VỤ

M111. Hình vuông ở cạnh 1 chứa một hình có khoảng cách giữa hai điểm bất kỳ không bằng 0,001. Chứng minh rằng diện tích của hình này không vượt quá 0,34. (Chúng ta có thể giả sử rằng ranh giới của hình được đề cập trong các điều kiện bao gồm các đoạn thẳng và cung tròn.)
Hãy cố gắng ước tính chính xác hơn và chứng minh một định lý tương tự trong không gian.
G. V. Rosenblum

M112. Trong bảng m×nm \times n các số được viết sao cho với hai hàng và hai cột bất kỳ, tổng các số ở hai đỉnh đối diện của hình chữ nhật mà chúng tạo thành bằng tổng các số ở hai đỉnh còn lại của nó. Một số số đã bị xóa nhưng giả sử bạn có thể khôi phục những số đã xóa. Chứng minh rằng còn lại ít nhất (n+m−1)(n+m-1) số.

M113. Chứng minh rằng với mọi số tự nhiên nn luôn tồn tại một số gồm các chữ số 1 và 2 chia hết cho 2n2^n.
B. M. Ivlev

M114. Một số số được viết trong một vòng tròn. Nếu đối với bốn số liên tiếp a,b,c,da, b, c, d hóa ra là (a−d)(b−c)<0(a-d)(b-c) < 0, thì các số bb và cc có thể đổi chỗ cho nhau. Chứng minh rằng phép toán này chỉ có thể thực hiện được hữu hạn lần.
V. B. Alekseev

M115. Có tổng số lít nước được đổ vào ba bình. Được phép đổ một cột nước vào bất kỳ bình nào, lượng nước mà nó đã chứa, từ bất kỳ bình nào khác. Chứng minh,

Cơm. 1.
một vôn kế, một nguồn dòng điện và các dây nối, liệu có thể thay đổi giá trị của một trong các điện trở mà không làm đứt một tiếp điểm nào trong mạch điện không?

A. R. Zilberman

F119. Ánh sáng từ nguồn SS trên đường tới màn hình sẽ đi qua một khối thủy tinh nằm yên có cạnh ll (Hình 2). Ánh sáng nhanh hơn bao nhiêu?

Tờ 27

không đánh sốChép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

sẽ chạm tới màn hình nếu khối được di chuyển với tốc độ vv? Tốc độ ánh sáng trong không khí là cc, chiết suất của ống khói là nn (v≪c,n≫1v \ll c, n \gg 1).

G. V. Meledin

F120. Có nước đựng trong một hình trụ có pít-tông, bên trong lúc đầu có một khoang có thể tích VV. Áp suất khí trong khoang không đáng kể. Pít-tông tác dụng áp suất không đổi PP lên mặt nước. Nước sẽ thu được động năng bao nhiêu khi lỗ rỗng biến mất? Vận tốc ban đầu của nước bằng không. Lực hấp dẫn có thể được bỏ qua.

G. L. Komkin

F121. Ước tính lực lớn nhất mà đường kính sẽ thể hiện khi gắn vào các mặt phẳng bao phủ bán cầu Magdeburg (bán cầu) có bán kính

Cơm. 3.

R=20R=20 cm (Hình 3). Hai bán cầu kéo dài theo hướng ngược nhau là FF. Áp suất khí quyển là 1 atm.

F122. Một quả bóng được ném vào cốc nước, quay quanh trục của nó và nổi lên trên mặt nước. Quả bóng sẽ nằm ở đâu trên bề mặt?

Sửa đổi

Ở «Kvant» số 8 năm 1971 ở trang 3, do lỗi của người biên tập, “bức chân dung từ huy chương đồng của Euclid” đã bị đặt nhầm. Trên thực tế, hình ảnh toán học Euclid vẫn chưa đến được với thời đại chúng ta. Hình ảnh được đặt dường như là chân dung của triết gia Euclid xứ Megara.

Tìm lỗi

Như đã biết, tại một điểm, tổng khoảng cách từ vỏ đến các đỉnh của một tứ giác cho trước là nhỏ nhất,

Cơm. 1.

là giao điểm của các đường chéo của nó (Hình 1). Chúng ta sẽ giảm một trong các cạnh của tứ giác, ví dụ: BCBC (Hình 2), cho đến cạnh BCBC

Cơm. 2.

sẽ không biến thành một điểm. Trong trường hợp này, điểm OO sẽ tiếp cận BCBC và hợp nhất với điểm đó trong Hình 3.

Cơm. 3.

Điều này có nghĩa là điểm có tổng khoảng cách từ lớp vỏ đến các đỉnh của một lượng giác nhất định là nhỏ nhất là một trong các đỉnh của nó. Nhưng có một định lý phát biểu rằng điểm như vậy là điểm mà từ đó nhìn thấy cả ba cạnh của tam giác với một góc 120∘120^\circ chứ không phải một trong các đỉnh.

Sai lầm ở đâu?

A. Skovlin

Tờ 28

tr. 26Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

26

Trong số này, chúng tôi xuất bản lời giải bài toán M70—M73

M70

Cho l1,l2,…,lnl_1, l_2, \dots, l_n là một số đường thẳng trong mặt phẳng, trong đó có hai đường thẳng cắt nhau. Chứng minh rằng có thể, và theo một cách duy nhất, chọn từng đường thẳng này tại điểm X1,X2,…,XnX_1, X_2, \dots, X_n sao cho phân phối lại được khôi phục tại điểm XiX_i cho đường lil_i đi qua điểm Xi+1X_{i+1} (với tất cả i=1,2,…,n−1i=1, 2, \dots, n-1) và phân phối lại được khôi phục thành lnl_n tại điểm XnX_n đi qua điểm X1X_1.

Cố gắng xây dựng và chứng minh một định lý tương tự trong không gian.

bài toán này cũng có thể được hình thành như sau. Giả sử pip_i là ánh xạ gán cho mỗi điểm MM (trên mặt phẳng) hình chiếu của nó lên đường thẳng lil_i, tức là pi(M)p_i(M) là cơ sở của phân phối lại được thả từ điểm MM xuống đường thẳng lil_i. Cần chứng minh rằng trên đường thẳng l1l_1 tồn tại một điểm duy nhất X1X_1 sao cho sau ánh xạ nn

X1→pnXn→pn−1Xn−1→pn−2…X_1 \xrightarrow{p_n} X_n \xrightarrow{p_{n-1}} X_{n-1} \xrightarrow{p_{n-2}} \dots

biến thành chính nó.

Đối với một điểm tùy ý XX của đường l1l_1 biểu thị qua f(X)f(X) điểm trên đường l1l_1 mà nó đi qua

XX sau ánh xạ nn pn,pn−1,…,p1p_n, p_{n-1}, \dots, p_1 (Hình 1); nó được viết như thế này:

f=p1∘p2∘⋯∘pn.f = p_1 \circ p_2 \circ \dots \circ p_n.

Hãy chọn gốc và hướng trên mỗi dòng của chúng ta lil_i, nghĩa là chúng ta sẽ biến mỗi dòng thành một trục số (chúng ta chọn cùng một đơn vị tỷ lệ trên tất cả các dòng). (Chúng tôi xác định một điểm (trên một đường) và số tương ứng của nó—tọa độ của nó—để các bản đồ p1,p2,…,pnp_1, p_2, \dots, p_n và ff giờ đây có thể được coi là các hàm

Tờ 29

tr. 27Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

27

Mỗi số được gán một số mới.

Hãy để chúng tôi chứng minh rằng ánh xạ ff là tuyến tính: f(x)=ax+bf(x) = ax + b.

Để làm được điều này, chỉ cần chứng minh ba khẳng định hiển nhiên sau đây là đủ.

(1) Nếu ll và l′l' là hai đường thẳng và p:l→l′p : l \rightarrow l' là bản đồ liên kết từng điểm với hình chiếu của nó lên l′l', thì pp là bản đồ tuyến tính.

(2) Nếu p1p_1 và p2p_2 là bản đồ tuyến tính thì p1∘p2p_1^\circ p_2 cũng vậy.

(3) Nếu p1,p2,…,pnp_1, p_2, \dots, p_n là bản đồ tuyến tính thì f=p1∘p2∘…pn∘f = p_1^\circ p_2^\circ \dots p_n^\circ cũng là bản đồ tuyến tính.

Rõ ràng (3) suy ra từ (2) bằng quy nạp. Kiểm tra (2): nếu p1(x)=a1x+b1p_1(x) = a_1x + b_1 và p2(x)=a2x+b2p_2(x) = a_2x + b_2 thì (p1∘p2)(x)=p1(p2(x))=a1a2x+(a1b2+b1)(p_1^\circ p_2)(x) = p_1(p_2(x)) = a_1a_2x + (a_1b_2 + b_1). Để chứng minh (1), hãy kiểm tra công thức này:

p(x)=xcos⁡α+c,p(x) = x \cos \alpha + c,

trong đó α\alpha là góc giữa hướng dương của trục OxOx và O′x′O'x', cc là tọa độ của điểm p(O)p(O) trong hệ thống Ox′Ox' (Hình 2; cũng xem xét trường hợp khi các đường thẳng ll và l1l_1 song song).

Bây giờ với lời giải bài toán, đủ để chỉ ra rằng phương trình tuyến tính x=ax+bx = ax + b có ​​lời giải và chỉ có một. Nếu không phải như vậy (nghĩa là nếu không có lời giải hoặc nhiều hơn một), thì a=1a = 1. Hãy để chúng tôi chứng minh rằng điều này không thể xảy ra. Lưu ý rằng với mỗi phép chiếu pkp_k: lk+1→lkl_{k+1} \rightarrow l_k khoảng cách giữa hai điểm bất kỳ không tăng:

∣pk(x)−pk(x′)∣≤∣x−x′∣,|p_k(x) - p_k(x')| \leq |x - x'|,

và nếu các đường lk+1l_{k+1} và lkl_k không song song thì sẽ giảm đi rất nhiều. Suy ra điều đó đối với hai điểm bất kỳ xx và x′x'

∣f(x)−f(x′)∣<∣x−x′∣.|f(x) - f(x')| < |x - x'|.

Nhưng nếu a=1a = 1, tức là nếu f(x)=x+bf(x) = x + b, thì ff bảo toàn khoảng cách giữa hai điểm bất kỳ (nó chỉ dịch chuyển tất cả chúng một khoảng bb). Chúng tôi có một sự mâu thuẫn. Bằng chứng là hợp pháp.

Bài toán M70 và lời giải của chúng ta đã được thiết lập lại mà không có bất kỳ thay đổi nào đối với trường hợp các đường thẳng không nằm trên một mặt phẳng mà nằm trong không gian (các đường ở giữa của chúng cũng có thể giao nhau). Trong trường hợp này, pkp_k có nghĩa là phép chiếu lên đường lkl_k trong không gian: một ánh xạ tương ứng với từng điểm mà đáy của đường vuông góc thả từ điểm này lên đường lkl_k.

Cơm. 2. Ánh xạ gán mỗi điểm trên một đường thẳng hình chiếu của nó lên một đường thẳng khác được viết dưới dạng hàm tuyến tính.

Cơm. 3. Điểm X1X_1, đối với f(X1)=X1f(X_1) = X_1, trên thực tế có thể dễ dàng tìm ra phương pháp xấp xỉ liên tiếp: bắt đầu từ một điểm tùy ý XX, hạ đường vuông góc với các đường thẳng đã cho và tìm đường vuông góc liên tiếp sau mỗi “chu kỳ” của điểm X′=f(X)X' = f(X) X′′=f(X′)X'' = f(X'), v.v. Không khó để chứng minh rằng các khoảng cách ∣X−X1∣,∣X′−X1∣,∣X′′−X1∣|X - X_1|, |X' - X_1|, |X'' - X_1|, … tạo thành một cấp số nhân giảm vô hạn với giá trị ∣a∣<1|a| < 1, do đó bằng cách lặp lại việc xây dựng nhiều lần, chúng ta có thể tìm thấy vị trí của điểm X1X_1 với bất kỳ độ chính xác nào. Một phương pháp tương tự rất hữu ích để tìm các phương trình lời giải có dạng f(X)=Xf(X) = X; nó sẽ được áp dụng khi hàm ff giảm khoảng cách giữa hai điểm bất kỳ. Trong trường hợp của chúng ta, khi ff là một hàm tuyến tính, có thể tìm thấy chính xác lời giải của phương trình f(X)=Xf(X) = X (hãy nghĩ về cách tìm điểm X1X_1 nếu biết X,X′X, X' và X′′X'').

Tờ 30

tr. 28Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

28

Có một khả năng khái quát hóa khác:
cùng nhau nhìn vào các mặt phẳng thẳng. Có thể
chẳng hạn, hãy chứng minh thực tế sau: nếu dữ liệu nn
các mặt phẳng trong không gian, trong đó
có ba đường cắt nhau tại một điểm
thì điều đó là có thể và theo cách duy nhất
chọn trên mỗi mặt phẳng này
điểm XkX_k (k=1,…,nk=1, \dots, n) sao cho
ndikulier, được khôi phục tại điểm XkX_k để đồng-
mặt phẳng tương ứng đi qua
điểm Xk+1X_{k+1} (và Xn+1=X1X_{n+1}=X_1). Giờ thì đã rồi
f=p1⋅p2…pnf=p_1 \cdot p_2 \dots p_n sẽ là ánh xạ tuyến tính
mặt phẳng với mặt phẳng và tọa độ sẽ được viết như sau: f(x,y)=f(x, y)= (x′,y′)(x', y'), trong đó x′=a1x+b1y+c1x'=a_1x+b_1y+c_1, y′=a2x+b2y+c2y'=a_2x+b_2y+c_2.

Chứng minh rằng nếu hệ phương trình
{x=a1x+b1y+c1,y=a2x+b2y+c2\begin{cases} x=a_1x+b_1y+c_1, \\ y=a_2x+b_2y+c_2 \end{cases}
không có lời giải hoặc có nhiều hơn một
lời giải (điều này xảy ra nếu (a1−1)(b2−1)−a2b1=0(a_1-1)(b_2-1)−a_2b_1=0), thì hệ thống x=a1x+b1yx=a_1x+b_1y, y=a2x+b2yy=a_2x+b_2y có lời giải (x0,y0)(x_0, y_0), khác với (0,0)(0,0) và ánh xạ ff không thay đổi sự khác biệt
đứng giữa các điểm (0,0)(0,0) và (x0,y0)(x_0, y_0), điều này không thể xảy ra trong bài toán của chúng tôi.

Nanmore đầy đủ lời giải bài toán tại-
Slania F. Schmidel từ Moscow, Yu. Obolonkov từ Voronezh, M. Rozov từ Minsk.

M71

Một bảng hình chữ nhật gồm mm hàng và nn cột chứa đầy các số. Hãy sắp xếp lại các số ở mỗi dòng theo thứ tự tăng dần. Chứng minh rằng nếu sau đó bạn sắp xếp lại các số ở mỗi cột theo thứ tự tăng dần thì ở mỗi hàng chúng vẫn xuất hiện theo thứ tự tăng dần.

Hãy suy nghĩ về điều gì sẽ xảy ra nếu bạn hành động theo một thứ tự khác: trong bảng ban đầu, trước tiên hãy sắp xếp lại các số theo thứ tự tăng dần trong các cột, sau đó là trong các hàng: kết quả sẽ giống như bảng trong trường hợp đầu tiên hay một bảng khác?

Hãy xem xét một bảng trong đó các số trong mỗi hàng theo thứ tự tăng dần và chứng minh rằng nếu l<rl<r thì số lớn nhất trong cột thứ rr (chúng ta ký hiệu là bb) không nhỏ hơn số lớn nhất trong cột thứ ll (chúng ta ký hiệu là aa). Thật vậy, số tại giao điểm của đường có aa và cột rr không nhỏ hơn aa (vì các số trong đường thẳng theo thứ tự tăng dần).

Tương tự, người ta có thể chứng minh rằng số lớn thứ kk (tính từ số lớn nhất trong cột rr-cột (bk)(b_k)) không nhỏ hơn số lớn nhất thứ kk trong cột ll

Tờ 31

tr. 29Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

29

Các bảng khác nhau được đọc. Để xác minh điều này, chỉ cần đưa ra một ví dụ là đủ (Hình 5).

Đã quyết định đúng bài toán P. Ayulov, A. Brevdo, L. Brauzinsky, G. Vysotskaya, S. Grigoryan, A. Gordenko, I. Jabbarov, A. Kleyin, A. Kmizhnerman, I. Kochubeevsky, G. Levin, M. Preezer, E. Skryt, A. Slinkin, A. Chernyak và những người khác. Ngoài lời giải, còn có nhiều cái khác gần gũi với chúng ta trong đó quá trình cảm ứng được thực hiện; Trong một số công trình, người ta đã chứng minh rằng có thể sắp xếp lại từng cột liên tiếp để các số luôn xuất hiện trong các hàng theo thứ tự tăng dần.

N. B. Vasiliev

M72

Giải phương trình
1−x3+1+x3=p,\sqrt[3]{1-x} + \sqrt[3]{1+x} = p,
(1)
trong đó pp là số thực tùy ý.

Nỗ lực ngây thơ lời giải: lập phương cả hai vế của phương trình
2+31−x23(1−x3+1+x3)=p32 + 3\sqrt[3]{1-x^2}\left(\sqrt[3]{1-x} + \sqrt[3]{1+x}\right) = p^3
(2)
và thay thế ở đây đẳng thức ban đầu (1):
2+3p1−x23=p3.2 + 3p\sqrt[3]{1-x^2} = p^3. (3)
Bây giờ thật dễ dàng tìm thấy xx:
x=±1−(p3−23p)3.x = \pm \sqrt{1 - \left(\frac{p^3 - 2}{3p}\right)^3}. (4)
Chúng tôi đã được gửi nhiều lá thư trong đó đáp số này đã được nhận (theo cách này và cách khác). Cũng có khá nhiều chữ cái trong đó việc tìm thấy một tập hợp các giá trị pp mà công thức (4) có ý nghĩa là đúng:
p=−1,0<p≤2.p = -1, \quad 0 < p \leq 2.
Một số người thậm chí còn nhận thấy rằng nên loại bỏ giá trị p=−1p = -1 vì giá trị x=0x = 0 được đưa ra bởi công thức pp là không phù hợp. Nhưng người ta chưa chứng minh được rằng với mọi pp, 0<p≤20 < p \leq 2 thì giá trị xx cho bởi công thức (4) đều là nghiệm. (Thông thường, cách chứng minh như vậy chỉ là một phép thử, nhưng ở đây nó rất khó thực hiện.) Và điều này phải được chứng minh, vì không phải tất cả các phép biến đổi được thực hiện ở trên đều tương đương: phương trình (2) không tương đương với (3). Để thấy điều này, hãy thay thế x=0x = 0, p=−1p = -1 trong (2) và (3). Bình đẳng (3) sẽ trở về chỗ cũ, nhưng (2) thì không. Vì vậy, những phát biểu trong các chữ cái cho rằng phép biến đổi này tương đương là không chính xác. (Thật vậy: hãy thử suy ra (2) từ (3). Bạn sẽ phải sử dụng đẳng thức (1), điều kiện bài toán, nhưng điều này không thể thực hiện được, vì đây chính xác là điều cần phải chứng minh.) Nếu đúng như vậy thì có thể xây dựng các nghiệm khác.

Chúng ta hãy xem xét chi tiết hơn các phép biến đổi mà chúng ta đã thực hiện đối với phương trình. Chúng ta hãy ký hiệu 1−x3=u\sqrt[3]{1-x} = u và 1+x3=v\sqrt[3]{1+x} = v cho ngắn gọn.

Từ phương trình.
u+v=pu + v = p
chúng tôi đã chuyển sang phương trình
u3+v3+3uv(u+v)=p3u^3 + v^3 + 3uv(u + v) = p^3
(2)
sử dụng một phép biến đổi tương đương (nâng đối tượng thành khối). Bước tiếp theo là thay thế pp cùng với u+vu + v và đi đến phương trình
u3+v3+3uvp=p3,u^3 + v^3 + 3uvp = p^3,
(3)
mà chúng tôi sẽ viết như thế này:
u3+v3−p3+3uvp=0,u^3 + v^3 - p^3 + 3uvp = 0,
(u+v)3−p3−3uv(u+v−p)=0.(u + v)^3 - p^3 - 3uv(u + v - p) = 0.
Hãy áp dụng công thức tính hiệu của hai lập phương rồi đặt (u+v−p)(u + v - p) ra khỏi ngoặc:
(u+v−p)(u2+v2+p2+up+pv−uv)=0.(u + v - p)(u^2 + v^2 + p^2 + up + pv - uv) = 0. (3’)
Vì vậy, chúng ta đã viết được phương trình (3) dưới dạng (3’), từ đó dễ dàng tìm ra lý do tại sao nó không tương đương với (2). Rõ ràng là vế trái của (3’) bằng 0 khi có ít nhất một dấu ngoặc đơn bằng 0:

  1. u+v−p=0,u + v - p = 0,
  2. u2+v2+p2+up+pv−uv=0.u^2 + v^2 + p^2 + up + pv - uv = 0.

Tờ 32

tr. 30Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

30

Sự bình đẳng đầu tiên là phương trình ban đầu của chúng tôi. Điều này có nghĩa là toàn bộ cấu trúc lời giải được kết nối với cấu trúc thứ hai và chúng ta cần tìm hiểu khi nào nó được thực thi. Nhân nó với 2, bạn có thể viết nó như thế này:

(u+p)2+(v+p)2+(u−v)2=0.(u+p)^2+(v+p)^2+(u-v)^2=0.

Đẳng thức này chỉ đúng với u=v=−pu=v=-p.

Áp dụng vào phương trình của chúng ta:

1−x3=1+x3=−p.\sqrt[3]{1-x}=\sqrt[3]{1+x}=-p.

Điều này có nghĩa là x=0x=0 cho p=−1p=-1 là gốc duy nhất được xây dựng. Tất cả các nghiệm khác cho bởi công thức (4) của 0<p⩽20<p\leqslant2 đều thỏa mãn phương trình (1).

Chúng ta hãy viết lại các đẳng thức mà chúng ta đã thiết lập thành công (đối với đối xứng, chúng ta thay thế pp bằng −w-w):

u3+v3+w3−3uvw=(u+v+w)(u2+v2+w2−uw−vw−uv),u^3+v^3+w^3-3uvw=(u+v+w)(u^2+v^2+w^2-uw-vw-uv),

2(u2+v2+w2−uw−vw−uv)=2(u^2+v^2+w^2-uw-vw-uv)=

=(u−v)2+(v−w)2+(w−u)2.=(u-v)^2+(v-w)^2+(w-u)^2.

Chúng thường hữu ích trong việc chứng minh các bất đẳng thức và trong các vấn đề khác.

M73

Trên một tờ vé số, bạn cần đánh dấu 8 ô trên 64. Xác suất mà sau khi rút thăm mà 8 ô trên 64 ô cũng được chọn (và chúng tôi coi tất cả các khả năng như vậy đều có xác suất như nhau), thì hóa ra chính xác là 4 ô được đoán? 5 ô?…tất cả 8 ô?

Như đã biết, 8 trong số 64 ô có thể được chọn theo C648=64!8!56!C_{64}^8=\frac{64!}{8!56!} cách (n!n! là tích của tất cả các số nguyên từ 1 đến nn) ∗^*). Tất cả những phương pháp này đều đáng tin cậy như nhau. Do đó, xác suất để nhận được một cách cụ thể bất kỳ là 1/C6481/C_{64}^8. Bây giờ chúng ta cần tính toán thời gian mà trường hợp đó hóa ra chính xác là kk ô (0⩽k⩽80\leqslant k\leqslant8). Số trường hợp như vậy bằng số cách

∗^*) Ví dụ, hãy xem bài viết của N. Ya. Vilenkin “Tổ hợp” trong «Kvant» Số 1, 1971.

Cơm. 6. Hồng cầu là người chiến thắng; 8 ô chúng tôi đã chọn được đánh dấu bằng dấu chéo. Trong hình này k=2k=2, 8−k=68-k=6.

các phương pháp trong đó kk ô được chọn từ 8 ô được đánh dấu và 8−k8-k từ 56 ô không được đánh dấu. Do đó nó bằng C8k⋅C568−kC_{8}^k\cdot C_{56}^{8-k}. Để tìm thời gian mong muốn fkf_k - xác suất đoán chính xác kk ô, bạn cần nhân xác suất của một phương pháp với số này. chúng tôi nhận được

fk=C8k⋅C568−kC84.f_k=\frac{C_{8}^k\cdot C_{56}^{8-k}}{C_{8}^4}.

Như vậy, xác suất đoán được 0,1, …, 8 ô tương ứng là các ô tương ứng.

f0=C80⋅C568C84,f_0=\frac{C_{8}^0\cdot C_{56}^8}{C_{8}^4},

f1=C81⋅C567C84,…,f8=C88⋅C560C84.f_1=\frac{C_{8}^1\cdot C_{56}^7}{C_{8}^4}, \dots, f_8=\frac{C_{8}^8\cdot C_{56}^0}{C_{8}^4}.

Tổng của chín số này tất nhiên bằng một.

Chính thức là bài toán lời giải, nhưng từ quan điểm thực tế thì điều này vẫn chưa đúng. Tôi muốn tưởng tượng cơ hội đoán được một số ô cụ thể sẽ lớn đến mức nào nếu chúng ta mua và điền vào mười tờ vé số. Để làm điều này, bạn cần biểu diễn gần đúng những số này dưới dạng phân số thập phân. Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng thước trượt; ví dụ, sử dụng trực tiếp công thức (1). Đây là những gì A. Zlomnik từ thành phố Zhukovsky đã làm. Chúng tôi sẽ mô tả một phương pháp khác, có vẻ như đối với chúng tôi, một phương pháp đơn giản hơn.

Tờ 33

tr. 31Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

31

Cơm. 7. Các số fkf_k được hiển thị ở đây – xác suất đoán kk ô (k=0,1,2,…,8k = 0, 1, 2, \dots, 8). Tại k≥4k \geq 4 giá trị fkf_k rất gần bằng 0.

Trước tiên, hãy tính tỷ lệ của số thứ (k+1)(k+1) của các số này với số thứ kk:

fk+1fk=C8k+1⋅C568−k−1C648:C8k⋅C568−kC648=(8−k)2(k+1)(48+k+1)\frac{f_{k+1}}{f_k} = \frac{C_8^{k+1} \cdot C_{56}^{8-k-1}}{C_{64}^8} : \frac{C_8^k \cdot C_{56}^{8-k}}{C_{64}^8} = \frac{(8-k)^2}{(k+1)(48+k+1)}

một phần,

f1f0=6449≈1.31;f2f1=49100;\frac{f_1}{f_0} = \frac{64}{49} \approx 1.31; \quad \frac{f_2}{f_1} = \frac{49}{100};

f3f2=1251≈0.235;f4f3=25208≈0.12;\frac{f_3}{f_2} = \frac{12}{51} \approx 0.235; \quad \frac{f_4}{f_3} = \frac{25}{208} \approx 0.12;

f5f4≈0.06;…\frac{f_5}{f_4} \approx 0.06; \dots

Bằng cách tính tỷ lệ f2,f3,f4f_2, f_3, f_4 đến f0f_0 với hai chữ số thập phân:

f2f0=0.64;f3f0≈0.15;f4f0=0.02.\frac{f_2}{f_0} = 0.64; \quad \frac{f_3}{f_0} \approx 0.15; \quad \frac{f_4}{f_0} = 0.02.

Rõ ràng là f5/f0<0.02⋅0.12f_5/f_0 < 0.02 \cdot 0.12 và, đối với mức đã chọn, chính xác f5,f6,f7,f8f_5, f_6, f_7, f_8 bằng 0. Chúng ta có thể lập một phương trình

f0(1+1,31+0,64+0,15+0,02)=1,f_0(1+1,31+0,64+0,15+0,02)=1,

từ đâu f0≈0.32f_0 \approx 0.32. Hiện đang tìm kiếm f1,f2,f3,f4f_1, f_2, f_3, f_4:

f1≈f0⋅1.31≈0.42;f2≈f0⋅0.64≈0.20;f_1 \approx f_0 \cdot 1.31 \approx 0.42; \quad f_2 \approx f_0 \cdot 0.64 \approx 0.20;

f3≈f2⋅0.24≈0.047;f4≈f3⋅0.12≈0.0056.f_3 \approx f_2 \cdot 0.24 \approx 0.047; \quad f_4 \approx f_3 \cdot 0.12 \approx 0.0056.

Vì vậy, nếu bạn điền vào mười vé, thì những vé trung bình rất có thể sẽ là những vé đoán được 0, 1, 2 và có lẽ là 3 ô; Xác suất đoán được 4 ô trở lên là rất thấp. Bằng cách nhân f4f_4 với f5f4≈0.06\frac{f_5}{f_4} \approx 0.06, v.v., có thể thu được giá trị gần đúng của f5,f6,f7,f8f_5, f_6, f_7, f_8. Một phần, f8≈2⋅10−10f_8 \approx 2 \cdot 10^{-10}. Điều này có nghĩa là để có cơ hội thực sự đoán được hết 8 ô, bạn cần phải điền vài chục tỷ vé.

Sử dụng phương pháp tính gần đúng mà chúng tôi đã áp dụng, có thể chỉ ra rằng nếu số ô NN trên tờ vé số lớn hơn nhiều so với số ô mm cần loại bỏ và mm đủ lớn thì xác suất đoán được kk ô của xấp xỉ là bằng

fk=CmkCN−mmCNm≈μk⋅e−μk!,f_k = \frac{C_m^k C_{N-m}^m}{C_N^m} \approx \frac{\mu^k \cdot e^{-\mu}}{k!},

trong đó μ=m2N−2m\mu = \frac{m^2}{N-2m} và e≈2.718…e \approx 2.718\dots là một số không đổi (π\pi), vì vậy chúng ta cần sử dụng thực tế là 1+x+x22+x33!+⋯=ex1+x+\frac{x^2}{2}+\frac{x^3}{3!}+\dots = e^x cho bất kỳ xx nào).

A. L. Toom

Trong số này, chúng tôi xuất bản lời giải bài toán F79—F82

F79

Mực nước vào thuyền trùng với mực nước trong hồ. Mực nước sẽ cao hơn ở đâu nếu bạn ném một khúc gỗ xuống thuyền?

Khi hạ khúc gỗ xuống thuyền, thuyền sẽ lao xuống hồ, bạn sẽ nhận thêm một lượng nước ΔV=mρ\Delta V = \frac{m}{\rho} (mm là khối lượng khúc gỗ, ρ\rho là khối lượng riêng của nước). Mặt khác, vì khúc gỗ nổi trong nước nên mực nước trong thuyền sẽ thay đổi giống như nó sẽ thay đổi nếu nước có khối lượng bằng khối lượng khúc gỗ và thể tích bằng thể tích phần ngâm trong khúc gỗ, tức là V=mρV = \frac{m}{\rho}, được thêm vào thuyền. (Chúng ta có thể nhẩm lấy khúc gỗ ra và đổ đầy nước vào nước thu được, nhưng mực nước trong thuyền sẽ không thay đổi.) Cùng một lượng nước cũng chảy ra khỏi thuyền khi ném khúc gỗ vào đó. Vì vậy, mực nước trong thuyền sẽ bằng mực nước trong thuyền.

Tờ 34

tr. 32Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

32

mực nước trong hồ thấp nếu độ dày của thành thuyền không đáng kể, và sẽ cao hơn một chút so với mực nước trong hồ nếu thành thuyền dày.

lời giải chính xác được gửi bởi R. Khasnumdinov (làng Oktyabrsky BASSR), A. Zisman (Pskov), I. Vidorovich (Simferopol), O. Masliok (Novomirgorod, vùng Kirovograd), V. Rudko (Kyiv), A. Smarchenko (làng Petropavlovsk, vùng Dnepropetrovsk), A. Demidov (Moscow), L. Bratsensky (Frunze), F. Tukhvatullin (Tashkent), N. Shishkin (Nalchik), N. Filippov (Leningrad), N. Sidorov (Moscow).

Tôi. Sh. Slobodetsky

F80

Một con xúc xắc được ném dọc theo một mặt phẳng nghiêng một góc β so với hướng đi xuống (Hình 8). Tìm tốc độ chuyển động ổn định của hình lập phương nếu hệ số ma sát của nó o mặt phẳng k = tanα, trong đó α là góc nghiêng của mặt phẳng k so với đường chân trời.

Khối lập phương chịu tác dụng của trọng lực P = mg, phản lực pháp tuyến N = mg cosα và lực ma sát F_tp (Hình 8).

Chúng ta hãy xem xét các thành phần của lực dọc theo mặt phẳng. Xuống bên cạnh

Cơm. 8.

độ dốc xuống nhanh nhất (trục y) chịu ảnh hưởng của thành phần trọng lực F = mg sinα; theo hướng ngược với tốc độ, lực ma sát F_tp = kN = kmg cosα tác dụng. Theo điều kiện, k = tanα nên F_tp = tanα kmg cosα = mg sinα = F.

Do đó, bài toán có nghĩa là xem xét chuyển động của khối lập phương dưới tác dụng của hai lực có độ lớn bằng nhau. Một trong số chúng luôn hướng theo tốc độ của khối lập phương, cái còn lại dọc theo trục y.

Cơm. 9.

Giả sử tại một thời điểm nào đó tốc độ v tạo một góc φ với trục y (Hình 9). Gia tốc tiếp tuyến (hướng tiếp tuyến với quỹ đạo) a của hình lập phương được xác định bởi lực F_tp = F và hình chiếu F cosφ của lực F về cùng một phương:

a=F+Fcos⁡φm.a = \frac{F + F \cos \varphi}{m}.

Gia tốc a_y (dọc theo trục y) được xác định bởi lực F và hình chiếu F_tp cosφ của lực F_tp lên trục y. Dễ dàng thấy rằng độ lớn của gia tốc này bằng gia tốc tiếp tuyến:

ay=F+Ftpcos⁡φm=F+Fcos⁡φm=a.a_y = \frac{F + F_tp \cos \varphi}{m} = \frac{F + F \cos \varphi}{m} = a.

Do đó, tốc độ thay đổi độ lớn của vận tốc mặt phẳng a = \frac{\Delta v}{\Delta t} và tốc độ thay đổi độ lớn của thành phần lực dọc theo trục y a_y = \frac{\Delta v_y}{\Delta t} là như nhau. Nhưng nếu tốc độ thay đổi theo thời gian của hai đại lượng là như nhau thì bản thân các đại lượng này chỉ khác nhau một hằng số không phụ thuộc vào thời gian. Chúng ta hãy biểu thị hằng số này bằng V. Khi đó tại bất kỳ thời điểm nào v = v_y + V.

Bạn có thể tìm hằng số V bằng cách thay thế các giá trị v và v_y vào công thức này

Tờ 35

tr. 33Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

33

tại thời điểm khối lập phương chuyển động ban đầu (v=v0v=v_0, vy=v0cos⁡βv_y=v_0 \cos \beta):

v0=v0cos⁡β+V.v_0 = v_0 \cos \beta + V.

Từ đây

V=v0(1−cos⁡β).V = v_0 (1 - \cos \beta).

Kể từ đây,

v=vy+v0(1−cos⁡β),v = v_y + v_0 (1 - \cos \beta),

Ở đâu

vy=vcos⁡φ.v_y = v \cos \varphi.

Sau một thời gian đủ dài, thành phần “ngang” của vận tốc của khối lập phương sẽ giảm về 0. Khối lập phương sẽ di chuyển xuống dọc theo trục yy. Ở trạng thái giới hạn này φ=π\varphi = \pi, tức là cos⁡φ=−1\cos \varphi = -1; vy=−vv_y = -v.

Để có tốc độ ổn định vv chúng ta có thể viết phương trình

v=−v+v0(1−cos⁡β).v = -v + v_0 (1 - \cos \beta).

Từ đây

v=v01−cos⁡β2=v0sin⁡2β2.v = v_0 \frac{1 - \cos \beta}{2} = v_0 \sin^2 \frac{\beta}{2}.

Biết rằng a=aya=a_y, bài toán cũng có thể giải được bằng đồ họa. Thật vậy, nếu sự thay đổi Δv\Delta v của tổng tốc độ bằng với sự thay đổi Δvy\Delta v_y thì dễ dàng tìm được các giá trị

v=v01−cos⁡β2=v0sin⁡2β2.v = v_0 \frac{1 - \cos \beta}{2} = v_0 \sin^2 \frac{\beta}{2}.

Biết rằng a=aya=a_y, bài toán cũng có thể giải được bằng đồ họa. Thật vậy, nếu sự thay đổi Δv\Delta v của tổng tốc độ bằng với sự thay đổi Δvy\Delta v_y thì dễ dàng tìm được các giá trị

v=v01−cos⁡β2=v0sin⁡2β2.v = v_0 \frac{1 - \cos \beta}{2} = v_0 \sin^2 \frac{\beta}{2}.

Để sau thời gian Δt\Delta t thành phần vyv_y của tốc độ của khối thay đổi thành Δvy\Delta v_y và tổng tốc độ - thành Δv=Δvy\Delta v = \Delta v_y. Do đó, sau thời gian Δt\Delta t vectơ v0v_0 sẽ Δv\Delta v ngắn hơn và giá trị hình chiếu của nó lên trục yy thay đổi một lượng như nhau.

Qua điểm BB nằm dưới điểm AA (điểm cuối của vectơ v0v_0) đến đoạn Δvy=Δv\Delta v_y = \Delta v, chúng ta vẽ một đường ngang BCBC. Với bán kính ABAB bằng Δvy=Δv\Delta v_y = \Delta v, hãy vẽ các cung BDBD từ điểm AA cũng như từ tâm. Điểm DD sẽ đánh dấu độ dài của vectơ mới v=v0−Δvv = v_0 - \Delta v. Với bán kính ODOD bằng v=v0−Δvv = v_0 - \Delta v, hãy vẽ một cung DCDC từ điểm OO cũng như từ tâm. Điểm CC giao điểm của các cung với đường BCBC là điểm cuối của vectơ mong muốn OCOC, bằng vv.

Việc xây dựng này có thể được thực hiện trong bất kỳ khoảng thời gian nào Δt\Delta t. Nó cho thấy vectơ vận tốc vv của khối lập phương có gia tốc và tiến đến trục yy (Hình 11). Từ hình vẽ cho thấy rõ rằng trong trường hợp giới hạn

v+v0cos⁡β=v0−v.v + v_0 \cos \beta = v_0 - v.

Từ đây

v=v0(1−cos⁡β)2=v0sin⁡2β2.v = \frac{v_0 (1 - \cos \beta)}{2} = v_0 \sin^2 \frac{\beta}{2}.

lời giải chính xác được gửi bởi P. Belykov (Moscow).

B. B. Bukhovtsev

Tờ 36

tr. 34Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

34

F81

Hiện nay, các cuộn dây điện từ có cuộn dây siêu dẫn được sử dụng. Những cuộn dây điện từ như vậy có thể tạo ra từ trường trong thời gian dài mà không tiêu tốn năng lượng. Tuy nhiên, nếu bất kỳ phần nào của cuộn dây mất đi đặc tính siêu dẫn thì sẽ xảy ra tai nạn. Ở khu vực này, nhiều colic Tella sẽ được giải phóng và một vụ nổ sẽ xảy ra.

Hãy nghĩ ra thiết bị đơn giản nhất để ngăn ngừa những tai nạn như vậy.

Sơ đồ có rơle không phù hợp - thời gian so sánh của chúng quá dài. Một vụ nổ sẽ xảy ra trước chuyến đi tiếp sức. Do đó, lối thoát duy nhất là làm đoản mạch nút điện từ tới điện trở. Đây là cách họ thường làm điều đó. Dây điện từ được gia cố bằng đồng. Nếu mất đi tính siêu dẫn, phần ứng sẽ đóng vai trò như một bộ đệm để dòng điện xuất hiện và sự giải phóng cơ thể sẽ được phân bổ khắp mạch điện.

lời giải chính xác được gửi bởi S. Chernikov (Semipalatinsk). N. Efimov (Voronezh), V. Skvortsov (Leningrad).

F82

Tìm điều kiện để không có dòng điện chạy qua điện trở rr nối tại các điểm AA và BB của mạch điện như hình 12.

Vì vậy, nó sẽ không vượt qua ngưỡng kháng cự rr nếu hiệu điện thế giữa các điểm AA và BB bằng không. Chúng ta coi thế năng của điểm FF bằng 0. thì thế năng của điểm CC bằng E1E_1, và thế năng của điểm DD bằng E2E_2. Dòng điện I=E1r1+r3I = \frac{E_1}{r_1 + r_3} chạy qua điện trở r1r_1,

Cơm. 12.

và do đó độ sụt điện áp trên điện trở r1r_1 bằng U1=Ir1=E1r1r1+r3U_1 = Ir_1 = E_1 \frac{r_1}{r_1 + r_3}, và điện thế của điểm AA bằng

φA=E1−E1r1r1+r3=E1r3r1+r3.\varphi_A = E_1 - E_1 \frac{r_1}{r_1 + r_3} = E_1 \frac{r_3}{r_1 + r_3}.

Tương tự, ta tìm thế của điểm BB:

φB=E2r4r2+r4.\varphi_B = E_2 \frac{r_4}{r_2 + r_4}.

Từ điều kiện φA=φB\varphi_A = \varphi_B ta thu được

E1r3r3+r1=E2r4r2+r4.E_1 \frac{r_3}{r_3 + r_1} = E_2 \frac{r_4}{r_2 + r_4}.

Đây là điều kiện chung cho việc không có điểm xuyên qua lực cản rr. Nó cũng bao gồm trường hợp rất đối xứng r1=r2r_1 = r_2, r3=r1r_3 = r_1 và E1=E2E_1 = E_2.

Tôi. Sh. Slobodetsky

số liệu trên cân

Trên một ách của cân (xem hình trên trang bìa) có một hình tám, mặt kia có bốn bậc thang. Hóa ra là nếu các cạnh của tất cả các hình đều bằng nhau thì thể tích của hình bát giác bằng tổng thể tích của bốn hình bậc thang, và do đó các thang đo ở trạng thái cân bằng. Hãy cố gắng chứng minh tuyên bố này. Sử dụng phép biến đổi tương tự và chứng minh rằng

rằng nếu một hình bát giác có các cạnh lớn bằng một nửa các cạnh của phần thân ban đầu bị cắt ra khỏi một hình tatraed, thì bốn bậc thang sẽ vẫn còn lại (tương tự với một nửa số đường gân). Vì vậy, nếu tất cả các vật thể đều là chất rắn thì một quãng tám được cân bằng bởi bốn bậc thang. Điều gì sẽ xảy ra nếu cơ thể rỗng hoặc chỉ bao gồm xương sườn?

Tờ 37

tr. 35Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

35

V Cân tối ưu hóa toán học.
V. L. Gutenkhær

Từ ngày 15 tháng 4 đến ngày 20 tháng 4, Tối ưu hóa toán học cân V đã diễn ra tại Prgue. Nhưng ban giám khảo đã được tối ưu hóa (chủ tịch Jan Bardzin, phó chủ tịch Nikolai Vasiliev) bắt đầu làm việc vào ngày 13 tháng 4. Từ những bài toán này mà các thành viên ban giám khảo mang theo, cần phải trưng bày bài toán thú vị và độc đáo nhất. Lần này, không giống như những năm trước, ban giám khảo quyết định cho học sinh bài toán, gần giống với khoa học toán học Serbia, và ở vòng thứ hai, họ thậm chí còn tiến hành một thí nghiệm nhỏ: đưa ra một bài toán khó hơn, chia nó thành một loạt các câu hỏi có điều kiện dần dần, trong đó lời giải sẽ được đề xuất tiến xa nhất có thể.

Đợt tối ưu hóa thứ nhất và thứ hai diễn ra riêng biệt vào ngày 16 và 17/4 cho khối 8, 9 và 10.

Dưới đây chúng tôi bao gồm danh sách 23 bài toán được cung cấp cho học sinh. Những cái trung bình về cơ bản chỉ có 14 bài toán khác nhau. 10 bài toán chúng tôi xuất bản trong “Sách Vấn đề Lượng tử” (xem «Kvant» Số 10, 11).

NHIỆM VỤ

Lớp 8 (ngày đầu tiên)

  1. Chứng minh rằng tồn tại một số chia hết cho 2100^{100}, trong đó ký hiệu thập phân chỉ có chữ số 1 và 2.

  2. Cho một hình tam giác A1A2A3A_1A_2A_3. Về phía nó A1A2A_1A_2 các điểm B1B_1 và D2D_2 được lấy, về phía A2A3A_2A_3 - các điểm B2B_2 và D3D_3, về phía A3A1A_3A_1 - các điểm B3B_3 và D1D_1 để nếu chúng ta xây dựng các hình bình hành A1B1C1D1A_1B_1C_1D_1, A2B2C2D2A_2B_2C_2D_2 và A3B3C3D3A_3B_3C_3D_3 thì các đường A1C1A_1C_1, A2C2A_2C_2 và A3C3A_3C_3 sẽ giao nhau tại một điểm. Chứng minh rằng nếu A1B1=A2D2A_1B_1=A_2D_2 và A2B2=A3D3A_2B_2=A_3D_3 thì A3B3=A1D1A_3B_3=A_1D_1.

  3. Hai người chơi trò chơi này. Những người đầu tiên viết hai hàng gồm 10 số ở phía dưới sao cho thỏa mãn quy tắc sau: nếu số bb viết dưới số aa, và số dd viết dưới số cc thì a+d=b+ca+d=b+c. Người chơi thứ hai biết quy tắc này muốn xác định tất cả các số được viết.

Anh ta được phép hỏi người chơi đầu tiên một câu hỏi như “Số ở vị trí thứ ba ở dòng đầu tiên là số mấy?” hoặc “Số nào ở vị trí thứ chín ở dòng thứ hai?” v.v … Người chơi thứ hai có thể tìm ra tất cả các số trong số câu hỏi nhỏ nhất là bao nhiêu?

  1. Xem bài toán M111.

Lớp 8 (ngày thứ hai)

  1. Xem bài toán M108.

  2. Chứng minh rằng từ 25 số dương khác nhau có thể chọn được hai số sao cho không có số nào bằng tổng hoặc hiệu (giữa gấp đôi và nhỏ) của các số đã chọn.

  3. Xem bài toán M109.

Lớp 9 (ngày đầu tiên)

  1. Xem bài toán M113.

  2. Trên mỗi cạnh của tam giác ABC lấy hai điểm: trên AB - điểm D và E, trên BC - điểm F

Tờ 38

tr. 36Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

36

và G và trên CA là các điểm H và K. Cho AD=BE, BF=CG và CH=AK. Trong các tam giác ADK, BEF và CGH, các đường trung tuyến được vẽ từ các đỉnh A, B và C. Chứng minh rằng các đường thẳng chứa các đường trung tuyến này cắt nhau tại một điểm.
3. Xem bài toán M115.
4. Xem bài toán M111.
5. Xem bài toán M112.

Lớp 9 (ngày thứ hai)

  1. Một khối lập phương có cạnh dài n được chia thành n3n^3 cốc đơn vị. Hãy chọn một vài chiếc cốc và vẽ ba đường thẳng song song với các cạnh đi qua tâm của mỗi chiếc cốc. Có thể chọn số cốc nhỏ nhất là bao nhiêu để một đường thẳng vẽ qua chúng sẽ cắt hết tất cả các hình lập phương?
    Giải quyết bài toán này nếu:
    a) n=4n=4,
    b) n=10n=10,
    b) nn — bất kỳ số tự nhiên nào.
  2. Chứng minh rằng mọi đường thẳng chia đôi diện tích và chu vi của một tam giác đều cắt nhau tại một điểm.
  3. Xem bài toán M110.

Lớp 10 (ngày đầu tiên)

  1. Xem bài toán M106.
  2. Xem bài toán M107, a.
  3. Hình chiếu của vật lên hai mặt phẳng là hình tròn. Chứng minh rằng các đường tròn này có bán kính bằng nhau.
  4. Xem bài toán M111.
  5. Xem bài toán M114.

Lớp 10 (ngày thứ hai)

  1. Một khối lập phương có cạnh dài n được chia thành n3n^3 cốc đơn vị. Hãy chọn một vài chiếc cốc và vẽ ba đường thẳng song song với các cạnh đi qua tâm của mỗi chiếc cốc. Có thể chọn số cốc nhỏ nhất là bao nhiêu để một đường thẳng vẽ qua chúng sẽ cắt hết tất cả các hình lập phương:
    a) Chỉ định đáp số cho các giá trị nhỏ của n: với n=2, 3, 4.
  1. Hãy thử tìm đáp số khi n=10.
    b) Giải tổng quát bài toán. Nếu bạn không thể tìm thấy đáp số, hãy chứng minh một số bất đẳng thức ước tính từ trên xuống dưới số cốc được đánh dấu.
    d) Lưu ý rằng bài toán này có thể được hình thành như thế này.
    Hãy xem xét tất cả các bộ có thể (x1,x2,x3)(x_1, x_2, x_3), trong đó mỗi chữ cái x1,x2,x3x_1, x_2, x_3 nhận một trong n giá trị 1, 2,…, n. Số tập hợp nhỏ nhất phải được chọn là bao nhiêu để đối với mỗi tập hợp còn lại của môi trường đã chọn, chúng ta tìm thấy một tập hợp khác với nó chỉ ở một vị trí (theo giá trị của chỉ một trong các tọa độ x1,x2,x3x_1, x_2, x_3)? Cố gắng tìm ước tính cho bài toán tổng quát hơn, khi xem xét các bộ không phải ba mà là bốn hoặc một số lượng lớn các chữ cái.
  1. a) Xét hàm f(x,y)=x2+xy+y2f(x, y)=x^2+xy+y^2. Chứng minh rằng với mọi điểm (x,y)(x, y) đều tồn tại các số nguyên (m,n)(m, n), mà

f(x−m,y−n)=(x−m)2+f(x-m, y-n)=(x-m)^2+
+(x−m)(y−n)+(y−n)2≤12.+(x-m)(y-n)+(y-n)^2\leq \frac{1}{2}.

  1. Chúng ta hãy biểu thị bằng f(x,y)f(x, y) số nhỏ nhất trong số f(x−m,y−n)f(x-m, y-n) cho tất cả các số nguyên m và n. Phát biểu bài toán a) là bất đẳng thức f(x,y)≤12f(x, y)\leq \frac{1}{2} đúng với mọi (x,y)(x, y). Chứng minh rằng bất đẳng thức mạnh hơn f(x,y)≤13f(x, y)\leq \frac{1}{3} trên thực tế là đúng. Tìm tất cả các điểm thỏa mãn đẳng thức f(x,y)=13f(x, y)=\frac{1}{3}.

b) Xét hàm số

fa(x,y)=x2+axy+y2(a≥0).f_a(x, y)=x^2+axy+y^2(a\geq 0).

Tìm số C (phụ thuộc vào a) sao cho tất cả (x,y)(x, y) thỏa mãn bất đẳng thức ∣fˉa(x,y)∣≤C|\bar{f}_a(x, y)|\leq C. Hãy cố gắng tìm một ước tính chính xác.

Tờ 40

tr. 38Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

38

các phương pháp chứng minh mà bồi thẩm đoàn không biết.

Trở ngại là bài toán Số 4, được đưa ra ở tất cả các lớp. Nhiều vấn đề đã được giải quyết bằng bài toán này, nhưng họ đã quên rằng sự sắp xếp các vòng tròn có thể khá kỳ lạ: các vòng tròn có thể chồng lên nhau, tâm của chúng có thể nằm gần nhau, v.v. Về cơ bản, trong bài toán này, một hình được bao phủ bởi các vòng tròn có thể có hình dạng gần như tùy ý và người ta phải đưa ra một lý do phù hợp với bất kỳ hình nào như vậy. bài toán này có lời giải rất ngắn và màu đỏ. Trong mỗi lớp, chỉ có một học sinh giải được câu đó (bảng ở trang 39 cho thấy có bao nhiêu người giải được từng bài toán hoàn toàn hoặc bằng các quy trình nhỏ). bài toán khác cũng được lặp lại trong các lớp bằng nhau, nhưng cách diễn đạt của chúng khác nhau. Ví dụ: bài toán 1 ở lớp chín khác với bài toán 1 ở lớp tám ở chỗ số nn được đặt cùng với số 100. Nhiệm vụ 7 của lớp chín khác với bài toán 5a của lớp tám ở chỗ điểm mà các đường giao nhau không được đặt tên và do đó về cơ bản là có điều kiện.

Là một ví dụ thú vị hơn về dviprovannya, chúng tôi sẽ cho bài toán 3 (lớp 8) và 5 (lớp 9). Câu đầu tiên trong số bài toán này chỉ đơn giản là trường hợp đặc biệt của câu thứ hai (đối với m=2m=2, n=10n=10), nhưng trong công thức lớp 8, nó được nêu rõ hơn chính xác những gì được yêu cầu trong lời giải: (1) chỉ ra đáp số (câu hỏi đáp số này - 11 câu hỏi - gần như được tìm thấy

Tờ 41

tr. 39Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

39

Tất cả); (2) chứng minh có thể tìm ra tất cả các số trong 11 câu hỏi (việc này rất đơn giản); (3) chứng minh rằng không thể tìm ra các số trong 10 câu hỏi trở xuống.

Bài toán 3 (lớp 8). Đặt aa và cc là hai số ở dòng trên cùng, và bb và dd là các số bên dưới chúng:

…a…c…\dots a \dots c \dots
…b…d…\dots b \dots d \dots

Điều kiện duy nhất mà con số này sẽ thỏa mãn là a+d=c+ba+d=c+b. Hãy viết lại điều kiện này như sau: a−b=c−da-b=c-d. Do đó, sự khác biệt giữa số ở hàng trên cùng và số ở dưới nó là như nhau đối với tất cả các cột; Hãy biểu thị sự khác biệt này bằng yy. Bảng có thể được viết như thế này:

x1x2…x9x10x1−yx2−y…x9−yx10−y\begin{array}{c c c c c} x_1 & x_2 & \dots & x_9 & x_{10} \\ x_1-y & x_2-y & \dots & x_9-y & x_{10}-y \end{array}

x1,…,x10x_1, \dots, x_{10}, yy là các số tùy ý. Bảng này có thể được xác định trong 11 câu hỏi. Ví dụ: trong 10 câu hỏi, bạn có thể tìm thấy 10 số x1,…,x10x_1, \dots, x_{10} từ dòng đầu tiên, sau đó, bằng cách hỏi một câu hỏi “số nào đứng đầu ở dòng thứ hai?”, hãy tìm yy.

Gần như rất khó khăn khi chỉ trong chưa đầy 11 câu hỏi thì không thể tìm ra 11 ẩn số. Tuy nhiên, bồi thẩm đoàn không cho rằng điều này quá táo bạo và yêu cầu làm rõ

neniya. Khó khăn lớn nhất đối với những người tham gia là viết ra lời giải bài toán đầy đủ và rõ ràng. Việc viết các hàng và bảng bao gồm một số lượng lớn các phần tử và xử lý chúng một cách trôi chảy hầu như không thể coi là một khó khăn thuộc loại này.

Bài toán 6 (lớp 8). Ta sẽ chứng minh khẳng định bài toán bằng phản chứng. Giả sử rằng tổng của hai số trong số 25 hoặc hiệu của chúng nằm trong số các số còn lại.

Hãy sắp xếp các số này theo thứ tự tăng dần:

a1<a2<⋯<a24<a25.a_1 < a_2 < \dots < a_{24} < a_{25}.

Hãy xem xét hầu hết các số a25a_{25} được ghép nối với bất kỳ số nào khác. Rõ ràng, tổng của các số đó không nằm trong số các số đã cho, vì

a25+ai>a25(i=1,2,…,24).a_{25} + a_i > a_{25} \quad (i=1, 2, \dots, 24).

Vì vậy, sự khác biệt của những con số này

a25−a24<a25−a23<⋯<a25−a1a_{25} - a_{24} < a_{25} - a_{23} < \dots < a_{25} - a_1

phải nằm trong số đã cho. Tùy chọn duy nhất có thể:

a25−a24=a1,a25−a23=a2,…,a25−a1=a24a_{25} - a_{24} = a_1, a_{25} - a_{23} = a_2, \dots, a_{25} - a_1 = a_{24}

hoặc, cái gì giống nhau,

a24+a1=a23+a2=⋯=a13+a12=a25.a_{24} + a_1 = a_{23} + a_2 = \dots = a_{13} + a_{12} = a_{25}.

Số người tham gia đã giải được từng bài toán

| lớp 8 | № bài toán | Ngày tôi | | | ngày thứ hai | | | | |
| :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— |
| | Quyết định | 1 | 2 | 3 | 4 | | 5 | 6 | 7 | 8 |
| | | 30 | 7 | 22 | 1 | | | 42 | 15 | 13 |
| lớp 9 | № bài toán | 1 | 2 | 3 | | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| | Quyết định | 56 | 31 | 0 | | 1 | 6 | 9 | 1 | 16 |
| lớp 10 | № bài toán | 1 | 2 | 3 | | 4 | 5 | 6* | 7* | 8* |
| | Quyết định | 26 | 43 | 65 | | 1 | 5 | 32 | 1 | 18 |

  • Các kết quả khác nhau mà người tham gia thu được trong các nhiệm vụ này không hoàn toàn phù hợp với khuôn khổ của các câu hỏi đã được xây dựng sẵn; số lượng học sinh, kết quả đầy đủ và chính xác nhất thu được, các ví dụ được xây dựng, v.v.

Tờ 42

tr. 40Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

40

Bây giờ hãy xem xét số a24a_{24} trong pala với bất kỳ số nào trong số 23 số đầu tiên. Cặp số a1a_1 và a24a_{24} được vì a24+a1=a25a_{24}+a_1=a_{25}. Tổng các số

a24+a2,…,a24+a23a_{24}+a_2,\dots,a_{24}+a_{23}

không được bao gồm trong số này, vì

a24+ai>a24+a1=a25,a_{24}+a_i>a_{24}+a_1=a_{25},

(i=2,3,…,23i=2,3,\dots,23).

Vì vậy, sự khác biệt của các số này phải được chứa trong các số đã cho. Hãy viết chúng theo thứ tự tăng dần:

a24−a23<a24−a22<⋯<a24−a2.a_{24}-a_{23}<a_{24}-a_{22}<\dots<a_{24}-a_2.

Từ đẳng thức a23+a2=a25a_{23}+a_2=a_{25} suy ra a24−a2<a23a_{24}-a_2<a_{23} và do đó phương án khả thi duy nhất là:

a24−a23=a1,a24−a22=a2,…,a24−a12=a12,…,a24−a2=a22.a_{24}-a_{23}=a_1, \quad a_{24}-a_{22}=a_2, \dots, a_{24}-a_{12}=a_{12}, \dots, a_{24}-a_2=a_{22}.

Nhưng trong trường hợp này, chênh lệch a24−a12a_{24}-a_{12} không có trong các số còn lại và tổng a24+a12a_{24}+a_{12} hoàn toàn không có trong các số đã cho. Chúng tôi có một sự mâu thuẫn. Như vậy khẳng định bài toán đã được chứng minh.

Bài toán hóa ra đúng với các số nn, trong đó n≥4n \geq 4. Bằng chứng có thể được xác minh theo cách tương tự, và thậm chí với nn, chúng ta có thể thu được mâu thuẫn ngay từ bước đầu tiên trong quá trình phủ nhận lý luận của mình. Hãy cố gắng tự mình viết ra bằng chứng này.

Điều gây bất ngờ cho ban giám khảo là phần lý thuyết tương đối dễ bài toán 3 (lớp 10). Bài toán hóa ra chỉ khả thi đối với một phần ba số học sinh lớp mười. Điều này có lẽ cho thấy rằng sự hiểu biết về không gian của phần lớn những người tham gia Olympic chưa được phát triển đầy đủ.

Bài toán 3 (lớp 10). Ở đây chúng ta đang nói về một phép chiếu trực giao tổng quát. Định nghĩa về hình chiếu của một vật lên một mặt phẳng nhất định có trong sách giáo khoa. Ta cần xác định hình chiếu của vật lên một đường thẳng.

Hình chiếu của một điểm lên một đường thẳng cho trước được gọi lên một đường thẳng cho trước, khi đó hình chiếu của nó sẽ là chính điểm này.

Hình chiếu của một vật thể lên một đường thẳng cho trước được gọi là một đường thẳng cho trước, khi đó hình chiếu của nó sẽ chính là điểm này.

Giả sử PP là một mặt phẳng và ll là một đường thẳng nằm trên PP. Từ định lý về ba phân phối lại, có thể thu được hình chiếu của bất kỳ điểm nào lên đường thẳng ll bằng cách chiếu liên tiếp điểm này lên mặt phẳng PP và chiếu điểm thu được lên đường thẳng.

Theo điều kiện bài toán hình chiếu của vật lên hai mặt phẳng là một hình tròn. Giả sử rằng các mặt phẳng này cắt nhau dọc theo đường thẳng ll. Từ kết quả trên, hình chiếu của vật lên đường thẳng ll trùng với hình chiếu của mỗi đường tròn lên ll. Từ đây ta kết luận rằng hình chiếu của các đường tròn ll trùng với nhau.

Rõ ràng hình chiếu của một đường tròn lên đường thẳng ll nằm trong mặt phẳng của nó là một đoạn thẳng bằng đường kính của đường tròn đó. Do đó, các vòng tròn này có cùng đường kính và bán kính.

Trường hợp các mặt phẳng này song song với nhau là rất thuận tiện.

Có thể nói, bài toán còn lại của ngày đầu tiên đối với học sinh lớp 10 tuy khó hơn nhưng đều cho phép số lời giải đáng kể so với lời giải bài toán số 3 ở trên.

Phiên bản lớp chín phải thừa nhận là có phần quá tải: không có một phiên bản nào “hoàn toàn đơn giản” bài toán ở đây. Đặc biệt, bài toán 3 vẫn chưa được giải quyết triệt để.

Vòng thứ hai đặc biệt khó khăn, khi bài toán được thu thập, đòi hỏi phải suy nghĩ lâu dài. Và vì cũng giống như hồi lớp mười,

Tờ 43

không đánh sốChép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

chỉ quyết định một bài toán, sau đó, cố gắng làm mọi thứ, những điều không tầm thường đã không làm gì cả.

Vòng đầu tiên vào năm lớp 8 đã được đạo diễn. Không một học sinh nào giải được tất cả bài toán. Tuy nhiên, ở vòng thứ hai, trước sự ngạc nhiên của Zhorny, ba người đã quyết định mọi chuyện bài toán. Hai trong số ba bài toán loại hai bao gồm nhiều câu hỏi. Trong bài toán 5 của đoạn 6) là sự khái quát hóa của điểm a), và lời giải bài toán 7 a), 6), c) hoàn chỉnh cho phép học sinh xây dựng và chứng minh một phát biểu khái quát hóa cả ba điểm của điều này bài toán một cách tự nhiên.

Thí nghiệm 11 được thực hiện nhất quán nhất ở lớp 10, nơi những người tham gia chỉ được yêu cầu chọn một bài toán và dành cả năm giờ cho nó lời giải. Điều tò mò là cả ba bài toán hóa ra đều tương đương nhau. Học sinh lớp 10 được chia thành ba nhóm “chuyên gia” gần như bằng nhau cho mỗi bài toán. Trong mỗi bài toán đều có sẵn một “trần” - bài toán đã được đưa (hoặc gần như được đưa) đến cuối cùng, tức là đạt được kết quả mà zhurni đã có. Ví dụ: trong bài toán 6 điểm a) - b); trong bài toán 7 cho 0<a<2, người ta đã tìm thấy ước tính chính xác C=1a+2C = \frac{1}{a+2}. Các vấn đề 6–8 sẽ được thảo luận trong các bài viết riêng trong số đầu tiên của «Kvant» năm tới và nếu cho đến nay bạn đã đạt được kết quả thú vị về những vấn đề này, hãy viết thư cho chúng tôi!

Các thành viên của Zhurni đã kiểm tra từng tác phẩm của hơn 500 người tham gia Olympic ít nhất hai lần và những tác phẩm gây tranh cãi nhất đã được 10 người trở lên xem xét. Tóm lại, tất cả học sinh đều được thông báo lời giải bài toán và một phân tích cá nhân về công việc của các em đã được thực hiện.

Tờ 44

tr. 42Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

42

Tại những cuộc họp này, các chàng trai có thể nhìn vào sổ ghi chép của mình và nói chuyện với các thành viên ban giám khảo, tìm ra tất cả các câu hỏi mà họ quan tâm trong bài tập và học những câu hỏi mới bài toán. Ví dụ, thành viên ban giám khảo N. Konstantinov đã tiến hành một vòng tròn kéo dài hai giờ, trong đó các học sinh đề xuất nhiều nhất bài toán mà các em nghĩ ra và cùng nhau giải quyết. Chúng tôi không thể chỉ giải được một bài toán, do người tham gia Olympic N. Romanov đề xuất.

Bài toán. Điểm nào trên mặt phẳng được tô bằng một trong ba màu: đỏ, xanh hoặc vàng. Có nhất thiết phải tìm ba điểm của một điểm tạo thành một hình tam giác giống hình này không?

Các trưởng nhóm cũng không đứng sang một bên. Các thành viên ban giám khảo đã đưa ra một số bài giảng cho họ.

Chúng tôi kết thúc bằng một nghiên cứu khác bài toán từ danh mục của ban giám khảo, dành cho Loại II nhưng không được đưa vào do quá tải lựa chọn.

Bài toán a. Hãy để −1≤x1≤x2≤≤xn≤1-1 \leq x_1 \leq x_2 \leq \leq x_n \leq 1. Nếu đối với một số aa, anh túc, −1≤a≤0-1 \leq a \leq 0, ∣(a−x1)(a−x2)…(a−xn)∣>1|(a - x_1)(a - x_2) \dots (a - x_n)| > 1, thì đối với bất kỳ xx, anh túc, 0≤x≤10 \leq x \leq 1, ∣(x−x1)(x−x2)…(x−xn)∣≤1|(x - x_1)(x - x_2) \dots (x - x_n)| \leq 1 nào đó.

Chứng minh khẳng định này:
a) tại n=2n=2; 6) tại n=3n=3;
b) cho nn tùy ý.

Olympic thể chất toàn Liên đoàn V

I. A. Zaitsev

Từ ngày 15 đến ngày 20 tháng 4, Olympic Vật lý Liên đoàn Trọng lượng lần thứ 5 được tổ chức tại Novosibirsk. Theo truyền thống đã được thiết lập sẵn, nó diễn ra thành hai vòng: lý thuyết và thực nghiệm. Bằng cách chọn bài toán, ban giám khảo muốn đảm bảo rằng với lời giải của họ, có đủ kiến ​​thức mà một lập trình viên trung học đảm nhận, nhưng nó sẽ đòi hỏi “tư duy vật lý”, hiểu biết về những gì có thể bị bỏ qua, hiểu biết về cách diễn ra quá trình được mô tả trong nhiệm vụ, v.v. Ban giám khảo gặp khó khăn nhất với các nhiệm vụ của vòng thử nghiệm. Không nên yêu cầu họ trong lời giải quá nhiều thời gian và họ phải có “chất lượng Olympic”:

ở lời giải cần phải thể hiện quyết tâm, suy nghĩ cách bố trí thí nghiệm tốt nhất để thu được kết quả chính xác nhất có thể. Tuy nhiên, điều này được áp dụng cho cả các vấn đề lý thuyết và thực nghiệm.

Tổng cộng, ban giám khảo đã chọn ra 14 bài lý thuyết và 10 bài thực nghiệm bài toán. Một số bài toán được lặp lại ở các lớp khác nhau. Dưới đây, chúng tôi công bố tất cả các nhiệm vụ được đưa ra tại Olympic (một số trong số chúng đã được xuất bản trong «Kvant» Số 10, một số chúng tôi xuất bản trong số này trong “Vấn đề «Kvant»”).

Mỗi tác phẩm của những người tham gia Olympic được thực hiện hai lần - lần đầu tiên bởi một thành viên ban giám khảo, sau đó

Tờ 45

tr. 43Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

43

Mỗi bài toán trong công việc đều được các “chuyên gia” kiểm tra riêng cho bài toán này. Điều này cho phép các yêu cầu được thực hiện thành công và giảm khả năng xảy ra lỗi. Những tác phẩm hay nhất và tệ nhất cũng được cấp trên kiểm tra theo phương án.

Công việc chuẩn bị bài toán và kiểm tra công việc được chủ trì bởi: chủ tịch hội đồng giám khảo - viện sĩ S. T. Bellev, các cấp phó - E. I. Bichenkov và I. Sh. Slobodetsky.

Chúng ta hãy lấy ví dụ lời giải hai đặc điểm 克斯 “olympid” bài toán thuộc loại lý thuyết.

  1. Hai proton và hai positron, ban đầu kết thúc ở các đỉnh của hình vuông ở cạnh aa (Hình 1), được tách ra. Tỷ số khối lượng của chúng là M/m=2000M/m=2000, và điện tích bằng nhau. Tìm tỉ số vận tốc của proton và positron sau khi phân hủy (ở vô cực). (lớp 10).

Ban đầu mọi hạt đều chịu tác dụng của các lực bằng nhau. Nhưng khối lượng của proton lớn hơn khối lượng của positron 2000 lần. Điều này có nghĩa là gia tốc của positron sẽ lớn hơn 2000 lần gia tốc của proton. Do đó, các positron nhanh chóng lan rộng ra vô tận, sau đó các proton sẽ lan rộng ra, chỉ tương tác với nhau. Điều này cho phép coi proton là đứng yên khi tính vận tốc của positron.

Hãy tìm tổng thế năng của positron trước khi phân rã. Nếu không có proton, thì thế năng tương tác giữa hai positron sẽ bằng e2a2\frac{e^2}{a\sqrt{2}} (tức là công cần tiêu tốn để hợp nhất hai positron). Điện thế trường mà mỗi proton tạo ra tại điểm đặt positron là rất cao. Do đó, tổng thế năng của positron sẽ bằng

Π1=e2a2+2eae+2eae=e2a(4+12).\Pi_1 = \frac{e^2}{a\sqrt{2}} + 2\frac{e}{a}e + 2\frac{e}{a}e = \frac{e^2}{a} \left( 4 + \frac{1}{\sqrt{2}} \right).

(Chúng ta có thể bỏ qua thế năng tương tác của các proton, vì nó không thay đổi - các proton đứng yên.) Toàn bộ năng lượng này sẽ biến thành động năng của các positron khi chúng phân tán. Rõ ràng là vận tốc của positron ở vô cực là như nhau. Đó là lý do tại sao

e2a2=Mu2.(1)\frac{e^2}{a\sqrt{2}} = Mu^2. \tag{1}

Bây giờ hãy xem xét sự giãn nở của proton. Thế năng của chúng trước khi phân hủy, rất cao, bằng e2a2\frac{e^2}{a\sqrt{2}}, và tổng động năng sau khi phân hủy bằng Mu2Mu^2 (và là tốc độ của proton). Theo định luật bảo toàn năng lượng

e2a2=Mu2.(2)\frac{e^2}{a\sqrt{2}} = Mu^2. \tag{2}

Chia phương trình (2) cho phương trình (1), ta được

142=Mm(uv)2,\frac{1}{4\sqrt{2}} = \frac{M}{m} \left( \frac{u}{v} \right)^2,

Ở đâu

uv=mM142+1≈0,007.\frac{u}{v} = \sqrt{\frac{m}{M} \frac{1}{4\sqrt{2}} + 1} \approx 0,007.

  1. Trên bàn chính có hệ các quả nặng như hình 2. Hệ số ma sát giữa các quả nặng MM và mm bằng kk. Trọng lượng phía dưới bên phải được kéo dọc theo bàn với một lực FF, như được chỉ ra trong hình. Tìm gia tốc của tất cả các tải trong hệ. (lớp 8).

Đây là cách Vadim Mirny (trường số 2, Mátxcơva) giải bài bài toán, người đạt điểm tối ưu cấp 2.

Hãy đánh số lại các tải như Hình 2. Chọn hệ thống báo cáo liên kết với bảng và chiều dương về bên phải. Khi đó phần dưới không thể có gia tốc âm.

Đặt các vật nặng 3 và 4 trên bàn vào cột có gắn sợi chỉ. Trong trường hợp này, luồng

Tờ 48

tr. 46Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

46

cắt các khối thủy tinh AA và BB có chiều dài ll mỗi khối (Hình 6). Tốc độ ánh sáng trong không khí là cc, trong thủy tinh đứng yên - vv. Ánh sáng sẽ truyền dọc theo đường đi phía dưới nhanh hơn bao nhiêu nếu khối lập phương BB được di chuyển với tốc độ uu? (77)

bài toán này phải được giải theo xấp xỉ của v≪cv \ll c và u≪cu \ll c. Tuy nhiên, nhiều người tham gia đã giải được bài toán trong trường hợp tổng quát bằng cách sử dụng các công thức từ lý thuyết năng lượng tương đối.

  1. Ba vật có khối lượng m1,m2,m3m_1, m_2, m_3 có thể trượt dọc theo một đường nằm ngang không ma sát (Hình 7), và m1≫m2m_1 \gg m_2 và m3≫m2m_3 \gg m_2. Xác định vận tốc cực đại của hai cạnh của các vật này, nếu tại thời điểm ban đầu chúng tích lũy và vật ở giữa có tốc độ VV. Các tác động được coi là hoàn toàn đàn hồi. (43)

Bạn không nên giải “trực tiếp” bài toán này bằng cách soạn một số lượng lớn các phương trình. Ở đây cần phải thu được hệ quả của các điều kiện m1≫m2m_1 \gg m_2 và m3≫m2m_3 \gg m_2.

  1. Một quả bóng có bán kính RR trượt xuống cầu thang có chiều rộng và chiều cao của bậc thang là a≪Ra \ll R (Hình 8). Quả cầu đồng biến có các bậc không đàn hồi, không có ma sát. Vận tốc tối đa mà quả bóng đạt được khi tới cầu thang lớn là bao nhiêu? (16)

  2. Có nước đựng trong một hình trụ có pít-tông, bên trong lúc đầu có một khoang có thể tích VV (Hình 9). Áp suất hơi trong khoang không đáng kể. Pít-tông tác dụng áp suất không đổi PP lên mặt nước. Nước sẽ thu được động năng bao nhiêu khi lỗ rỗng biến mất? Vận tốc ban đầu của nước bằng không. Sức mạnh có thể được bỏ qua. (109)

  3. Khối lượng mm của hydro và lượng oxy cần thiết để đốt cháy hoàn toàn đi vào buồng đẩy phản lực mỗi giây. Tiết diện đáp ứng đầu ra của vòi chuyển động là SS, áp suất tại giây này là PP, nhiệt độ là T∘T^\circ K. Xác định lực kéo của chuyển động.

30 học sinh lớp chín tham gia Olympic không giải được một bài toán, 45 học sinh giải được một, 51 - hai, 29 - ba, 13 - vào thứ Năm. Chỉ có hai người làm được mọi thứ bài toán.

lớp 10 (249 người tham gia)

  1. Hình 10 cho thấy một phần của mạch bao gồm các điện trở chưa xác định. Làm thế nào, với một ampe kế, một vôn kế, một nguồn dòng điện và các dây nối, bạn có thể đo giá trị của một trong các điện trở mà không làm đứt một tiếp điểm nào trong mạch? (45)

Vấn đề có lời giải rất ngắn và thú vị. Hãy cố gắng tìm nó.

  1. Một con lắc BCBC với một quả cầu có khối lượng mm được treo vào một con lắc ABAB với một quả cầu có khối lượng MM (Hình 11). Điểm AA dao động theo phương nằm ngang với chu kỳ TT. Tìm độ dài của sợi chỉ BCBC nếu biết rằng sợi chỉ ABAB luôn thẳng đứng. (35)

  2. Xem bài toán 5 cho lớp 9. (120)

  3. Hai proton và hai positron, ban đầu được lục lọi trong phiên bản

Tờ 49

tr. 47Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

47

Lốp xe vuông bên hông aa (xem Hình 1 trang 44) bung ra. Tỷ số khối lượng của chúng là M/m=2000M/m=2000, và điện tích bằng nhau. Tìm tỉ số vận tốc của proton và positron sau khi phân hủy (ở vô cực). (5)

Điều chính trong bài toán này là hiểu các hạt sẽ phân tán như thế nào.

  1. Ánh sáng từ nguồn SS truyền tới màn hình sẽ đi qua một khối thủy tinh có cạnh ll (Hình 12). Ánh sáng tới màn hình nhanh hơn bao nhiêu nếu khối lập phương được di chuyển với tốc độ vv? Tốc độ ánh sáng là cc, chiết suất của thủy tinh là nn. (97)

Xem thay thế cho bài toán 1 cho lớp 9.

74 người tham gia Olympic hạng mười không giải được một bài toán, 69 người chỉ giải được một, 52 - hai, 25 - ba, 13 - bốn. Tất cả bài toán chỉ được giải bởi một người tham gia Olympic.

Nhiệm vụ tham quan thực nghiệm

Khi thực hiện công việc thử nghiệm, điều quan trọng không chỉ là thực hiện đúng mà còn phải thực hiện một cách đơn giản, hóm hỉnh và độc đáo. Cần phải xem xét liệu có thể xác minh các phép đo cần thiết bằng một số phương pháp hay không.

lớp 8

  1. Xác định hiệu suất của mặt phẳng nghiêng bằng đồng hồ bấm giờ, thước và khối.

  2. Tìm tỉ số giữa hệ số ma sát tĩnh và ma sát trượt cho một thanh và hai thanh gỗ tròn.

  3. Có hai quả bóng được treo trên những sợi dây có chiều dài bằng nhau tới một điểm, một mảnh nhựa và một thước đo góc. Khối lượng của một trong những quả bóng đã được biết. Xác định khối lượng của thứ hai.

  4. Có hai hộp đen. Một trong số chúng chứa một bóng đèn, và cái còn lại chứa một điện trở. Tìm vị trí của nó bằng cách sử dụng pin, ampe kế và vôn kế.

lớp 9

  1. Xem bài toán 2 cho lớp 8.

  2. Xác định trọng lượng riêng của chất lỏng bằng ống, bình chứa chất lỏng và thước kẻ.

  3. Xác định sự phụ thuộc chu kỳ dao động của ma trận vật lý (bắn với đáp án) vào độ dài. Có hai cây gậy giống hệt nhau với bộ phận phản hồi và một mảnh vỡ có ghim để có thể gắn những cây gậy này vào.

  4. Xác định nhiệt độ tan chảy của nước đá bằng nhiệt lượng kế, nhiệt kế, nước đá và cốc thủy tinh.

lớp 10

  1. Xác định đ. d.s. và điện trở trong của nguồn, có nguồn đã biết e. d.s., micropermeter, hai tụ điện giống hệt nhau, điện trở đã biết.

  2. Xác định chiết suất của một tấm thủy tinh phẳng song song.

  3. Xác định độ ẩm của tuyết bằng nhiệt lượng kế, nhiệt kế, cốc thủy tinh và nước.

  4. Xem bài toán 3 cho lớp 9.

Hãy cố gắng tự mình thực hiện công việc này.

Tờ 50

tr. 48Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

48

Giao thông
TRONG NHIỆM VỤ
TRÊN ĐỒNG PHỤC
QUY TRÌNH

B. A. Kordemsky

Kỳ thi tuyển sinh môn toán cung cấp nhiều loại bài toán để soạn phương trình. Nhiều trong số chúng thuộc loại bài toán, mô tả các quy trình thống nhất: di chuyển với tốc độ không đổi, cung cấp nước qua đường ống với lưu lượng không đổi, thực hiện công việc với năng suất lao động không đổi, trả tiền cho một quy trình với tốc độ không đổi, v.v.

Thông thường, cách giải các bài toán hình học bài toán như vậy là dễ dàng nhất bằng cách vẽ đồ thị sự phụ thuộc giữa các đại lượng đang xét trong các điều kiện bài toán.

Trên biểu đồ, một quy trình thống nhất được mô tả dưới dạng một đường thẳng (Hình 1); trong trường hợp này, các biến phụ thuộc và biến độc lập yy và xx có liên quan với nhau bằng sự tương ứng

y=kx+b∗y = kx + b^*

Mỗi điểm MM của biểu đồ mô tả một “trạng thái” nhất định của quy trình thống nhất đang được xem xét: abscissa x0x_0 và ordata y0y_0 điểm MM cho biết về các giá trị cường độ đặc trưng cho quy trình.

Ví dụ: khi một vật chuyển động đều dọc theo một đường thẳng, lấy làm trục tọa độ thì đồ thị tọa độ của nó theo thời gian được biểu diễn dưới dạng đường thẳng **).

Trong Hình 2, trục hoành và tọa độ của điểm M0M_0 cho thấy một người nào đó đã đi 3,5 km (OA km) bằng taxi, đã trả 45 kopecks (OB kopeck) cho hành trình.

Trong Hình 3, đường thẳng ADAD là đồ thị độ dài cung của một ngọn nến đang cháy đều. Đoạn thẳng OAOA (lấy theo tỷ lệ trục OyOy)

*) Nói chung, một đường thẳng cũng có thể được xác định bằng sự tương ứng x=cx = c (y là tùy ý), nhưng các phương trình như vậy thường không phát sinh vấn đề, vì trong trường hợp này yy không phụ thuộc vào xx.

**) Xem bài viết của Yu. V. Zaichkov “Đồ thị chuyển động”, «Kvant» Số 6, 1970, trang 39-45.

Tờ 51

tr. 49Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

49

có nghĩa là chiều dài ban đầu của nến; đoạn BM (lấy trên cùng một thang đo) là chiều dài của than sau t đơn vị thời gian (t=OB trên thang trục Ox). Ngược lại, đoạn MC cho chúng ta biết độ dài phần cháy của nến tại cùng thời điểm t và đoạn OD cho chúng ta biết thời gian sau đó ngọn nến cháy hoàn toàn. Rõ ràng, tỷ lệ MCAC=AOOD\frac{MC}{AC} = \frac{AO}{OD} đặc trưng cho tốc độ của nến.

Lưu ý rằng đường thẳng AD trong Hình 3 cũng có thể được coi là đồ thị chiều dài phần cháy của cây nến, nếu trục vẽ độ dài phần cháy của cây nến được coi là đường thẳng AO (A là gốc tọa độ, AA’ là trục thời gian).

Ví dụ này rất hữu ích khi xây dựng đồ thị chuyển động ngược hoặc công việc “bộ đếm” trên cùng một bản vẽ (khi hai người thực hiện một nhiệm vụ, bể chứa đầy hai ống).

Khi lời giải bài toán trên các quy trình thống nhất, điều quan trọng là phải học cách dịch điều kiện đại số bài toán sang ngôn ngữ hình học của đồ thị. Trong trường hợp này, không cần thiết phải lập phương trình đường thẳng mô tả một quá trình thống nhất. Để xây dựng nó theo hệ tọa độ trực tiếp, chỉ cần biết hai “trạng thái” bất kỳ của quá trình này là đủ.

Hình 4 cho thấy mô hình hình học của bài toán sau đây (văn bản của điều kiện được nhận xét bằng các thay thế về sự tương ứng của cách giải thích hình học).

Bài toán 1. Lò hấp bắt đầu được chất tải bởi 4 cần cẩu có công suất bằng nhau. (Hãy để đoạn OA tạo ra–

Cơm. 2. Bảng giá vé taxi.

Cơm. 3. Đồ thị chiều dài của cuống nến.

chiều dài sóng - khối lượng toàn bộ công việc, OA’ - lịch làm việc ước tính của 4 cần cẩu này.) Sau khi làm việc được 2 giờ (OB = AB’ = 2 giờ), chúng được nối thêm 2 cần cẩu có công suất thấp hơn (đường gãy AB’C - đồ thị công “ngược” của hai cần trục này so với hệ trục AA’ và AO; tỷ lệ trên các trục này giống như trên trục Ox và Oy) và sau đó quá trình cắt kết thúc. trong 3 giờ (BE=3 giờ; DE và DE’ - khối lượng công do hai cần cẩu tương ứng thực hiện khi chúng cùng làm việc).

Nếu tất cả các cần cẩu bắt đầu làm việc cùng một lúc (lịch trình mới cho hai cần cẩu là AF trực tiếp, với AF || B’C) thì việc cắt sẽ hoàn thành trong 4,5 giờ (đoạn ON = 4,5 giờ).

Cơm. 4. Lịch vận hành cầu trục.

Tờ 52

tr. 50Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

50

Hãy xác định xem chúng ta sẽ mất bao nhiêu giờ để hoàn thành một cần cẩu với công suất ít hơn.

Tất nhiên, bài toán này có thể được giải theo cách thông thường: đưa ra ẩn số và lập hệ hai phương trình, sau đó giải *). Nhưng việc sử dụng đồ thị tạo điều kiện thuận lợi rất nhiều cho việc lựa chọn hợp lý các ẩn số và tìm ra mối liên hệ giữa các đại lượng đã cho và các đại lượng mong muốn. Lời giải trong trường hợp này, nó trở nên ngắn hơn và rõ ràng hơn, vì nó trở thành một định luật hoàn hảo để có thể sử dụng các đặc tính hình học, chẳng hạn như sự giống nhau của các hình tam giác.

Lời giải. Hai cần cẩu công suất thấp hoàn thành toàn bộ công việc (OA) trong OF giờ; Hãy tìm độ dài của đoạn này. Để làm điều này, hãy xem xét hai cặp hình tam giác giống nhau:

△ODE∼△OMN,\triangle ODE \sim \triangle OMN,
từ đâu DEMN=54,5;\frac{DE}{MN} = \frac{5}{4,5};

△CDE∼△FMN,\triangle CDE \sim \triangle FMN,
từ đâu DEMN=ECNF,\frac{DE}{MN} = \frac{EC}{NF},

hoặc 54,5=OF+2−5OF−4,5.\frac{5}{4,5} = \frac{OF + 2 - 5}{OF - 4,5}. Do đó tìm ra OF = 18. Vì 18 giờ là thời gian hoạt động của hai cần cẩu công suất thấp nên một cần trục như vậy sẽ hoàn thành chuyển động trong 36 giờ.

Lý luận sử dụng giải thích đồ họa có thể được áp dụng thành công cho lời giải và bài toán tương tự, trong đó chúng ta đang nói về hợp kim hoặc hỗn hợp của hai chất.

Bài toán 2. Có hai hợp kim vàng và bạc; ở một nơi, lượng kim loại này theo tỷ lệ 2:3, ở nơi khác - theo tỷ lệ 3:7. Cần lấy bao nhiêu từ mỗi hợp kim để thu được 8 kg hợp kim mới trong đó vàng và bạc có tỷ lệ 5:11?

Lời giải. Chúng ta sẽ giải bài toán bằng phần vàng trong hợp kim. Vàng cấu thành 25\frac{2}{5} của hợp kim thứ nhất, 310\frac{3}{10} của hợp kim thứ hai và 516\frac{5}{16} của hợp kim mong muốn; dẫn đến chung

*) Xem N. P. Antonov, M. Ya. Vygodsky, V. V. Nikitin, A. I. Sanik, “Bộ sưu tập bài toán về toán tiểu học”, M., “Nauka”, 1960, bài toán Số 462.

Cơm. 5. Đồ thị khối lượng vàng trong hợp kim số 3.

mẫu số, ta được phân số 3280,2480,2580.\frac{32}{80}, \frac{24}{80}, \frac{25}{80}.

Ta lấy x kg hợp kim số 2 và 8 - x kg hợp kim số 1. Rõ ràng khối lượng vàng trong hợp kim số 2 tỷ lệ với khối lượng x của hợp kim số 1, và khối lượng vàng trong hợp kim số 1 tỷ lệ thuận với khối lượng 8 - x của hợp kim này, tức là nó phụ thuộc tuyến tính vào x. Do đó, khối lượng vàng trong hợp kim số 3, gồm hợp kim số 1 và số 2, cũng phụ thuộc tuyến tính vào x. Hãy dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc này trong hệ tọa độ có các trục: Ox - “khối lượng hợp kim số 2 trong 8 kg hợp kim số 3” và Oy - “180\frac{1}{80} khối lượng vàng trong 8 kg hợp kim số 3”; bạn sẽ có một đường thẳng (Hình 5).

Đường này có thể được xây dựng từ hai điểm của nó: (8, 24) và (0, 32). Chúng phát sinh từ các giá trị biên của x: nếu hợp kim được yêu cầu bao gồm x1=8x_1 = 8 kg hợp kim số 2 (và 0 kg hợp kim số 1), thì rất indo, y1=24y_1 = 24; nếu hợp kim số 3 bao gồm 8 kg hợp kim số 1 (tức là x=0x = 0), thì y0=32y_0 = 32. Bây giờ chúng ta cần tìm hoành độ x của điểm M (đường màu đỏ) với tọa độ y=25; từ sự giống nhau của các hình tam giác chúng ta có được

x8=32−2532−24,\frac{x}{8} = \frac{32-25}{32-24},

từ đó x=7 (kg).

Tờ 54

tr. 52Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

52

ở khoảng cách 1/31/3 chiều dài đường cao tốc, azonchik CC - ở phía trước điểm cuối BB đến khoảng cách tối đa. Gontsik AA lần đầu tiên quyên góp. B tại thời điểm BB hoàn thành dòng đầu tiên của mình và sau 10 phút nữa, AA lần đầu tiên tặng phần cuối của CC. Gonzik BB sẽ đến rìa ít hơn CC 2,5 phút. Sẽ mất bao lâu để tiền boa AA đến?

Không có gì đáng ngạc nhiên khi bị nhầm lẫn trong mạng lưới các chuyển động đan xen này, do đó, trong sơ đồ “thói quen” của việc tạo ra một hệ thống điều khiển*. Nhưng toàn bộ mạng lưới này trở nên trong suốt và chỉ dẫn đến một phương trình nếu chúng ta sử dụng đồ thị.

Lời giải tức là Gọi OxOx là trục thời gian, OyOy trục khoảng cách (Hình 7), OM1=1OM_1=1 chiều dài của đường vành đai, M1M2M_1M_2 “rẽ” thứ hai của cùng một đường cao tốc. Các điểm BB, CC và DD sao cho

OB=BC=CM1=M1D=1/3.OB=BC=CM_1=M_1D=1/3.

Đường thẳng OAOA là lịch trình di chuyển dự kiến ​​của người đưa tin AA. Hãy dựng một đường thẳng DD1∥OxDD_1 \parallel Ox và đánh dấu điểm EE giao điểm của nó với OAOA; theo điều kiện, BEBE là lịch trình di chuyển của người đưa tin BB. Đặt xx là hoành độ của điểm EE; Hãy đánh dấu một điểm FF trên trục OxOx sao cho OF=x+10OF=x+10 và vẽ một đường thẳng FG⊥OxFG \perp Ox đến giao điểm với OAOA tại điểm GG. Khi đó, theo điều kiện, CGCG là lịch trình di chuyển của người đưa tin CC.

Từ hình vẽ ta tìm được

vA=ODx=43x,vB=BDx=1x,v_A=\frac{OD}{x}=\frac{4}{3x}, \quad v_B=\frac{BD}{x}=\frac{1}{x},

Ngoài ra, tùy theo điều kiện,

vC=1x+2.5.v_C=\frac{1}{x+2.5}.

Hãy xây dựng CC1∥OxCC_1 \parallel Ox; rõ ràng là sự khác biệt giữa đường đi FG−C1GFG-C_1G của người đưa tin AA và CC trong thời gian x+10x+10 (phút) là FC1=OC=23FC_1=OC=\frac{2}{3}. Chúng ta thu được phương trình

43x(x+10)−1x+2.5(x+10)=23.\frac{4}{3x}(x+10)-\frac{1}{x+2.5}(x+10)=\frac{2}{3}.

Giải nó, chúng ta tìm thấy x=20x=20 (phút). Trong thời gian này, người đưa tin AA đi vòng tròn 4/34/3

*) Xem bài viết của N. N. Kolesikov “Bài thi viết môn toán tại MSU mexmate năm 1970”, «Kvant» Số 3, 1971, trang 45-50.

Cơm. 7. Lịch trình di chuyển của người đưa tin bắt đầu cùng lúc.

Tờ 55

tr. 53Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

53

Cơm. 8. Đồ thị chuyển động của các tay đua xuất phát từ một điểm.

đường II và điểm 3 x trên trục Ox. Đường thẳng 1 B - đồ thị chuyển động của tay đua B (mỗi lần vượt khi di chuyển vòng tròn và khi vượt vượt người bị vượt một vòng).

Tương tự, tại điểm B₁ của giao điểm của đường 1B và IV, chúng ta tìm điểm C trên đường III, xác định hoành độ 2(3x-1)+1 của nó và xây dựng đồ thị—đường 2C—về chuyển động của tay đua C.

Chiều dài của đường vành đai có thể được lấy làm một và có thể tìm thấy tốc độ của các tay đua (tiếp tuyến của các góc dốc của đồ thị, được xác định từ các tam giác vuông tương ứng):

vA=1x,vB=23x−1,vC=12x−1.v_A = \frac{1}{x}, \quad v_B = \frac{2}{3x-1}, \quad v_C = \frac{1}{2x-1}.

Theo điều kiện bài toán tại thời điểm 3x+3 sẽ có lần thứ hai tay đua A của tay đua C vượt, do đó hiệu quãng đường họ đã đi được (đoạn A’C’) bằng 2. Ta lập phương trình:

vA(3x+3)−vC(3x+1)=2,v_A(3x+3) - v_C(3x+1) = 2,

hoặc

3x+3x−3x+12x−1=2.\frac{3x+3}{x} - \frac{3x+1}{2x-1} = 2.

Trong hai nghiệm của nó, chỉ có x=3 (min.) thỏa mãn điều kiện.

Bài tập

  1. Những quả dưa hấu được mang về căn cứ nhằm mục đích chứa hai matagazin. Matagazin đầu tiên ngay lập tức bắt đầu vận chuyển dưa hấu và vận chuyển chúng hàng ngày với trọng lượng bằng nhau. Cửa hàng thứ hai đến vận chuyển dưa hấu một ngày sau đó và cũng vận chuyển chúng với những phần giống hệt nhau nhưng trọng lượng khác với cửa hàng đầu tiên. Trong những điều kiện này, sau b ngày kể từ khi bắt đầu hoạt động vận chuyển, một nửa số lượng dưa hấu ban đầu đầu tiên vẫn còn ở cơ sở. Hỏi nếu các cửa hàng hoàn thành việc vận chuyển cùng một lúc và trọng lượng dưa hấu mà cửa hàng thứ nhất nhận được bằng trọng lượng dưa hấu mà cửa hàng thứ hai nhận được phải mất bao nhiêu ngày?

  2. (MSU, Khoa Sinh học, 1968). Bể chứa đầy nước bằng cách sử dụng một số máy bơm. Đầu tiên, ba máy bơm có cùng công suất được bật và 2,5 giờ sau khi bắt đầu hoạt động, hai máy bơm nữa có công suất khác nhưng cũng giống hệt nhau được kết nối. Kết quả sau 1 giờ nối 2 máy bơm, lượng nước trong bể thiếu 15 m³ so với thể tích ban đầu và bể vẫn đầy. Một trong hai máy bơm dưới đòn có thể đổ đầy bể trong 40 giờ. Tìm thể tích của thùng.

  3. (MSU, Khoa Hóa học, 1970). Một chiếc xe số tự động đi từ điểm A đến điểm B, đồng thời một chiếc xe vận tốc rời khỏi điểm B đến điểm A. Sau khi gặp nhau họ tiếp tục lên đường. Xe tới điểm B lập tức quay đầu đuổi kịp xe kia hai giờ sau lần gặp đầu tiên. Sau bao nhiêu thời gian kể từ lần gặp thứ nhất, người đi xe đạp đến điểm A, nếu biết rằng đến thời điểm gặp lần thứ hai người đó đã đi được 2/3 quãng đường từ B đến A?

  4. Hai vận động viên chạy ra cùng một lúc (người đầu tiên từ A đến B, người thứ hai từ B đến A) và gặp nhau cách A một khoảng cách a m. Sau khi chạy quãng đường AB đến cuối, mỗi người quay lại và gặp lại nhau cách B một khoảng b m. Tìm độ dài quãng đường *).

  5. (MSU, cơ khí, 1970). Hai người chạy xuất phát từ một điểm trên đường vành đai tiêu chuẩn và người chạy thứ ba xuất phát đồng thời với anh ta theo cùng một hướng từ một điểm đối diện. Sau khi chạy 3 vòng, lần đầu tiên về đích thứ 3 kể từ khi xuất phát đường. Sau 2,5 phút đầu tiên, vận động viên về thứ ba lần đầu tiên. Hỏi người chạy thứ hai chạy bao nhiêu vòng trong một phút nếu người thứ nhất vượt qua anh ta sau mỗi 6 phút?

*) Đây là bài toán Số 190 trong sách N.S. 3 thuật toán “Cạnh tranh bài toán trong toán học”. Kyiv, 1964. Việc sử dụng đồ thị sẽ gợi ý điều kiện đầy đủ cho sự tồn tại của lời giải trong số bài toán: 3a>2b này, điều mà tác giả bên ngoài của cuốn sách không thể hiểu được (anh ta chỉ nêu ra các điều kiện 3a>b, là không đủ).

Tờ 57

tr. 55Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

55

tổng hebric (nghĩa là tổng, có tính đến dấu) mômen của tất cả các lực đối với một điểm tùy ý. Thường sẽ thuận tiện khi sử dụng điều kiện đầu tiên sau đây - sự bằng 0 của tổng đại số của các hình chiếu của tất cả các lực lên một hướng được chọn tùy ý.

Có vẻ như (vì hướng mà chúng ta chiếu các lực và điểm mà chúng ta tính mômen về đó có thể tùy ý), bằng cách chọn các hướng và các điểm khác nhau, chúng ta có thể thu được nhiều phương trình góc để tìm lực tác dụng lên vật. Tuy nhiên, điều này không đúng. Hầu hết các phương trình kết quả đều như sau. Đối với trường hợp các lực nằm trong cùng một mặt phẳng thì chỉ viết được ba phương trình.

Điều kiện cân bằng nào thuận tiện hơn khi sử dụng tùy thuộc vào bài toán cụ thể.

Bài 1. Một ống có khối lượng mm nằm trên mặt đất. Phải áp dụng cốt thép dọc tối thiểu nào để nâng nó lên bằng một trong các đầu của nó (Hình 3)?

Bài toán lời giải trên một dòng, nếu bạn sử dụng phương trình mô men đối với điểm OO
mgl2−Fl=0(l−dлина трубы),mg\frac{l}{2}-Fl=0 \quad (l-\text{dлина трубы}),
từ đâu F=mg2F=\frac{mg}{2}. Việc lựa chọn điểm đúng cho phép chúng ta loại trừ khỏi xem xét lực chưa biết NN, lực mà chúng ta không quan tâm trong trường hợp này.

Cơm. 3.

Bài 2. Một quả bóng có khối lượng mm được treo vào tường chính thẳng đứng tại điểm AA trên một sợi dây có chiều dài ll (Hình 4). Lực căng của sợi dây TT và lực ép của quả bóng lên tường NN là bao nhiêu, nếu bán kính của quả bóng là RR?

Chúng ta hãy sử dụng phương trình mô men đối với tâm quả bóng OO. Momen của các lực mgmg và NN đối với điểm OO đều bằng 0. Do đó, đường tác dụng của lực căng TT cũng đi qua tâm quả bóng.

Ví dụ, như hai điều kiện khác, chúng ta có thể lấy sự bằng 0 của hình chiếu của tất cả các lực theo phương ngang và phương thẳng đứng:

Tcos⁡α=mg,Tsin⁡α=N.T\cos\alpha=mg, \quad T\sin\alpha=N.

Từ bản vẽ, hóa ra sin⁡α=Rl+R\sin\alpha=\frac{R}{l+R} và cos⁡α=(l+R)2−R2l+R\cos\alpha=\frac{\sqrt{(l+R)^2-R^2}}{l+R}.

Trong một số trường hợp, sẽ thuận tiện hơn khi chỉ sử dụng phương trình mô men.

Tờ 59

tr. 57Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

57

đi qua điểm OO giao điểm của tác dụng tuyến tính của các lực NAN_A và mgmg, vì tổng mô men của tất cả các lực đối với điểm này bằng 0.

Như vậy, chúng ta thấy rằng để đạt được trạng thái cân bằng thì lực ma sát phải bằng mg2\frac{mg}{2} stg α\alpha. Điều này có thể thực hiện được nếu hệ số ma sát là k≥FTPNB=ctgα2k \geq \frac{F_{TP}}{N_B} = \frac{ctg \alpha}{2}. Tại k=ctgα2k = \frac{ctg \alpha}{2} lực ma sát mg2\frac{mg}{2} stg α\alpha bằng giá trị lớn nhất có thể có kNBkN_B; ở mức lớn kk, một phần nhất định của lực ma sát tối đa có thể đủ để đạt được trạng thái cân bằng.

Lưu ý rằng giá trị kk cần thiết cho trạng thái cân bằng phụ thuộc vào góc: khi α\alpha gần bằng 0 (cầu thang gần như nằm ngang), cần có hệ số ma sát lớn và khi α\alpha tiến đến π2\frac{\pi}{2} nó có xu hướng bằng 0.

Bài toán 5. Lực ngang nhỏ nhất có thể làm lật một khối lập phương nằm trên mặt phẳng ngang qua một cạnh là bao nhiêu?

Thông thường, với lời giải như vậy bài toán, người ta cho rằng khi lật xe, mômen của lực tác dụng FF so với trục quay OO (Hình 7) cân bằng với mômen trọng trường. Tất nhiên điều này là đúng. Nhưng tại sao chúng ta không tính đến thời điểm áp lực từ sàn NN? Câu hỏi này thường được trả lời sai. Sự thật là sức mạnh NN không phải lúc nào cũng có

Cơm. 7.

đi qua tâm của khối lập phương. Khi chúng ta tác dụng lực FF vào cốc, đường tác dụng của lực NN (lực cân bằng) di chuyển về phía điểm OO, và tại thời điểm lực lật NN đi qua điểm này và mômen của nó bằng 0.

Bằng cách chọn điểm OO cho phương trình mômen, chúng ta loại trừ phản lực sàn khỏi khoảng cách và đơn giản hóa lời giải bài toán. Rõ ràng là lực FF sẽ nhỏ nhất khi tác dụng lên mặt trên của hình lập phương và bằng mg2\frac{mg}{2}.

Liệu sự lật nhào như vậy có thể xảy ra với hệ số ma sát nào giữa cái cốc và sàn không? Rõ ràng là không. Để lật, điều cần thiết là ở F=mg2F = \frac{mg}{2} khối lập phương chưa bắt đầu trượt dọc theo mặt phẳng. Do đó, mg2≤Fтрмax=kmg\frac{mg}{2} \leq F_{трмax} = kmg hoặc k≥12k \geq \frac{1}{2}.

Điều thú vị là khối lập phương có thể bị lật ngược ngay cả với hệ số ma sát nhỏ hơn bởi một lực nhỏ hơn mg2\frac{mg}{2}. Hãy suy nghĩ về cách chỉ đạo lực lượng.

Bài tập

  1. Hệ số ma sát phải bằng bao nhiêu để cái nêm được đóng vào một khúc gỗ không bị trượt ra khỏi nó? Góc ở đỉnh nêm là 30∘30^\circ.

  2. Trên một mặt phẳng nghiêng có góc nghiêng kk so với đường chân trời α\alpha có một hình trụ có bán kính rr. Độ cao cao nhất của hình trụ mà nó không bị lật là bao nhiêu? Xi lanh được làm bằng vật liệu đồng nhất.

  3. Một bánh xe có bán kính rr và khối lượng mm đứng trước một bậc thang có chiều cao hh. Lực ngang nhỏ nhất FF phải tác dụng lên trục của bánh xe để nó có thể nâng lên bậc là bao nhiêu?

  4. Hai khúc gỗ hình trụ giống hệt nhau nằm sát nhau trên mặt đất. Nhật ký tương tự được đặt trên đầu trang của chúng. Ở hệ số ma sát tối thiểu nào giữa các khúc gỗ thì chúng sẽ không lăn?

Tờ 60

tr. 58Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

58

Olympic thư tín
Aznat một phần của Liên Xô

Chúng tôi xuất bản các văn bản bài toán của các kỳ thi Olympic tương ứng về toán, vật lý và hóa học dành cho học sinh của các trường học và các cơ sở giáo dục trung học khác ở Siberia, Kazakhstan, Viễn Đông và Trung Á.

Những người hoàn thành thành công các nhiệm vụ của Olympic thư tín sẽ được mời tham dự các Olympic tài nguyên, khu vực, khu vực trên cơ sở bình đẳng với người chiến thắng trong các Olympic khu vực. Lời mời sẽ được gửi đến các tổ chức giáo dục công lập tại địa chỉ nhà. Những người chiến thắng Olympic tài nguyên và khu vực xuất sắc nhất sẽ tham gia vào loại cuối cùng của All-Oplympids, đồng thời sẽ được mời tham gia trường hè của chi nhánh Siberia của Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô.

Sau mỗi bài toán, các lớp dành cho học sinh mà nó dự định được chỉ định trong ngoặc đơn, nhưng bạn cũng có thể thử sức mình giải các bài toán để đạt điểm cao hơn. Để trở thành người chiến thắng Olympic, bạn không cần phải giải nhiều bài toán. Một lời giải dí dỏm nữa là đủ. Nhưng giải bài toán không có nghĩa là chỉ cho đáp số; cần phải biện minh, đưa ra bằng chứng chính xác. Bài toán không yêu cầu bất kỳ kiến ​​thức nào ngoài chương trình phổ thông. Lời giải bài toán đối với mỗi môn học phải được gửi trong một phong bì định dạng chuẩn riêng biệt. Viết tên món hàng lên phong bì. Thư phải được đựng trong một phong bì có ghi địa chỉ quê hương và dán tem; Trong phong bì này, bạn sẽ nhận được thông báo về kết quả công việc. Lời giải phải được viết thật dễ đọc. Các điều kiện bài toán không được viết lại nhưng số của chúng được chỉ định.

Đầu thư đừng quên ghi rõ (rõ ràng):

  1. Họ, tên và tên đệm của bạn.
  2. Địa chỉ nhà bưu điện (chi tiết).
  3. Lớp, trường, cao đẳng, kỹ thuật, v.v., địa chỉ.
  4. Họ, tên và chữ viết tắt của giáo viên của bạn cho môn học này.

Ngày cuối cùng bạn vẫn có thể gửi lời giải là ngày 1 tháng 2 năm 1972, có dấu bưu điện. Những thư gửi sau sẽ không được xem xét.

Người tham gia Olympida gửi lời giải đến địa chỉ: Novosibirsk, 90, Olympida.

Chúng tôi chúc tất cả những người tham gia Olympic đạt được thành công lớn nhất.

Ủy ban Thế vận hội
chi nhánh Siberia
Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô

Tờ 61

tr. 59Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

59

TOÁN HỌC

  1. Cho ba điểm P1,P2,P3P_1, P_2, P_3 trên mặt phẳng không nằm trên cùng một đường thẳng. Điểm thứ tư AA, khác với chúng, được phản ánh đối xứng đối với P1P_1, điểm kết quả được phản ánh đối xứng đối với P2P_2, điểm mới được phản ánh đối xứng đối với P3P_3, sau đó đối xứng với P1,P2,P3,P1P_1, P_2, P_3, P_1, v.v. Điểm kết quả có nhất thiết trùng với điểm ban đầu AA ở một bước nào đó không? (10)

  2. Một tứ giác được ghi trong vòng tròn, sau đó một vòng tròn được ghi ở mỗi đoạn trong số bốn đoạn tạo thành, chạm vào cạnh tương ứng của tứ giác ở giữa của nó (Hình 1). Với mỗi hình tứ giác, tổng độ dài của bốn hình tròn thu được sẽ nhỏ nhất? (10)

  3. Dễ dàng chứng minh rằng hình vuông 10×10,20×20,30×3010 \times 10, 20 \times 20, 30 \times 30, v.v., được bao phủ bởi các hình có dạng

Graph

từ gót của các ô, nhưng hình vuông 5×55 \times 5 thì không (cạnh của ô được lấy làm một).

Có thể bao phủ các hình vuông 15×15,25×25,35×3515 \times 15, 25 \times 25, 35 \times 35, v.v. bằng những hình như vậy không? (9-10)

  1. Năm nút được chọn trên một tờ giấy ca rô vô hạn (một nút là điểm mà các đường tuyến tính giao nhau). Chứng minh rằng từ năm nút này chắc chắn có thể chọn được hai nút sao cho đoạn nối chúng đi qua một nút lưới khác. (9-10)

  2. Vẽ một dây cung được chia cho hai bán kính cho trước

Cơm. 1.

của đường tròn trong quan hệ này k1:k2:k3k_1:k_2:k_3. (9-10)

  1. Viết trong tam giác ABCABC một hình bình hành BMNKBMNK sao cho các điểm K,M,NK, M, N lần lượt nằm trên các cạnh AB,BCAB, BC và ACAC và sao cho đường chéo KMKM có độ dài cho trước. (9)

  2. Chứng minh rằng số 11…11 viết bằng đơn vị 2n2^n có ít nhất 2n2^n các ước khác nhau (bao gồm 1 và chính số đó). (8-9)

  3. Chứng minh rằng trong một tam giác vuông, tỉ số giữa bình phương của hình tròn đầy nắng và tổng bình phương độ dài các đường trung tuyến vẽ từ các góc nhọn không vượt quá 1/5. (8-9)

  4. Mười chiếc ba lô chứa 50 lon thực phẩm đóng hộp và những chiếc ba lô khác nhau chứa số lượng lon khác nhau. Được phép “cân bằng” số lượng lon trong hai chiếc ba lô, tức là chuyển một số lon từ ba lô có số lượng lon lớn sang một chiếc ba lô có số lượng nhỏ hơn để sự chênh lệch về số lượng lon trong chúng trở nên tối thiểu. Chứng minh rằng sau một số lần “cân bằng” nhất định có thể đạt được rằng trong mỗi ba lô có 5 lon. (8)

Tờ 62

tr. 60Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

60

  1. Ở một trong hai phòng cách ly có một bóng đèn điện, phòng còn lại có năm công tắc, một trong số đó được nối với bóng đèn. Hai người làm thí nghiệm cần tìm ra công tắc nào nối với bóng đèn hoạt động như sau. Họ đi đến các phòng khác nhau, một người chuyển (bất cứ thứ gì) công tắc, người kia nhìn bóng đèn, và sau đó họ gặp nhau.

Làm thế nào họ có thể giải được bài toán (họ không có đồng hồ)? (8)

  1. Chứng minh rằng m2+1m^2+1 không chia hết cho 19 hoặc bất kỳ số nguyên mm nào. (8)

VẬT LÝ

  1. Một ống hút có chiều dài ll, khối lượng MM rơi xuống, giữ nguyên vị trí thẳng đứng. Một con kiến ​​có khối lượng mm bay dọc theo nó với tốc độ không đổi vv. Một con kiến ​​sẽ làm được bao nhiêu công việc khi rây từ đầu ống hút này sang đầu ống hút kia?

Bỏ qua sự tuân thủ của không khí. (8)

  1. Cân bằng của thước nằm đối xứng trên một hình trụ cố định có ổn định không?

Không có sự trượt. Tất cả các kích cỡ được đưa ra. (8-9)

  1. Đun sôi nước trong nồi có nắp nặng. Chảo được lấy ra khỏi bếp, sau đó lá trà được đổ vào nước lặng. Nước sôi lên dữ dội. Giải thích hiện tượng này. (8-9)

  2. Một hình phẳng được cắt thành hai phần dọc theo một đường thẳng đi qua trọng tâm. Khối lượng của các phần này có bằng nhau không? (8)

  3. Anh ta đóng nó vào một chiếc đinh, rồi bắt đầu trượt khỏi một sợi dây đồng nhất có chiều dài LL. Trọng lượng của một đoạn dây có chiều dài duy nhất là dd. Tìm lực ép của sợi dây lên đinh khi khoảng cách giữa hai đầu của nó là ll. Bỏ qua ma sát. (8-10)

  4. Tại sao các nan hoa của bánh xe đạp lại được đặt hơi xiên chứ không phải hướng tâm? (Hình 2) (9)

Cơm. 2.

  1. Cho biết hướng của lực ma sát tác dụng lên bánh trước và bánh sau của xe số tự động nếu chỉ dẫn động bánh sau. (8)

  2. Ở dưới đáy của một chiếc bình kín, dẫn nước lên trên, tìm thấy hai cái giống hệt nhau

Cơm. 3.

bong bóng khí (Hình 3). Áp suất ở đáy là pp. Một trong những bong bóng nổi lên. Áp suất ở phía dưới sẽ là bao nhiêu? (9-10)

  1. Tại sao một vận động viên trượt băng lại khép các mũi giày trượt lại với nhau khi phanh mà không phải gót chân? (9-10)

  2. Một chiếc hộp được gắn vào xe có khối lượng MM, khối lượng của nó bị bỏ qua.

Cơm. 4.

Tờ 63

tr. 61Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

61

chế độ là nhỏ. Đến mép trên của
rụt rè gắn một con lắc (Hình 4).
Chiều dài của con lắc là ll, trọng lượng của vật nặng là mm.
Bỏ qua ma sát của xe trên mặt phẳng nằm ngang, tìm chu vi
các dao động nhỏ của con lắc. (9-10)

  1. Hai quả cầu đồng tâm với
    bán kính R1R_1 và R2R_2 được nối đất (Hình 5).

Cơm. 5.

Giữa các quả cầu ở khoảng cách rr từ
Tâm điểm chung của chúng là điện tích qq.
Tìm tổng số phí trên mỗi
hình cầu. (10)

  1. Trên andee triode phẳng
    Các điện cực giữ hướng uu (Hình 6). Cực âm của đèn được nối đất và lưới điện được cách điện. Quảng trường

Cơm. 6.

các tấm SS, khoảng cách giữa anome và cực âm LL, giữa cực âm và lưới - ll. Khi điện tích trên lưới thì dòng điện qua đèn dừng lại? (10)

HOÁ HỌC

lớp 8

  1. Trong quá trình tổng hợp từ các nguyên tố amoniac, 11 kcal/mol được giải phóng và trong quá trình tổng hợp từ các nguyên tố hydrazine (N2H4)(N_2H_4) 10 kcal/mol được hấp thụ.
    Xác định năng lượng liên kết NN - HH và NN - NN, nếu năng lượng liên kết trong phân tử hydro là 104 kcal/mol và trong nitơ phân tử là 170 kcal/mol.

  2. Người ta biết rằng trong một số khoáng vật silicat tự nhiên, các anion có cấu trúc trong đó các terzadra SiO42−\text{SiO}_4^{2-} tạo thành chuỗi hai chiều vô hạn theo cách mà một số nguyên tử oxy đồng thời thuộc về hai tetradras. (Những nguyên tử oxy như vậy được gọi là cầu nối.) Công thức của một anion khoáng chất trong đó ba nguyên tử oxy trong bất kỳ tetra SiO42−\text{SiO}_4^{2-} nào đang bắc cầu? Vẽ một đoạn cấu trúc của anion này. Bạn biết những khoáng chất nào có anion này? Tính chất cơ học của chúng là gì và chúng liên quan như thế nào đến cấu trúc của khoáng chất?

  3. Được biết, natri axetat CH3COONa\text{CH}_3\text{COONa} tạo thành dung dịch siêu bão hòa dễ dàng hơn nhiều so với natri clorua. Đề nghị giải thích hiện tượng này.

  4. Một mẫu cấu trúc magie trong không khí và tro được hòa tan trong 60 ml axit clohydric 1 M. Để trung hòa dung dịch này, người ta sử dụng 12 ml dung dịch natri hydroxit 1 M. Sau khi thêm lượng dư, đun sôi dung dịch và khí thoát ra được cho vào bình chứa 10 ml axit clohydric 1 M. Để trung hòa dung dịch trong bình, sử dụng 6 ml dung dịch natri hydroxit 1 M. Xác định khối lượng của mẫu magie và thành phần phần trăm của tro.

lớp 9

  1. Độ hòa tan của iốt trong nước là 0,00134 mol/l và trong dung dịch kali 0,0070 M là 0,0048 mol/l. Tính độ tan của iốt trong dung dịch iodua 0,1 M

Tờ 64

không đánh sốChép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

kali Chứng minh rằng giá trị độ hòa tan mà bạn xác định không phụ thuộc vào giả định annon nào - I3−I_3^- hoặc I5−I_5^- - iốt đi vào khi hòa tan kali iodua trong dung dịch.

  1. Được biết, trong dung dịch axit clohiđric, kim loại bari là chất khử mạnh hơn canxi, còn trong dung dịch kiềm thì ngược lại, canxi là chất khử mạnh hơn bari. Giải thích hiện tượng này.

  2. Bình chứa các phân tử hydro (H2H_2), deuterium (D2D_2) và deuterium hydro (HD) với tổng số phân tử là 101010^{10}. Phân tích hỗn hợp này cho thấy số lượng nguyên tử deuterium trong đó là 0,1 am%. Xác định hàm lượng các phân tử của từng loại trong hỗn hợp này là bao nhiêu nếu sự phân bố ngẫu nhiên của các nguyên tử deuterium giữa các loại phân tử khác nhau là ngẫu nhiên.

  3. Hợp chất AA là chất khí có màu hơi nhạt, dễ hòa tan trong nước mà không giải phóng bất kỳ sản phẩm khí nào, tạo thành dung dịch axit BB. Nếu 32,532,5 mega AA hòa tan trong nước thì cần 10 ml dung dịch natri hydroxit 0,1 M để trung hòa dung dịch thu được. Dung dịch BB không phản ứng với dung dịch bạc nitrat và kali iodua mà tạo kết tủa màu trắng với dung dịch kali nitrat. Khi dung dịch BB tương tác với dung dịch sắt sunfat được axit hóa bằng axit sunfuric đậm đặc, dung dịch thu được màu nâu. Khi dung dịch BB phản ứng với nhôm và natri hydroxit dư, khí BB thoát ra làm thay đổi màu của giấy chỉ thị ướt. Dung dịch BB khi để lâu trong bình thủy tinh sẽ bị ăn mòn. Xác định hàm lượng của AA và viết các phương trình của tất cả các phản ứng được mô tả.

lớp 10

  1. Xác định giá trị mà tỉ số hằng số của giai đoạn phân ly thứ nhất và giai đoạn thứ hai k1/k2k_1/k_2 đối với axit hai bazơ hữu cơ loại HOOC - (CH2)n(CH_2)_n - COOH có xu hướng tăng theo chiều dài chuỗi hydrocarbon. Tại sao tỷ lệ k1/k2k_1/k_2 của axit có chuỗi ngắn lại khác biệt đáng kể so với giá trị mà bạn thu được?

  2. Chất có tên 3-methyl5-ethylpyrazole thực chất là hỗn hợp các hợp chất đồng phân ở trạng thái cân bằng động. Những kết nối này là gì? Giải thích: prizol là hợp chất dị vòng 5 cạnh có thành phần C3H4N2C_3H_4N_2. Hai nguyên tử nitơ trong vòng liên kết trực tiếp với nhau. Việc đánh số các nguyên tử tạo thành vòng bắt đầu từ nguyên tử nitơ hình thành liên kết với một số lượng lớn các nguyên tử khác và tiếp tục tiến tới nguyên tử nitơ thứ hai.

  3. Mô tả độ mạnh tương đối của axit pentamethylbenzoic, pentafluorobenzoic và benzoic.

  4. Do sự tương tác của axit cacboxylic với brom, thu được một loại muối vô cơ và hỗn hợp hai chất khí. Muối thu được rất ít tan trong nước, nhưng hòa tan tốt hơn nhiều trong dung dịch nước chứa amoniac và halogenua kim loại kiềm. Ngoài ra, loại muối này còn bị phân hủy khi tiếp xúc với ánh sáng. Khi hỗn hợp các sản phẩm khí được đưa qua dung dịch kali hydroxit, một trong số chúng bị hấp thụ hoàn toàn và một chất tinh thể hơn bị kết tủa. Chất đi qua dung dịch khi tương tác với natri sẽ biến thành thể khí hydrocarbon, ở nhiệt độ 50 ° C và 600 mm Hg chiếm thể tích 15 lít. Viết các phương trình phản ứng xảy ra.

Tờ 65

tr. 63Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

63

Từ thiên hà đến hạt cơ bản

Năm 1970, nhà xuất bản Atomizdat đã xuất bản một cuốn sách thú vị của F. S. Zavelsky, “Cân các thế giới, nguyên tử và hạt cơ bản” *). Bản thân tác giả đã xác định ý tưởng chính của cuốn sách của mình như sau:

“Khi mô tả cấu trúc của một cấu trúc, tôi thường phác thảo một số hình chiếu của nó (mặt trên, mặt bên, …). Nếu cấu trúc phức tạp, thì ngoài ra, một hoặc nhiều phần của nó sẽ được vẽ và hơn nữa, để các phần đó đi qua các nút phức tạp nhất.

Cuốn sách này cung cấp một “mặt cắt ngang” về Thế giới theo khối lượng. Khối lượng là một trong những đặc điểm chính của một sự vật, do đó, đương nhiên là câu chuyện về nó, ở mức độ này hay mức độ khác, đề cập đến mục đích của một số vấn đề khoa học và kỹ thuật quan trọng.”

Thật vậy, tất cả các vật thể, bắt đầu từ những hạt cơ bản nhỏ nhất cho đến Vũ trụ, đều có khối lượng - đặc tính phổ quát này của vật chất. Tác giả bắt đầu câu chuyện của mình bằng việc mô tả thiết kế của những thang đo và đơn vị đo lường cổ xưa nhất và kết thúc bằng những khoảng trống mà các nhà vật lý hiện đại đang nghĩ tới.

Tương đối gần đây, các nhà vật lý đã học cách đo độ lớn khối lượng của nhiều thang đo và đơn vị đo lường cổ xưa khác nhau và kết thúc bằng những khoảng trống, điều mà các nhà vật lý ngày nay đang nghĩ đến.

Tương đối gần đây, các nhà vật lý đã học cách đo độ lớn khối lượng của nhiều thang đo và đơn vị đo lường cổ xưa khác nhau và kết thúc bằng những khoảng trống, điều mà các nhà vật lý ngày nay đang nghĩ đến.

*) F. S. Zavelsky, Cân nặng thế giới, nguyên tử và hạt cơ bản, Atomizdat, 1970, 31.000 bản, giá 31 kopecks.

sử dụng và được mô tả trong cuốn sách của F. S. Zavelsky. Nhưng đây chỉ là một mặt của vấn đề đo khối lượng được tác giả xem xét.

Mặt thứ hai của vấn đề, cũng được tác giả xem xét, đó là khái niệm về khối lượng cơ thể trở nên rõ ràng và sâu sắc hơn khi vật lý phát triển. F. S. Zavelsky trong cuốn sách của mình cho thấy những ý tưởng khoa học về khối lượng đã nảy sinh và hình thành như thế nào, chúng thay đổi như thế nào theo thời gian.

Trong cơ học Newton, khối lượng của một vật là một đại lượng không đổi và không phụ thuộc vào bản chất chuyển động của vật đó. Trong lý thuyết đặc biệt về khối lượng tương đối, khối lượng của một vật thay đổi khi tốc độ chuyển động của nó thay đổi. Ngoài ra, ngay cả một vật thể đứng yên cũng có một nguồn năng lượng khổng lồ, năng lượng này được xác định duy nhất bởi khối lượng của vật thể đó theo giá trị của công thức E=mc2E = mc^2. Hóa ra, sự hình thành của một hệ thống các vật thể tương tác chắc chắn gắn liền với việc mất đi một tỷ lệ nhất định khối lượng cơ thể có trong hệ thống. Nhưng ngay cả ngày nay, sau tất cả những khám phá này, các nhà vật lý vẫn không cho rằng họ đã biết khối lượng là gì.

Cách tiếp cận ban đầu của tác giả đối với vấn đề khối lượng buộc ông phải đưa vào cuốn sách của mình những tài liệu tổng quát về lĩnh vực vật lý và thiên văn học. Nguồn tài liệu phong phú này khiến cuốn sách trở nên rất thú vị, nhưng chắc chắn dẫn đến thực tế là ở một số chỗ, việc trình bày các vấn đề đang được xem xét hóa ra quá phức tạp.

Lúng túng, hời hợt. Thông thường, tác giả sẽ nói nhanh về ý tưởng của phép đo mà không cho phép người đọc tìm hiểu sâu hơn về bản chất của phương pháp này. Điều này được phản ánh ngay cả ở những nơi chúng ta đang nói về một số khái niệm cơ bản nhất định, chẳng hạn như trong phần đầu tiên tiếp theo khi xác định trọng lượng và khối lượng. Nhưng bạn có thể làm gì - xét cho cùng, trong sách có “định luật bảo toàn khối lượng”, do đó, độ rộng của cách trình bày ở một mức độ nào đó chắc chắn gắn liền với việc giảm độ sâu của nó.

Tất nhiên, cuốn sách của F. S. Zavelsky là một nỗ lực thú vị nhằm khảo sát một loạt các vấn đề chung liên quan đến việc đo khối lượng. Sau khi đọc cuốn sách này, bạn sẽ biết được nhiều sự thật thú vị, hiểu rõ hơn về vấn đề đo khối lượng của các vật thể khác nhau phức tạp và đa dạng như thế nào. Vâng, đối với những ai muốn nghiên cứu sâu bất kỳ câu hỏi nào mà cuốn sách khiến mình quan tâm, tác giả sẽ cung cấp danh sách tài liệu bổ sung ở cuối.

V. A. Leshkovce

Tờ 67

không đánh sốChép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

Tất cả các huy hiệu Olympic

Cuộc thi Olympic toán cấp trường đầu tiên được tổ chức tại Leningrad vào mùa xuân năm 1934.

Theo sáng kiến ​​của Hiệp hội Toán học Mátxcơva, Cuộc thi Olympic Toán học Mátxcơva lần thứ nhất dành cho học sinh được tổ chức vào năm 1935. Các nhà toán học Mátxcơva đã hết sức nhiệt tình đón nhận nó. Ban tổ chức bao gồm tất cả các nhà toán học hàng đầu Moscow (các học giả A. N. Kolmogorov, P. S. Aleksandrov, S. L. Sobolev; các thành viên tương ứng L. A. Lyusternik, L. G. Shnirelman; giáo sư V. F. Kagan; S. A. Yanovskaya, v.v.).

Kể từ thời điểm đó, Olympic được tổ chức hàng ngày. Họ đã đạt được sự nổi tiếng lớn. Theo chân các nhà toán học, vật lý học, hóa học, thiên văn học, địa lý học, sinh vật học và sau đó là các nhà ngôn ngữ học bắt đầu tổ chức các kỳ thi Olympic của họ.

Năm 1960, ban tổ chức Olympic Toán học Moscow lần thứ XXIII cùng với Bộ Giáo dục RSFSR đã tổ chức Olympic Toán học với quy mô lớn hơn. Các đội từ khu vực thứ 13 của RSFSR và 9 nhóm tài nguyên đồng minh đã tham gia vào đó.

Thí nghiệm này đã thành công vào mùa xuân và kể từ năm 1961, Olympic Toán học toàn Nga đã bắt đầu được tổ chức thường xuyên. Cuộc thi được tổ chức thành bốn vòng: trường, quận, khu vực và vòng chung kết.

Từ năm 1967, các kỳ thi Olympic Vật lý, Toán học và Hóa học toàn Nga đã được tổ chức. Các đội từ tất cả các khu vực, vùng lãnh thổ, cũng như các khu vực tài nguyên tự trị và liên minh không có phân khu vực đã tham gia. Để tổ chức Thế vận hội, một Ban tổ chức trung ương trực thuộc Bộ Giáo dục Liên Xô đã được thành lập, do Viện sĩ I. K. Kion đứng đầu.

Bốn người chiến thắng từ 8-10 lớp từ mỗi khu vực, lãnh thổ, nguồn lực tự trị và liên minh được mời vào vòng chung kết, trong đó một số bài toán có độ khó khác nhau được đưa ra cho mỗi lớp.

Những người chiến thắng Olympic được trao giải thưởng đặc biệt và giấy chứng nhận danh dự.

Theo Ban tổ chức Trung ương lời giải, bắt đầu từ Olympic toàn Nga lần thứ IV (1963), các biển hiệu đặc biệt đã được ban hành để tất cả những người tham gia Olympic phải đeo.

G. N. Dyachenko

Tờ 68

không đánh sốChép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

Ô chữ

Nằm ngang:
4. Hiện thực khách quan do nhận thức mang lại cho chúng ta.
7. Giá trị đặc trưng cho phần xuất hiện của một sự kiện trong quá trình lặp lại nhiều lần thử nghiệm.
10. Một sự kiện bắt nguồn từ thiên nhiên.
11. Chậm phát triển hoặc chuyển sang các hình thức kém tiên tiến hơn.

  1. Nguyên tố hóa học thuộc nhóm thứ ba của hệ thống tuần hoàn các nguyên tố.
  2. Nhựa chảy máu, là chất điện môi tốt.
  3. Hệ thống điện âm để truyền âm thanh đi xa.
  4. Nhà tinh thể học xuất sắc người Nga.
  5. Một đại diện của một trong những đám mây khoa học đang phát triển nhanh chóng.
  6. Khoa học nghiên cứu hành vi của các nguyên tử và phân tử.
  7. Nhà vật lý xuất sắc người Nga.

Thẳng đứng:

  1. Đơn vị của lượng nhiệt.
  2. Ở giữa.
  3. Phục hồi sau va chạm.
  4. Truyền hình ảnh đi xa bằng sóng vô tuyến.
  5. Tái tạo âm thanh trong khi vẫn duy trì âm thanh vòm.
  6. Một tập hợp gồm bốn yếu tố.
  7. Kết quả của một trong các phép tính số học.
  8. Chất, trạng thái của các đại phân tử.
  9. Đơn vị âm lượng.
  10. Trạng thái tổng hợp của nước.