Kvant
Kvant 1976, số 1

Kvant 1976, số 1 · Trang

Tờ 1

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

Kvasht
1976
1
khoa học đại chúng
vật lý và toán học
tạp chí

Tờ 2

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

“Cỗ máy chuyển động vĩnh viễn” dựa trên
Witga của Archimedes
(xem bài viết trên trang 41).

Tờ 3

tr. 1Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

1

Tổng biên tập
Viện sĩ I. K. Kionn
Phó thứ nhất
tổng biên tập
Viện sĩ A. N. Kolmogorov

Tuyển tập biên soạn:
M. I. Bashmkov
S. T. Belyaev
V. G. Boltyansky
N. B. Vasiliev
Yu. N. Efremov
V. G. Zubov
P. L. Kapitsa
V. A. Kirillin
A. I. Klimanov
(nghệ sĩ chính)
S. M. Kozel
V. A. Leshkovtsev
(Phó tổng biên tập)
L. G. Makar-Limanov
A. I. Markushevich
N. A. Patrikeeva
I. S. Petrkov
N. Kh. Rozov
A. P. Savin
Tôi. Sh. Slobodetsky
M. L. Smolyansky
(Phó tổng biên tập)
Y. A. Smorodinsky
V. A. Fabricant
A. T. Tsvetkov
M. P. Shaskolskaya
S. I. Schwartzburg
A. I. Shirshov

biên tập:
V. N. Berezin
A. N. Vilenkin
I. N. Klumova
T. M. Makarova
(nghệ sĩ biên tập)
T. S. Petrova
V. A. Tikhomirova
L. V. Chernova
(người quản lý biên tập)

TRONG PHÒNG:

2 V. Savchenko. Máy đo đa giác bán đều đặn
8 V. Gamayunov. Bí ẩn của hình vẽ hình học
12 S. Ovchinnikov. Mạch chuyển mạch phẳng
19 G. Kotkin. Bong bóng khí bật lên và định luật Archimedes
24 M. Khaplanov. Những con số siêu việt
28 Z. Tmeladze. Lập trình phi tuyến

Khách mời của chúng tôi là tạp chí “Con người và pháp luật”
35 Vâng. Shestopal. Nuka đọc được dấu vết vô hình

Phòng thí nghiệm «Kvant»
40 M. Golovey. “Ốc nước” của Archimedes

Vòng xoay toán học
44 V. Ryzhik. Hãy kết nối các dấu chấm…

Vấn đề «Kvant»
49 Bài toán M361—M365; F373—F377
51 Lời giải bài toán M321—M325; F333, F335—F338

Xưởng của người nộp đơn
60 I. Sharytsin. Hoàn thiện việc xây dựng khu đất nung
65 A. Zaboev, G. Pantyukhov, N. Sholokhov. Viện Vật lý Kỹ thuật Moscow

Đánh giá, thư mục
67 V. Leshkovtsev. Plasma là trạng thái thứ tư của vật chất

Thông tin
68 J. Rabot. Tuyển sinh mới vào Trường Toán học Liên minh
70 V. Aslayann, A. Kiryanov, T. Chugunova. Trường Kỹ thuật Vật lý Tương ứng tại Viện Vật lý Kỹ thuật Moscow

«Kvant» cho học sinh nhỏ
73 Bài toán
74 A. Savin. Làm thế nào để vẽ một ngôi sao thứ sáu?

Đáp số, gợi ý, lời giải
Hỗn hợp (tr. 18, 23, 43, 59)

Trang đầu tiên và thứ tư của trang bìa được kiến ​​trúc sư V. A. Somov thực hiện dựa trên epirus của V. N. Gamayunov (xem bài ở trang 8).

© Tòa soạn chính văn học vật lý và toán học của nhà xuất bản Nuka, «Kvant», 1976.

Tờ 4

tr. 2Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

2

V. Savenko

khối đa diện bán đều

Độc giả của tạp chí «Kvant» đã nhiều lần gặp phải các khối đa diện đều*). Các khối đa diện đều có các mặt là các đa giác đều bằng nhau và tất cả các góc đa diện đều bằng nhau. Nhưng cũng có những khối đa diện trong đó tất cả các góc đa diện đều bằng nhau và các mặt là những đa giác bằng nhau thuộc một số loại. Chúng không thể được phân loại là đều đặn - chúng được gọi là khối đa diện bán đều đều.

Đơn giản nhất của khối đa diện bán đều là lăng kính nn-giác đều (n=3,5,6,…n = 3, 5, 6, \dots), tất cả các cạnh đều bằng nhau và các mặt bên là hình vuông. Ví dụ, đáy của một lăng trụ lục giác là các hình lục giác đều: nó có 12 đỉnh, 8 mặt và 18 cạnh.

Một đại diện khác của khối đa diện bán đều đều là cái gọi là phản lăng kính. Ví dụ, hãy tưởng tượng hai hình lục giác đều nằm trong các mặt phẳng song song, một trong số đó được quay quanh tâm so với hình kia một khoảng 30∘30^\circ. Mỗi đỉnh của cả hình lục giác dưới và hình lục giác trên đều được nối với hai đỉnh gần nhau của hình lục giác kia.

Đối với đa giác đều, các hình lục giác (đáy) cũng được chọn sao cho các ranh giới bên là các hình tam giác đều (Hình 1) - trong trường hợp phản lăng trụ lục giác, khoảng cách (chiều cao) này bằng H=a3−1H = a\sqrt{3} - 1 (kiểm tra xem đây có phải là trường hợp không). Một lăng trụ lục giác có 12 đỉnh, 14 mặt và 24 cạnh, các cạnh và các góc tứ diện đều bằng nhau.

Sử dụng tất cả các đa giác đều cho lăng kính và phản lăng kính, chúng ta thu được một chuỗi vô hạn các đa giác nửa chính quy. Tuy nhiên, những chuỗi này không bao gồm hết tất cả các đa giác nửa đều đều: còn có các đa giác nửa đều khác.

Cách đơn giản nhất trong số chúng có thể đạt được nếu các góc của một tứ diện đều được bao quanh bởi các mặt phẳng, mỗi mặt cắt cắt một phần ba số cạnh nổi lên từ một đỉnh (Hình 2); khối đa diện này có 12 đỉnh, 8 mặt và 18 cạnh và được gọi là khối đa diện cắt cụt. Tất cả các góc tam giác của nó đều bằng nhau - mỗi góc chứa hai góc phẳng ở 120∘120^\circ và một góc phẳng ở 60∘60^\circ. Một tứ diện cụt có các mặt tứ diện là hình lục giác đều và bốn mặt nữa là hình tam giác đều.

*) Ví dụ, xem bài viết của V. N. Berezin và “Đa giác đều”, «Kvant», 1973, số 5.

Tờ 5

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

Hình 2.

Nếu chúng ta kết hợp các đỉnh của một khối đa diện đều theo cách đã mô tả, chúng ta sẽ có được một khối đa diện bán đều đều khác (xem Hình 3). Nó được gọi là khối 20 mặt bị cắt cụt và nó giống với hình ảnh quả bóng đá mà bạn có thể thấy trên màn hình TV.

Từ các khối đa diện đều khác, người ta có thể thu được thêm một số khối đa diện nửa đều. Khối phức tạp nhất trong số chúng được gọi là khối mười hai mặt phẳng và có 60 đỉnh, 92 mặt và 150 cạnh.

Có bao nhiêu khối đa diện nửa đều đều? Trong hơn hai nghìn năm, người ta cho rằng chỉ có mười ba (chúng được gọi là phấn của Archimedes), chưa kể hai chuỗi vô tận bao gồm các số nguyên tố và phản lăng kính. Nhưng gần đây, nhà toán học Liên Xô V. G. Ashkinese đã tìm ra một khối đa diện bán đều đều khác. Nhìn vào Hình 4: nếu đỉnh của “bát bát giác” trong khối đa diện này được quay 45°, bạn sẽ có khối đa diện như trong Hình 5. Đây là điều mà Ashkinese đã khám phá ra. Đúng, khối đa diện này “không hẳn là một vật thể Archimedoan”: nó không có một số tính chất mà mười ba đại diện đầu tiên có (nhưng nó có những tính chất riêng). Đa-

Hình 3.

Mặt Ashkinese đôi khi được gọi là thể “pseudarchimedean”.

Nhưng hóa ra chất rắn của Archimedes không làm cạn kiệt tất cả các loại khối đa diện bán đều. Chúng ta hãy lấy một đặc điểm hình lục giác (Hình 6) và vẽ các mặt phẳng đi qua tâm của mỗi ba cạnh nổi lên từ một đỉnh.

Giao nhau, các mặt phẳng này tạo thành một khối đa diện mới, có cùng số mặt như nhận dạng có các đỉnh (trong trường hợp này là 12). Một trong những mặt phẳng này - SFG - chứa đoạn AB, thuộc đáy của đối tượng địa lý và mặt phẳng kia - PFG - chứa đoạn CD, thuộc đáy dưới của đối tượng địa lý.

Hình 4. Hình 5.

Tờ 6

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

4

Vì [AB]∥[CD][AB] \parallel [CD] nên các mặt phẳng SFGSFG và PFGPFG cắt nhau dọc theo đường thẳng FGFG song song với ABAB. Khối đa diện thu được là sự kết hợp của hai cặp lục giác đều bằng nhau, các đỉnh SS và PP nằm trên các cạnh đối diện của đáy chung. Khối đa diện thuộc loại này được gọi là bipyramid. Sáu mặt phẳng đi qua điểm SS cắt nhau với các mặt phẳng đi qua điểm PP, tạo thành một hình lục giác đều, trung điểm của cạnh đó là trung điểm của các cạnh bên được nhận biết. Theo đó, bipyramid thu được từ mô hình lục giác có 8 đỉnh và 18 cạnh. Nó chứa các góc đa diện gồm hai loại: lục giác và tứ diện. Vì tất cả các mặt của một lưỡng chóp đều là các tam giác đều bằng nhau nên nó được phân loại là một khối đa diện bán đều đều đều.

Tương tự, người ta có thể thu được một khối đa diện nửa mặt đều đẳng diện khác nếu chúng ta vẽ các mặt phẳng đi qua trung điểm của mỗi bốn cạnh phản lăng kính xuất phát từ một đỉnh. Do đó, mặt phẳng SM1QT1SM_1QT_1 (Hình 7) đi qua trung điểm M,T,GM, T, G và HH của các cạnh BA,BC,BDBA, BC, BD và BEBE. Số mặt của khối đa diện này bằng số đỉnh của phản lăng kính, tức là 12. Hãy đếm số đỉnh của khối đa diện đó. Một cạnh của khối đa diện mới đi qua điểm giữa của mỗi cạnh phản lăng kính, tạo thành một khối mười hai cạnh không gian. Cộng các điểm SS và PP vào 12 đỉnh của nó, chúng ta có tổng cộng 14 đỉnh. Dễ dàng nhận thấy khối đa diện này có 24 cạnh. Tất cả các mặt của nó đều bằng nhau và là một tứ giác gồm hai tam giác đều có một đáy chung (tứ giác như vậy được gọi là deltmoid). Khối đa diện có hai góc lục giác và hai góc

Tờ 7

tr. 5Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

5

Hình 8.

mười một góc tam giác. Mọi góc độ đều đúng. (Một góc đa giác lồi được gọi là đều nếu tất cả các góc phẳng của nó

*) Từ Hình 7, rõ ràng đỉnh S có thể được định nghĩa là giao điểm của đường tâm SP với đường thẳng KR, trong đó K và R là trung điểm của các đoạn thẳng song song MT và GH. Đồng thời, đường thẳng KR được xác định bởi điểm Q trên cạnh PN.

Hình 9. Hình 10.

Tờ 8

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


Hình 11, A.


Hình 11, b.


Hình 11, c.

6

Tờ 9

tr. 7Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

7

các mặt và các cạnh của mỗi cặp khoảng cách khối đa diện.

Một lăng kính lục giác có 12 đỉnh, 8 mặt và 18 cạnh, và lưỡng chóp thu được từ nó có 8 đỉnh, 12 mặt và 18 cạnh. Do đó, số đỉnh và số mặt của lăng kính và lưỡng chóp có vẻ như được “sắp xếp lại”, nhưng số cạnh vẫn không thay đổi. Đảm bảo rằng sự tương ứng tương tự được quan sát thấy đối với các cặp khoảng cách khối đa diện còn lại. Mẫu được thiết lập tuân theo nguyên tắc đối ngẫu, bao gồm các yếu tố sau: đối với bất kỳ câu nào liên quan đến thùy, đường thẳng và mặt phẳng, luôn có thể tạo thành một câu kép với nó bằng cách thay thế các từ “thùy” bằng từ “mặt phẳng”, và từ “mặt phẳng” bằng từ “thùy”, giữ nguyên các từ “thẳng”.

Nguyên lý đối ngẫu không chỉ áp dụng cho khối đa diện: nó mở rộng cho tất cả các hình và phát biểu được xem xét trong hình học xạ ảnh. Nguyên tắc này được chứng minh ở chỗ đó, nhưng chúng tôi sẽ không chứng minh nó ở đây.

Ở trên đã chỉ ra rằng có 14 khối đa diện nửa bên phải đều. Mỗi trong số chúng tương ứng với một khối đa diện nửa bên phải đều đối ngẫu với nó. Trong Hình 11, bạn thấy ba khối Archimedean (ở cột bên trái) được mô tả cùng với các “nhân đôi” nửa bên phải đều nhau của chúng (ở cột bên phải). Người đọc có thể làm quen với danh sách đầy đủ các khối đa diện này trong bài viết của V. G. Ashkinuse, xuất bản trong Bách khoa toàn thư về Toán tiểu học, quyển bốn (M., “Nauka”, 1963).

Kiểm tra xem có một khối đa diện nửa bên phải đều tương ứng với vật thể được Ashkinuse tìm thấy hay không. Hãy suy nghĩ về những đặc tính nào của các khối đa diện nửa bên phải đều đảm bảo sự tồn tại của các khối đa diện nửa bên phải “kép” hoặc đều.

Bài tập

  1. Phản lăng kính là gì, đáy của nó là các hình tam giác đều? Xác định khối đa diện kép của nó.

  2. Tính thể tích của phản lăng kính có đáy lục giác (Hình 1), giả sử rằng chiều dài cạnh là a∗a^*).

  3. Khối đa diện trong Hình 9 và 10 có thể thu được bằng cách khác. Chỉ cần đặt một paramid hình tam giác đều trên mỗi mặt của một tứ diện đều là đủ. Tính chiều cao của paramid này và góc phẳng tại đỉnh của nó nếu cạnh của tứ diện là aa.

  4. Theo điều kiện của Bài tập 3, hãy tính thể tích của một khối đa diện đều.

  5. Tính góc phẳng ψ\psi tại đỉnh của mặt khối đa diện như trên Hình 7 và xây dựng sự phát triển của nó.

  6. Bằng cách cắt các góc của một hình bát diện đều, hãy xây dựng một khối đa diện nửa bên phải có 8 mặt - hình lục giác đều và 6 mặt - hình vuông, rồi tìm thể tích của nó.

  7. Xác định khối đa diện kép và khối bát diện bị cắt cụt (Bài tập 6). Tìm góc phẳng φ\varphi tại đỉnh của mặt nó.

Hình 11. Các khối đa diện nửa bên phải đều cùng với các khối đa diện kép nửa bên phải đều:
a) vỏ hình thoi;
b) khối mười hai mặt cắt ngắn hình thoi;
c) khối lập phương.

Tờ 11

tr. 9Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

9

Giá trị trung bình của các chất rắn nửa đều, được mô tả trong bài viết của V. Savchenko (xem trang 2), là thú vị nhất theo quan điểm của người thiết kế: các khối đa diện bán đều đều biên và các chất rắn Platonic đều.

Thực tế là nếu chúng ta tiếp tục các mặt phẳng của các mặt của bất kỳ vật thể bán chính quy nào có ranh giới ngang nhau, thì các đường giao nhau của chúng với mỗi mặt phẳng sẽ tạo thành các hệ thống đồng dạng với nhau. (Ví dụ: trong phần giới thiệu của thống kê, có một hệ thống các đường thẳng thu được trong mỗi mặt phẳng của các mặt của hình bán đều đều 120 mặt đều biên được hiển thị trong Hình 11, b trên trang 6.) Mặt khác, các mặt mở rộng của đa diện đều biên “cắt giảm” trong không gian rất nhiều dạng đa giác có thể có, đôi khi ở dạng đơn vị con nhất. Và tất cả các hình dạng này, nhờ đặc tính đã lưu ý, được xác định một cách thuận tiện trên một hệ thống cạnh giả nằm trong cùng một mặt phẳng (chúng ta sẽ gọi cạnh giả là đường giao nhau của các mặt mở rộng).

Hãy giải thích điều này bằng một ví dụ. Chúng ta hãy lấy một khối 24 mặt đều biên (xem Hình 11, b, trang 6). Hệ các cạnh giả của nó thuộc một mặt phẳng được minh họa trên Hình 1. Chúng ta đánh dấu trên đó các điểm O, O₁, O₂, O₃, … và một số góc có đỉnh tại các điểm này. Những điểm và góc này là gì và làm thế nào để tìm thấy chúng, chúng ta sẽ nói sau. Hiện tại, chúng ta chỉ lưu ý rằng nếu một trong các cạnh giả đi qua cùng một điểm, một cạnh khác ở góc đã đánh dấu, thì nó sẽ đi đến một cạnh giả khác đi qua cùng một điểm, sao cho tất cả các điểm giao nhau nằm trên các cạnh giả này sẽ trùng nhau.

*) Ngoại lệ duy nhất là đa giác “giả cạnh”, kép với cái gọi là hình khối giả cạnh, được tìm thấy bởi V. Ashkin.

Sử dụng Hình 1, chúng ta hãy xây dựng một khối đa diện bao gồm hai hình chóp tam giác không đều giao nhau.

Đầu tiên chúng ta hãy xây dựng những kim tự tháp này. Chúng ta hãy lấy một điểm O được đánh dấu (xem Hình 1), đi qua các cạnh giả và các điểm S’ và S’’ trên các giả cạnh này, các điểm này biến đổi thành nhau khi quay qua một góc được đánh dấu quanh điểm O. Điểm S’ và S’’ là giao điểm của hai cạnh giả; Hãy lấy các cạnh giả thứ hai đi qua chúng. Giao nhau với những điểm đã chọn trước đó, chúng cho ta điểm A’ (trên đường OS’’’) và điểm B’’’ (trên đường OS’). Ta được hai tam giác S’OA’ và S’‘OB’’’. Vì cạnh OS’ đồng dạng với cạnh OS’’’ nên hai hình tam giác này có thể “lệch” vào nhau dọc theo các cạnh này; Hãy coi chúng là hai mặt bên của một trong những kim tự tháp tương lai. Bây giờ chúng ta lưu ý rằng khi quay quanh điểm O theo góc đã đánh dấu ngược chiều kim đồng hồ, điểm A’ đi đến điểm A, và khi quay quanh điểm B’’’ đi đến điểm B. Cùng với điểm O, hai điểm này tạo thành một tam giác ABO, được “gắn” với các mặt đã chọn dọc theo các cạnh OB (với mặt S’‘‘‘OB’’’: [OB’’’] ≈ [OB]) và OA (với mặt S’OA’: [OA’] ≈ [OA]). Lấy hình tam giác này làm đáy của các kim tự tháp trong tương lai.

Vẫn còn phải tìm thêm một mặt bên để có thể dán nó vào các khung bên đã chọn và vào đế. Và rồi điều kỳ diệu sẽ xảy ra!

Lấy điểm O₂ đã đánh dấu trên cạnh A’S’ và xoay điểm A’ và điểm S’ quanh 180°. Các điểm này sẽ đi đến các điểm A’’ và S’’ của điểm tương ứng và [A’S’] ≈ [A’‘S’]. Các cạnh giả thứ hai đi qua các điểm A’’ và S’’ cắt nhau tại điểm B’’’ tạo thành tam giác S’‘A’‘B’’’. Điểm được đánh dấu O₁ là giao điểm của các cạnh A’‘B’’ và AB, do đó

Tờ 12

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

10

RẰNG KHI XÁC NHẬN THEO GÓC ĐƯỢC ĐÁNH DẤU XUNG QUANH O1O_1 CÁC CẠNH NÀY ĐƯỢC KẾT HỢP (A′′A'' đi vào AA, BB đi vào B′′B'' và [AB]≅[A′′B′′][AB] \cong [A''B'']). Do đó, hình tam giác S′′A′′B′′S''A''B'' được dán vào đáy dọc theo cạnh A′′B′′A''B'' và vào mặt bên S′OA′S'OA' dọc theo cạnh A′′S′′A''S''. Tất cả những gì còn lại là dán S′′A′′B′′S''A''B'' vào cạnh S′′OB′′S''OB''. Nhưng ở đây chúng ta lại được “cứu” bởi điểm đã đánh dấu - nó không hiển thị trong hình, chỉ có góc với đỉnh tại điểm này được đặt bằng một cung; nó là giao điểm của các cạnh S′′B′′S''B'' và S′′B′′S''B''; sao cho khi xoay theo góc đã đánh dấu xung quanh điểm này, các cạnh S′′B′′S''B'' và S′′B′′S''B'' thẳng hàng ([S′′B′]≅[S′′B′′][S''B'] \cong [S''B'']); Việc dán cuối cùng được thực hiện dọc theo các cạnh này.

Có thể chọn tham số thứ hai theo cách tương tự: các cạnh của nó trong Hình 1 được đánh dấu bằng cùng một màu (và hình tam giác DEFDEF là đáy của tham số thứ hai).

Bây giờ chúng ta cần hiểu các paramit này giao nhau như thế nào. Ở đây có sự tự do lớn lao: cạnh của paramida, chẳng hạn như đế của nó, trong ví dụ đang xem xét có thể chiếm 24 vị trí khác nhau trong không gian (tùy theo số lượng mặt phẳng giao nhau), và sau đó cùng một số vị trí khác nhau có thể được chiếm giữ bởi mỗi paramida. Tuy nhiên, vị trí chung của hai khung này có thể được xác định chỉ bằng một đường - các đường giao nhau của hai mặt bất kỳ của chúng; ví dụ: trong Hình 1, các đường l0l_0 và l0′l'_0 bằng nhau và biểu thị một đường trong không gian mà dọc theo đó các cơ sở ABOABO và DEFDEF của các paramid được xây dựng giao nhau. Priayam l0l_0 có một điểm chung với mỗi cạnh của đế (trên chính cạnh đó hoặc trên phần tiếp theo của nó; tổng cộng ba điểm); ví dụ: với cạnh BOBO - điểm MM. Nhưng đế ABOABO được “dán” dọc theo cạnh BOBO vào mặt bên S′′OB′′S''OB'', nghĩa là điểm MM trên cạnh B′′OB''O, đồng dạng với BOBO, sẽ tương ứng với điểm M′M' (điểm MM và

Tờ 13

tr. 11Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

11

M′M' trong hình của chúng tôi là điểm thứ sáu). Ngoài cạnh B′′OB''O, qua điểm M′M' trên mặt S′′OB′′S''OB'' còn có một đường thẳng khác đi qua; hãy gọi nó là t0t_0. Tại đáy của DEF nó tương ứng với đường thẳng t0t_0. Dọc theo đường thẳng được xác định bởi t0t_0 và t0t_0, DEF cơ sở của đường thẳng thứ hai cắt cạnh S′′OB′′S''OB'' của đường thẳng thứ nhất. Theo cách tương tự, tìm được đường giao nhau của tất cả các mặt khác của đường thẳng thứ nhất với đáy của đường thẳng thứ hai. Sau đó, tìm được đường giao nhau của tất cả các mặt của đường thẳng thứ hai với đáy của đường thẳng thứ nhất.

Hình 1 bên phải thể hiện sự phát triển của cơ quan tiếp nhận và Hình 2 thể hiện cái nhìn tổng thể của nó.

Bây giờ chúng ta hãy giải thích ngắn gọn các điểm và góc được đánh dấu của chúng ta đến từ đâu. Chúng ta đã nói rằng trong mỗi mặt phẳng của một khối đa diện đều hoặc nửa mặt đều, do sự giao nhau của nó với các mặt phẳng khác, chúng tạo thành các hệ đường thẳng đồng dạng (điều này có được do thực tế là khối đa diện là bán đều đều và có một chuyển động của không gian chuyển một trong các mặt của nó sang bất kỳ hướng nào, do đó khối đa diện đó tự biến thành chính nó). Chúng ta hãy cố định mặt phẳng của một số mặt của khối đa diện và hệ thống các đường giao nhau với các mặt phẳng khác. Hãy lấy một mặt khác và đánh dấu đường giao nhau của nó với mặt được chọn đầu tiên trong bản vẽ của chúng ta - để nó là đường thẳng l1l_1. Bây giờ chúng ta hãy xoay khối đa diện của mình quanh một trục nhất định sao cho mặt thứ hai đi vào mặt thứ nhất (vật quay này giao với đường giao nhau của hai mặt đã chọn hoặc song song với nó - hãy thử tự chứng minh điều này). Trong trường hợp này, mặt được chọn đầu tiên sẽ đi vào một số mặt khác và đường giao nhau của chúng sẽ đi vào đường giao nhau l2l_2 của mặt đầu tiên với mặt mà nó đi vào do xoay. Bây giờ chúng ta hãy tìm đường thẳng tương ứng với đường thẳng l2l_2 trên bản vẽ “phẳng” của chúng ta - đặt nó là đường thẳng l2′l_2'. Giao điểm của đường thẳng l1l_1 và l2′l_2' là điểm bù và góc giữa các đường thẳng này là góc lệch.

Trên trang đầu tiên của trang bìa có một hình vẽ phức tạp hơn - nó có được là kết quả của sự tiếp nối các mặt phẳng của các mặt của khối đa diện, được hiển thị trong Hình 11, a p. 6. Sinh viên tốt nghiệp Khoa Mỹ thuật Ứng dụng, Học viện Sư phạm Quốc gia Mátxcơva mang tên. V.I. Lênin, dưới sự lãnh đạo của tác giả những dòng này, đã xây dựng dựa trên hình vẽ này nhiều hình đa diện phức tạp và màu đỏ; một số trong số đó đã tạo cơ sở cho việc thực hiện các dự án: khu phức hợp đại học ở Calabria (Ý), nhà hát opera ở Sofia (Bulgaria), cung điện văn hóa ở Noginsk. Ở trang 3 của trang bìa, bạn sẽ thấy một trong những dự án này.

Chúng tôi đã cho bạn biết “máy cắt” để tạo ra tất cả các vật thể tuyệt vời này và bây giờ bạn có thể bắt đầu xây dựng khối đa diện chưa được tìm thấy của riêng mình *). Chúng tôi chúc bạn may mắn!

*) “Cái đầu” đa diện được mô tả trên trình bảo vệ màn hình của bài viết (trang 8) được “phát minh” bởi sinh viên năm thứ 2 của Học viện Sư phạm Bang Moscow Marina Boytsova.

Tờ 14

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

12

S. Ovchinnikov

Mạch chuyển mạch phẳng

Bạn có thể dễ dàng hiểu mạch chuyển mạch là gì từ Hình 1. Có hai nhóm cực nn - một nhóm đầu vào và một nhóm đầu ra (n=4n = 4 trong Hình 1). Mỗi làn đầu vào được kết nối với một và chỉ một làn đầu ra. Người đọc quen với khái niệm đồ thị có thể nhận thấy rằng mạch chuyển mạch là một loại đồ thị đặc biệt. Những đồ thị như vậy được gọi là sevens.

Khi tạo ra các thiết bị kỹ thuật sử dụng mạch chuyển mạch, yêu cầu các kết nối giao nhau phải được cách ly với nhau. Trong các thiết bị thông thường, các kết nối được thực hiện bằng dây dẫn và do đó yêu cầu này dễ dàng được đáp ứng. Một ví dụ về thiết bị như vậy là mạch chuyển mạch,

Hình 1.

Hình 2.

Tờ 15

tr. 13Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

13

hiển thị một mạch thực hiện tính đối xứng của các số nn: đầu vào thứ ii được kết nối với đầu ra thứ (n−i+1)(n-i+1). Mạch này yêu cầu lớp nn, vì mỗi cặp liên kết phải nằm trong các lớp khác nhau.

Bây giờ chúng ta hãy xây dựng các điều kiện bài toán chặt chẽ và chứng minh định lý chính.

Chúng ta hãy cho một mạch chuyển mạch có nn đầu vào và nn đầu ra; đánh số chúng bằng các số nguyên 1, 2, …, nn. Mỗi lược đồ như vậy xác định ánh xạ một-một lên chính tập hợp số {1,2,...,n}\{1, 2, ..., n\}; nói cách khác, mạch chỉ định một hoán vị PP tập hợp số {1,2,...,n}\{1, 2, ..., n\}, khớp số đầu vào với số đầu ra được kết nối với nó. Ví dụ, mạch chuyển mạch ở Hình 1 tương ứng với hoán vị 1→2,2→4,3→1,4→31 \rightarrow 2, 2 \rightarrow 4, 3 \rightarrow 1, 4 \rightarrow 3. Rõ ràng là mỗi hoán vị lần lượt tương ứng với một mạch chuyển mạch nhất định. Do đó, trong phần tiếp theo chúng ta sẽ không phân biệt giữa các mạch chuyển mạch và các hoán vị tương ứng của chúng.

Số nn được gọi là lũy thừa của hoán vị PP. Kết nối kết nối đầu vào ii với đầu ra jj sẽ được ký hiệu là (i,j)(i, j). Khi đó hoán vị PP có thể được định nghĩa là tập hợp {(i,j)}\{(i, j)\} của tất cả các kết nối.

Hãy xem xét một số ví dụ. Sơ đồ trong Hình 1 tương ứng với hoán vị bậc 4, có thể được viết dưới dạng một tập hợp các kết nối:

P1={(3,1),(1,2),(4,3),(2,4)}.P_1 = \{(3, 1), (1, 2), (4, 3), (2, 4)\}.

Các hoán vị bậc nn tương ứng với sơ đồ ở Hình 3 và Hình 4 được viết như sau:

P2={(1,1),(2,2),...,(n,n)},P_2 = \{(1, 1), (2, 2), ..., (n, n)\},
P3={(n,1),(n−1,2),...,(1,n)}.P_3 = \{(n, 1), (n-1, 2), ..., (1, n)\}.

Bài 1. Chứng minh hai liên kết (i,j)(i, j) và (p,q)(p, q) cắt nhau khi và chỉ khi (i−p)(j−q)<0(i-p)(j-q) < 0.

Một tập hợp con các liên kết được gọi là “lớp hoán vị PP” nếu không có hai liên kết nào từ tập hợp con này giao nhau. Hình 2 cho thấy hai lớp hoán vị P1P_1. Hoán vị P2P_2 bản thân nó là một lớp và đối với hoán vị P3P_3, mỗi lớp bao gồm chính xác một kết nối.

Độ dày của hoán vị PP là số lớp tối thiểu mà nó có thể được mở rộng trên đó. Trong ví dụ của chúng tôi, độ dày của P1P_1 là 2, độ dày của P2P_2 là 1 và độ dày của P3P_3 là nn. Rõ ràng, độ dày của bất kỳ hoán vị nào không vượt quá mức nn của nó.

Bài 2. Chứng minh rằng với mọi số nguyên p≤np \leq n đều có hoán vị PP bậc nn và độ dày pp.

Các hoán vị có độ dày 2 được gọi là có thể thực hiện được 2 (chúng có thể được phân tách trơn tru thành hai lớp) và có các tính chất sau. Chúng tôi đặt kết nối (i,j)(i, j) ở bên phải, nếu i≥ji \geq j và ở bên trái, nếu i<ji < j (Hình 5 hiển thị một hoán vị, các kết nối bên phải được đánh dấu màu đỏ và các kết nối bên trái được đánh dấu màu xanh lam). Hóa ra tập hợp tất cả các kết nối bên trái của hoán vị 2-có thể thực hiện được là một lớp. (Chứng minh điều đó.)

Ví dụ, hoán vị trong Hình 5 không thể thực hiện được bằng 2: hoán vị bên trái của nó

Tờ 16

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

14

Hình 5.

kết nối (2, 5) và (3, 4) giao nhau. Đối lập về ý nghĩa với khái niệm lớp là khái niệm bó. Một tập hợp con các liên kết được gọi là một bó nếu có hai liên kết bất kỳ từ tập hợp con này giao nhau. Độ dày của một bó là số lượng trái phiếu có trong đó. Chúng ta sẽ coi mỗi liên kết là một chùm có độ dày 1.

Hãy quay lại ví dụ của chúng tôi. Hoán vị P1P_1 (xem Hình 1) có ba bút chì có độ dày 2:
{(3,1),(1,2)},{(3,1),(2,4)}\{(3, 1), (1, 2)\}, \{(3, 1), (2, 4)\} và {(4,3),(2,4)}\{(4, 3), (2, 4)\}.

Tất cả các bó của hoán vị P2P_2 (Hình 2) có độ dày 1. Đối với hoán vị P3P_3 (Hình 3), bất kỳ tập hợp con nào của kết nối đều là một bó. Đặc biệt, bản thân hoán vị P3P_3 là một bó.

Trong số các dầm hoán vị này, các dầm có độ dày tối đa được đặc biệt quan tâm. Chúng tôi gọi các bó như vậy là tối đa.

Bài toán 3. Chứng minh rằng bó cực đại của một hoán vị tùy ý không thể chỉ bao gồm các kết nối bên trái của nó.

Có một mối quan hệ rõ ràng giữa độ dày của hoán vị và độ dày của chùm tia tối đa của nó: chùm hoán vị càng dày thì nó càng dày. Định lý sau đây chỉ rõ sự phụ thuộc này.

Định lý 1. Độ dày của một hoán vị bằng độ dày của bút chì cực đại của nó.

Vì một liên kết từ một gói tối đa phải nằm ở các lớp khác nhau nên số lượng từ không thể thay đổi được.

nhỏ hơn chiều dày dầm. Do đó, để chứng minh định lý, chỉ cần xây dựng một phân tích của một hoán vị cho trước có số từ bằng số liên kết trong bút chì tối đa là đủ. Nói cách khác, mỗi lớp của sự phân tách như vậy phải chứa chính xác một kết nối từ gói tối đa.

Trước khi chứng minh Định lý 1, chúng ta hãy thiết lập một tính chất quan trọng của bút chì cực đại.

Bổ đề. Cho phép
(i1,j1),(i2,j2),…,(ip,jp)(i_1, j_1), (i_2, j_2), \dots, (i_p, j_p)

  • các kết nối được bao gồm trong gói tối đa, và
    j1<j2<⋯<jpj_1 < j_2 < \dots < j_p.

Nếu một số kết nối (i,j)(i, j) giao với kết nối (i1,j1)(i_1, j_1) thì i<i1i < i_1.

Bằng chứng. Giả sử ngược lại, từ kết quả bài toán 1 ta thu được j<j1j < j_1. Nhưng sau đó liên kết (i,j)(i, j) cắt tất cả các liên kết của gói Dann và điều này mâu thuẫn với liên kết tối đa của nó.

Chúng ta sẽ nói rằng việc kết nối (i,j)(i, j) bắt đầu ở jj đầy đủ. thì tính chất hình học đã được chứng minh có nghĩa là bất kỳ kết nối nào bắt đầu từ bên trái của bút chì cực đại đều không cắt kết nối ngoài cùng bên trái của nó. Tương tự, bất kỳ liên kết nào bắt đầu từ bên phải của bút chì tối đa đều không cắt liên kết ngoài cùng bên phải của nó. Sắp xếp lại trong Hình 6 hoặc sẽ xây dựng bổ đề của chúng tôi. Được đánh dấu màu đỏ là các kết nối của chùm tia tối đa. (1, 5) là kết nối ngoài cùng bên phải của gói tối đa, (4, 2) là kết nối ngoài cùng bên trái. Nhân tiện, xin lưu ý rằng có thể có một số ròng rọc tối đa. Để sắp xếp lại trong Hình.

Tờ 17

tr. 15Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

15

Sunka 6 có ba trong số đó:
{(4, 2), (3, 4), (1, 5)}, {(7, 3), (3, 4), (1, 5)} và {(7, 3), (6, 6), (5, 7)}.

Chứng minh Định lý 1.

Chúng tôi đưa ra một bằng chứng mang tính xây dựng, nghĩa là chúng tôi chỉ ra một quy trình trong đó mỗi hoán vị có thể được phân tách thành một số từ tối thiểu.

Chúng ta chỉ biểu thị quán trọ của bút chì cực đại bằng pp. Chúng ta hãy gán kết nối (u1,1)(u_1, 1) (nghĩa là kết nối ngoài cùng bên trái của hoán vị) cho lớp đầu tiên và biểu thị nó (u1,v1)(u_1, v_1). Trong số tất cả các kết nối (i,j)(i, j) không giao nhau (u1,v1)(u_1, v_1), hãy xem xét kết nối có jj lung linh nhất. (u2,v2)(u_2, v_2) của riêng nó và cũng được bao gồm trong lớp đầu tiên. Bằng cách sắp xếp các kết nối trong một hàng, bắt đầu từ kết nối ngoài cùng bên trái và gán cho lớp đầu tiên những kết nối không giao nhau với những kết nối đã chọn, chúng ta thu được một tập hợp các kết nối rời rạc theo cặp (u1,v1),(u2,v2),…,(uh,vh)(u_1, v_1), (u_2, v_2), \dots, (u_h, v_h), tạo thành lớp đầu tiên.

Bản thân các kết nối không có trong lớp đầu tiên sẽ tạo thành một hoán vị nhất định. Áp dụng cách xây dựng trước đó cho hoán vị này, chúng ta có được lớp thứ hai, v.v.

Chúng ta hãy xem điều gì xảy ra với chùm tia tối đa trong quá trình xây dựng này. Hãy để chúng tôi biểu thị các kết nối có trong gói này bằng (i1,j1),(i2,j2),…,(ip,jp),j1<j2<⋯<jp(i_1, j_1), (i_2, j_2), \dots, (i_p, j_p), j_1 < j_2 < \dots < j_p. Theo bổ đề, kết nối (i1,j1)(i_1, j_1) không giao nhau với bất kỳ kết nối nào bắt đầu từ bên trái của nó và do đó phải rơi vào lớp đầu tiên. Không có kết nối nào khác từ gói tối đa này sẽ rơi vào lớp đầu tiên vì chúng giao nhau với kết nối (i1,j1)(i_1, j_1). Do đó, từ mỗi bó tối đa, một kết nối sẽ rơi vào lớp đầu tiên.

Hãy chọn lớp đầu tiên từ hoán vị của chúng tôi. Dễ dàng nhận thấy trong hoán vị còn lại các ròng rọc cực đại chỉ có p−1p-1. Bằng cách chọn lớp thứ hai, chúng tôi chỉ thu được p−2p-2 các ròng rọc tối đa trong hoán vị còn lại. Tiếp tục quá trình chọn từ này, ở bước thứ (p−1)(p-1), chúng ta thu được một hoán vị có các bó tối đa chỉ có 1. Nhưng điều này có nghĩa là các kết nối trong hoán vị này không giao nhau và do đó, bản thân nó tạo thành lớp thứ pp cuối cùng.

Vì vậy, chúng tôi đã chỉ ra rằng bất kỳ hoán vị nào cũng có thể được phân tách thành các lớp, số lượng lớp đó chỉ bằng bó tối đa; Sự khai triển này chứng minh định lý.

Tăng cường. Kiểm tra tính đúng đắn của định lý đối với P1,P2P_1, P_2 và P3P_3.

Chúng ta hãy xem xét các mạch chuyển mạch chỉ tương ứng với các hoán vị 2, nghĩa là các hoán vị có thể thực hiện được 2; chúng được đặc biệt quan tâm vì chúng chỉ yêu cầu sản xuất hai lớp dẫn điện. Cho hai mạch chuyển mạch như vậy được kết nối như trong Hình 7. Rõ ràng, mạch kết quả ở Hình 7 tương đương với mạch chuyển mạch trong Hình 8. Chúng ta hãy biểu thị hoán vị tương ứng với mạch trong Hình 8 bằng PP, và các hoán vị tương ứng với các mạch trên và dưới của Hình 7 bằng P1P_1 và P2P_2 tương ứng. Chúng ta sẽ nói rằng hoán vị PP bằng tích của các hoán vị P1⋅P2P_1 \cdot P_2.

Theo cách tương tự, bạn có thể xác định tích của bất kỳ số hoán vị nào. Thứ tự của các thừa số trong tích như vậy rất quan trọng: ví dụ: nếu chúng ta lấy hoán vị

Tờ 18

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

16

Hóa ra là bất kỳ hoán vị nào cũng có thể bị phân hủy thành tích của một số hoán vị có thể thực hiện được! (Chứng minh điều đó.)

Nếu một hoán vị được biểu diễn dưới dạng tích của s “mảnh” hoán vị có thể thực hiện được 2 thì nó được gọi là có thể thực hiện được theo tầng s. (Như vậy, hoán vị P (độ dày 3) thể hiện trên Hình 8 là có thể thực hiện được 2 tầng; việc phân tách P thành 2 tầng hoán vị 2 tầng thực hiện được được thực hiện bằng các hoán vị P₁ và P₂ của Hình 7.) Công nghệ hoán vị s-cascade có hai lớp dẫn điện và một lớp cách điện, hoán đổi cho nhau s - 1 lần. Lớp cách điện đầu tiên tương ứng với khoảng cách giữa các tầng; Rõ ràng là khi lớp cách điện bị đứt sẽ không xảy ra sự giao nhau của các liên kết. Mỗi lớp cách điện tương ứng với một điểm đứt trong 2) được thực hiện qua từng giai đoạn, nhưng có lẽ ở các dây khác nhau của lớp - xem Hình 10; các kết nối nằm trong cùng một lớp dẫn điện được biểu thị bằng cùng một màu.

Vì vậy, như chúng tôi đã nói, đối với bất kỳ hoán vị nào cũng tồn tại sự phân rã theo tầng. Số lượng tầng tối thiểu cần thiết để phân tách tầng của một hoán vị nhất định là bao nhiêu? Hãy thử tìm hiểu.

Hãy bắt đầu với hoán vị Kₚ, tương ứng với số i với số p - i + 1, tức là nhận ra tính đối xứng của số p.

Như đã lưu ý, hoán vị Kₚ trùng với bó cực đại của nó và chỉ có cùng giá trị với p. Bây giờ chúng ta sẽ xây dựng một số phân tách theo tầng của hoán vị Kₚ thành các hoán vị hai lớp và sau đó chỉ ra rằng phân tách được xây dựng là tối thiểu.

Với p = 2, hoán vị K₂ bản thân nó là một tầng (đơn vị). Cách phân rã hoán vị K₄ (p = 4) có thể xem trên Hình 11. Sử dụng ý tưởng phân rã tầng

Tờ 19

tr. 17Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

17

y để sắp xếp lại K4K_4, chúng ta hãy xây dựng một phân rã tầng của hoán vị K8K_8 (p=8p = 8) - xem Hình 12. Bây giờ đã rõ cách xây dựng phân rã tầng của hoán vị KpK_p, Nếu như pp bằng lũy ​​thừa của hai. Tầng trên (đối với p=2rp = 2^r) được thể hiện trên Hình 13. Các tầng còn lại thực hiện đối xứng các hoán vị dương 1, 2, …, 2r−12^{r-1} và tích cực 2r−1+12^{r-1} + 1, 2r−1+22^{r-1} + 2, …, 2r2^r; cùng lúc kktầng hoán vị bậc thứ 2r2^r thu được bằng cách kết hợp hai giống hệt nhau (k−1k-1)- tầng hoán vị bậc 2r−12^{r-1}. Rõ ràng, số tầng trong phân rã tầng được xây dựng của hoán vị K2rK_2^r bằng rr.

Hãy để nó bây giờ pp không phải là sức mạnh của hai; thế thì có chuyện như vậy rr, Cái gì 2r<p<2r+12^r < p < 2^{r+1}. Chúng ta hãy xem xét sự phân rã tầng của hoán vị K2r+1K_{2r+1} độ 2r+12^{r+1} và chúng ta thấy trong đó các kết nối bắt đầu ở các vị trí có số lượng không vượt quá pp. Rõ ràng, những kết nối này xác định hoán vị KpK_p (mục nhập có số 2r+1−p+12^{r+1} - p + 1, 2r+1−p+22^{r+1} - p + 2, …, 2r+12^{r+1} bạn cần đo lại, bắt đầu từ đơn vị: 1, 2,… pp) và sự phân rã tầng này của hoán vị K2r+1K_{2r+1} cũng phân hủy hoán vị KpK_p. Ví dụ, trong Hình 14, phân rã tầng cho hoán vị K6K_6 được rút ra từ việc khai triển cho K8K_8.

Vì vậy, đối với các hoán vị KpK_p là các ròng rọc, chúng tôi đã xây dựng các phép mở rộng theo tầng. Nếu pp sao cho 2r−1<p≤2r2^{r-1} < p \leq 2^r thì số giai đoạn là rr. Nếu không, nó có thể được viết như sau: r=log⁡2pr = \log_2 p, trong đó ∣a∣|a| biểu thị số nguyên nhỏ nhất, không nhỏ hơn aa.

Bây giờ chúng ta hãy chỉ ra rằng việc mở rộng tầng được xây dựng của các hoán vị KpK_p bao gồm một số tầng tối thiểu. Đối với ví dụ này, hãy lập chỉ mục theo pp. Lưu ý rằng nếu p<qp < q, thì phân rã tầng tối thiểu của hoán vị bậc qq yêu cầu không ít tầng hơn phân tách tối thiểu của hoán vị bậc pp.

Đối với p=2p = 2 tuyên bố của chúng tôi là hiển nhiên. Hãy chứng minh khẳng định cho p=kp = k. Hãy xem xét hai trường hợp.

a) 2r−1<k<2r2^{r-1} < k < 2^r.

Đối với hoán vị KkK_k bậc kk, chúng ta có phân tách xếp tầng rr. Khi di chuyển từ kk và k+1k+1, số tầng, như nhận xét của chúng tôi, không giảm. Nhưng vì kk là một số nguyên, nên k+1≤2rk+1 \leq 2^r, và do đó chúng ta có thể xây dựng một khai triển xếp tầng rr của hoán vị Kk+1K_{k+1} bậc k+1k+1; Bây giờ rõ ràng rằng đó là mức tối thiểu.

b) k=2rk = 2^r.

Hãy xem xét hoán vị Kk+1=K2r+1K_{k+1} = K_{2r+1}. Vì 2r+1<2r+12^{r+1} < 2^{r+1}, chúng ta có thể xây dựng một phân tách xếp tầng (r+1)(r+1) cho hoán vị Kk+1K_{k+1}. Hãy để chúng tôi chỉ ra rằng các tầng rr không đủ để phân tách hoán vị Kk+1K_{k+1} (khi đó phân tách (r+1)(r+1)-tầng sẽ là phân tách tối thiểu).

Chúng ta hãy giả sử điều ngược lại: giả sử có sự phân rã rr theo tầng của hoán vị K2r+1K_{2r+1} bậc 2r+12^{r+1}. Hãy xem xét tầng trên của thời điểm này-

Tờ 20

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

18

Tuy nhiên, trong hai lớp, tầng này chứa hơn một nửa số liên kết, tức là nhiều hơn 2r−12^{r-1} liên kết. Các liên kết này không giao nhau và do đó, các tầng r−1r-1 còn lại phải thực hiện phân tách bó các liên kết này, điều này là không thể, vì cấp độ của bó này lớn hơn 2r−12^{r-1}. Kết quả mâu thuẫn hoàn thành chứng minh.

Vì việc phân tách theo tầng của một hoán vị tùy ý (như KpK_p, không phải là một bó) yêu cầu không ít các tầng hơn so với việc phân tách bó tối đa của nó, nên điều đó là đúng.

Định lý 2. Số tầng tối thiểu cần thiết để thực hiện hoán vị hai giai đoạn của tấm bia nn và moltsna pp không nhỏ hơn log⁡2p\log_2 p.

Chúng tôi đã thu được ước tính “đáy” cho số tầng tối thiểu. Sử dụng các phép tính tương tự, bạn có thể nhận được ước tính từ phía trên:

Định lý 3. Một hoán vị tùy ý của gốc nn thừa nhận log⁡2n[−kаскадную реализацию]\log_2 n [-\text{kаскадную реализацию}].

Bài toán 4. Chứng minh Định lý 3.

Kết quả ước tính “trên” và “dưới” khác nhau rất ít đối với các hoán vị “dày”. Tuy nhiên, đối với các hoán vị có độ dày nhỏ thì sự khác biệt về trọng lượng bị hạn chế và cần có những ước tính chính xác hơn. Hai bài toán tiếp theo đưa ra một số tiến bộ trong vấn đề này, nhưng công thức chính xác về số lượng giai đoạn hai giai đoạn tối thiểu cần thiết để phân tách một hoán vị nhất định vẫn chưa được biết.

Bài toán 5. Chứng minh rằng hoán vị độ dày pp thừa nhận việc thực hiện xếp tầng (2⋅log⁡2p[−1])(2 \cdot \log_2 p [-1]).

Bài toán 6. Chứng minh rằng hoán vị độ dày pp cho phép thực hiện (2⋅log⁡2p3[+2])(2 \cdot \log_2 \frac{p}{3} [+2])-tầng.

Tù nhân của vua Dadon

Trong cuộc đột kích, vua Dadon đã bắt được 100 tù nhân. Họ bị biệt giam và lính canh được trang bị vũ khí dày đặc đi dọc hành lang nhà tù. Mỗi ô đều bị khóa; Tất cả một trăm ổ khóa đều có một chiếc chìa khóa được vua Dadon cất giữ trong rương. Một lượt chìa khóa mở được ổ khóa, một lượt khác lại khóa lại, lượt tiếp theo lại mở khóa lại, v.v.

Vào ngày sinh của ông, nhà vua quyết định thả tù nhân, thậm chí ngay trước ngày ông đã sai một người tra chìa khóa vào ổ khóa của buồng thác và xoay một vòng. Tất cả các cửa đều không khóa. Tuy nhiên, ngày sinh nhật vẫn chưa đến và không thể rời khỏi phòng giam: những người bảo vệ có vũ trang đi dọc hành lang.

Người đưa tin gần như không thể trả lại chìa khóa khi Vua Dadon thay đổi lời giải của mình. Ông ra lệnh cho người đưa tin mới vặn chìa khóa vào ổ khóa thác của căn phòng thứ hai. Cửa phòng giam thứ hai, thứ tư, thứ sáu và cả bốn phòng giam còn lại đều bị khóa lại. Người tiếp theo thực hiện một vòng quay trong ổ khóa của các phòng thứ ba, thứ sáu, thứ chín, thứ mười hai, v.v. Một cái khác nằm ở mỗi ô thứ tư. Điều tương tự cũng được lặp lại với thông điệp tiếp theo từ nhà vua - cho đến cả trăm, người chỉ vặn chìa khóa trong ổ khóa của căn phòng thứ trăm.

Cuối cùng, ngày sinh nhật của nhà vua đã được nhấn mạnh. Lính canh đã bị loại bỏ và những người trong phòng giam mở được thả ra.

Vua Dadon đã thả tự do cho bao nhiêu tù nhân?

Tờ 21

tr. 19Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

19

G. Kotkin

Cửa sổ bật lên

bong bóng khí
và định luật Archimedes

Hãy tưởng tượng rằng bạn đang chuẩn bị cho kỳ thi vật lý, đang ngồi ở bìa rừng bên bờ hồ. Lặp lại định luật II Newton, bạn muốn áp dụng định luật này cho chuyển động của các bọt khí nổi lên từ đáy. Và rồi một điều kỳ lạ bắt đầu…

Lực hấp dẫn tác dụng lên bong bóng nhỏ hơn một nghìn lần so với trọng lượng của nước mà nó chiếm chỗ (mật độ của không khí và nước khác nhau khoảng một nghìn lần). Lực cản trong quá trình ma sát chất lỏng, tỷ lệ thuận với tốc độ của bong bóng, ban đầu nhỏ nên không tính đến *). Do đó, gia tốc được xác định chủ yếu bởi lực nổi Archimedean:

a=Vρg−mgm≈Vρgm.(1) a=\frac{V\rho g-mg}{m}\approx\frac{V\rho g}{m}. \tag{1}

Ở đây mm là khối lượng, aa là gia tốc của bong bóng, VV là thể tích của nó, ρ\rho là mật độ của nước. Đặt mật độ khí là ρ0\rho_0. Sau đó m=Vρ0m=V\rho_0 và

a≈ρρ0g≈103g. a\approx\frac{\rho}{\rho_0}g\approx10^3g.

Vì vậy, gia tốc của bong bóng vào cỡ một nghìn gg. Đây là một giá trị rất lớn. Chúng ta hãy nhớ gia tốc đó


*) Vai trò của lực lượng kháng cự sẽ được thảo luận thêm.

mà các phi hành gia và phi công phải chịu đựng đạt tới vài gg (giả sử lên tới 10 gg). Nếu đạn di chuyển trong nòng có chiều dài 1 м1\ м với gia tốc như vậy thì nó sẽ có thể bay lên độ cao h=1 кмh=1\ км (bạn hãy tự kiểm tra điều này); nếu một con bọ lọt vào bên trong bong bóng bật lên của chúng tôi, nó sẽ bị nghiền nát trong một “thang máy” như vậy; v.v. Cơ hội thực sự phong phú cho các nhà phát minh!

Tuy nhiên, ngồi trên bờ hồ, bạn có thể tận mắt chứng kiến ​​rằng trên thực tế, gia tốc của bong bóng không hề lớn chút nào.

Thay vì ngay lập tức đưa ra đáp số cho câu đố vừa nảy sinh, hãy hỏi một câu đố khác.

Cho phép bạn dễ dàng nâng vật nặng một pound (m=16 кгm=16\ кг) lên độ cao 1 м1\ м. Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn tác dụng một lực bằng trọng lượng của trọng lượng này lên một viên sỏi có khối lượng 1 г1\ г (hoặc một đồng xu) trên đường đi cũng có khối lượng 1 м1\ м? Không khó để tưởng tượng rằng viên sỏi sau đó sẽ bay lên độ cao 16 km. (Chúng tôi không tính đến lực cản của không khí. Rõ ràng đây không phải là vấn đề.) Đây là gì - một dự án tuyệt vời khác?

Không, lần này khá dễ dàng để vạch mặt tác giả của dự án: bạn sẽ phải nhấc không chỉ một viên sỏi mà còn cả bàn tay của chính mình! Một lực cỡ 160 н160\ н phải được tác dụng lên mỗi gam của nó. Toàn bộ cánh tay sẽ nặng vài tấn và bạn sẽ không còn đủ sức để nâng nó lên.

Do đó, một bàn tay đứng yên hoặc chuyển động với gia tốc nhỏ có thể tác dụng một lực lớn hơn lên vật nặng so với một bàn tay chuyển động với gia tốc lớn hơn.

Nhưng khi một bong bóng khí di chuyển trong nước, một hình ảnh tương tự sẽ xuất hiện. Khi bong bóng nổi lên, một khối nước nào đó sẽ tràn xuống, lấp đầy khoảng trống. Bong bóng tương tác với nước chuyển động chứ không phải nước đứng yên. Rõ ràng

Tờ 22

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

20

và lực do nước tác dụng lên bong bóng phụ thuộc vào gia tốc của chính nước. Định luật Archimedes, được viết dưới dạng tổng quát Fвыт=VρgF_{выт} = V\rho g, không áp dụng được cho một bong bóng chuyển động với tốc độ nhanh hơn!

Hóa ra bài toán về một bong bóng rất gần với bài toán về chuyển động của các vật nặng được nối với nhau bằng một sợi dây ném qua một khối đứng yên (Hình 1). Không khó để nhận ra sự tương đồng giữa chúng. Thật vậy, một trong các vật nặng (có khối lượng mm) dường như đóng vai trò là bong bóng, vật còn lại (có khối lượng MM) đóng vai trò là nước, và lực căng của đáy TT đóng vai trò là lực nổi.

Định luật thứ hai của Newton áp dụng cho bộ nạp khối mm có thể được viết như sau:

ma=T−mg.(2)ma = T - mg. \tag{2}

Nếu trọng lượng khối lượng mm giữ nguyên thì trọng lượng của vật nặng TT hóa ra bằng về mặt số lượng với trọng lượng của vật nặng MgMg (tất cả nước “đã dịch chuyển”). Thay T=MgT = Mg vào phương trình (2), ta thu được:

a=M−mmg(неверно!).(3)a = \frac{M - m}{m} g \quad (\text{неверно!}). \tag{3}

Tại M≫mM \gg m hóa ra là a≫ga \gg g. Kết luận này không hoàn toàn giống với kết luận về gia tốc cực lớn của bong bóng (xem (1)). Nguyên nhân của sự nhầm lẫn là như nhau: cần phải tính đến chuyển động của khối lượng MM và chuyển động của nước “chuyển chỗ”. Chúng ta hãy nhớ lại rằng để có lời giải bài toán đúng về trọng lượng, chúng ta cũng cần viết phương trình định luật thứ hai của Newton cho trọng lượng có khối lượng MM

Ma=Mg−T(4)Ma = Mg - T \tag{4}

và giải hệ phương trình (2) và (4). Từ đây

a=M−mM+mg,(5)a = \frac{M - m}{M + m} g, \tag{5}

T=2mMM+mg.T = \frac{2mM}{M + m} g.

Tại m≪Mm \ll M hóa ra a≈ga \approx g, T≪MgT \ll Mg, điều này khá đúng.

Bạn có thể giải bài toán này theo cách khác - sử dụng định luật bảo toàn năng lượng. Khi di chuyển trọng lượng của khối lượng mm lên (và theo đó, trọng lượng của khối lượng MM xuống) một khoảng cách hh, thế năng của hệ sẽ giảm đi một giá trị Mgh−mghMgh - mgh. Động năng sẽ bằng mv22+Mv22\frac{mv^2}{2} + \frac{Mv^2}{2}, trong đó vv là tốc độ của tải (chúng tôi coi tốc độ ban đầu bằng 0). Cân bằng các giá trị

Mgh−mgh=mv22+Mv22,Mgh - mgh = \frac{mv^2}{2} + \frac{Mv^2}{2},

chúng tôi tìm thấy

v2=2M−mM+mgh,v^2 = 2 \frac{M - m}{M + m} gh,

hoặc (xem (5))

v2=2ah.(6)v^2 = 2ah. \tag{6}

Mối liên hệ như vậy giữa tốc độ và độ dịch chuyển có bản chất đối với chuyển động có gia tốc không đổi aa. (Trong trường hợp này a=M−mM+mga = \frac{M - m}{M + m} g.)

Hãy sử dụng điều này cho lời giải bài toán về chuyển động của một vật trong chất lỏng. Đúng, chúng tôi sẽ không thể đưa ra lời giải bài toán đầy đủ về tác động lên bong bóng. Thực tế là sự phân bố vận tốc chất lỏng xung quanh

Tờ 23

tr. 21Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

21

bong bóng quá khó (Hình 2).
Tuy nhiên, chúng tôi sẽ quyết định đặt bài toán.
Chúng ta hãy xem xét chuyển động của một thanh dài có bán kính rr, chiều dài ll và khối lượng mm dọc theo trục của một ống có bán kính R≪lR \ll l chứa đầy mật độ chất lỏng ρ\rho (Hình 3). Trong trường hợp này, chuyển động của chất lỏng rất dễ tính toán. Chất lỏng bị phần trên của thanh chiếm chỗ sẽ di chuyển xuống và lấp đầy khoảng trống do phần dưới của thanh bỏ trống. Nếu chúng ta loại trừ các khu vực nhỏ gần các đầu của thanh thì vận tốc chất lỏng sẽ ở khắp mọi nơi giữa thanh và thành ống.

Hình 2.

Hình 3.

ki hóa ra cũng giống như vậy. Chúng ta hãy biểu thị bằng vv tốc độ của thanh và v1v_1 tốc độ của nước chuyển động giữa thanh và thành ống tại thời điểm thanh tăng lên độ cao hh từ mức mà tốc độ của nó bằng 0. Cân bằng thể tích πr2vΔt\pi r^2 v \Delta t của chất lỏng bị thanh chiếm chỗ trong một khoảng thời gian ngắn Δt\Delta t, tìm được thể tích π(R2−r2)v1Δt\pi (R^2 - r^2) v_1 \Delta t của chất lỏng truyền giữa thanh và ống trong cùng thời gian

v1=r2R2−r2v.v_1 = \frac{r^2}{R^2 - r^2} v.

Trong thời gian thanh tăng lên độ cao hh thì khối lượng chất lỏng tương đương Vρ(V=πr2l−объемстержня),V\rho (V = \pi r^2 l - объем стержня), cũng sẽ giảm đi hh, khi đó thế năng của thanh và chất lỏng giảm đi bằng Vρgh−mghV\rho g h - m g h. Động năng của hệ bằng mv22+m1v122\frac{m v^2}{2} + \frac{m_1 v_1^2}{2}, trong đó m1m_1 là khối lượng của chất lỏng chuyển động. Viết động năng của chất lỏng dưới dạng:

m1v122=π(R2−r2)lρ2v12=Vρr22(R2−r2)v2=m′v22,\frac{m_1 v_1^2}{2} = \frac{\pi (R^2 - r^2) l \rho}{2} v_1^2 = \frac{V \rho r^2}{2 (R^2 - r^2)} v^2 = \frac{m' v^2}{2},

ở đâu m′=Vρr2R2−r2m' = \frac{V \rho r^2}{R^2 - r^2}.

Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng, ta có

Vρgh−mgh=mv22+m′v22,V \rho g h - m g h = \frac{m v^2}{2} + \frac{m' v^2}{2},

Ở đâu

v2=2Vρ−mm+m′gh.v^2 = 2 \frac{V \rho - m}{m + m'} g h.

Sự phụ thuộc của tốc độ vv vào độ dịch chuyển hh tương ứng với chuyển động có gia tốc (xem (6))

a=Vρ−mm+m′g.a = \frac{V \rho - m}{m + m'} g. (7)

Do đó thanh chuyển động như thể khối lượng của nó tăng lên

Tờ 24

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

22

Nó được tính bằng giá trị m′m' và độ lớn của lực vẫn bằng lực Archimedean thủy tĩnh (VρgV\rho g). Đại lượng m′m' được gọi là khối lượng tăng thêm. Đây là số của công thức, nhưng nó là một biểu thức thuận tiện của đẳng thức (7). Công thức (7) thu được từ công thức sai (1) bằng cách thêm số hạng m′m' vào mẫu số. Lưu ý rằng theo cách tương tự, công thức (5) thu được từ (3) bằng cách thêm số hạng MM vào mẫu số.

Giờ đây, lực FвытF_{\text{выт}} mà chất lỏng chuyển động tác dụng lên thanh có thể dễ dàng thu được từ định luật thứ hai của Newton

ma=Fвыт−mg,ma = F_{\text{выт}} - mg,

Ở đâu

Fвыт=m(g+a)=mgVρ+m′m+m′.(8)F_{\text{выт}} = m(g + a) = mg \frac{V\rho + m'}{m + m'}. \tag{8}

Cụ thể, nếu m≪m′m \ll m' thì Fвыт≈≈mgR2r2F_{\text{выт}} \approx \approx mg \frac{R^2}{r^2}; tại R∼rR \sim r lực có độ lớn có độ lớn bằng trọng lượng của thanh (và không liên quan gì đến trọng lượng của phần nước chiếm chỗ). Nếu m≫m′m \gg m', thì Fвыт≈VρgF_{\text{выт}} \approx V\rho g, tức là chúng ta quay lại định luật Archimedes ở dạng tổng quát.

Đối với một quả bóng (đặc biệt là bong bóng), phép tính cho kết quả như sau: động năng của chất lỏng bằng 14Vρv2\frac{1}{4} V\rho v^2, trong đó VV là thể tích của quả bóng, vv là tốc độ của nó. thì khối lượng tăng thêm của bong bóng là m′=12Vρm' = \frac{1}{2} V\rho, tức là nó bằng một nửa khối lượng của nước chiếm chỗ. Bong bóng nổi lên với gia tốc

a=Vρ−Vρ0Vρ0+Vρ/2g≈2g.a = \frac{V\rho - V\rho_0}{V\rho_0 + V\rho/2} g \approx 2g.

Lực nổi được xác định từ phương trình (8), nó xấp xỉ bằng Fвыт≈3mgF_{\text{выт}} \approx 3 mg, tức là gấp ba lần trọng lượng của một bong bóng đứng yên (và nhỏ hơn nhiều lần so với trọng lượng của phần nước chiếm chỗ).

Hình 4.

Bây giờ chúng ta hãy nhớ lại lực cản. Đối với bong bóng khí trong chất lỏng, nó được xác định theo công thức Fc=12πηrvF_c = 12\pi \eta rv, trong đó rr là bán kính của bong bóng, vv là tốc độ của nó, η\eta là cái gọi là hệ số nhớt của môi trường ∗^*). Có tính đến lực cản, phương trình chuyển động của bong bóng sẽ được viết như sau (xem (7)):

(m+m′)a=Vρg−mg−Fc.(9)(m + m') a = V\rho g - mg - F_c. \tag{9}

Rõ ràng là FcF_c giảm (và do đó là tốc độ) của bong bóng so với giá trị đó khi chúng ta không tính đến lực cản của chất lỏng. Tuy nhiên, nếu 43πr3ρg≫12πηrv\frac{4}{3} \pi r^3 \rho g \gg 12\pi \eta rv, tức là ở v≪r2ρg9ηv \ll \frac{r^2 \rho g}{9\eta}, lực cản có thể bị bỏ qua. Ví dụ: nếu một đứa trẻ ở gần một bong bóng có bán kính r=3 mmr = 3 \text{ mm} ∗^*) di chuyển trong nước (ρ=1 e/cm3\rho = 1 \text{ e/cm}^3, η=1,0×10−2 e/(cm⋅сек)\eta = 1,0 \times 10^{-2} \text{ e/(cm} \cdot \text{сек)}), thì tốc độ của nó sẽ nhỏ hơn nhiều so với giá trị v0=r2ρg9η=10 m/секv_0 = \frac{r^2 \rho g}{9\eta} = 10 \text{ m/сек}. Hãy ước tính xem bong bóng sẽ đi đến đường nào h0h_0

∗^*) Công thức trên đúng cho ρvr≫η\rho vr \gg \eta, nếu ρvr≪η\rho vr \ll \eta thì thay hệ số 12π bằng 4π. Đối với một quả bóng cứng ở ρvr≪η\rho vr \ll \eta hệ số là 6π (công thức Stokas).

∗^*) Một bong bóng có bán kính lớn hơn không thể duy trì dạng hình cầu (một khay chứa một giọt Djedian đang rơi, bị biến dạng bởi lực áp suất không khí; chẳng hạn, hãy xem bức tượng của I. Sh. Slobodetsky “Trên hình dạng của một giọt Djedian”, «Kvant», 1970, số 8).

Tờ 25

tr. 23Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

23

Hình 5. Hình 6.

tốc độ như vậy. Để ước tính sơ bộ, chúng tôi sử dụng đẳng thức v02=2ah0v_0^2 = 2ah_0, trong đó a=3ga = 3g:

h0=v026g≈1.5 m.h_0 = \frac{v_0^2}{6g} \approx 1.5 \text{ m}.

Do đó, dọc theo đoạn đường dài 1,5 m, lực cản có thể bị bỏ qua. Trong trường hợp này, v0=10 m/секv_0 = 10 \text{ m/сек} là tốc độ tối đa mà một bong bóng khí nổi trong nước có thể đạt tới.

Trong thực tế

  1. Một ống hình trụ, bao gồm hai phần có bán kính R1R_1 và R2R_2 (Hình 4), được nối với nhau bằng một chuyển tiếp nổi, chứa đầy nước. Một thanh tuyến tính có bán kính rr và mật độ ρ0\rho_0 di chuyển dọc theo trục của ống. Tốc độ của thanh ở phía bên trái của ống là v1v_1. Vận tốc của nó sẽ như thế nào sau khi chuyển động về phía bên phải của đường ống?

  2. Một quả bóng có bán kính RR có bán kính thô r≪Rr \ll R nổi trong chất lỏng có mật độ ρ\rho (Hình 5). Khối lượng của quả bóng khi có phần thô là mm. Quả bóng được đưa ra khỏi bề mặt chất lỏng, đáy và thành bình ở khoảng cách lớn hơn nhiều so với bán kính của nó. Quả bóng được nâng lên một chút do độ nhám của nó và thả ra. Xác định thời gian xuất hiện của quả cầu bình.

  3. Một thanh khối lượng mm nổi lên dọc theo trục của ống với nước (Hình 6). Xác định lực tác dụng lên đáy.

Tái sử dụng

Trong mỗi ví dụ sau, số được thay thế bằng chữ cái (mỗi số tương ứng với một chữ cái); bất kỳ số nào cũng có thể xuất hiện cùng với dấu hoa thị. Khôi phục hình thức ban đầu của các ví dụ.

  1. ×\times và k s
    và tới s
    e * * *

    • T * *
      chín
  2. ×\times và k s
    và tới s



    e * * *
    bốn

  3. ×\times và k s
    và tới s


    và tới s


    sáu

  4. ×\times d trong một
    hai
    ĐẾN * * *


    tôi g r ê k

  5. ×\times s t
    một trăm




    tôi g r ê k

  6. ×\times z e t
    z e t




    bốn mươi

E. Rekstin

Tờ 26

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

24

M. Khaplanov

Những con số siêu việt

Khái niệm về số đã được hình thành trong suốt một thiên niên kỷ. Và chỉ cách đây nhiều năm xa xưa - chủ yếu là trong các tác phẩm của L. Euler (1707-1783) - số phức đã đi vào toán học và sự phát triển của khái niệm số đã hoàn thành.

Chúng ta hãy nhớ lại các giai đoạn (không theo trình tự thời gian) của sự phát triển này:
a) các số tự nhiên 1, 2, 3,…
b) số nguyên … -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, …
c) số hữu tỷ, tức là các số có dạng pq\frac{p}{q}, trong đó pp là số nguyên, qq là số tự nhiên;
d) số phức, tức là các số được biểu thị dưới dạng phân số thập phân vô hạn;
e) số phức, tức là các số có dạng a+bia+bi, trong đó aa và bb là số thực và ký hiệu ii được xác định bởi điều kiện i2=−1i^2 = -1.

Trong chuỗi này, mỗi lớp tiếp theo chứa tất cả các số của lớp trước và thêm các số “mới”. Với mỗi lần mở rộng lớp số, chúng ta có cơ hội thực hiện trong mọi trường hợp một số hành động nhất định mà không phải lúc nào chúng ta cũng có thể thực hiện được với các số “cũ”. Vì vậy, trong lớp số nguyên, phép trừ luôn thực hiện được, còn trong lớp số hữu tỷ, phép chia luôn thực hiện được; trong lớp số thực, chúng ta luôn có thể thực hiện các số chỉ từ bốn phép tính số học, nhưng - đối với các số dương - rút ra căn bậc hai và nói chung là nâng lên lũy thừa thực bất kỳ, cũng như tìm logarit. Cuối cùng, như Gauss (1777–1855) đã chứng minh vào năm 1799, các phương trình đại số ở bất kỳ mức độ nào luôn có thể giải được dưới dạng số phức: phương trình
a0zn+a1zn−1+⋯+an=0,a_0z^n+a_1z^{n-1}+\dots+a_n=0,
(1)
trong đó nn là số tự nhiên và các hệ số phức, có nghiệm phức nn. Still Raving (1748) Euler đã xây dựng lý thuyết về hàm mũ, logarit, lượng giác và các hàm nghịch đảo của chúng trong một lập luận phức.

Hiện tại, chúng tôi sẽ xem xét một cách phân loại số khác, cụ thể là chia chúng thành đại số và không đại số (ban đầu là siêu việt)*.

Xác định. Một số được gọi là đại số nếu có một phương trình đại số với các hệ số nguyên mà nó là nghiệm.

Nhấn mạnh rằng để một số là đại số thì phương trình (1) nó thỏa mãn phải có hệ số nguyên (hoặc có thể rút gọn thành phương trình như vậy).

Rõ ràng, các số hữu tỷ là đại số: pq\frac{p}{q} là nghiệm của phương trình qz−p=0qz-p=0 với các hệ số nguyên qq và −p-p. Số đại số là nghiệm của phương trình bậc hai có hệ số nguyên, ví dụ: số ii (gốc của phương trình z2+1=0z^2+1=0), số −5−1-\sqrt{5}-1 (gốc của phương trình

*) Xem thêm bài viết của D. B. Fuchs và M. B. Fuchs “Rational xấp xỉ và siêu việt” và bài viết của L. A. Kall về “Nhân kỷ niệm 100 năm lý thuyết tập hợp của Georg Cantor”, «Kvant», 1973, số 12.

Tờ 27

tr. 25Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

25

z2+2z−4=0z^2+2z-4=0, số 1−i51-i\sqrt{5} (gốc của phương trình z2−2z+6=0z^2-2z+6=0).

Các số siêu việt có tồn tại không?

Câu hỏi được đặt ra một cách tự nhiên: có những con số siêu việt nào không?

Số dương đáp số được nhà toán học người Pháp Lie Houville (1809–1882) đưa ra cho nó vào năm 1844. Năm 1873, Hermite chứng minh sự siêu việt của số ee, năm 1882 Lindeman - sự siêu việt của số jj. Năm 1900, tại Đại hội Toán học Quốc tế Thủ tướng ở Paris, D. Hilbert (1860-1940), trong số 23 bài toán ông đặt ra và trở nên nổi tiếng, đã đưa ra các bài toán sau: các số có dạng αβ\alpha^\beta siêu việt, trong đó α\alpha là số đại số được mô tả từ 0 đến 1, và β\beta là số đại số vô tỉ?

Câu trả lời tích cực đáp số cho câu hỏi này được nhà toán học xuất sắc Liên Xô A. O. Gelfond (1906-1968) đưa ra vào năm 1934.

kết quả Liouville

Trong tương lai, chúng tôi sẽ đề xuất rằng số đại số và số siêu việt là số thực, mặc dù mọi thứ vẫn đúng đối với số phức (xem bài tập ở cuối bài).

Định lý 1. Cho α\alpha là số vô tỷ là nghiệm của phương trình

f(z)≡a0zn+a1zn−1+⋯+an=0.f(z) \equiv a_0 z^n + a_1 z^{n-1} + \dots + a_n = 0. (2)

Sử dụng các hệ số của phương trình và A>∣α∣A > |\alpha| tùy ý, người ta có thể tìm thấy một số MM sao cho mọi phân số pq\frac{p}{q}, ∣pq∣⩽A\left|\frac{p}{q}\right| \leqslant A, không phải là nghiệm của phương trình (2), thì bất đẳng thức là đúng

∣α−pq∣⩾1Mqn.\left|\alpha - \frac{p}{q}\right| \geqslant \frac{1}{M q^n}. (3)

Bằng chứng. Theo điều kiện của định lý ta có:

f(α)=a0αn+a1αn−1+⋯+an−1α+an=0,f(\alpha) = a_0 \alpha^n + a_1 \alpha^{n-1} + \dots + a_{n-1} \alpha + a_n = 0,

f(pq)=a0(pq)n−αn+⋯+an−1(pq)n−1+⋯+an=0.f\left(\frac{p}{q}\right) = a_0 \left(\frac{p}{q}\right)^n - \alpha^n + \dots + a_{n-1} \left(\frac{p}{q}\right)^{n-1} + \dots + a_n = 0.

Từ đây

f(pq)=f(pq)−f(α)=a0[(pq)n−αn]+a1[(pq)n−1−αn−1]+⋯+an−1(pq)n−1+⋯+an=0.f\left(\frac{p}{q}\right) = f\left(\frac{p}{q}\right) - f(\alpha) = a_0 \left[ \left(\frac{p}{q}\right)^n - \alpha^n \right] + a_1 \left[ \left(\frac{p}{q}\right)^{n-1} - \alpha^{n-1} \right] + \dots + a_{n-1} \left(\frac{p}{q}\right)^{n-1} + \dots + a_n = 0.

×{a0[(pq)n−αn]+(pq)n−2α+⋯+(pq)n−2+αn−1]+α1[(pq)n−αn]+⋯+an=0.\times \left\{ a_0 \left[ \left(\frac{p}{q}\right)^n - \alpha^n \right] + \left(\frac{p}{q}\right)^{n-2} \alpha + \dots + \left(\frac{p}{q}\right)^{n-2} + \alpha^{n-1} \right] + \alpha_1 \left[ \left(\frac{p}{q}\right)^n - \alpha^n \right] + \dots + a_n = 0.

Vì ∣α∣<A|\alpha| < A, ∣pq∣⩽A\left|\frac{p}{q}\right| \leqslant A, thì

f(pq)⩽∣pq∣−α∣M∣,f\left(\frac{p}{q}\right) \leqslant \left|\frac{p}{q}\right| - \alpha |M|, (4)

Ở đâu

M=∣a0∣nAn−1+∣a1∣×(n−1)An−2+⋯+∣an−1∣.M = |a_0| n A^{n-1} + |a_1| \times (n-1) A^{n-2} + \dots + |a_{n-1}|. (5)

Nhưng

∣f(pq)∣=∣a0pn+a1pn−1q+⋯+anqn∣qn.\left| f\left(\frac{p}{q}\right)\right| = \frac{\left| a_0 p^n + a_1 p^{n-1} q + \dots + a_n q^n \right|}{q^n}. (6)

Tử số của phân số (6) a0,a1,…,an,p,qa_0, a_1, \dots, a_n, p, q là số nguyên nên tử số (6) là số nguyên và vì f(pq)≠0f\left(\frac{p}{q}\right) \neq 0 nên nó không nhỏ hơn một.

Kể từ đây,

∣f(pq)∣⩾1qn.\left| f\left(\frac{p}{q}\right)\right| \geqslant \frac{1}{q^n}. (7)

Từ (4) và (7) suy ra (3). Định lý đã được chứng minh.

Tờ 28

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

26

Định lý 2. Số

α=c0+c110+c21021+c31031+⋯+ck10k1+…,\alpha = c_0 + \frac{c_1}{10} + \frac{c_2}{10^{21}} + \frac{c_3}{10^{31}} + \dots + \frac{c_k}{10^{k1}} + \dots,

food c0c_0 là một số nguyên tùy ý và c1,c2,…c_1, c_2, \dots lấy một trong các giá trị 0, 1, 2,…, 9 và không bằng 0 liên tiếp, bắt đầu từ một điểm nhất định - trước.

Bằng chứng. Hãy đặt

c0+c110+c21021+⋯+ck10k1=pq.c_0 + \frac{c_1}{10} + \frac{c_2}{10^{21}} + \dots + \frac{c_k}{10^{k1}} = \frac{p}{q}.

Sau đó

α−pq=ck+110(k+1)1+ck+210(k+2)1+⋯>0,\alpha - \frac{p}{q} = \frac{c_k+1}{10^{(k+1)1}} + \frac{c_k+2}{10^{(k+2)1}} + \dots > 0,

và vì q=10k1q = 10^{k1}, thì

α−pq=ck+1qk+1+ck+2q(k+1)(k+2)+… .\alpha - \frac{p}{q} = \frac{c_k+1}{q^{k+1}} + \frac{c_k+2}{q^{(k+1)(k+2)}} + \dots.

Từ đây

α−pq⩽9(1qk+1+1q(k+1)(k+2)+… )<9(q−1)qk.\alpha - \frac{p}{q} \leqslant 9 \left( \frac{1}{q^{k+1}} + \frac{1}{q^{(k+1)(k+2)}} + \dots \right) < \frac{9}{(q-1)q^k}.

Để chứng minh tính siêu việt của số α\alpha, chúng ta hãy giả sử điều ngược lại—rằng nó là đại số; thì α\alpha thỏa mãn phương trình (1), các hệ số của nó là số nguyên. Chúng ta hãy biểu thị bằng dd khoảng cách ngắn nhất từ ​​nghiệm α\alpha đến các nghiệm thực khác của phương trình.

Đặt A=∣α∣+dA = |\alpha| + d, ta tính số MM theo công thức (5) và chọn số tự nhiên kk lớn sao cho đồng thời thỏa mãn ba bất đẳng thức sau:

k>n,9(q−1)qk<d,k > n, \frac{9}{(q-1)q^k} < d,

9(q−1)qk−n<1M.\frac{9}{(q-1)q^{k-n}} < \frac{1}{M}.

Do bất đẳng thức (9) và trung bình từ điều kiện (10), pq\frac{p}{q} nhỏ hơn dd từ α\alpha, và do đó pq\frac{p}{q} không phải là nghiệm của phương trình (1). Bởi vì

∣pq∣=∣α−(α−pq)∣⩽⩽∣α∣+∣α−pq∣<∣α∣+d=A,\left| \frac{p}{q} \right| = \left| \alpha - \left( \alpha - \frac{p}{q} \right) \right| \leqslant \leqslant |\alpha| + \left| \alpha - \frac{p}{q} \right| < |\alpha| + d = A,

thì các điều kiện của Định lý 1 được thỏa mãn, và do đó,

∣α−pq∣⩾1Mqn.\left| \alpha - \frac{p}{q} \right| \geqslant \frac{1}{Mq^n}.

Mặt khác, từ bất đẳng thức (9) và cuối cùng từ điều kiện (10)

∣α−pq∣<1Mqn.\left| \alpha - \frac{p}{q} \right| < \frac{1}{Mq^n}.

Như vậy, giả sử α\alpha là số đại số dẫn đến các bất đẳng thức trái ngược nhau (11) và (12). Do đó, α\alpha là một số siêu việt.

Vì vậy, Định lý 2 cho phép chúng ta xây dựng các số siêu việt. Cụ thể, một số siêu việt có thể thu được từ bất kỳ phân số vô hạn nào trong đó không phải tất cả các chữ số, bắt đầu bằng một số, đều là số 0, bằng cách sử dụng phương pháp sau: bạn cần đặt chữ số thứ kk sau dấu thập phân vào vị trí của số k!k! và điền vào các vị trí còn lại bằng hylas. Ví dụ: từ số 0,314159… ta thu được số siêu việt sau:

0,3100040…010…050…0,3100040 \dots 010 \dots 050 \dots

Phần kết luận

Một mặt, các số thực siêu việt cấu thành nên mọi số thực. Nhưng ví dụ được đưa ra ở cuối đoạn trước cho thấy rằng theo một nghĩa nào đó, có “nhiều” số siêu việt như số thực, chính xác theo nghĩa là trong mọi số thực (trừ số thập phân hữu hạn).

Tờ 29

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

số) có thể được hình thành siêu việt.

Tuy nhiên, theo một nghĩa khác, hầu hết mọi số thực đều siêu việt; số đại số chỉ là một phần không đáng kể của số thực!

Năm 1878, nhà toán học người Đức G. Cantor (1845-1918) đã chứng minh rằng các số đại số có thể được đánh số sao cho mỗi số đại số sẽ nhận được một số riêng và dưới mỗi số sẽ có một số đại số (xem Phụ lục). Chúng ta lấy một đoạn có độ dài nhỏ tùy ý, ví dụ như độ dài ε=10−15 см\varepsilon=10^{-15}\,см (hãy nhớ rằng bán kính của electron xấp xỉ 10−12 см10^{-12}\,см). Sau khi mô tả các số thực dưới dạng các điểm trên trục số, chúng ta bao quát điểm đại số số 1 với một đoạn có độ dài 12ε\frac{1}{2}\varepsilon, điểm đại số số 2 với một đoạn có độ dài 122ε\frac{1}{2^2}\varepsilon, điểm đại số số nn với một đoạn có độ dài 12nε\frac{1}{2^n}\varepsilon, v.v.

Tổng độ dài của các đoạn phủ bằng ε\varepsilon, mặc dù chúng chồng lên nhau một phần và không chỉ bao gồm tất cả các số đại số mà còn bao gồm một số số siêu việt. Toàn bộ trục số là vô hạn và tổng độ dài của các đoạn bao phủ các điểm đại số chỉ bằng một phần nghìn bán kính của electron! Điều này cho thấy rõ ràng rằng hầu hết mọi số đều là số siêu việt, trong khi số đại số là những trường hợp ngoại lệ hiếm hoi.

Ứng dụng

Chúng ta gọi hạng của phương trình (1) là số rr:
r=n+∣a0∣+∣a1∣+…+∣an∣;(13) r=n+|a_0|+|a_1|+\ldots+|a_n|; \tag{13}
ở đây n≥1, ∣ai∣≥1n\geq1,\ |a_i|\geq1, do đó r≥2r\geq2.

Với mọi số tự nhiên r≥2r\geq2, phương trình bất định (13) có số hữu hạn lời giải là số nguyên không âm. Do đó, có một số hữu hạn các phương trình của mỗi hạng. Ví dụ: xếp hạng 2 - hai phương trình: ±x=0\pm x=0; hạng 3 - sáu phương trình:
±x2=0,±x±1=0; \pm x^2=0,\qquad \pm x\pm1=0;

hạng 4 - phương trình
±x3=0,±x2±x=0,±x2±1=0, \pm x^3=0,\qquad \pm x^2\pm x=0,\qquad \pm x^2\pm1=0,
±x±2=0,±2x±1=0. \pm x\pm2=0,\qquad \pm2x\pm1=0.

Chúng ta hãy tìm nghiệm của các phương trình này và viết chúng lần lượt: đầu tiên là nghiệm của phương trình bậc 2, sau đó là nghiệm của phương trình bậc 3, v.v. Chúng ta viết ra nghiệm của các phương trình cùng hạng theo bất kỳ thứ tự nào và nếu một số là nghiệm của một số phương trình thì chúng ta chỉ viết nó ra một lần. Ta được dãy số:

0, 1, −1, i, −i, 2, −2, 12, −12, 0,\ 1,\ -1,\ i,\ -i,\ 2,\ -2,\ \frac{1}{2},\ -\frac{1}{2},

hơn nữa - nghiệm của phương trình hạng 5, v.v.

Do đó, mỗi số đại số sẽ được viết ra và nhận số sê-ri riêng trong dãy. Nếu người ta chỉ quan tâm đến số đại số thực thì số phức sẽ bị bỏ qua.

Bài tập

  1. Chứng minh rằng số

α=c0+c12+c222+…+ck22k+…, \alpha=c_0+\frac{c_1}{2}+\frac{c_2}{2^2}+\ldots+\frac{c_k}{2^{2k}}+\ldots,

trong đó c0c_0 là số nguyên và c1,c2,…c_1,c_2,\ldots nhận một trong các giá trị 00 hoặc 11, là giá trị siêu việt.

  1. Chứng minh rằng Định lý 2 cũng đúng nếu các số {ck}\{c_k\} lấy bất kỳ giá trị nguyên nào bị giới hạn trong tổng, nghĩa là nếu có một hằng số BB sao cho {ck}<B\{c_k\}<B cho tất cả các giá trị của chỉ số kk.

  2. Chứng minh rằng trong Định lý 2 ta có thể đặt

α=c0+c110n1+c210n2+…, \alpha=c_0+\frac{c_1}{10^{n_1}}+\frac{c_2}{10^{n_2}}+\ldots,

trong đó {nk}\{n_k\} là dãy số tự nhiên bất kỳ tuân theo điều kiện

nk+1≥λknk,k=1,2,…, n_{k+1}\geq\lambda_kn_k,\qquad k=1,2,\ldots,

và {λk}\{\lambda_k\} là một dãy số thực tăng vô hạn tùy ý, ví dụ: λk=lg⁡k\lambda_k=\lg k.

Trong các bài tập sau, khi nói đến số nguyên phức, chúng ta muốn nói đến một số có dạng a+bia+bi, khi nói đến số phức hợp lý, chúng ta muốn nói đến một số (a+bi)/q(a+bi)/q, trong đó a,ba,b là số nguyên, qq là số tự nhiên và ii là số sao cho i2=−1i^2=-1.

  1. Chứng minh rằng nếu số α\alpha thỏa mãn phương trình (1) với hệ số nguyên phức thì đó là số đại số.

  2. Chứng minh rằng Định lý 1 đúng nếu, trong điều kiện của nó, α\alpha là số vô tỷ phức và p/qp/q là số hữu tỉ phức.

  3. Chứng minh Định lý 2 và các mệnh đề trong bài tập 1, 2, 3 cũng đúng khi các hệ số {ck}\{c_k\} lấy giá trị nguyên phức.

27

Tờ 30

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

28

  1. Tymeladze

Lập trình phi tuyến

Trái đất! Trái đất!

Một làn sương mù nhiệt đới dày đặc bao trùm các hòn đảo, nhưng mọi người, cảm thấy mặt đất vững chắc dưới chân mình, tin vào sự cứu rỗi. Họ tin vào điều đó lần đầu tiên trong một tuần trôi qua kể từ khi những thùng nước bị trôi dạt xuống biển, lần đầu tiên trong mười ba ngày đã trôi qua kể từ vụ đắm tàu.

  • Uống! - đôi môi khô nẻ lẩm bẩm khi cả nhóm di chuyển ra xa biển và tiến sâu hơn vào đảo. Không còn nguồn cung cấp nào - chỉ còn lại những dụng cụ tàu vô dụng mà họ mang theo bên mình, như thể không dám chia tay di vật cuối cùng từ con tàu bị chìm này.

  • Chắc chắn là có nước trên đảo. Chúng ta sẽ dạy tiếng Nhật cho cô ấy vào buổi sáng.

Seidel mạnh mẽ nói: “Tôi e rằng sẽ quá muộn đối với một số người vào buổi sáng. - Chúng ta cần xem ngay. Nên có một luồng bên dưới.

“Nhưng làm thế nào chúng ta có thể xuống tới đáy?” Chúng tôi không có gì ngoài một vài chiếc đèn pin yếu không bền được lâu và trời tối đến mức tôi không thể nhìn thấy bàn tay của mình,” Koshy mệt mỏi phản đối. - Bây giờ, nếu chúng ta có thể bay lên trên khu vực đó bằng khinh khí cầu và chiếu sáng nó…

  • Bóng bay? - Rastrigin khàn giọng kêu lên. —Dự án-

Hình 1.

Tờ 31

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

29

bot và anh ấy. Hãy hành động như thế này: đầu tiên, hãy đặt cấp độ, định hướng nó từ tây sang đông - nó cho thấy địa hình giảm dần về phía đông, thấy không? Hãy đi về phía đông cho đến khi khu vực này trở nên tốt hơn, như ông Fermat đã vui lòng gợi ý cho chúng tôi. Và đi lên đến điểm này, chúng ta sẽ lại áp dụng mức độ cho mặt đất, nhưng theo hướng từ nam lên bắc. Giả sử anh ta chỉ ra sự suy giảm ở khu vực phía bắc. Sau đó chúng ta sẽ đi về phía bắc và tiếp tục đi cho đến khi khu vực này trở nên thấp hơn. Vì vậy chúng ta sẽ cuộn lên cho đến khi đạt đến điểm thấp nhất. Mức độ trong đó sẽ nằm ngang, bất kể bạn xoay nó như thế nào. Phải không?

“Tôi nghĩ, con trai tôi, con nói đúng, và trong một giờ nữa chúng ta sẽ đến đây với những bình đầy,” Gauss trả lời, và cô đi lang thang về phía đông, mang theo một chiếc la bàn và một trong các thước đo. Fermat đã đuổi theo anh ta.

“Họ đúng, họ đúng,” Cauchy chuẩn bị hành động, sốt ruột nhìn sang một cấp độ khác, “nhưng không phải trong mọi thứ.” Gauss và Seidel đi về phía đông. Và quả thực, khu vực này nghiêng về phía đông. Nhưng nó sụt giảm một cách yếu ớt. Hãy nhìn xem, mức suy giảm sẽ nặng nề nhất theo hướng đông bắc. Có lẽ nó đáng để đến đó? Xin vui lòng, tôi sẽ làm như vậy. Tôi sẽ đi bộ vài bước và kiểm tra lại xem mình cần đi xuống hướng nào và bước lại vài bước. Bình của tôi đâu? À, cô ấy đây rồi. Trong khoảng bốn mươi phút nữa nó sẽ đầy!

  • Sự lộn xộn! Có vẻ như bạn có thể đạt được mục tiêu của mình dễ dàng hơn nữa! - Kantorovich hét lên với anh, khó khăn mở đôi môi khô khốc. “Bạn không nên ở lại sau một vài bước.” Hãy làm theo lời khuyên tốt nhất của ông Fermat và đi xa theo hướng đã chọn cho đến khi địa hình giảm bớt. Bằng cách giảm số lượng phép đo, bạn tiết kiệm được rất nhiều thời gian!

Cauchy tràn đầy năng lượng đã bị bóng tối nuốt chửng, và Kantorovich buộc phải cầm chiếc bình lao theo anh ta.

  • Ồ, thế nào? Anh ta có bắt kịp anh ta không? - Inomata hỏi vì lý do gì đó.

  • Đâu đó! - Kumada phản đối anh ta bằng một tiếng thở dài, người ngay lúc đó đã xuất hiện cùng với quả địa cầu, tháo nó ra khỏi trục của nó. - Họ sẽ không bao giờ gặp lại nhau nữa. Họ có thể đã nói lời “tạm biệt” với nhau ở đây. Chà, chúng ta cũng đã chuyển đi rồi à, Inomata-san?

  • Chắc chắn! Tại sao chúng ta cần một thước đo, chứ đừng nói đến la bàn? Quả bóng này sẽ đưa chúng ta đến đích. Hãy để anh ta lăn tự do, và chúng ta sẽ đi theo anh ta. Cuối cùng, quả bóng sẽ quét đến điểm thấp nhất.

Và cả hai biến mất vào bóng tối, cố gắng không để mất dấu quả bóng.

Tsetlin mệt mỏi nhìn tất cả những người đã tan vào màn đêm.

-Anh đang nghĩ gì thế? - Gelfand hỏi anh ta, đứng dậy khỏi mặt đất một cách khó khăn. - Có phải là về việc Gauss và Seidel sẽ không đến nơi họ định đến không?

  • Anh thua rồi. Họ bắt đầu tìm kiếm điểm thấp nhất, tưởng tượng khu vực này như một vùng trũng với những bức tường nhẵn (Hình 2). Nhưng số phận có thể trêu đùa anh một cách tàn nhẫn: họ có thể gặp nhau.

Tờ 32

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

30

có một khe núi trên đường đi. Và anh ta nhanh chóng vẽ hình số 3 lên một tờ giấy từ nhật ký tàu.

  • Họ thật may mắn nếu có dòng suối chảy dọc theo đáy khe núi. Điều gì sẽ xảy ra nếu lò xo ở điểm thấp nhất?

  • Đúng vậy, vậy thì bạn không thể ghen tị với số phận của Gauss và Seidel: ý tưởng là đi về phía đông, họ sẽ đến điểm A - đây là nơi thấp nhất trên đường đi của họ. Và theo hướng bắc nam, điểm thấp nhất lại là điểm A. Như vậy, những người tội nghiệp sẽ đi đến kết luận rằng A là điểm thấp nhất trong vùng và sẽ bị khát ở đó.

“Nhưng có lẽ bình của Cauchy sẽ cứu được họ?”

“Tôi e rằng bình của Cauchy sẽ trống rỗng nếu gặp khe núi.” Khi thấy mình đang ở dưới đáy khe núi, anh ta sẽ tìm hướng đi xuống theo vòng tròn nhất, và nó chắc chắn sẽ dẫn anh ta đến một điểm ở phía bên kia khe núi. Từ thời điểm này, anh ta sẽ trở lại trạng thái ban đầu và tiếp tục từng bước nhỏ cho đến khi cơn khát vượt qua. Rốt cuộc, anh ta không thể nhìn thấy toàn bộ khe núi - đèn pin của anh ta chỉ có thể chiếu sáng khu vực dưới chân anh ta. Chúng ta nên nghĩ ra thứ khác…

  • Điều gì sẽ xảy ra nếu Kantorovich đạt được mục tiêu của mình? Mặc dù tôi không nghĩ: nếu khe núi cong và hiếm khi thẳng, thì nó bắt đầu di căn dọc theo đáy khe núi, gần như không tiếp cận được mục tiêu. Bạn phải cố gắng di chuyển dọc theo đáy khe núi.

  • Tất nhiên, nhưng bằng cách nào? Tuy nhiên… có vẻ như anh ấy đã nghĩ ra nó. Hãy nhìn vào Hình 4. Chúng ta hãy cùng, bạn và tôi, nâng từ hai điểm khác nhau bằng phương pháp Kantorovich. Giả sử tôi đến từ đây và bạn, đi cách đó vài bước, đứng ở bất kỳ hướng nào.

  • Tôi hiểu rồi, tiếp theo thì sao? Ừ, rồi cả hai cùng đi xuống đáy khe núi và đứng ngắm đèn lồng của nhau. Hãy nói rằng chúng tôi hiểu được nó. Người trong chúng ta có đèn lồng cao hơn sẽ ngạc nhiên về phía người có đèn lồng thấp hơn.

  • Nhưng chúng ta đã gặp nhau, anh ấy không dừng lại, anh ấy sẽ di chuyển xa hơn theo cùng hướng đến điểm D. Từ điểm này anh ấy sẽ lại đi xuống đáy khe núi, và chúng ta sẽ lại cố gắng gặp nhau. Và cứ như vậy cho đến khi mức ở đáy khe núi biểu thị mặt cắt ngang.

Và, chọn những chiếc đèn lồng dễ nhìn hơn, cả hai đều đi theo con đường riêng của mình.

  • Còn bạn, tôi hiểu rồi, bạn không vội lấy ẩm phải không? – Viner hỏi Rastrigin. “Nếu không, tại sao bạn không tận dụng một trong những lợi thế quan trọng

Hình 3.

Hình 4.

Tờ 33

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

31

những cách thông minh mà bạn bè chúng ta đang gặp bất hạnh gợi ý?

  • Tất cả các phương pháp này đều có một nhược điểm - bạn phải mày mò quá nhiều cấp độ cho đến khi tìm được hướng đi đúng đắn. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu theo hầu hết mọi hướng một cách ngẫu nhiên, miễn là nó dẫn đến sự đi xuống? Sau đó đổi hướng và đi xuống lần nữa. Tất nhiên, thay đổi cũng là ngẫu nhiên. Đây không phải là cách tôi sẽ đạt được mục tiêu của mình sao? Có đáng lãng phí thời gian để tìm hướng đi xuống nhanh nhất nếu sau một vài bước nó không còn như vậy nữa?

Và trước khi Wiener có thời gian phản đối hay đồng ý, Rastrigin đã nhắm mắt lại, quay lại nhiều lần tại chỗ, giống như họ vẫn làm khi chơi trò bắt nạt người mù, và đi vào bóng tối.

Phương pháp gốc

Nhu cầu tìm cực đại hoặc cực tiểu (được thống nhất bằng tên “cực trị” - “giá trị cực trị”) của một hàm nào đó nảy sinh trong nhiều bài toán kinh tế, công nghệ. Và địa hình có thể được coi là mô hình của hàm hai biến, ví dụ như vĩ độ và kinh độ. Giá trị của hàm là độ cao của địa hình (so với mực nước biển) tại một điểm cho trước, các đường ngang là đường mức, dọc theo chúng hàm số không đổi. Và tình huống nảy sinh khi tìm kiếm một điểm cực đoan về nhiều mặt cũng giống với tình huống mà những du khách không may mắn nhận thấy mình. Việc tìm kiếm cực trị được thực hiện như thể trong bóng tối, phương tiện định hướng duy nhất là hàm được cực tiểu hóa (cực đại hóa) tại một số điểm, cũng như hướng giảm hoặc tăng nhanh nhất của nó.

Nhiều phương pháp đã được phát minh để tìm cực trị. Như người đọc đã lưu ý, không phải ngẫu nhiên mà tên của những người bị đắm tàu ​​sẽ trùng với tên của một số nhà toán học trong quá khứ và hiện tại, những người đã giải được bài toán này. Và con đường họ đi cho thấy bản chất của phương pháp tìm cực trị của họ.

Nhà vĩ đại người Pháp P. Fermat (1601-1665) là người đầu tiên hiểu rõ ràng và mô tả được tính chất giải tích của cực trị của hàm số liên tục trơn: tiếp tuyến tại điểm này phải nằm ngang. K. Gauss (1777-1855) và A. Seidel (1821-1896), theo phương pháp giảm tọa độ của họ, lần lượt đi xuống dọc theo tọa độ này hoặc tọa độ khác. Chúng tôi đi xuống cho đến khi tiếp tuyến với hướng chuyển động nằm ngang. Và vị trí của mức tự nhiên xác định hướng của tiếp tuyến.

Xin lưu ý rằng Gauss và Seidel đã không cố gắng đi xuống theo hướng có độ tròn lớn nhất. O. Cauchy (1789-1857) đã được truyền cảm hứng từ ý tưởng này. Vectơ biểu thị hướng (hướng lên) có độ thô lớn nhất được gọi là cấp độ và bản thân phương pháp Cauchy được gọi là phương pháp cấp độ. Chính dọc theo con dốc này Cauchy sẽ đi theo con đường của mình nếu mục tiêu của ông là tìm một điểm cao trong khu vực để kiểm tra. Nhưng chúng ta hãy nhớ rằng trên đảo tối đen như mực và mục tiêu của Cauchy là nước. Vì vậy, anh ta khởi hành theo hướng có độ cao giảm nhanh nhất trong khu vực, hoặc theo hướng ngược độ dốc. Để xác định phản gradient của một hàm số, các phương pháp gần đúng cũng rất cần thiết, nhưng nó đủ để chúng ta tưởng tượng mức độ mà chúng ta áp dụng cho mặt đất và tìm hướng mà bọt khí nhanh chóng chạy ra rìa của thang đo. Tất nhiên, phương pháp này rất không chính xác và có rất nhiều rắc rối với nó. Nhưng để xác định độ dốc bằng các phương pháp phân tích đã đề cập, bạn cũng phải mày mò.

Vì vậy, không khó để hiểu những người đương thời với chúng ta, người Nhật.

Tờ 34

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

32

S. Inomatu và M. Kumada, những người đã cố gắng giải thích cho quá trình đi xuống dọc theo phản gradient ý nghĩa vật lý được mô tả ở trên. Nhân tiện, phương pháp của họ được gọi là “phương pháp bóng mềm”. Nó chỉ được đặt; khi sử dụng, quả địa cầu không lăn dọc theo bố cục hàm mà chỉ giải được các phương trình vi phân của chuyển động.

Nhiều khó khăn đang chờ đợi người đạt đến đỉnh cao của chức năng, nhưng một trong những khó khăn nguy hiểm nhất là khe núi. Bất kỳ phương pháp nào, thậm chí là phương pháp tính toán tiên tiến nhất, phương pháp đi xuống nhanh chóng của L. V. Kantorovich, một nhà toán học nổi tiếng của Liên Xô, đều dẫn đến việc ném mình xuống đáy khe núi một cách bất lực. Vì vậy, các nhà toán học Liên Xô I.M. Gelfand và M.L. Tsetlin đề xuất một “cuộc tìm kiếm trong rãnh”, cho phép người ta lần theo đáy khe núi. Vì vậy, như chúng ta thấy, hầu hết tất cả các phương pháp số để tìm kiếm hướng đi xuống theo cách này hay cách khác đều có liên hệ với phản gradient. Đúng, hóa ra những nỗ lực tìm kiếm một phản gradient không phải lúc nào cũng được đền đáp bằng chất lượng của hướng đi xuống đã tìm thấy, và nhà khoa học Liên Xô L.A. Rastrigin đề nghị không nên lãng phí công sức và thời gian máy tính vào việc tìm kiếm một phản gradient mà nên đi đến bất cứ nơi nào người ta muốn, theo một hướng ngẫu nhiên. Và hãy tưởng tượng, kết quả của quá trình hành động này hóa ra không tệ hơn về mặt tính toán so với việc tìm kiếm các đường dẫn hiện có. Nói cách khác, không phải là những con đường hiện có này có chất lượng vượt trội so với những con đường ngẫu nhiên, để người ta có thể lãng phí thời gian vào tiếng Nhật của chúng. Tất nhiên, để chọn hướng đi xuống một cách ngẫu nhiên, chúng không nhắm mắt quay vòng tại chỗ - để làm điều này, các cảm biến số ngẫu nhiên được sử dụng trong ô tô. Và nói chung, mặt số của các phương pháp lập trình không bị giới hạn rất khó thể hiện trên giấy - về cơ bản đây là các phương pháp máy.

Nhưng chúng ta hãy quay trở lại vụ đắm tàu ​​​​và tìm xem ai trong số họ đã thành công dưới nước.

Ở đó, bên kia đèo

Vì vậy, tất cả mọi người đều tản ra dưới nước, ngoại trừ một đám Skeltnikov.

  • Cơn khát của quỷ dữ! - một người trong số họ nói. - Cô ấy không làm khổ anh à?

“Không kém phần quan trọng so với bạn,” Wiener thay mặt những người khác trả lời. Và tôi sẵn sàng di chuyển đến vùng biển Nhật Bản nếu tôi bị thuyết phục bởi bất kỳ phương pháp nào được đề xuất. Nhưng than ôi! Nếu chúng ta bắt đầu tìm kiếm điểm cao nhất của Trái đất theo cách này, thì cùng với Everest, chúng ta sẽ thấy mình đang ở trên đỉnh ngọn đồi lân cận. Và điều tệ nhất là chúng ta không có cách nào để phân biệt được gò đất này với Everest. Tất nhiên, trừ khi bạn sử dụng địa lý thông thường để hỗ trợ toán học.

  • Không được thì thế nào? Tại sao? — con trỏ, hỏi cậu bé Skeltnik, người vẫn chưa cai được tật trượt ván, hỏi câu hỏi.

  • Rất đơn giản. Với sự trợ giúp của đèn pin, chúng ta chỉ có thể đảm bảo rằng Wizz dẫn đầu từ một điểm nhất định trên đường đi. Tiếp theo là gì? Đây là của chúng tôi

Hình 5.

Tờ 35

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

33

bạn bè đã gợi ý một số cách,” anh chỉ vào những tờ giấy còn lại trong nhật ký của con tàu. “Họ xuất phát từ thực tế là trên đảo chỉ có một vùng đất thấp. Điều gì sẽ xảy ra nếu có rất nhiều trong số chúng và chỉ có nước ở vùng thấp nhất của những vùng đất thấp này (Hình 5)? Việc đi xuống sẽ dẫn chúng ta đến điểm A, và nước ở điểm B - ở đó sâu hơn phương ngang và do đó mực nước sẽ thấp hơn. Hãy nghĩ về nó.

“Tôi đã nghĩ về điều đó rồi,” Skeltik đầu tiên nói. - Và tôi quyết định hành động như thế này. Đầu tiên họ sẽ đi tới bất cứ nơi nào mà mắt họ đưa đến. Sau đó, họ sẽ đi xuống vùng đất thấp gần nhất và dùng máy đo độ cao để đo độ cao của nó. Tôi sẽ nhớ vị trí của nó và di chuyển đến một điểm ngẫu nhiên mới. Tôi sẽ lại từ đó đi xuống vùng đất thấp và nhìn lại máy đo độ cao. Giả sử anh ta chỉ vào mình ít hơn chiều cao nhiều lần. Điều này có nghĩa là vùng đất thấp thứ hai thấp hơn vùng đất thấp thứ nhất và có nhiều khả năng tìm thấy nước ở đó hơn. Sau đó…

“Điều gì sẽ xảy ra tiếp theo là rõ ràng,” ông nói. “Nhưng bạn có chắc chắn rằng mình sẽ tìm thấy nước trước khi trượt chân không?”

-Tôi có thể chắc chắn về điều này không? Dù sao thì tôi cũng là một Skeltic! Nó chỉ tốt hơn là đứng yên.

Và Skeltik đầu tiên biến mất trong bóng tối.

Skeltik thứ hai lúc này đang buộc chiếc dây đeo vào một quả bóng đá, có vẻ như là một trong những thiết bị.

“Bạn không định theo bước chân của Kumada sao?” – Wiener hỏi anh ta, đồng thời lắng nghe điều gì đó.

  • Bạn gần như đã đoán đúng. Nhưng tôi đã làm nó hơi khác một chút. Sau khi đi xuống chỗ trũng, tôi sẽ đo chiều cao của nó, rồi đá quả bóng theo các hướng khác nhau. Nếu quả bóng luôn lăn trở lại, điều đó có nghĩa là đường chuyền không có tác dụng gì, ngoài ra còn có một vùng trũng mới. Nếu quả bóng không lăn về phía tôi, tôi sẽ đi dọc theo xỉ theo nó, đến chỗ lõm nơi nó bị mắc kẹt và đo chiều cao của nó. Và vân vân…

“Nhưng bằng cách này bạn chỉ có thể khám phá được một con đường gần đó.”

  • Anh làm gì thế! Tôi bị đột quỵ mạnh. Anh hứa sẽ nhờ tôi đánh vào ve áo.

“Trong trường hợp này, điều tồi tệ hơn có thể xảy ra: bạn sẽ đánh bóng ở vị trí thấp mà bạn đang tìm kiếm.” Quả bóng sẽ không quay trở lại chỗ bạn mà sẽ đưa bạn ra xa mục tiêu.

“Bạn nói đúng… Vậy thì, làm ơn, tôi sẽ không cố gắng đánh bạn mạnh hơn nữa đâu.” Tôi sẽ xen kẽ giữa những đòn đánh mạnh và yếu. Hoặc giả sử, tôi sẽ dần dần củng cố chúng, bắt đầu từ những kẻ yếu.

  • Thôi, chúc cậu thành công. Ngay cả khi nước không phải là phần thưởng của bạn, ít nhất bạn sẽ có được thể chất tốt.

“Nhưng tôi sẽ làm khác,” Skeltik thứ ba quay sang Wiener. “Tôi sẽ đi lang thang quanh đảo, không cố gắng tìm hướng nào cả và tôi sẽ để ý đến đồng hồ đo độ cao.” Sau khi đi loanh quanh, tôi sẽ nhận thấy điểm thấp nhất ở đâu và bắt đầu uống nước ở đó. Tất cả cuộc nói chuyện này đã thuyết phục tôi rằng nếu chúng ta không có bản đồ hòn đảo thì sẽ không có chiến lược di chuyển hợp lý nào. Vậy tại sao lại lãng phí thời gian chơi đùa với các nhạc cụ? Nhưng hình như bạn không nhớ tôi?

Nhựa đường kết thúc ở đâu?

Khi bạn phải xác định cực trị của một hàm có nhiều giá trị như vậy, vấn đề là có rất nhiều điều kiện. Trong trường hợp này, thông thường không chỉ cần tìm cực trị (chẳng hạn như cực tiểu) mà còn phải xác định cực trị “tổng thể” hoặc “tối thiểu”. Thật không may, phần lớn toán học thực bài toán, mà mức tối thiểu được tìm kiếm, là đa cực. Tương tự như vậy, thật khó để tìm ra một địa hình mà ở đó một đỉnh có thể chiếm ưu thế hoàn toàn trên một khu vực rất rộng lớn. Rõ ràng là nghe ngọn thì có ngọn

Tờ 36

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

34

nhỏ hơn, nhưng cũng có một khu vực tương đối nhỏ mà từ đó việc leo lên chắc chắn sẽ dẫn đến đỉnh cao nhất. Khu vực này được gọi là khu vực chấp nhận tình trạng cực đoan toàn cầu. Chỉ cần vượt ra ngoài ranh giới của khu vực này hoặc thấy mình vượt ra ngoài ranh giới của khu vực này vào đầu thời kỳ là đủ, và việc đạt được một điểm cực trị toàn cầu trở nên khó đảm bảo. Cơ hội đánh trúng cục bộ (cục bộ) cực kỳ tăng lên.

Có nhiều cách để chống lại hành vi đa cực, nhưng không có cách nào đảm bảo thành công. Các phương pháp này có tính chất không nghiêm ngặt, như các nhà toán học nói, heuristic. Những người ủng hộ ba phương pháp đa cực khác nhau gặp nhau trong nhóm Những người hoài nghi. Chúng tôi không trích dẫn chúng một cách cụ thể: mặt trận nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực này gần đây đã mở rộng rất nhiều và ngày càng tham gia vào cuộc chiến chống lại nhiều thái cực đến mức các phương pháp được chỉ định rất khó liên kết với tên cụ thể của ai đó.

Một số cố gắng nhảy ra khỏi cực trị nếu họ đã ở trong đó, và dựa trên sự thành công hay chậm chạp của những nỗ lực này, họ đánh giá thành tựu của cực trị toàn cầu. Những người khác cố gắng đi xuống từ một số điểm được chọn ngẫu nhiên. Cuối cùng, những người khác (đỉnh cao của sự hoài nghi!) đã đi đến kết luận rằng điều khôn ngoan nhất nên làm không phải là điều khiển tâm trí mà chỉ đơn giản là chiến đấu quanh hòn đảo, nhìn vào máy đo độ cao.

Cả ba đường lối hành động này đều được các nhà khoa học ủng hộ, mặc dù đường lối thứ ba vẫn ít phổ biến hơn. Các chương trình đặc biệt dành cho máy tính đã được biên soạn để thực hiện từng phương pháp này và nhiều phương pháp khác. Tuy nhiên, ngày nay không chỉ những người hoài nghi thâm căn cố đế mà cả những người lạc quan vui vẻ cũng không mạo hiểm khi xem xét vấn đề đã được giải quyết. Và động lực đầu tiên khi phân tích bất kỳ hàm nào cho một cực trị là nỗ lực chứng minh tính duy nhất của nó. Thường thì thành tích này được tôn kính không kém tính đúng đắn của mô hình toán học nói chung. Ví dụ, sự vắng mặt của cực trị cục bộ trong các bài toán quy hoạch tuyến tính là một lập luận quan trọng để thử các mô hình tuyến tính, khắc phục được nhiều thiếu sót của chúng.

Có tất cả các cách phức tạp để kết hợp các phương pháp khác nhau. Ví dụ, cả ba người hoài nghi có thể hợp nhất thành một đội. Bạn nói rằng có rất ít mối quan hệ họ hàng giữa họ? Và bạn không cần nhiều. Chỉ cần họ có ít niềm tin vào phương pháp của mình là đủ. Bạn có thể cử họ đi tìm vùng đất thấp trong một nhóm chung gồm ba người, quyết định rằng ở mỗi bước đi của giáo hoàng, người sẽ rơi vào vị trí nào sẽ hành động. Giả sử cả ba người sẽ kéo những mảnh giấy cuộn lại từ một chiếc mũ, một trong số đó có hình chữ thập trên đó. Và hãy tưởng tượng, có những lý do để thực hiện hành động như vậy.

Lời kết

  • Xin lỗi, cậu vừa nói gì thế? - Wiener hỏi.

  • Tôi nói, hình như bạn không nghe thấy? Phương pháp của tôi không hợp lý sao?

“Tôi xin lỗi, có lẽ phương pháp của bạn tốt, mặc dù tôi sẽ cẩn thận không gọi nó là một phương pháp.” Nhưng tôi thấy âm thanh đó gây mất tập trung. Bạn có đang nghe không?

  • Không… tuy nhiên, có. Có vẻ như đó là một âm thanh ríu rít. Nhưng tại sao lại ở đây mà không phải ở vùng đất thấp?

Cả hai lao tới nơi có âm thanh yếu ớt mà trước đó đã bị đầu họ át đi rồi rơi xuống dòng suối phun ra từ tảng đá. Những mảnh pha lê chảy ra, lập tức biến mất giữa những viên đá.

“Như bạn có thể thấy, trong trường hợp của chúng tôi, việc giải quyết vấn đề tìm nước rất đơn giản,” Wiener nói, chiếu đèn pin của người bạn đồng hành của mình. “Mọi người im lặng trong một phút là đủ rồi.”

Tờ 37

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

Khách mời của chúng tôi là tạp chí “Con người và pháp luật”

Vâng. Shestopal

Khoa học đọc

dấu vết vô hình

Sẽ không ai trách một nhà sử học nếu anh ta không biết định luật đầu tiên của nhiệt động lực học. Nhưng một nhà vật lý chắc chắn nên biết điều đó. Sẽ không có gì ngạc nhiên nếu một chuyên gia thực vật học hiểu biết kém về các định luật toán học, cũng như sẽ không có gì ngạc nhiên nếu một nhà toán học không hiểu các quy luật của tự nhiên sống. Như họ nói, với mỗi người của riêng mình.

Nhưng có những luật mà mọi người đều phải biết. Đây là những quy định pháp lý của tiểu bang nơi chúng ta đang sống. Những người thuộc các ngành nghề, cấp bậc và chức danh khác nhau, ở các độ tuổi khác nhau - cả thiếu niên và ông già tóc bạc - đều phải tuân theo họ.

Bạn có thể thường xuyên nghe thấy, đặc biệt là ở thanh thiếu niên, đề cập đến sự thiếu hiểu biết về luật pháp. “Tôi không biết là tôi không thể làm được điều đó.” “Tôi không nghĩ rằng điều đó sẽ dẫn đến trách nhiệm hình sự.” Có thể thoát khỏi hình phạt trong trường hợp này không? KHÔNG! Các quy định của pháp luật quy định rằng việc thiếu hiểu biết về pháp luật không thể miễn trách nhiệm cho một người. Đó là lý do tại sao, gần đây, theo lệnh của Bộ trưởng Bộ Giáo dục Liên Xô, bắt đầu từ năm học mới, khóa học “Những nguyên tắc cơ bản của Nhà nước và Pháp luật Liên Xô” đã được đưa vào lớp 8 các trường phổ thông trong nước. Luật cũng được học ở các trường dạy nghề. Tuy nhiên, việc làm chủ chủ đề này vẫn còn ở phía trước. Trong lúc chờ đợi… Bây giờ, hãy nói về cách toán học và vật lý giúp chống tội phạm.

Tài liệu được xuất bản dưới đây được các biên tập viên của tạp chí khoa học nổi tiếng của Bộ Tư pháp Liên Xô “Con người và pháp luật” chuẩn bị theo yêu cầu của chúng tôi.

Chắc hẳn nhiều độc giả «Kvant» sẽ thực sự ngạc nhiên khi biết rằng M.V. Lomonosov đã tham gia kiểm tra pháp y. Trong khi đó, điều này là đúng. Việc ông tham gia vào nhiều công trình chuyên môn về các vụ làm giả đồ vàng bạc, sản xuất tiền giả, v.v. đã có lúc đóng vai trò quan trọng trong việc xác minh sự thật.

Khá thường xuyên, các nhà điều tra và thẩm phán đã tìm kiếm sự giúp đỡ từ các nhà khoa học như D. I. Mendeleev, A. M. Butlerov, N. N. Zinin, N. D. Zelinsky, N. I. Pirogov, A. N. Krylov và những người khác, những người có tên tuổi nổi tiếng khắp thế giới. Các cuộc kiểm tra mà họ thực hiện cho phép luật sư giải quyết một số tội phạm nghiêm trọng và tìm ra thủ phạm thực sự.

Tuy nhiên, danh sách những cái tên như vậy có thể được tiếp tục và có thể kể nhiều câu chuyện thú vị về từng cái tên liên quan đến nghiên cứu trinh thám được thực hiện từ rất lâu trước khi ngành tội phạm học thực sự khoa học ra đời. Ngày nay, trong các viện khoa học và phòng thí nghiệm của Bộ Tư pháp Liên Xô, có trụ sở tại tất cả các nước cộng hòa liên bang, trong các bộ phận khoa học và kỹ thuật của các cơ quan nội vụ, các nhà vật lý, toán học, nhà hóa học và nhà sinh học sát cánh cùng các luật sư. Toán học cao hơn và công nghệ máy tính điện tử, tia laser và tia vô hình, vi sinh và phân tích hóa học tốt nhất được đưa vào phục vụ công lý.

Ở đây chúng ta sẽ chỉ nói về những gì gần gũi nhất với độc giả của «Kvant» - ứng dụng những thành tựu của vật lý và toán học vào nghiên cứu pháp y.

Phân tích phát quang đã tìm thấy ứng dụng rộng rãi trong khoa học pháp y, người sáng lập ra nó được coi là nhà vật lý Liên Xô S.I. Vavilov, người có đóng góp không thể phủ nhận cho việc nghiên cứu bản chất của phát quang. Tên của nhà vật lý người Mỹ R. Wood gắn liền với việc chụp ảnh tia hồng ngoại và tia cực tím, tia này cũng được sử dụng cho mục đích pháp y.

…Nổi lên nghi ngờ công dân X. có quân đội giả

35

Tờ 38

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

vé tượng hình, được làm dưới ánh sáng bình thường và tia cực tím.

vé. Chuyên gia chụp ảnh tài liệu bằng tia cực tím. Kết quả là có thể đọc được văn bản không nhìn thấy được dưới ánh sáng bình thường. Anh ấy đã làm điều đó như thế nào?

Tia cực tím tuân theo các định luật chung về hấp thụ, phản xạ và khúc xạ của sóng điện từ, đồng thời bị hấp thụ và phản xạ bởi một số chất khác với tia nhìn thấy. Một số chất có đặc tính hấp thụ tia cực tím, trong khi những chất khác thì ngược lại, truyền chúng mà không bị cản trở, đồng thời vẫn mờ đục đối với các tia sáng khả kiến. Dưới tác động của tia cực tím, nhiều chất phát quang, tức là chúng phát ra ánh sáng khả kiến. Quan sát ánh sáng này là cách thuận tiện và phổ biến nhất để nghiên cứu tia cực tím. Khi một vật thể đang được nghiên cứu (ví dụ: một bức tranh hoặc tài liệu) được chiếu tia cực tím, các chi tiết không nhìn thấy được dưới ánh sáng bình thường sẽ được nhìn thấy. Bạn cũng có thể chụp ảnh bằng tia cực tím (xem Hình 1). Để làm được điều này, một lớp chất phát quang được phủ lên lớp cảm quang của tấm ảnh, lớp này chuyển đổi bức xạ vô hình thành bức xạ nhìn thấy được. Hình ảnh thu được theo cách này trở nên rõ ràng hơn, chi tiết hơn.

Đây chính xác là cách mục cũ trên ID quân đội xuất hiện. Hóa ra nó thuộc sở hữu của người khác và được giao cho X., người này đã khắc họ và các thông tin khác liên quan đến chủ sở hữu trước đó.

Việc sử dụng chúng trong thực hành pháp y dựa trên đặc tính của tia hồng ngoại có thể bị hấp thụ và phản xạ bởi một số chất khác với ánh sáng khả kiến. Ví dụ, chụp ảnh bằng tia hồng ngoại giúp xác định các vết tẩy xóa trong tài liệu và đọc các văn bản bị nhòe hoặc bị nhòe (xem Hình 2).

Cũng giống như tia cực tím, sự hiện diện của bức xạ hồng ngoại có thể được phát hiện bằng cách phát quang. Một số chất photpho tinh thể (chất phát quang rắn) được biết là tạo ra các tia sáng khi tiếp xúc với bức xạ hồng ngoại. Đúng, để làm được điều này, các nguyên tử của chất này phải được kích thích trước đó. Ngược lại, đôi khi tia hồng ngoại có tác dụng làm giảm photpho tinh thể bị kích thích. Trong cả hai trường hợp, kết quả của bức xạ vô hình đều có thể nhìn thấy được. Gần đây, các bộ chuyển đổi quang điện tử bắt đầu được sử dụng để quan sát tia hồng ngoại. Trong các thiết bị này (xem Hình 3), hình ảnh của một vật thể trong tia hồng ngoại là

36

Tờ 39

tr. 37Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

tỏa ra trên bề mặt chất nhạy sáng
lớp danh từ. Điện tử, “bạn-
bị hỏng” khỏi bề mặt của lớp dưới tác động
tác dụng của tia hồng ngoại, tăng tốc
bị ảnh hưởng bởi điện trường,
lên màn huỳnh quang và
làm cho nó phát sáng. Phương pháp này
phát hiện bức xạ hồng ngoại
hóa ra nó nhạy cảm hơn nhiều
mạnh hơn phát hiện với
sức mạnh của hành động trực tiếp của hồng ngoại
tia đỏ thành huỳnh quang
màn hình.

Được biết, tia X
có sức xuyên thấu tuyệt vời
khả năng. Điều này cho phép bạn sử dụng
sử dụng chúng để tìm hiểu nội bộ
thiết kế ban đầu của vũ khí, chiến đấu
vật tư, ổ khóa, v.v. Sử dụng
ví dụ, những tia này có thể dễ dàng
phát hiện các hạt kim loại hoặc
vật lạ khác trong cơ thể
con người, trong đồ vật bằng gỗ
v.v. Nhân tiện, lần đầu tiên ở Nga
sii bắt đầu nghiên cứu về việc sử dụng
sử dụng tia X trong tội phạm
vì mục đích cuối cùng, nhà phát minh đã
dio A. S. Popov. Đặc biệt, họ sẽ-
liệu nghiên cứu thành công đã được thực hiện
ở Bệnh viện Hải quân Kronstadt
câu chuyện, cho phép khám phá
phát súng thật vào cơ thể người
thế kỷ.

Hiện nay, các chuyên gia
thành thạo khoa học hiện đại
đôi khi sử dụng các phương pháp nghiên cứu mới
không chỉ giúp thiết lập sự thật
Vâng, khi vạch trần tội phạm,
mà còn cung cấp những dịch vụ tuyệt vời cho
uke. Vì vậy, trong Nghiên cứu khoa học toàn Liên minh
Viện điều tra khoa học pháp y
kiểm tra của Bộ Tư pháp
Liên Xô biết cách khôi phục
văn bản “mờ dần”. Có thể, chẳng hạn
biện pháp, đọc bản thảo, tài liệu
bạn đến từ nhiều thế kỷ trước. Việc này được thực hiện
sử dụng đồng vị phóng xạ
pov Thực tế là một số rác
giấy tờ đó được thu thập mạnh mẽ tại
bề mặt của nó có tính phóng xạ
ion. Và mực đã phai
Những ion này không thu hút đột quỵ. Qua-
điều này, nếu bạn bão hòa “tuyệt chủng”


Hình 2. Hình ảnh sổ làm việc có chữ
lỗ thoát, phủ đầy mực, và cùng một cuốn sách
với văn bản được xác định bằng hồng ngoại
tia đỏ.

văn bản với thuốc thử có chứa ra-
đồng vị dioactive, và sau đó
tạo một bản in ghi lại chúng từ
biên nhận (ví dụ, một lần nữa với biên nhận
công suất của màn huỳnh quang), sau đó
nó sẽ trở thành một hình ảnh tiêu cực
những bản ghi “mờ dần”.

Bây giờ hãy nói một chút về
sử dụng trong khoa học pháp y
một số phương pháp hiện đại nhất
nghiên cứu cấu trúc bên trong
chất - phân tích quang phổ.

…Bị giết bằng súng săn
Nhân loại. Làm thế nào để tìm ra kẻ giết người? Dấu vết-
viên chức bắt giữ từ một số nghi phạm
những người liên quan là những phần của cùng một người
tầm cỡ. Có vẻ như nó có thể
giống nhau hơn
giống hệt nhau, giống như giọt nước,
viên? Không giống như những viên đạn trên chúng
thậm chí không còn dấu vết của kênh trung kế
la súng. Và những điểm tương đồng
viên dường như. Trong thực tế

37

Tờ 40

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

38

Hình 3. Sơ đồ chuyển đổi quang điện tử. 1 - vật được chiếu sáng bằng tia hồng ngoại; 2 — thấu kính; 3 - photocathode (lớp cảm quang); 4 - hình ảnh ánh sáng; 5—5′—điện cực hội tụ; 6 - hình ảnh điện tử; 7 - màn phát quang (α - màng nhôm bảo vệ photocathode khỏi bức xạ tinh thể, δ - lớp tinh thể, ε - chất nền thủy tinh); 8 - mắt người quan sát.

Lê, chì mà chúng được tạo ra có nhiều tạp chất khác nhau. Lượng tạp chất này trong các mẻ dobi khác nhau, mặc dù rất không đáng kể nhưng vẫn khác nhau. Để nghiên cứu kỹ lưỡng những trường hợp như vậy, phân tích quang phổ được sử dụng. Mỗi nguyên tố hóa học có phổ phát xạ riêng và duy nhất và theo đó là phổ hấp thụ. Ví dụ, nếu một mảnh chì mà từ đó tạo ra dobe được ném vào ngọn lửa của hồ quang điện, thì trong quang phổ, người ta có thể nhìn thấy “dấu vết” của tạp chất dưới dạng các vạch đen tương ứng trên nền của phổ bức xạ hồ quang liên tục. Bằng “cường độ” của những đường màu đen này, người ta có thể đánh giá được lượng tạp chất. Bằng cách này, danh tính về các thành phần hóa học của dobins được tìm thấy trong cơ thể của người đàn ông bị sát hại và những thứ thu được từ một trong những nghi phạm đã được xác định, tức là người thực hiện vụ giết người đã được tìm thấy.

Hoặc một trường hợp như vậy… Một tên côn đồ đã đánh một người đàn ông bằng dụng cụ gia công kim loại ba lưỡi - một cái nạo. Một mảnh kim loại nhỏ được lấy ra khỏi vết thương của nạn nhân và một chiếc dao cạo mới mài được tìm thấy trên người nghi phạm. Rất có thể, công cụ này đã được mài sắc đặc biệt để che đi dấu vết của vết gãy. Cần phải kiểm tra kỹ lưỡng. Để làm được điều này, cuộc điều tra đã sử dụng đến nghiên cứu toàn diện dựa trên máy chủ. Bằng cách sử dụng phân tích quang phổ, chúng tôi đã xác định được kim loại nào và thứ tự nào được bao gồm trong vật liệu của máy cạo và mảnh tìm thấy. Phân tích quang phổ tia X còn phát hiện thêm các tạp chất vi mô không được phát hiện bằng phân tích quang phổ. Kết quả là có thể thiết lập sự trùng khớp hoàn toàn về thành phần hóa học của kim loại của mảnh vỡ và dụng cụ cạo và từ đó tìm được đại diện.

Ngày càng thường xuyên hơn, các phương pháp toán học và công nghệ máy tính điện tử khác nhau được sử dụng cho nghiên cứu pháp y.

…Ở một thành phố, các vụ cướp cơ quan ngày càng thường xuyên hơn. Những chiếc ô tô sang trọng, những chiếc quạt, những chiếc đèn bàn và đồ dùng cá nhân mà nhân viên để lại đã biến mất. Mọi thứ đều rõ ràng rằng cùng một nhóm được tổ chức tốt và rất thận trọng đang hoạt động. Nhưng làm thế nào để lay chuyển đại diện?

Ở đây các nhà toán học đã đến trợ giúp các cơ quan điều tra. Họ ủng hộ

Tờ 41

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

39

đã phân tích tất cả các điểm mà các hạn chế đã được thực hiện và các tuyến đường vận chuyển có thể xảy ra mà các cơ quan đại diện đi theo. Sau đó, bằng cách sử dụng máy tính điện tử, điểm có thể có của giới hạn tiếp theo được tính toán. Sự tính toán hóa ra chính xác đến mức bọn cướp bị bắt ngay tại nơi biểu diễn.

Máy tính điện tử được sử dụng rộng rãi trong các dịch vụ thông tin và tham khảo pháp luật, thống kê tư pháp và để tiến hành các nghiên cứu pháp y khác nhau. Đặc biệt, để xác định những người chuyển ảnh (tức là để xác định trinh tiết của họ). Có phương pháp này như sau.

Như bạn đã biết, bất kỳ hình ảnh nào trên mặt phẳng đều có thể được biểu diễn dưới dạng các điểm riêng lẻ. Để xác định danh tính của các máy quang điện, các nhóm dấu chấm được áp dụng cho chúng trên các khu vực đặc trưng nhất - mắt, lông mày, v.v. Sau đó, sự kết hợp tương ứng của các điểm và vị trí của chúng trên mặt phẳng được so sánh với nhau.

Các nhà khoa học pháp y tiến hành nghiên cứu như vậy bằng cách sử dụng máy tính được các chuyên gia trang bị thiết bị đầu vào và đầu ra. Máy tự vẽ điểm trên ảnh, so sánh và làm nổi bật kết quả hoàn thiện.

Tóm lại, xin giới thiệu một chút về Triển lãm Quốc tế về Công nghệ Pháp y, được tổ chức gần đây tại Moscow. Hơn sáu mươi quốc gia và công ty đã tham gia triển lãm. Những dụng cụ và bộ máy hiện đại nhất đã được trình bày ở đây, tổng cộng khoảng mười nghìn exopon.

Khách tham quan triển lãm có thể thấy các thiết bị an ninh phát ra sóng điện từ mười mét xung quanh, trên thực tế, sóng này tạo ra một trường an ninh. Ngay khi người đại diện vào đó, tín hiệu nguy hiểm ngay lập tức được giải tỏa và xe tuần tra được gọi đến. Hoặc một thiết bị chụp ảnh ngay cả ở Ngoài ra, và các thiết bị truyền hình di động ghi lại và truyền thông tin từ địa điểm sản xuất đến Juron quanh thành phố. Một sự đổi mới thú vị là máy in được điều khiển bằng điện tử. Chúng tiết kiệm rất nhiều thời gian, thường dành cho việc soạn thảo các giao thức và giải pháp khác nhau. Từ các câu, cụm từ, từ tiêu chuẩn được lập trình sẵn, máy sẽ tìm ra tùy chọn mong muốn với tốc độ 50.000 ký tự mỗi phút và in tài liệu cần thiết với tốc độ 900 ký tự mỗi phút.

Các vật liệu che giấu vi mô so sánh được trưng bày tại triển lãm, giúp các nhà khoa học pháp y xác định được các hạt bụi, tóc, sợi, giấy nhỏ nhất; máy quang phổ khối phát hiện và nghiên cứu một picogram (10⁻¹² e) của một chất (với hầu hết công việc được thực hiện tự động); máy phân tích điện thoại - một cơn giông bão của những kẻ côn đồ điện thoại, xác định số thiết bị mà thuê bao đang gọi và ghi lại giọng nói của người nói vào băng.

Một câu chuyện về những thành tựu của vật lý và toán học đã đóng góp như thế nào có thể lấp đầy một cuốn sách quan trọng. Trong bài viết này, chúng tôi chỉ giới hạn ở một số ít ví dụ. Nhưng họ cũng đủ để hiểu những gì một lĩnh vực hoạt động rộng lớn có thể chờ đợi những chuyên gia tương lai đã tốt nghiệp các khoa vật lý và toán học nếu họ muốn cống hiến hết mình cho cuộc chiến chống lại tính đại diện và vi phạm pháp luật. Các ví dụ được đưa ra cũng làm rõ rằng bất kỳ sự trình bày nào cũng có thể được tiết lộ. Luôn có những dấu vết vô hình của phần còn lại, và khoa học hiện đại đã học cách đọc chúng một cách rõ ràng.

Tờ 42

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

40

Vật lý là một môn khoa học thực nghiệm. Mọi nghiên cứu vật lý đều bắt đầu bằng việc quan sát, nghiên cứu một hiện tượng và kết thúc bằng lý thuyết so sánh với các kết quả thực nghiệm.

Nhiều quy luật và hiện tượng tự nhiên về cốt lõi không quá phức tạp và các đặc điểm đặc trưng của chúng có thể được tìm ra ngay cả trong những thí nghiệm tương đối đơn giản. Galileo đã khám phá ra quy luật của các vật thể rơi khi quan sát chúng rơi từ đỉnh Tháp nghiêng Pisa. Newton phát hiện ra rằng ánh sáng mặt trời là một hỗn hợp phức tạp của nhiều màu sắc khác nhau bằng máy dò thủy tinh đơn giản. Nhiều thí nghiệm của Faraday đơn giản đến kinh ngạc nhưng lại có nội dung và kết luận vô cùng sâu sắc.

Tất nhiên, ngày nay có rất ít hy vọng rằng với những phương tiện sẵn có, người ta có thể khám phá ra một quy luật mới của tự nhiên. Vật lý ngày nay đòi hỏi những cơ sở thí nghiệm rất phức tạp - máy gia tốc hạt tích điện, lò phản ứng nguyên tử, kính hiển vi điện tử và proton, v.v. Nhưng phần lớn những gì khoa học đã biết đều có thể được kiểm tra bằng các thí nghiệm đơn giản tại nhà. Chuyển động của nam châm, sự phát triển của tinh thể, nhiễu xạ và giao thoa sóng, sức căng bề mặt hoặc ma sát khô - tất cả những điều này có thể được nghiên cứu bằng các phương tiện ngẫu hứng đơn giản. Các khối hoặc quả bóng bằng gỗ, một mảnh giấy, một chiếc kim khâu, một bong bóng xà phòng hoặc một dòng nước từ vòi mở, chưa kể la bàn và đèn pin, đều có thể được sử dụng cho nhiều thí nghiệm vật lý thú vị. Những thí nghiệm như vậy là bước đầu tiên để tiến tới nghiên cứu độc lập. Chúng giúp hiểu sâu hơn về bản chất của các hiện tượng vật lý khác nhau, phát triển kỹ năng quan sát và giao tiếp.

Mục “Phòng thí nghiệm Kwana” thuộc chuyên mục hệ thống của tạp chí chúng tôi. Trong đó, chúng tôi cố gắng mang đến cho độc giả cơ hội thực hiện các thí nghiệm giáo dục đơn giản nhưng hiệu quả mà không cần thiết bị thí nghiệm đặc biệt.

Từ thư của độc giả, chúng tôi thấy rằng nhiều người trong số họ sẵn sàng thực hiện các thí nghiệm mà chúng tôi đề xuất và thậm chí cố gắng hình dung chúng một cách sáng tạo (thay đổi các điều kiện - chẳng hạn như thay đổi nhiệt độ hoặc các đại lượng vật lý khác liên quan đến thí nghiệm, chọn các chất và vật liệu khác, v.v.). Đồng thời, họ có nhiều câu hỏi bất ngờ và thú vị, từ đó họ liên hệ với các biên tập viên của chúng tôi.

Khi tái hiện các thí nghiệm mà chúng tôi mô tả, cần đặc biệt chú ý đến các biện pháp phòng ngừa kỹ thuật và tuân thủ nghiêm ngặt các khuyến nghị trong các bài viết.

Chúng tôi hy vọng rằng “Phòng thí nghiệm Kwana” sẽ giúp độc giả hiểu rõ hơn về khả năng của mình và phát triển kỹ năng của các nhà nghiên cứu tự nhiên trong tương lai.

Tờ 43

tr. 41Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

41

M. Golovey
“Ốc nước”
Archimedes

Điều này tuyệt vời đến mức nào, tôi để lại cho những người hiểu nó đến cuối cùng quyết định.

Galileo Galilei

Giai đoạn đầu của sự phát triển vật lý gắn liền với việc phát minh ra các cơ chế khác nhau cho phép con người lao động. Bằng cách thành thạo việc sử dụng các phương tiện và vật liệu, học trong thực tế các định luật cơ bản về hình học, cơ học, thủy lực, các nhà khoa học từ rất lâu trước thời đại chúng ta đã tạo ra những cỗ máy mà cho đến ngày nay chúng ta vẫn khiến chúng ta kinh ngạc về chiều sâu tư duy thiết kế, sự khéo léo và khả năng thực hiện thành thạo.

Một trong những nhà phát minh xuất sắc nhất thời cổ đại là Archimedes.

Và mặc dù hiện nay tên tuổi của ông chủ yếu gắn liền với định luật lực nổi tác dụng lên một vật ngâm trong chất lỏng, Archimedes là người có nhiều phát minh tài tình. Và nổi bật nhất trong số đó là trí tuệ nâng hạ, người ta vẫn gọi là trí tuệ Archimedes. Galileo đã viết trong một tác phẩm của mình rằng phát minh này “không chỉ tuyệt vời mà còn tuyệt vời, vì chúng ta thấy nước dâng lên ở Witt, liên tục hạ xuống”.

Và thực sự, khi lần đầu tiên làm quen với thiết bị này, thậm chí còn khó tưởng tượng nước rơi dọc theo lưỡi Vitta hoặc kênh Vitt có thể thực sự dâng lên trong đường ống như thế nào. Trong một tác phẩm của mình, Galileo đã mô tả chi tiết nguyên lý hoạt động của cỗ máy này, gọi nó là “ốc sên nước của Archimedes”. Nhìn từ xa, chiếc xe này thực sự có phần giống một con ốc sên.

Witt của Archimedes hoạt động như thế nào? Quan sát hình 1, a. Nó hiển thị một hình trụ AKCB, trên bề mặt bên của nó có kênh Witt AEOPXTHC, qua đó nước có thể chảy hoặc lăn một quả bóng mà không tràn ra ngoài.

Nếu bạn hạ đầu kênh A của Witt xuống nước, hãy nghiêng hình trụ

Hình 1.

Tờ 44

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

42

như trong Hình 1, b và bắt đầu xoay nó xung quanh các giá đỡ MM và M′M', sau đó nước sẽ chảy qua kênh và bắt đầu chảy ra khỏi lỗ trên CC. Nghe có vẻ nghịch lý, nước bắt đầu di chuyển từ điểm AA, luôn hạ xuống so với bề mặt của lỗ thông hơi, và kết quả là nước dâng lên đến điểm CC. Hãy thử tìm hiểu xem điều này xảy ra như thế nào. Để phần máng xối AEAE tạo một góc α\alpha với “đáy” của hình trụ ABAB. Chúng ta hãy nghiêng hình trụ có rãnh một góc lớn hơn α\alpha. Khi đó nước sẽ lấp đầy diện tích AEAE và một phần diện tích EOEO.

Hãy bắt đầu xoay hình trụ quanh trục của nó. Tất cả các điểm của phần AEAE (ngoại trừ điểm AA) sẽ bắt đầu tăng lên, trong khi tất cả các điểm của phần EOEO (ngoại trừ điểm EE) sẽ giảm xuống và nước sẽ dần di chuyển từ phần “nóng” xa hơn dọc theo rãnh nước, rơi xuống tương đối với nó và dâng lên so với bề mặt trái đất. Điều này sẽ xảy ra vì trong quá trình quay, các phần khác nhau của máng xối lần lượt thay thế nhau sẽ liên quan đến nước ở cùng vị trí với phần AEAE; vì vậy nước sẽ bắt đầu chảy xuống máng, nhưng cuối cùng hóa ra nó đã dâng lên từ điểm AA đến điểm CC.

Một số độc giả có lẽ đã đặt ra một câu hỏi hợp lý: “Không phải tất cả những lập luận này đều mâu thuẫn với định luật bảo toàn năng lượng, cơ chế này có đại diện cho chuyển động vĩnh viễn không?” Quả thực, thoạt nhìn có vẻ như vậy. Chúng ta quay bánh xe, nước chảy xuống trục vít, như thể dọc theo một mặt phẳng nghiêng, dưới tác dụng của trọng lượng của chính nó và chảy ra khỏi lỗ phía trên. Tất cả những gì còn lại là chuyển đổi năng lượng dự trữ trong nước thành năng lượng quay của lỗ thông hơi và chuyển động vĩnh viễn đã sẵn sàng!

Nếu bài toán này được đưa ra cho các bạn trong một bài học vật lý, thì rõ ràng, nhiều bạn sẽ nghĩ ngay rằng lý luận như vậy mâu thuẫn với định luật bảo toàn năng lượng, và một số bạn thậm chí còn đi xa hơn trong lý luận khi nói thêm rằng nước dâng lên dọc theo máng do năng lượng được cung cấp từ bên ngoài và làm cho lỗ thông hơi quay, do đó thế năng của nước sẽ luôn nhỏ hơn công tiêu tốn khi nước dâng lên.

Tất nhiên, tất cả những điều này đều đúng, nhưng làm thế nào mà máng xối truyền năng lượng được cung cấp từ bên ngoài vào nước? Điều này xảy ra ở những lĩnh vực nào? Lực tác dụng lên nước có chiều như thế nào? Hãy cố gắng tự trả lời những câu hỏi này. Để đơn giản việc xét chuyển động của nước trong máng, ta có thể thay thế chuyển động của quả cầu dọc theo rãnh vít.

Một mô hình nguyên thủy của lỗ thông hơi của Archimedes có thể dễ dàng thực hiện tại nhà. Lấy một đoạn ống có đường kính 3-5 cm và dài 20-30 cm hoặc một khối gỗ tròn có cùng kích thước. Vai trò của máng xối có thể được thực hiện bằng bất kỳ ống cao su, polyvinyl clorua (cambric) hoặc ống đồng nào có đường kính vài mm (đường kính càng lớn thì mô hình sẽ càng đẹp và trực quan hơn). Sẽ rất tốt nếu bạn có sẵn một ống mềm trong suốt; khi đó chuyển động của nước hoặc một quả bóng có thể được theo dõi bên trong lỗ thông hơi Archimedes.

Tạo một rãnh thông hơi từ ống này bằng cách quấn nó quanh hình trụ bạn chọn dọc theo một đường vít và cố định hai đầu ống vào đế trên và dưới của hình trụ này bằng chỉ hoặc dây. Thế là xong, mô hình của bạn đã sẵn sàng hoạt động. Nhúng một đầu vào bình chứa nước và nghiêng nó một góc lớn hơn góc của đường xoắn ốc so với đáy hình trụ. Nếu bây giờ bạn xoay Ventita Archimedes sao cho có vẻ như anh ta

Tờ 45

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

43

Nó được vặn vào bề mặt chất lỏng, để ở cùng độ cao, sau đó vài lượt nước đi vào từ đầu trên của ống. Thay vì nước, bạn có thể lấy một quả bóng nhỏ. Và nếu bạn đặt nó ở đầu dưới của máng, thì sau vài vòng quanh trục của nó, quả bóng sẽ rơi ra khỏi đầu trên của máng bất thường này:

Theo cách tương tự, bạn có thể chế tạo một chiếc máy bơm thực sự được điều khiển, chẳng hạn như bằng gió hoặc một số động cơ khác. So với máy bơm piston được thiết kế để chỉ bơm nước sạch, chúng có một lợi thế quan trọng: chúng cũng có thể bơm nước bị ô nhiễm nặng. So với máy bơm ly tâm, Archimedes Vit là một cơ chế lỗi thời và hoàn toàn không có khả năng cạnh tranh với nó, do đó hiện nay nó rất hiếm khi được sử dụng để nâng nước. Các mẫu vật riêng lẻ của nó vẫn chỉ có thể được tìm thấy ở các nước kém phát triển.

Một thiết bị giống như Archimedean vinata được minh họa trong Hình 1, được gọi về mặt kỹ thuật (dịch từ tiếng Đức theo nghĩa đen là “ốc sên”), được sử dụng rộng rãi trong nhiều loại máy khác nhau để di chuyển và trộn các vật liệu rời, chất lỏng và dạng văn bản. Tuy nhiên, một trong những loại phổ biến nhất của nó là rôto trục vít của máy xay thịt thông thường.

Tờ 46

tr. 44Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

44

V. Ryzhik

Hãy kết nối các dấu chấm…

Toán học có thể được nghiên cứu theo nhiều cách khác nhau. Bạn có thể nghe bài giảng hoặc chỉ lấy một cuốn sách và đọc liên tiếp: định nghĩa, định lý, chứng minh. Hoặc bạn có thể hành động tích cực hơn: chỉ đọc các định nghĩa và phát biểu của các định lý, đặt cuốn sách sang một bên và tự mình đưa ra cách chứng minh. Phương pháp đầu tiên cho phép mục tiêu di chuyển nhanh hơn. Nhưng mismo của những người chỉ tuân thủ phương pháp công nghệ thông tin này thường thực hiện các kỹ thuật và phương pháp để đạt được kết quả được đề cập. Người đọc không biết mình sẽ bỏ lỡ bao nhiêu điều thú vị, hấp dẫn, hữu ích, tự cam chịu vai trò của một người nhận thức sự thật một cách thụ động.

Phương pháp thứ hai, mặc dù mất nhiều thời gian hơn, nhưng cho phép bạn hiểu sâu sắc lý thuyết toán học, dạy bạn làm nổi bật những gì quan trọng nhất trong một bối cảnh nhất định, giúp bạn có thể ghi nhớ lâu kết quả thu được qua công việc của chính mình, phát triển khả năng toán học của học sinh và mở ra những cách mới để các em áp dụng kiến ​​​​thức toán học. Do đó, chính phương pháp này - việc khám phá độc lập những chân lý đã biết (đôi khi vi phạm những chân lý chưa được khám phá trước đó) đã quyết định việc sử dụng các hội thảo, trường học và vòng tròn toán học trong công việc.

Đây chính xác là loại công việc tích cực mà người đọc dự định thực hiện trong các bài viết được xuất bản trong phần “Vòng tròn toán học”. Một phần quan trọng trong nội dung bài viết thường được trình bày dưới dạng bài toán. Một số được giải trong văn bản, nhưng hầu hết - cả bài giảng và bài khó - đều được để độc lập. lời giải người đọc. Ngắn gọn lời giải những cái này bài toán, gợi ý hoặc đáp số đôi khi chúng được đặt ở những trang cuối cùng của tạp chí, nhưng chúng tôi khuyên bạn nên cố gắng giải quyết bài toán không có gợi ý.

Theo quy định, “Câu lạc bộ Toán học” của chúng tôi dành cho học sinh từ lớp 8 đến lớp 9 và đôi khi là lớp 7. Thư có nhận xét và đề xuất liên quan đến phần này phải được gửi bằng cách sử dụng “vòng tròn Toán học” trên phong bì.

Tờ 47

tr. 45Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

45

nhưng, điểm DD, thu được nếu vectơ OB→\overrightarrow{OB} bị trừ khỏi vectơ OA→\overrightarrow{OA}, được gọi là hiệu của các điểm AA và BB: D=A−BD = A - B.

Rõ ràng là tổng số điểm phụ thuộc vào vị trí chúng tôi chọn sọc. Nhưng ngay khi các sọc được cố định, việc cộng các điểm cũng tương tự như việc cộng các vectơ.

Bài tập

  1. Nên chọn sọc như thế nào để tổng của hai điểm AA và BB nằm trên đường thẳng ABAB? Trên chùm tia ABAB? Trên đoạn ABAB?
  2. Cộng ba đỉnh của một tam giác đều với các cách chọn sọc khác nhau: tại đỉnh của tam giác, tại tâm của tam giác, tại một điểm tùy ý.
  3. A,B,CA, B, C - ba điểm bất kỳ không nằm trên cùng một đường thẳng. Chọn các sọc sao cho tổng của chúng nằm bên trong tam giác ABCABC; bên ngoài nó.
  4. Đặt A1,A2,…,AnA_1, A_2, \dots, A_n là một đa giác đều. Nên chọn sọc OO ở đâu để giữ được đẳng thức A1+A2+⋯+An=OA_1 + A_2 + \dots + A_n = O? Ban nhạc có được xác định duy nhất bởi điều kiện này không?
  5. Chứng minh rằng tứ giác ABCDABCD là hình bình hành khi và chỉ khi A+C=B+DA + C = B + D.

Bây giờ thật dễ dàng để biết ý nghĩa của việc nhân một điểm với một số. Cho dải OO. Hãy lấy điểm nguyên thủy AA. Giả sử rằng nó cần được nhân với 2. Nhân vectơ OAOA với 2, chúng ta được vectơ OBOB; điểm BB sẽ là điểm mong muốn. Chúng tôi viết: B=2AB = 2A. Nói chung, nếu OB→=λ⋅OA→\overrightarrow{OB} = \lambda \cdot \overrightarrow{OA} thì ta sẽ gọi điểm BB là tích của điểm AA và số λ\lambda: B=λAB = \lambda A. Vì chúng ta đã định nghĩa phép nhân điểm với số thông qua phép nhân vectơ với số, nên để nhân điểm với số, các đẳng thức 1∘−3∘1^\circ - 3^\circ sẽ được thỏa mãn nếu chúng ta thay thế vectơ bằng điểm trong đó.

Hãy gọi biểu thức α⋅A+β⋅B\alpha \cdot A + \beta \cdot B, trong đó α\alpha và β\beta là các số, là tổ hợp tuyến tính của các điểm AA và BB.

Bài tập
6. Xây dựng sự khác biệt giữa các điểm AA và BB. Xây dựng, lấy điểm A,BA, B và sọc OO không cùng một đường thẳng, điểm −B,−A,−A−B,−A+B-B, -A, -A-B, -A+B.
7. Chứng minh rằng nếu dải không nằm trên cùng một đường thẳng từ các điểm AA và BB thì mọi điểm trong mặt phẳng đều có thể được biểu diễn dưới dạng tổ hợp tuyến tính của các điểm AA và BB và theo một cách duy nhất.
8. Các sọc được chọn ở giữa hình lục giác chính xác A1A2…A6A_1A_2 \dots A_6. Viết điểm A3,A4,A5,A6A_3, A_4, A_5, A_6 dưới dạng kết hợp tuyến tính của điểm A1A_1 và A2A_2.
9. Điểm 2⋅A+3⋅B2 \cdot A + 3 \cdot B có thể nằm trên đường thẳng ABAB không? Trong những điều kiện nào?

Trong các nhiệm vụ trước, kết quả của các hành động có dấu chấm phụ thuộc vào việc lựa chọn sọc và do đó không rõ ràng. Tuy nhiên, có một cách vận hành với một hệ thống điểm tùy ý, kết quả của nó không còn phụ thuộc vào lựa chọn này nữa (phương pháp này hóa ra lại hữu ích cho chúng ta sau này, đối với lời giải hình học “thực” bài toán). Hãy xem khi nào tổ hợp tuyến tính của hai điểm AA và BB không phụ thuộc vào việc chọn sọc.

Đặt X1=α⋅A+β⋅BX_1 = \alpha \cdot A + \beta \cdot B nếu điểm O1O_1 là sọc và X2=α⋅A+β⋅BX_2 = \alpha \cdot A + \beta \cdot B nếu điểm O2O_2 là sọc. Chúng tôi muốn điểm X1X_1 và X2X_2 khớp nhau; vì điều này điều cần thiết và đủ là đẳng thức O1X1→=O1X2→\overrightarrow{O_1X_1} = \overrightarrow{O_1X_2} phải được thỏa mãn. Chúng tôi có: O1X2→=O1O2→+α⋅O2A→+β⋅O2B→=O1O2→+α⋅(O1A→−O1O2→)+β⋅(O1B→−O1O2→)=α⋅O1A→+β⋅O1B→+[1−(α+β)]⋅O1O2→=O1X1→+[1−(α+β)]⋅O1O2→\overrightarrow{O_1X_2} = \overrightarrow{O_1O_2} + \alpha \cdot \overrightarrow{O_2A} + \beta \cdot \overrightarrow{O_2B} = \overrightarrow{O_1O_2} + \alpha \cdot (\overrightarrow{O_1A} - \overrightarrow{O_1O_2}) + \beta \cdot (\overrightarrow{O_1B} - \overrightarrow{O_1O_2}) = \alpha \cdot \overrightarrow{O_1A} + \beta \cdot \overrightarrow{O_1B} + [1 - (\alpha + \beta)] \cdot \overrightarrow{O_1O_2} = \overrightarrow{O_1X_1} + [1 - (\alpha + \beta)] \cdot \overrightarrow{O_1O_2}. Để có sự bằng nhau của vectơ O1X2→\overrightarrow{O_1X_2} và O1X1→\overrightarrow{O_1X_1}

Tờ 48

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

46

điều cần và đủ là α+β=1\alpha + \beta = 1.

Theo cách tương tự, một phát biểu tương tự được chứng minh cho các điểm nn: tổ hợp tuyến tính α1⋅A1+α2⋅A2+⋯+αn⋅An\alpha_1 \cdot A_1 + \alpha_2 \cdot A_2 + \dots + \alpha_n \cdot A_n xác định điểm duy nhất của moed và moed sữa, coed α1+α2+⋯+αn=1\alpha_1 + \alpha_2 + \dots + \alpha_n = 1. Chứng minh điều đó.

Chúng tôi sẽ gọi một tổ hợp tuyến tính của các điểm được chuẩn hóa nếu tổng các hệ số trong tổ hợp tuyến tính này bằng 1. Trong tương lai, chúng tôi sẽ làm việc chủ yếu với các tổ hợp điểm tuyến tính được chuẩn hóa mà không giới hạn điều này mỗi lần.

Khái niệm tổ hợp tuyến tính chuẩn hóa của nn điểm có ý nghĩa cơ học đơn giản: để các điểm A1,A2,…,AnA_1, A_2, \dots, A_n chứa khối lượng μ1>0,μ2>0,…,μn>0\mu_1 > 0, \mu_2 > 0, \dots, \mu_n > 0 và μ1+μ2+⋯+μn=1\mu_1 + \mu_2 + \dots + \mu_n = 1. Tổ hợp tuyến tính μ1A1+μ2A2+⋯+μnAn\mu_1 A_1 + \mu_2 A_2 + \dots + \mu_n A_n là trọng tâm C của hệ khối lượng nn (xem bài tập 14) *).

Định lý sau đây đòi hỏi ý nghĩa hình học trực quan của một tổ hợp tuyến tính chuẩn hóa tùy ý của hai điểm.

*) Với sự trợ giúp của cách giải thích cơ học này, bạn có thể thu được nhiều sự kiện và định lý hay về hình học - chẳng hạn, hãy xem bài viết của Z. A. Skorets “Khoảng cách giữa tâm của hai hệ điểm” (Kvant, 1975, số 3). Tuy nhiên, trong ghi chú của chúng tôi, chúng tôi rút ra tất cả các khái niệm chúng tôi cần từ các phép toán trên vectơ trên mặt phẳng và trong không gian. (Một trong những ưu điểm của cách trình bày như vậy là người ta có thể xem xét ngay các tổ hợp tuyến tính trong đó “khối lượng” không âm μ1,μ2,…,μn\mu_1, \mu_2, \dots, \mu_n là âm).

Bây giờ chúng ta hãy xem cách chứng minh định lý về đường trung tuyến của một tam giác sẽ như thế nào nếu chúng được dùng tại một điểm và chia

Tờ 49

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

47

Hình 3.

nó theo tỷ lệ 2:1, tính cả các đỉnh.

Vẽ các đường trung tuyến AE và BK trong tam giác ABC và lấy H là điểm cách giao điểm (Hình 3). Chúng ta hãy chọn sọc tại điểm A.

Sau đó H=λE=λ(12B+12C)=λ2B+λ2CH = \lambda E = \lambda \left( \frac{1}{2} B + \frac{1}{2} C \right) = \frac{\lambda}{2} B + \frac{\lambda}{2} C

(chúng tôi không biết số λ\lambda bằng bao nhiêu). Mặt khác, điểm H nằm trên đường BK; do đó H=αB+βK=αB+(1−α)KH = \alpha B + \beta K = \alpha B + (1 - \alpha) K, tức là H=αB+1−α2CH = \alpha B + \frac{1 - \alpha}{2} C.

Do cách biểu diễn duy nhất điểm H là tổ hợp tuyến tính của điểm B và C (xem Bài tập 7)

{λ2=α,λ2=1−α2.\begin{cases} \frac{\lambda}{2} = \alpha, \\ \frac{\lambda}{2} = \frac{1 - \alpha}{2}. \end{cases}

Sau khi giải hệ này, chúng ta thu được λ=23\lambda = \frac{2}{3}, α=13\alpha = \frac{1}{3}, từ đó β=23\beta = \frac{2}{3}. Các giá trị hệ số này đưa ra các tỷ lệ sau về độ dài của các đoạn: ∣AH∣:∣HE∣=2:1|AH| : |HE| = 2:1, ∣BH∣:∣HK∣=2:1|BH| : |HK| = 2:1. Còn phải chứng minh rằng H thuộc đường trung bình của tam giác. Vì H=23EH = \frac{2}{3} E, nên H=13(B+C)H = \frac{1}{3} (B + C). Nhưng B=2TB = 2T, trong đó T là trung điểm của cạnh AB. Vì vậy H=13(2T+C)H = \frac{1}{3} (2T + C), tức là H=23T+13CH = \frac{2}{3} T + \frac{1}{3} C. Tổng các hệ số là 1, cả hai đều dương nên H là một điểm trên đoạn CT chia nó theo tỷ lệ 2:1.

Lý do mà chúng tôi sử dụng để chứng minh Định lý Omega giúp ích trong nhiều trường hợp, cùng với các cách xây dựng bổ sung, xét các tam giác đồng dạng, v.v., có thể thực hiện được bằng các phép tính đơn giản.

Sơ đồ chung của cuộc thảo luận như sau:

  1. chúng tôi chọn các sọc ở điểm thuận tiện nhất cho lời giải (nếu chúng tôi làm việc với các kết hợp tuyến tính chuẩn hóa, thì điều này không ảnh hưởng gì cả);

  2. đối với mỗi điểm, chúng ta thu được hai biểu diễn dưới dạng tổ hợp tuyến tính của hai điểm không nằm trên cùng một đường thẳng với dải;

  3. chúng tôi giải quyết một hệ thống kết nối các hệ số của các tổ hợp tuyến tính thu được với nhau (trong các tổ hợp chuẩn hóa, một điều kiện khác xuất hiện là tổng các hệ số bằng 1).

Hãy thử sử dụng sơ đồ này trong các vấn đề sau.

Bài tập

  1. Trong tam giác ABC, các điểm K và E đặt trên các cạnh AC và BC sao cho ∣AK∣=1n∣AC∣|AK| = \frac{1}{n} |AC|, ∣BE∣=1n∣BC∣|BE| = \frac{1}{n} |BC|. Trong mỗi quan hệ, các đoạn AE và BK có được chia cho giao điểm không? Nó có nằm trên đường trung tuyến vẽ từ đỉnh C không?

  2. Trong tam giác ABC, vẽ các đoạn AK, CE và BM trên các cạnh AC, CB và BA sao cho mỗi đoạn bằng 13\frac{1}{3} cạnh tương ứng. Các phần AE, CM, BK được thực hiện. Trong mỗi mối quan hệ chúng được ngăn cách bởi các điểm giao nhau?

  3. Nguyên tố cắt tam giác ABC sao cho cạnh AB được chia theo tỷ lệ 2:1, cạnh BC theo tỷ lệ 3:1. Trong mỗi quan hệ, đoạn AE có được chia cho đỉnh C từ đỉnh A đến điểm E của giao điểm của đường thẳng AC với đường thẳng này không? Hãy thử khái quát hóa điều này bài toán.

  4. Đỉnh của hình bình hành nối với trung điểm của các cạnh đối diện. Trong mỗi quan hệ, các đoạn thẳng vẽ có chia đường chéo của hình bình hành đối diện với đỉnh đã cho không?

Về cơ bản mọi thứ chúng tôi làm cho đến nay đều diễn ra trên máy bay. Bây giờ chúng ta hãy “đi ra ngoài” vào không gian.

Định lý 2. Mọi điểm của mặt phẳng ABC đều được chuẩn hóa

Tờ 50

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

48

tổ hợp tuyến tính của các điểm A, B và C.

Bằng chứng. Cho điểm X thuộc mặt phẳng ABC (Hình 4). Chúng tôi có OX→=OA→+AX→\overrightarrow{OX} = \overrightarrow{OA} + \overrightarrow{AX}. Vì các điểm A, B, C không nằm trên cùng một đường thẳng nên AX→=λ1⋅AB→+λ2⋅AC→\overrightarrow{AX} = \lambda_1 \cdot \overrightarrow{AB} + \lambda_2 \cdot \overrightarrow{AC}. Bây giờ chúng tôi nhận được: OX→=OA→+λ1⋅AB→+λ2⋅AC→=OA→+λ1⋅(OB→−OA→)+λ2(OC→−OA→)=(1−λ1−λ2)⋅OA→+λ1⋅OB→+λ2⋅OC→\overrightarrow{OX} = \overrightarrow{OA} + \lambda_1 \cdot \overrightarrow{AB} + \lambda_2 \cdot \overrightarrow{AC} = \overrightarrow{OA} + \lambda_1 \cdot (\overrightarrow{OB} - \overrightarrow{OA}) + \lambda_2 (\overrightarrow{OC} - \overrightarrow{OA}) = (1 - \lambda_1 - \lambda_2) \cdot \overrightarrow{OA} + \lambda_1 \cdot \overrightarrow{OB} + \lambda_2 \cdot \overrightarrow{OC}. Tổng các hệ số bằng 1. Ta hãy biểu thị số 1 - λ1−λ2\lambda_1 - \lambda_2 bằng α\alpha, số λ1\lambda_1 - bằng β\beta và λ2\lambda_2 - bằng γ\gamma; rồi X=αA+βB+γCX = \alpha A + \beta B + \gamma C, ở đâu α+β+γ=1\alpha + \beta + \gamma = 1.

Bài tập

  1. Chứng minh điều ngược lại: mọi tổ hợp tuyến tính chuẩn hóa của các điểm A, B, C không nằm trên cùng một đường thẳng đều thuộc mặt phẳng ABC.

  2. Nếu ba điểm và sọc không nằm trong cùng một mặt phẳng thì mọi điểm trong không gian được biểu diễn duy nhất dưới dạng tổ hợp tuyến tính của ba điểm này. Chứng minh điều đó.

Lời giải phép đo lập thể cơ bản bài toán sử dụng hành động trên các điểm dựa trên các nguyên tắc giống như phép đo phẳng lời giải bài toán. Ví dụ: hãy xem xét bài toán này: đường chéo AC1_1 được vẽ song song ABCEA1B1C1E1ABCEA_1B_1C_1E_1; chứng minh rằng các mặt phẳng A1_1BE và B1_1E1_1C chia đường chéo này thành ba đoạn có độ dài bằng nhau.

Để chứng minh điều này, hãy chọn sọc tại điểm A (Hình 5). Gọi K là giao điểm của đường thẳng AC1_1 và mặt phẳng A1_1BE. Khi đó K = λ⋅C1\lambda \cdot C_1, tức là K = λ⋅(B+E+A1)\lambda \cdot (B + E + A_1). Mặt khác K thuộc mặt phẳng A1_1BE; do đó K = α⋅A1+β⋅B+γ⋅E\alpha \cdot A_1 + \beta \cdot B + \gamma \cdot E, trong đó α+β+γ=1\alpha + \beta + \gamma = 1. Chúng tôi nhận được hệ thống:

α=λ\alpha = \lambda; β=λ\beta = \lambda; γ=λ\gamma = \lambda; α+β+γ=1\alpha + \beta + \gamma = 1, từ đó tìm ra λ=13\lambda = \frac{1}{3}. Vì vậy, ∣AK∣=13∣AC1∣|AK| = \frac{1}{3}|AC_1|. Bây giờ gọi M là giao điểm của đường thẳng AC1_1 và mặt phẳng B1_1E1_1C. Lập luận tương tự cho thấy M = 23C1\frac{2}{3}C_1, do đó ∣AM∣=23∣AC1∣|AM| = \frac{2}{3}|AC_1|.

Bài tập

  1. Chứng minh rằng mọi đường chéo của một hình song song cắt nhau tại một điểm.

Lưu ý rằng việc gọi các phép toán là “cộng” và “nhân với một số” mà chúng tôi đã giới thiệu để lấy điểm, thường không được chấp nhận. Rõ ràng là họ không nói về sự kết hợp tuyến tính của các điểm α1A1+…+αnAn\alpha_1A_1 + \ldots + \alpha_nA_n, mà nói về sự kết hợp tuyến tính của các vectơ α1OA→1+…+αnOA→n\alpha_1\overrightarrow{OA}_1 + \ldots + \alpha_n\overrightarrow{OA}_n, chỉ ra rõ ràng sự lựa chọn của “cực” O. Tất nhiên, điều này không làm thay đổi phép chia hiện có - sự khác biệt chỉ nằm ở ký hiệu; Chính nhờ sự ngắn gọn của ký hiệu mà ưu điểm chính của “đại số điểm” mà bạn đã làm quen trong bài viết này nằm ở chỗ.

Tờ 51

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

49

Sách bài toán lượng tử

Chúng tôi đã chạy chuyên mục này từ số này đến số khác kể từ khi thành lập tạp chí. Bài toán được xuất bản ở đây là không chuẩn, nhưng lời giải của chúng không yêu cầu kiến ​​thức ngoài chương trình giảng dạy hiện tại ở trường. Nhiều nhiệm vụ sẽ dễ hiểu đối với học sinh lớp 7-8. Cùng với những bài toán tương đối dễ, cũng có những bài toán không dễ giải đối với các chuyên gia - các nhà toán học và vật lý học. Các nhiệm vụ khó khăn nhất được đánh dấu bằng dấu hoa thị. Nếu bạn không thể nhanh chóng hoàn thành một nhiệm vụ, đừng bỏ cuộc, hãy cố gắng quay lại nhiệm vụ đó - sau một ngày, một tuần. Nếu bài toán làm bạn quan tâm, thì đừng trì hoãn ngay cả sau khi lời giải đã được tìm thấy - hãy nghĩ về cách viết lời giải theo cách đa dạng và thuyết phục nhất, cách bạn có thể khái quát hóa bài toán, làm rõ hoặc củng cố kết quả của nó, những gì bài toán bạn đã gặp gần với nó. Chúng tôi rất vui khi nhận được tin nhắn từ độc giả lời giải bài toán và các tin nhắn liên quan.

Trong phần thứ hai của phần “Bài toán Kvant”, chúng tôi đặt lời giải bài toán (khoảng sáu tháng sau khi công bố các điều kiện) có tính đến các chủ đề do độc giả gửi đến. Về cơ bản, lời giải bài toán là những ghi chú nhỏ và chúng tôi khuyên những ai không nhận được «Kvant» trong năm hoặc không giải được bài toán hãy làm quen với chúng. Ở số lẻ «Kvant» (Số 1, 3, …), chúng tôi trình bày tên của độc giả đã gửi đúng cho chúng tôi lời giải bài toán. Những học sinh thường xuyên gửi lời giải thú vị và đầy đủ trong suốt năm sẽ nhận được lời mời tham gia các cuộc thi Olympic Tài nguyên về toán hoặc vật lý (những cuộc thi Olympic này thường diễn ra trong kỳ nghỉ xuân). Ngoài ra, đối với những người chiến thắng trong cuộc thi đang diễn ra của chúng tôi dành cho lời giải bài toán, các biên tập viên đang thiết lập một số giải thưởng đặc biệt.

Tất nhiên, không phải tất cả bài toán của chúng tôi đều được xuất bản lần đầu tiên. Sau khi hình thành, chúng tôi thường cho biết ai đã đề nghị chúng tôi bài toán này. Nghĩ ra một bản gốc mới bài toán - làm ơn, thực hiện một “khám phá” độc lập nhỏ - thậm chí còn khó hơn việc giải một bản bằng gang làm sẵn. Nếu bạn thành công, hãy gửi cho chúng tôi bài toán cùng với giải pháp. Viết cách bạn nghĩ ra bài toán: bạn có gặp bài toán hoặc ý tưởng lời giải tương tự không, hiện tượng chung hoặc định lý toán học nào có liên quan đến kết quả mới của bạn. Chúng tôi sẽ xuất bản bài toán đẹp nhất và thú vị nhất trong “Sách Vấn đề” hoặc các phần khác «Kvant».

Địa chỉ của chúng tôi: 113035, Moscow, Zh-35, st. B. Ordynka, 21/16, tòa soạn tạp chí «Kvant».
Trên phong bì sau địa chỉ, hãy viết lời giải mà bài toán bạn đang gửi (ví dụ: “Bài toán M361, M362” hoặc “F373” hoặc “một bài toán mới trong toán học (trong vật lý)”). Gửi Lời giải bài toán cho từng môn học (toán học và vật lý), cũng như bài toán mới cho từng môn học trong các phong bì riêng biệt. Từ ngữ của bài toán mới (cũng như bất kỳ tài liệu nào khác) dự định xuất bản trên tạp chí) phải được gửi thành hai bản. Chúng tôi nhận được rất nhiều thư từ độc giả và cố gắng trả lời tất cả các phóng viên thường xuyên của chúng tôi. Chúng tôi rất tiếc phải định dạng lời giải cẩn thận để tạo điều kiện thuận lợi cho công việc của các biên tập viên và cố vấn của phần “Bài toán Kvant”. Ở phần đầu của bức thư, tôi viết cách viết họ, tên, họ hàng, địa chỉ nhà, cũng như lớp và trường nơi bạn là giáo viên (và “số” của bạn nếu bạn là sinh viên VZMSH). Nhập chữ cái có ghi địa chỉ của bạn vào đó (đối với đáp số sau khi kiểm tra lời giải). Chúng tôi sẽ chỉ có thể đọc thư của độc giả nếu chúng được viết bằng tiếng Nga và được gửi không quá một tháng rưỡi sau khi số báo tương ứng được xuất bản. Hạn chót để gửi đáp số đến bài toán của số này là ngày 1 tháng 3 năm 1976.

Tờ 52

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

50

Bài tập

M361. Hai người chơi trò tiếp theo. Một hình chữ nhật gồm m×nm \times n ô nổi bật trên tờ giấy ca-rô. Lần lượt từng người gạch đi tất cả các ô của hàng ngang hoặc hàng dọc nào đó còn ô chưa gạch chéo. Người nào gạch bỏ ô cuối cùng sẽ thắng.

Ai có thể đảm bảo chiến thắng: người mới bắt đầu hay đối tác của anh ta? (Đáp số, tất nhiên, phụ thuộc vào mm và nn.)
A. Bernard, A. Felshtin, A. Tkachev

M362. Hãy cắt mỗi cạnh của tứ giác lồi ABCDABCD thành ba phần bằng nhau và nối các điểm tương ứng ở các cạnh đối diện bằng các đoạn thẳng (Hình 1). Chứng minh rằng diện tích tứ giác “trung bình” nhỏ hơn 9 lần diện tích tứ giác ABCDABCD.
A. Lopshitz

M363. Hai parabol có trục song song cắt nhau tại các điểm A0A_0 và B0B_0. Ở điểm đầu tiên trong số đó, điểm A1,…,A2nA_1, \dots, A_{2n} được lấy, ở điểm thứ hai - điểm B1,…,B2nB_1, \dots, B_{2n} sao cho A0A1∣∣B0B1,A1A2∣∣B1B2,…,A2n−1A2n∣∣B2n−1B2nA_0A_1||B_0B_1, A_1A_2||B_1B_2, \dots, A_{2n-1}A_{2n}||B_{2n-1}B_{2n}. Chứng minh rằng A0B2n∣∣B0A2nA_0B_{2n}||B_0A_{2n}.
Nechen Kone Kwi

M364. Trong số 16 phi hành gia, bạn cần chọn 4 - phi hành đoàn của tàu vũ trụ. Việc huấn luyện được thực hiện với 4 đội, mỗi đội 4 người

Hình 1.

căn nhà. Có thể thiết kế một lịch trình huấn luyện sao cho hai phi hành gia bất kỳ sẽ ở cùng một phi hành đoàn một lần không?

M365. a) Tổng của nhiều số bằng 1. Tổng lập phương của chúng có thể lớn hơn một không?
b) Có thể chuỗi a1+a2+a3+…a_1 + a_2 + a_3 + \dots hội tụ nhưng chuỗi a13+a23+a33…a_1^3 + a_2^3 + a_3^3 \dots thì không?
(Nhớ lại rằng chuỗi x1+x2+x3+…x_1 + x_2 + x_3 + \dots được gọi là hội tụ nếu dãy số Sn=x1+x2+⋯+xnS_n = x_1 + x_2 + \dots + x_n có giới hạn.)

F373*. Hai quả bi-a, một trong số đó ban đầu bị chôn vùi, chịu va chạm đàn hồi “xiên”. Đường đi qua tâm của các quả bóng khi va chạm tạo thành một góc 60∘60^\circ với hướng chuyển động ban đầu của quả bóng đang bay. Trong quá trình va chạm, các quả bóng bị biến dạng và một phần động năng của quả bóng được chuyển thành thế năng biến dạng đàn hồi của các quả bóng, khi các quả bóng tách ra sẽ lại chuyển thành động năng. Xác định số phần năng lượng lớn nhất của quả cầu biến thành năng lượng biến dạng đàn hồi khi va chạm. Các quả bóng được coi là hoàn toàn trơn tru.

F374*. Dưới đáy ly nước có nhiều ống mao dẫn bịt kín ở một đầu và chứa đầy không khí. Động năng của các ống là d=0,2d = 0,2 mm, chiều cao của mực nước trong cốc là h=10h = 10 cm. Khi nước sôi, bọt hơi hình thành ở hai đầu hở của ống. Nhiệt độ của nước ở đáy cốc là bao nhiêu nếu áp suất khí quyển là 10510^5 k/m2m^2? Lấy hệ số căng bề mặt của nước bằng 57 dynes/cm. Giả sử áp suất của hơi nước bão hòa ở gần 100°C tăng thêm 27 mm rm. xem khi nhiệt độ tăng thêm 1°.

Tờ 53

tr. 51Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

51

F375. Hai thanh có khối lượng m1m_1 và m2m_2 nằm trên một mặt phẳng nằm ngang, được nối với nhau bằng một lò xo không biến dạng. Lực ngang nhỏ nhất FF phải tác dụng lên một trong các thanh để di chuyển khối thứ hai là bao nhiêu? Hệ số ma sát của các thanh trên bề mặt là kk.

G. Kotkin

F376. Một chiếc đồng hồ cát có đường kính dd được đưa vào một ống thủy tinh có đường kính DD (D≈dD \approx d) được đậy kín và đổ đầy nước. Tại thời điểm ban đầu, đồng hồ ở dưới đáy ống (Hình 2). Khi lật ống lại, đồng hồ vẫn ở trên đầu ống một lúc rồi từ từ hạ xuống. Tìm thời gian đồng hồ ở trên đỉnh ống nếu chiều cao của đồng hồ là hh (h≫dh \gg d), khối lượng của nó là MM, khối lượng cát trong đồng hồ là mm và hệ số ma sát của đồng hồ với thành ống là kk. Thời gian đổ cát từ ngăn trên xuống ngăn dưới của đồng hồ là tt.

F377. Nếu bạn nheo mắt nhìn những ngọn đèn sáng ở xa, bạn sẽ thường thấy những cột ánh sáng thẳng đứng hoặc hơi nghiêng đi xuống từ đèn. Giải thích hiện tượng này. Tạo và thực hiện các thí nghiệm để kiểm tra lời giải thích của bạn.

Manh mối. Bề mặt giác mạc không bao giờ khô. Nó luôn được bao phủ bởi một lớp nước mắt.

Hình 2.

Lời giải bài toán
M321—M325; F333, F335—F338

M321. Tồn tại một bảng thẳng có diện tích 1. Chứng minh rằng với mọi ε>0, có thể chỉ ra một hệ khăn ăn thẳng bao phủ bảng này (các cạnh của khăn ăn song song với các cạnh của bàn), giả sử rằng bất kỳ hệ thống con nào của nó bao gồm các khăn ăn không chồng lên nhau đều có diện tích nhỏ hơn ε.

Chúng ta sẽ nói rằng hệ thống khăn ăn AA là một hệ thống con của hệ thống BB nếu mọi chiếc khăn ăn từ AA đều là một chiếc khăn ăn từ BB. Hãy để chúng tôi giới thiệu ký hiệu sau S(A)S(A) - diện tích của hệ thống AA là diện tích của phần bàn được phủ khăn ăn từ AA.

Trước khi bắt đầu giải bài toán, chúng tôi sẽ mô tả cách xây dựng hai hệ thống khăn ăn sẽ hữu ích cho chúng tôi sau này.

  1. Xây dựng hệ thống AkA^k.

Hệ thống A0A^0 bao gồm một khăn ăn có tọa độ đỉnh (0,0),(a,0),(0,b),(a,b)(0, 0), (a, 0), (0, b), (a, b).

Hệ A0A^0 được lấy từ hệ Ak−1A^{k-1} bằng cách thêm hai khăn ăn: (xem Hình 1): một khăn ăn có tọa độ đỉnh (0,0),(2ka,0),(0,2−kb),(2ka,2−kb)(0, 0), (2^k a, 0), (0, 2^{-k} b), (2^k a, 2^{-k} b) và một khăn ăn có tọa độ đỉnh (0,0),(2−ka,0),(0,2kb),(2−ka,2kb)(0, 0), (2^{-k} a, 0), (0, 2^k b), (2^{-k} a, 2^k b).

Mỗi chiếc khăn ăn này có diện tích abab và chính xác một nửa đi ra khỏi hệ thống Ak−1A^{k-1}, do đó S(Ak)=S(Ak−1)+abS(A^k) = S(A^{k-1}) + ab và S(Ak)=(k+1)⋅abS(A^k) = (k+1) \cdot ab, tức là

(nлощадькаждойсалфетки)=S(Ak)k+1.(nлощадь каждой салфетки) = \frac{S(A^k)}{k+1}. (*)

Lưu ý rằng hai khăn ăn bất kỳ trong hệ thống AkA^k sẽ chồng lên nhau.

  1. Xây dựng hệ thống BkB^k.

Hệ B0B^0 trùng với hệ AkA^k đã được xây dựng, trong đó các tham số aa và bb được chọn sao cho 2ka2^k a và 2kb2^k b là độ dài các cạnh của bảng và hệ tọa độ xOyxOy được kết nối với bảng theo cách sau: gốc tọa độ OO là một góc tùy ý của bảng và các trục tọa độ hướng dọc theo các cạnh của bảng.

Hệ thống BkB^k được lấy từ hệ thống Bk−1B^{k-1} như thế này. Cần phải cắt tần số của bảng, không bị che bởi khăn ăn của hệ thống Bk−1B^{k-1}, thành các bảng hình chữ nhật và xây dựng hệ thống “của riêng bạn” B0B^0 trên mỗi bảng đó. Sau đó, bạn cần thêm khăn ăn mới thu được vào khăn ăn của hệ thống Bk−1B^{k-1} - đây sẽ là hệ thống BkB^k.

Bây giờ thật dễ dàng để giải quyết bài toán. Hãy để ε>0\varepsilon > 0. Hãy chọn kk sao cho 1k+1<ε2\frac{1}{k+1} < \frac{\varepsilon}{2}. Lưu ý rằng

Tờ 54

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

52

Hình 1.

Rằng hệ thống BnkB_n^k bao gồm một số lượng lớn các hệ thống con không chồng chéo theo cặp tương tự như AkA^k. Nếu trong BnkB_n^k chúng ta chọn một hệ thống con CC gồm các khăn ăn rời nhau, thì mỗi hệ thống tạo nên BnkB_n^k chứa nhiều nhất một khăn ăn từ CC. Sử dụng (*), chúng ta có được S(C)≤S(Bnk)k+1S(C) \leq \frac{S(B_n^k)}{k+1}.

Và vì S(Bnk)<1S(B_n^k) < 1 và 1k+1<ε2\frac{1}{k+1} < \frac{\varepsilon}{2}, nên S(C)<12εS(C) < \frac{1}{2}\varepsilon (**)

cho mọi nn và mọi hệ thống con C⊂BnkC \subset B_n^k. Tất cả những gì còn lại là chọn nn. Lưu ý rằng S(B0k)=S(Ak)=(k+1)abS(B_0^k) = S(A^k) = (k+1)ab; nhưng vì Sстола=22k⋅ab(=1)S_{\text{стола}} = 2^{2k} \cdot ab (= 1), nên, do đó, S(B0k)=k+122kS(B_0^k) = \frac{k+1}{2^{2k}}. (diện tích của bàn nơi B0kB_0^k được xây dựng).

Bây giờ rõ ràng là diện tích của phần bàn không được phủ khăn ăn của hệ thống BnkB_n^k bằng với chênh lệch giữa diện tích của phần bàn không được phủ khăn ăn của hệ thống Bn−1kB_{n-1}^k và tích của k+122k\frac{k+1}{2^{2k}} theo diện tích này, tức là 1−S(Bnk)=(1−S(Bn−1k))(1−k+122k)1 - S(B_n^k) = \left(1 - S(B_{n-1}^k)\right)\left(1 - \frac{k+1}{2^{2k}}\right).

Từ đó suy ra diện tích của phần bàn không được hệ thống BnkB_n^k bao phủ nhỏ hơn (1−k+122k)n\left(1 - \frac{k+1}{2^{2k}}\right)^n.

Chúng ta hãy chọn nn sao cho (1−k+122k)n<ε2\left(1 - \frac{k+1}{2^{2k}}\right)^n < \frac{\varepsilon}{2}. Phần bàn không được hệ thống BnkB_n^k che phủ bằng khăn ăn không chồng lên nhau

M322. a) Một hình gồm nhiều hơn một điểm là giao điểm của các đường tròn NN. Chứng minh rằng ranh giới của hình này có thể được biểu diễn dưới dạng giao của nhiều nhất 2N−22N-2 cung của một đường tròn.

b) Trong bảng chữ cái NN là chữ cái. Một số chữ cái được viết thành vòng tròn, sao cho chữ cái phía dưới không xuất hiện hai lần liên tiếp và đối với hai chữ cái a, b khác nhau, có thể vẽ một đường thẳng sao cho tất cả các chữ cái a sẽ nằm ở một bên của đường thẳng và các chữ cái b sẽ ở bên kia (Hình 2). Chứng minh rằng không có nhiều hơn 2N−22N-2 chữ cái được viết.

Hãy để chúng tôi chỉ ra bài toán a) có nguồn gốc từ bài toán b).

Hãy lấy một bảng chữ cái gồm NN chữ cái và gán một trong các chữ cái của bảng chữ cái này cho mỗi vòng tròn này. Chúng ta sẽ đi xung quanh đường viền của hình này, viết liên tiếp các chữ cái biểu thị các vòng tròn dọc theo ranh giới mà chúng ta

Tờ 55

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

chúng tôi vượt qua (Hình 3; nó hiển thị bốn vòng tròn). Nếu các chữ cái này được sắp xếp dọc theo một vòng tròn mà vẫn duy trì trật tự (Hình 4), thì sự sắp xếp kết quả sẽ thỏa mãn điều kiện bài toán b), vì các vòng tròn không thể giao nhau như trong Hình 5. Vì (do bài toán b) không có quá 2N−22N-2 chữ cái được viết, nên ranh giới của hình này bao gồm không quá 2N−22N-2 cung tròn.

Ta chứng minh khẳng định bài toán b) bằng quy nạp theo NN.

Cơ sở quy nạp là hiển nhiên. Để thực hiện quá trình chuyển đổi cảm ứng, chúng tôi giả sử rằng các chữ cái nằm đều xung quanh vòng tròn (tại các đỉnh của đa giác đều) và chọn một cặp chữ cái giống hệt nhau có khoảng cách tối thiểu giữa chúng (chúng tôi gọi khoảng cách giữa hai điểm trên vòng tròn là chiều dài của cung nhỏ hơn nối các điểm này). Đặt đây là một cặp chữ cái aa và đặt bb là một trong những chữ cái trên cung ngắn nhất nối hai chữ cái aa. Sau đó, từ điều kiện bài toán, chữ cái bb xuất hiện trên vòng tròn dưới dạng một bản sao duy nhất. Gạch bỏ chữ cái bb và một trong các chữ cái aa nếu sau khi gạch bỏ chữ cái bb, hai chữ cái aa nằm cạnh nhau. Vì bây giờ chỉ có N−1N-1 các chữ cái khác nhau trên vòng tròn, nên theo giả thuyết quy nạp, không có quá 2(N−1)−2=2N−42(N-1)-2=2N-4 chữ cái được viết, và vì không quá hai chữ cái bị gạch bỏ nên tổng cộng không quá 2N−22N-2 chữ cái được viết, đó là điều cần phải chứng minh.

S. Fomin


Hình 3.


Hình 4.


Hình 5.

M323. Chứng minh rằng bất kỳ hàm số nào được xác định trên toàn bộ trục số đều có thể được biểu diễn dưới dạng tổng của hai hàm, đồ thị của mỗi hàm có tâm đối xứng.

Giả sử hàm ff được xác định dọc theo toàn bộ trục số. Chúng ta hãy biểu diễn nó dưới dạng tổng của các hàm gg và hh, đồ thị của hàm thứ nhất đối xứng với gốc tọa độ và đồ thị của hàm thứ hai đối với điểm có tọa độ (1,0)(1,0).

Trên khoảng [−1,1[[-1,1[, chúng ta xác định hàm gg sao cho nó là số lẻ và hàm hh được xác định bởi đẳng thức h(x)=f(x)−g(x)h(x)=f(x)-g(x). Sau đó, chúng ta đặt h(1)=0h(1)=0 và trên khoảng [1,3[[1,3[, chúng ta xác định hàm hh sao cho đồ thị của nó đối xứng với điểm (1,0)(1,0). Để làm điều này bạn cần phải đặt
h(x)=−h(2−x) h(x)=-h(2-x)
(nếu x∈]1,3[x\in]1,3[ thì 2−x∈]−1,1[2-x\in]-1,1[). Chúng ta xác định hàm gg trên khoảng [1,3[[1,3[ bằng đẳng thức g(x)=f(x)−h(x)g(x)=f(x)-h(x).

Bây giờ chúng ta có thể định nghĩa hàm gg trên khoảng [−3,−1][-3,-1] bằng đẳng thức
g(x)=−g(−x), g(x)=-g(-x),
và sau đó là hàm hh trên khoảng này theo đẳng thức
h(x)=f(x)−g(x). h(x)=f(x)-g(x).

Tiếp theo, chúng ta có thể xác định các hàm gg và hh trên khoảng [3,5[[3,5[:
h(x)=−h(2−x), h(x)=-h(2-x),
g(x)=f(x)−h(x), g(x)=f(x)-h(x),
sau đó trên khoảng [−5,−3][-5,-3]:
g(x)=−g(−x),h(x)=f(x)−g(x) g(x)=-g(-x),\qquad h(x)=f(x)-g(x)
và vân vân.

A. Sergeev

M324. Có vài đống đá. Hai người chơi một trò chơi trong đó người chơi chia mỗi đống đá thành hai đống nhỏ hơn. Các bước di chuyển được thực hiện luân phiên cho đến khi còn lại một viên đá trong tất cả các cọc. Người chiến thắng là người thực hiện nước đi cuối cùng. Người mới bắt đầu nên chơi như thế nào nếu lúc đầu có từ 80 đến 120 viên đá trong mỗi cọc?

Chúng ta sẽ theo dõi số lượng đá tối đa trong một đống (gọi là MM).

Người mới bắt đầu có thể thực hiện M=63M=63 làm bước đi đầu tiên của mình. Sau đó, sau nước đi đầu tiên của người chơi thứ hai, MM sẽ nằm trong khoảng từ 32 đến 62 và người bắt đầu với nước đi thứ hai của mình có thể

53

Tờ 56

tr. 54Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

54

Hãy làm M=31M=31. Sau nước đi tiếp theo của người chơi thứ hai, bất đẳng thức 16≤M≤3016 \leq M \leq 30 sẽ được thỏa mãn và trường hợp hội tụ ban đầu là M=15M=15. Tiếp theo, chúng ta giảm các nước đi bằng cách bắt đầu các nước đi tuần tự bằng cách cộng nó sao cho số MM bằng 7, 3 và cuối cùng là 1, nghĩa là anh ta chiến thắng.

Người ta cũng có thể chứng minh rằng trong trò chơi này, người mới bắt đầu sẽ thắng nếu M≠2k−1M \neq 2^k-1 đầu tiên, trong đó kk là đương nhiên và đồng đội của anh ta sẽ thắng nếu M=2k−1M=2^k-1.

S. Fomin

M325. Trong một tam giác số, số trên cùng là 1 và các số cực trị ở mỗi hàng có thể là 1, và mỗi số còn lại không nhỏ hơn tổng của hai số ở trên nó (một phần, chúng ta có thể thỏa mãn điều kiện “tam giác Pascal”). Giả sử một số tự nhiên aa lớn hơn 1 xuất hiện trong tam giác này kk lần. Hãy để chúng tôi chứng minh rằng 2k<a22^k < a^2.

Chia tam giác số thành các góc vuông (xem Hình 6) và đánh số các góc này bằng các số 0, 1, 2, 3, 4, … Gọi xmx_m là số tại đỉnh của góc thứ mm, còn ymy_m và zmz_m là các số ở phía trên số xmx_m, m≥1m \geq 1. Sau đó là ym≥xm−1y_m \geq x_m-1 và zm≥xm−1z_m \geq x_m-1, và vì xm≥ym+zmx_m \geq y_m + z_m, rồi xm≥2xm−1x_m \geq 2x_m-1, và nếu m≥2m \geq 2, thì ym>xm−1y_m > x_m-1, zm>xm−1z_m > x_m-1, nên xm>2xm−1x_m > 2x_m-1. Vì x0=1x_0 = 1, rồi xm≥2mx_m \geq 2^m và xm>2mx_m > 2^m với m≥2m \geq 2. Giả định

Hình 6.

Hãy nhớ rằng xmx_m là số lớn nhất trong các số nằm ở đỉnh của các góc, không vượt quá số aa, tức là xm≤ax_m \leq a, xm+1>ax_{m+1} > a. Các “cạnh” của mỗi góc được đánh số 1, 2, …, mm chứa nhiều nhất hai số bằng aa và các góc được đánh số lớn hơn mm bao gồm các số lớn hơn aa. Vì vậy, k≤2mk \leq 2m. Đồng thời, a≥xm≥2ma \geq x_m \geq 2^m, ngụ ý rằng 2k≤22m≤a22^k \leq 2^{2m} \leq a^2, và đẳng thức 2k=a22^k = a^2 chỉ có thể có đối với m=1m = 1. Nhưng sau đó k≤2k \leq 2, 2k≤42^k \leq 4, nên a=2a = 2. Nhưng thật dễ dàng để xác minh rằng số 2 chỉ có thể xuất hiện trong một tam giác số nhiều nhất một lần, vì vậy trong trường hợp này 2k<a22^k < a^2.

Yu. nonin

F333. Trên một đĩa không dẫn điện có bán kính RR, một sợi dây có chiều dài ll được cố định dọc theo dây cung. Đĩa được xử lý ở tốc độ góc không đổi ω\omega. Hướng vuông góc với đĩa.

Hình 7.

Có một từ trường có cảm ứng BB (Hình 7). Hiệu điện thế lớn nhất giữa phần giữa và phần cuối của dây dẫn.

Trước tiên chúng ta hãy xem xét một dây dẫn OAOA có chiều dài RR được gắn vào một đĩa dọc theo bán kính của nó. Khi đĩa quay, lực Lorentz sẽ tác dụng lên các electron tự do của dây dẫn, do đó sẽ xuất hiện hiệu điện thế giữa dây dẫn. Có thể tính bằng cách tưởng tượng rằng đầu chuyển động AA của dây dẫn trượt dọc theo dây tiếp xúc nửa góc nối với đầu OO thông qua một vôn kế (Hình 8). Khi đó, trong khoảng thời gian ngắn Δt\Delta t, diện tích mạch điện do dây dẫn chuyển động và dây dẫn đứng yên tạo thành sẽ thay đổi một lượng ΔS=R2ωΔt/2\Delta S = R^2\omega \Delta t/2, và từ thông qua mạch sẽ thay đổi một lượng ΔΦ=BΔS\Delta \Phi = B\Delta S. Do đó, giá trị tuyệt đối Δc\Delta c và cảm ứng trong mạch, bằng hiệu điện thế modulo ở hai đầu dây dẫn, sẽ bằng ∣E1∣=ΔΦ/Δt=BR2ω/2|\mathcal{E}_1| = \Delta \Phi/\Delta t = BR^2\omega/2, và điện thế ở đầu cố định OO của dây dẫn sẽ cao hơn điện thế ở đầu AA.

Nếu chiều dài của dây dẫn bằng aa thì điện thế ở đầu OO sẽ cao hơn đầu dây tương ứng theo các giá trị E2=Ba2ω/2\mathcal{E}_2 = Ba^2\omega/2.

Bây giờ chúng ta hãy quay lại bản gốc bài toán. Ngoài ra, dọc theo dây âm, hai dây dẫn có chiều dài RR và a=R2−l2/4a = \sqrt{R^2-l^2}/4, nối tâm của đĩa với một trong các đầu của dây và với giữa của nó (các điểm AA và CC trong Hình 9). Khi đĩa quay, từ thông qua mạch tam giác AOCAAOCA không thay đổi nên tổng e. d. c. cảm ứng trong mạch bằng không, tức là

ECA−E1+E2=0\mathcal{E}_{CA} - \mathcal{E}_1 + \mathcal{E}_2 = 0.

Điều này có nghĩa là hiệu điện thế cần thiết giữa phần giữa CC của dây dẫn và phần cuối AA của nó bằng

ECA=E1−E2=Bω2(R2−a2)=Bl2ω/8\mathcal{E}_{CA} = \mathcal{E}_1 - \mathcal{E}_2 = \frac{B\omega}{2}(R^2 - a^2) = Bl^2\omega/8.

B. Bukhovtsev

Tờ 57

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

55

F335. Một bình hình trụ có bán kính RR, trục của nó tạo một góc α\alpha với nước thẳng đứng chứa đầy nước. Một piston có kích thước phù hợp được hạ xuống xi lanh; thành phần vật liệu có thể thấm vào không khí nhưng không thấm vào nước. Với trọng lượng nhỏ nhất của piston thì mặt dưới của nó luôn tiếp xúc với nước?

Hãy xét các lực tác dụng lên piston. Đây là lực hấp dẫn mgmg, bằng lực tác dụng của áp suất nước QQ và phản lực NN từ phía thành trụ (Hình 10).

Theo điều kiện bài toán trọng lượng của piston phải nhỏ nhất. Điều này có nghĩa là tại điểm tiếp xúc cao nhất giữa piston và nước (điểm 0 trong Hình 10), áp suất nước bằng không. Khi tăng xx, áp suất pp tăng tỷ lệ với xx:

p=ρgh=ρgxsin⁡αp = \rho gh = \rho gx \sin \alpha

(ρ là mật độ của nước). Để tìm lực áp suất QQ bằng nhau lên pít-tông, chúng ta chia các bề mặt tiếp xúc của nó với nước thành các dải hẹp sao cho áp suất lên từng dải có thể coi là không đổi. Chúng ta hãy chọn hai dải giống hệt nhau AA và BB (có diện tích ss mỗi dải), nằm ở hai phía đối diện của tâm piston với khoảng cách bằng nhau aa tính từ nó (Hình 11) và tính lực ΔQ\Delta Q tác dụng lên cả hai dải với nhau. Áp lực nước tại các điểm của dải AA là pA=ρgxAsin⁡α=ρg(R−a)sin⁡αp_A = \rho gx_A \sin \alpha = \rho g(R - a) \sin \alpha và tại các điểm của dải B−pB=ρgxBsin⁡α=ρg(R+a)sin⁡αB - p_B = \rho gx_B \sin \alpha = \rho g(R + a) \sin \alpha. Đó là lý do tại sao

ΔQ=pAs+pBs=2sρgRsin⁡α.\Delta Q = p_A s + p_B s = 2s\rho gR \sin \alpha.

Từ đó chúng ta thấy rằng lực ΔQ\Delta Q không phụ thuộc vào khoảng cách aa, tức là nó không phụ thuộc vào vị trí của các dải. Nó chỉ được xác định bởi tổng diện tích của dải đã chọn. Do đó, lực ép tác dụng lên toàn bộ piston sẽ bằng

Q=ρgRsin⁡α⋅Σsi,Q = \rho gR \sin \alpha \cdot \Sigma s_i,

trong đó sis_i là diện tích của dải thứ ii. Nhưng Σsi\Sigma s_i là diện tích của piston, tức là Σsi=πR2\Sigma s_i = \pi R^2, và

Q=πρgR3sin⁡α.Q = \pi \rho g R^3 \sin \alpha.

Chúng ta giả sử rằng không có ma sát giữa piston và thành xi lanh; thì phản lực NN hướng vuông góc với thành xi lanh.

Khi piston ở trạng thái cân bằng, tổng hình chiếu của tất cả các lực theo bất kỳ hướng nào, và do đó lên trục YY, bằng 0. Sau đó

Q−mgcos⁡α=0,или mg=πρgR3tgα.Q - mg \cos \alpha = 0, \quad \text{или } mg = \pi \rho g R^3 \mathrm{tg} \alpha.

Vì trong trường hợp của chúng ta, trọng lượng của piston (lực PP mà piston tác dụng lên giá đỡ - trên mặt nước và thành xi lanh) bằng lực hấp dẫn trong trục hoành, nên

P=mg=πρgR3tgα.P = mg = \pi \rho g R^3 \mathrm{tg} \alpha.

I. Tiếng Slovodechkiy

Hình 8.

Hình 9.

Tờ 58

tr. 56Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

56

Hình 11.

F336. Chiếc cốc hình trụ đựng thủy ngân ở bình đối diện có dạng parabol quay. Khoảng cách trên bề mặt chất lỏng là một phần tử nhỏ không bị xoắn có khối lượng mm, nằm cách trục quay một khoảng xx (Hình 12). Phần tử này chịu tác dụng của lực hấp dẫn mgmg và phản lực NN từ phần còn lại của chất lỏng. Lực NN hướng vuông góc với bề mặt tự do của chất lỏng. Điều này xuất phát từ thực tế là bề mặt tự do của chất lỏng là bề mặt có áp suất không đổi.

Vì phần tử được chọn chịu tác động đồng đều dọc theo một vòng tròn có bán kính xx, nên lực tác dụng lên nó có hướng nằm ngang so với trục va chạm và khác mω2xm\omega^2 x. Từ hình bình hành của các lực trên Hình 12 ta tìm được:

tgα=ω2xg,tg\alpha = \frac{\omega^2 x}{g},

(1)

Hình 13.

các góc và chúng tôi nhận được:

α≈ω2xg,β≈xR.\alpha \approx \frac{\omega^2 x}{g}, \quad \beta \approx \frac{x}{R}.

Theo đó, cách tiếp cận gần nhất với bề mặt chất lỏng là một hình cầu có bán kính R=gω2R = \frac{g}{\omega^2}. Tiêu cự của một bề mặt như vậy (gương lõm) là *)

F=R2=g2ω2.F = \frac{R}{2} = \frac{g}{2\omega^2}.

*) Tiêu cự của gương parabol có thể tìm được không chủ yếu. Để làm điều này, chúng ta cần sử dụng phương trình Kanonech của một parabol và tính chất tiêu điểm của nó (ví dụ, xem bài viết của I. N. Bronstein “Parabola”, «Kvant», 1975, số 4).

Tờ 59

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

57

F337. Khi quan sát qua kính thiên văn, các ngôi sao sáng có thể được nhìn thấy ngay cả vào ban ngày. Giải thích tại sao.

Khi nhìn bằng mắt thường, các ngôi sao không thể nhìn thấy trên nền bầu trời sáng ban ngày do độ nhạy tương phản của mắt yếu. Cấu trúc có thể được nâng cao đáng kể bằng cách quan sát các cây gậy bằng kính thiên văn. Hãy xem xét điều này chi tiết hơn.

Mắt đánh giá độ sáng của vật thể bằng cách chiếu sáng hình ảnh của chúng trên võng mạc. Nguồn càng sáng thì độ chiếu sáng của hình ảnh của nó càng lớn. Thước đo độ tương phản của hình ảnh của một ngôi sao so với bầu trời có thể là tỷ lệ độ chiếu sáng của hình ảnh của chúng trên võng mạc, tức là E3B/EϕE_{3B}/E_\phi. Tỷ lệ này phụ thuộc cả vào các thông số của nguồn màu xanh lam (sao và nền) và vào các thiết bị quang học dùng để quan sát.

Đầu tiên chúng ta hãy xem xét hình ảnh được xử lý trên võng mạc của mắt thường. Gọi dd là đường kính màn hình, ff là tiêu cự của thấu kính mắt. Chiếu sáng vị trí theo tỷ lệ quang thông với diện tích của hình ảnh. Cần lưu ý rằng hình ảnh của một ngôi sao (nguồn chính xác) có dạng đường nhiễu xạ. Kích thước của đường dẫn này không thể thu được bằng cách sử dụng các công thức quang học hình học. Lý thuyết nhiễu xạ cho thấy kích thước tuyến tính của đường nhiễu xạ tại tiêu điểm của thấu kính có kích thước λdf\frac{\lambda}{d} f, trong đó λ\lambda là bước sóng ∗^*).

Hãy chọn một phần tử nhỏ của bầu trời (nền). Quang thông từ nguồn sáng ở xa này đi vào mắt là rất/không, tỷ lệ với d2d^2. Diện tích hình ảnh của nguồn mở rộng như vậy tỷ lệ với f2f^2. Do đó, chiếu sáng nền (Eϕ)1∼d2f2(E_\phi)_1 \sim \frac{d^2}{f^2}.

Hệ số tỷ lệ được xác định bởi cường độ của nguồn và không thay đổi khi phương pháp quan sát thay đổi.

Quang thông từ ngôi sao cũng tỷ lệ với d2d^2 và diện tích ảnh nhiễu xạ trên võng mạc tỷ lệ với (λdf)2\left(\frac{\lambda}{d} f\right)^2. Vì vậy, (E3B)1∼d2(λdf)2=d4λ2f2(E_{3B})_1 \sim \frac{d^2}{\left(\frac{\lambda}{d} f\right)^2} = \frac{d^4}{\lambda^2 f^2}. Điều quan trọng cần lưu ý là độ rọi của ảnh nhiễu xạ của ngôi sao hóa ra tỷ lệ thuận với ảnh của ngôi sao và nền trên võng mạc của mắt thường d2d^2.

*) Ví dụ, xem bài viết của V. E. Belonuchka và S. M. Kozel “Kính thiên văn quang học”, “Kvaant”, 1972, số 4.

(E3B/Eϕ)1∼d2λ2.\left(E_{3B}/E_\phi\right)_1 \sim \frac{d^2}{\lambda^2}.

Do điều kiện xem ban ngày, tỷ lệ (E3B/Eϕ)1(E_{3B}/E_\phi)_1 này, là thước đo độ tương phản của hình ảnh, đến mức mắt thường thực tế không nhìn thấy các ngôi sao trên bầu trời sáng.

Bây giờ hãy để mắt được trang bị kính thiên văn. Kính thiên văn gồm có hai thấu kính: vật kính và thị kính. Đường đi của tia từ một vật ở xa vô hạn nằm trên đế quang của kính thiên văn được thể hiện trên Hình 14. Ảnh đầu tiên của vật thu được trong mặt phẳng ảnh tiêu cự O1O_1. Mắt nhìn hình ảnh này qua thị kính O2O_2 như qua kính lúp. Ảnh tạo ra trên võng mạc giống ảnh nằm trên tiêu diện của ảnh. Do đó, đối với lời giải bài toán của chúng ta, việc xem xét tỷ lệ độ chiếu sáng của hình ảnh của ngôi sao và nền trong mặt phẳng này là đủ. Lặp lại lý luận đã nêu ở trên, ta có:

(E3B/Eϕ)2∼d2λ2,\left(E_{3B}/E_\phi\right)_2 \sim \frac{d^2}{\lambda^2},

trong đó DD là đường kính của vật thể kính thiên văn. Vì các hệ số tỷ lệ trong biểu thức (1) và (2) là như nhau (chúng chỉ phụ thuộc vào bản thân nguồn sáng - ngôi sao và nền), nên

(E3B/Eϕ)2(E3B/Eϕ)1=d2d2.\frac{(E_{3B}/E_\phi)_2}{(E_{3B}/E_\phi)_1} = \frac{d^2}{d^2}.

Do đó, kính thiên văn tăng độ tương phản của hình ảnh ngôi sao so với bầu trời lên (dd)2\left(\frac{d}{d}\right)^2 lần.

Đối với các kính thiên văn thiên văn lớn, tỷ lệ này đạt giá trị cỡ 105−10610^5 - 10^6. Với sự trợ giúp của những kính thiên văn như vậy, bạn thậm chí có thể nhìn thấy rất nhiều ngôi sao vào ban ngày.

Tờ 60

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

58

F338. Hai thanh làm từ các kim loại khác nhau có hệ số giãn nở tuyến tính β1\beta_1 và β2\beta_2 ở nhiệt độ 0∘C0^\circ C được đặt tên là độ dài giãn nở thấp l1l_1 và l2l_2 và mặt cắt ngang S1S_1 và S2S_2. Ở nhiệt độ nào thì các thanh sẽ có cùng chiều dài a)? b) mặt cắt ngang? c) khối lượng?

Vì chiều dài, diện tích mặt cắt ngang và do đó, thể tích của các thanh ở 0∘C0^\circ C khác nhau rất ít, nên chúng ta có thể giả sử rằng nhiệt độ ban đầu sao cho βt≪1\beta t \ll 1. Trong những điều kiện này, hệ số giãn nở thể tích là α≈3β\alpha \approx 3\beta và hệ số giãn nở phẳng là γ≈2β\gamma \approx 2\beta.

Nhiệt độ t1t_1 tại đó các thanh sẽ có cùng chiều dài có thể được tìm thấy từ phương trình

t1=l1−l2β2l2−β1l1;t2=S1−S22(β2S2−β1S1);t3=V1−V23(β2V2−β1V1).t_1 = \frac{l_1 - l_2}{\beta_2 l_2 - \beta_1 l_1}; \quad t_2 = \frac{S_1 - S_2}{2(\beta_2 S_2 - \beta_1 S_1)}; \quad t_3 = \frac{V_1 - V_2}{3(\beta_2 V_2 - \beta_1 V_1)}.

Trong số này chúng tôi cung cấp danh sách độc giả đã gửi đúng lời giải bài toán M316 - M325 và F328 - F337 (số in đậm sau họ là chữ số cuối của các số đã giải bài toán).

Matematika

Hầu hết các chữ cái đều chứa lời giải bài toán M316 đúng. Phần còn lại bài toán lời giải: D. Azov (Chelyabinsk) 8; E. Asarin (Moscow) 8; M. Babayev (Baku) 8; I. Bandos (Kharkov) 4; V. Basmanov (Voronezh) 8; Z. Berkaliev (Karaganda) 8, 9; V. Berman (Kherson) 4; O. Bobrovich (Mogilev) 4; O. Boltenkov (Dnepropetrovsk) 8; I. Bokhan (ga Krasnodar, Krasnoarmeyskaya, Lãnh thổ Krasnoarsk) 8, 4; Yu. Bulavsky (Novosibirsk) 8; V. Varin (Voronezh) 8, 4; A. Verpakhovsky (Leningrad) 8; Y. Verkhovsky (Rybnoye, vùng Moscow) 7, 8, 9a), 26), 3, 4; A. Vorovich (Moscow) 7; A. Garnaev (Tallinn) 4; R. Gassey (làng Sunzha SOASSR) 4; I. Gasko (Moscow) 4; R. Gulyazov (Navon) 9, 4; V. Gshilarkeev (làng Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Xô viết tự trị Urus-Martan Chechen) 4; S. Grishin (Rybnoye, vùng Ryazan) 8; M. Grishenko (GSVG) 8; A. Gusev (Abakan) 8; A. Danilov (Shumerlyach Chuv. Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Xô viết tự trị) 4; A. Ivanov (Moscow) 7, 8; R. Izmailov (Baku) 9 a); A. Kamalyan (Ijevan) 8, 2 6), 4, 5; V. Kaplan (Kyiv) 8; I. Klevchik (làng Stavcany, vùng Chernivtsi) 4; L. Klimenok (Moscow) 8; A. Knyazik (Kyiv) 8, 9a), 2, 5; V. Kulakov (Leningrad) 2a), 3; K. Kupalov (Moscow) 8; D. Limvienko (Sevastopol) 7, 8, 5; O. Litsenko (Kyiv) 8; A. Maltsev (làng Kuragino, Lãnh thổ Krasnoyarsk) 9a); A. Manasyan (Tbilisi) 8; E. Marynsva (Nizhyn) 8; V. Medved (Molodechno) 8, 26), 4, 5; M. Morais (Ba Lan) 7, 8, 2, 4, 5; I. Morozov (Gorky) 8, 4, 5; S. Myazhev (Chelyabinsk) 7, 8; V. Neumann (Leningrad) 4; O. Okunev (Kazan) 5; I. Panin (Apitty) 3-5; D. Papush (Kharkov) 4; V. Parazyan (Charentsavan) 4; M. Pitamelev (Moscow) 4;

P. Pobylitsa (Leningrad) 4; R. Portina (Chernivtsi) 4; S. Poslavsky (Kharkov) 7, 8, 2, 4, 5; Yu. Searchonov (Engels) 2, 4; S. Putintsev (Krasnodar) 8, 9, 26), 3-5; A. Radulu (Chisinau) 26); A. Razborov (Lyubertsy) 4; A. Reibold (làng Sokolovka, vùng Bắc Kustanai) 4; V. Rozava (Tbilisi) 8; V. Rozovsky (Minsk) 4; I. Rudak (Bryansk) 8, 9, 4; Yu. Rudak (Ternovol) 4; K. Stempak (PNR) 3; V. Tkachuk (Moscow) 8, 9a); S. Trerub (Tashkent) 7, 8, 26), 4, 5; N. Trenev (Moscow) 2a), 4; V. Trenkov (Moscow) 8, 4; V. Falko (Kharkov) 4; S. Filimonov (Leningrad) 8, 9a); Yu. Filosofov (Saratov) 8; D. Flaas (Irkutsk) 4; V. Haramonic (PNR) 7-9; S. Tsaliev (Velikiye Luki) 8; E. Tskhadadze (Tbilisi) 8; S. Shtashivili (Tbilisi) 8; K. Shahnazaryan (Baku) 8, 9a); V. Shpilrain (Moscow) 4; S. Ykovenko (Moscow) 9; V. Yatsalo (làng Morochne, vùng Rivne) 8, 26), 4.

Vật lý

Kh. Abdulin (Alma-Ata) 1, 3, 4, 6; G. Aizin (Brest) 8; M. Alekseev (Ufa) 1, 2; K. Aliakberov (Kazan) 1; A. Askarv (Ufa) 1, 3; I. Astrov (Tallinn) 7; I. Babakulov (Kattakurgan) 4; S. Bamuev (Angarsk) 8, 1; I. Bandos (Kharkov) 3, 4; V. Bakhrushin (Ordzhonikidze) 4; A. Belikov (Moscow) 1—4, 6; V. Boyko (Moscow) 4; Yu. Boomolov (Kazan) 1, 2; A. Buổi tối (Minsk) 3; O. Vishnevolsky (Riga) 3, 7; V. Vinoreddova (Velikie Luki) 1; I. Vyshevarko (D. Kievchini, vùng Minsk) 3, 4; V. Gavrilov (Kamen-Kashirsky) 1; V. Galashov (làng Kubinka, vùng Moscow) 1; Yu. Garazhenko (Vorkuta) 2; M. Gedalin (Tbilisi) 8, 1, 2; E. Gluz (Cherκεsk) 4; O. Godin (Simferovol) 1, 3, 4, 6, 7; Yu. Gonik (Bryansk) 1, 3, 4; V. Gubeni (Ugnev) 1; S. Danilov (Drognichin) 3; V. Demchuk (Lutsk) 1; U. Jumaniyazov (huyện Khazarasp, vùng Khorezm) 6; V. Dokuchaev (Ivanovo) 1; G. Zaleskis (Vilnius) 3, 4; A. Izmailov (Zelenodolsk) 4; A. Kazakov (Trắng

Tờ 61

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

Kỷ lục tò mò

Bà Drew, một bà nội trợ đến từ thành phố Waterloo của Mỹ, đã mất 5 năm 2.473 lít để gõ lại tất cả các số từ một đến một triệu trên máy. Và bà đã thúc đẩy điều này bởi câu nói của con trai bà, lúc đó vẫn còn là một cậu học sinh, người đã khẳng định, nhắc lại lời của giáo viên, rằng chưa một người nào trên thế giới từng đếm đến một triệu, tính theo giờ từ các đơn vị.

Xác định xem bà Drew đã gõ các số trên một hay cả hai mặt của tờ giấy (một trang đánh máy tiêu chuẩn có 30 dòng, mỗi dòng 60 ký tự; giữa mỗi độ dài có dấu phẩy và dấu cách, chiếm hai ký tự).

Hình học bài toán

Bốn điểm A, B, C, D không cùng thuộc một mặt phẳng. Các điểm K∈[AB], L∈[BC], M∈[CD] và N∈[DA] phân chia các đoạn này trong quan hệ

∣AK∣∣KB∣=α,∣BL∣∣LC∣=β,\frac{|AK|}{|KB|} = \alpha, \frac{|BL|}{|LC|} = \beta,

∣CM∣∣MD∣=λ,∣DN∣∣NA∣=γ.\frac{|CM|}{|MD|} = \lambda, \frac{|DN|}{|NA|} = \gamma.

Tìm điều kiện mà các số α, β, γ và N phải thỏa mãn để các điểm K, L, M và N cùng nằm trong một mặt phẳng.

Lập và giải một bài toán tương tự cho ba điểm trên mặt phẳng.

Nó sẽ giúp bạn trở thành “Hãy thêm các dấu chấm” (xem trang 44).

V. Ryzhik

Tờ 62

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

60

Năm 1976, tạp chí của chúng tôi sẽ tiếp tục chuyên mục truyền thống “Thực hành của người nộp đơn”. Thư xã luận, gặp gỡ độc giả «Kvant» chỉ ra rằng “Hội thảo dành cho người nộp đơn” khơi dậy sự quan tâm lớn của học sinh, giáo viên, học sinh và thậm chí cả … các bậc phụ huynh có chuyên môn khác xa với các ngành khoa học này.

Điều đó khá tự nhiên: các câu hỏi về những gì bài toán cung cấp cho ứng viên, cách tốt nhất để tổ chức chuẩn bị cho kỳ thi tuyển sinh, được nhiều người quan tâm. Nhóm biên tập «Kvant» sẽ có thể trả lời những câu hỏi như vậy bất cứ khi nào có thể. Chúng tôi sẽ xuất bản các bài viết về các chủ đề khác nhau của giáo trình thi tuyển sinh; trong các bài viết này, việc trình bày tài liệu lý thuyết đi kèm với phân tích bài toán được rút ra từ thực tiễn của kỳ thi tuyển sinh. Các trang của tạp chí sẽ chứa nội dung về các lựa chọn được cung cấp vào năm ngoái cho những người nhập cảnh vào các quốc gia khác nhau trong nước. Người đọc sẽ tự nhận thấy rằng đối với lời giải bài toán các lựa chọn thi tuyển sinh, chỉ cần có kiến ​​thức tốt và sâu về các môn học phổ thông về vật lý và toán học ở trường phổ thông là đủ.

Các tác giả của một số bức thư gửi cho người biên tập quan tâm đến việc chương trình thi tuyển sinh đang thay đổi như thế nào liên quan đến việc chuyển sang các chương trình mới về toán và vật lý ở trường.

Năm 1976, chương trình thi tuyển sinh môn toán và vật lý không thay đổi - chúng hoàn toàn tương ứng với các khóa học trung học cũ.

Không có gì bí mật khi một số thí sinh có thể dễ dàng chuẩn bị cho kỳ thi và vượt qua cuộc thi với sự giúp đỡ của gia sư. Tuy nhiên, kinh nghiệm cho thấy những ứng viên được gia sư “đào tạo” thường chỉ nhận được những thiếu sót hình thức về kiến ​​thức và điều này khá dễ dàng bộc lộ trong các kỳ thi tuyển sinh. Chìa khóa thành công thực sự là làm việc độc lập thường xuyên và có hệ thống. Bất cứ ai thực sự muốn trở thành sinh viên sẽ đạt được điều này nếu không lãng phí thời gian, bắt đầu lặp lại lý thuyết thực tế và tích cực rèn luyện lời giải bài toán. Chúng tôi hy vọng rằng Hội thảo dành cho ứng viên sẽ là cố vấn tốt cho các ứng viên.

Khi chuẩn bị cho kỳ thi tuyển sinh, sẽ rất hữu ích nếu bạn làm quen với những tài liệu từ “Hội thảo dành cho người nộp đơn” đã được đăng trên tạp chí. Về chủ đề, danh sách các bài báo dành cho người nộp đơn, xuất bản năm 1970-1973, có thể tìm thấy trong «Kvant» Số 1, 1974, tr. 52. Dưới đây là danh sách các bài viết như vậy được xuất bản vào năm 1974 và 1975. (số trang được ghi trong ngoặc đơn).

Matematika

Số học: 1974 - số 9 (70); 1975 - Số 3 (72), Số 8 (59).
Đại số và hàm sơ cấp: 1974 - Số 1 (53), Số 3 (48), Số 11 (54), Số 12 (66); 1975 - Số 1 (23, 36), Số 2 (43), Số 4 (37).
Hình học: 1974 - Số 2 (46), Số 5 (58), Số 9 (53), Số 10 (32), Số 12 (55); 1975 - Số 1 (55), Số 3 (61).
Ngoài ra, một số số bài sắp xuất bản: 1974 - số 6 (38, 49); 1975 - Số 2 (25), Số 3 (24), Số 5 (58, 68), Số 6 (31, 39), Số 7 (53).

Vật lý

Cơ khí: 1974 - Số 4 (18), Số 8 (28), Số 11 (60); 1975 - Số 1 (60), Số 4 (2).
Vật lý phân tử: 1974 - hạng 1 (60), hạng 6 (57), hạng 7 (69), hạng 12 (70).
Cơ sở Điện động lực học: 1974 - Số 1 (22), Số 5 (64); 1975 - Số 1 (74), Số 4 (41), Số 12 (51).
Dao động và sóng: 1974 - Số 6 (31), Số 11 (2).
Quang học: 1974 - Số 6 (2), Số 11 (30), Số 12 (23); 1975 - Số 2 (18), Số 3 (25).
Vật lý nguyên tử và hạt nhân nguyên tử: 1974 - Số 12 (7); 1975 - Số 5 (14), Số 6 (10).
Ngoài ra, một số câu hỏi về các bài sắp tới: 1974 - số 3 (52); 1975 - Số 1 (9, 18, 22), Số 5 (60), Số 8 (54), Số 9 (71), Số 10 (9), Số 11 (50).

Tờ 63

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

61

Hoàn thành tứ diện

Một trong những số nguyên tố đẹp có thể được sử dụng với lời giải hình học bài toán là thay thế hình hình học đang được nghiên cứu bằng hình khác, theo một nghĩa nào đó, thuận tiện hơn. Vì vậy, ví dụ, nếu các điều kiện bài toán bao gồm một tam giác trong đó đường trung tuyến được vẽ, thì việc xây dựng tam giác này thành hình bình hành, kéo dài đường trung tuyến đến một khoảng bằng chính nó thường rất hữu ích. Ở đất nước này, một số bài toán về hình tam giác - tứ diện đã được xem xét, hóa ra có thể giải được khá đơn giản.

Hình 1.

Để khâu, chỉ cần ghép khối tứ diện này sang khối đa diện khác (thường là hình song song).

Phương pháp đầu tiên để xây dựng một đường ống song song được hiển thị trong Hình 1. Đây AA1BDAA_1BD là tham số này và các mặt phẳng của các mặt DCC1D1DCC_1D_1, CBB1C1CBB_1C_1 và A1B1C1D1A_1B_1C_1D_1 của đường ống song song đi qua một đỉnh của paramid và song song với mặt của paramid đối diện với đỉnh này.

Bài toán 1. (Phần a) bài toán đã được đưa ra trong kỳ thi tuyển sinh tại Khoa Cơ học và Toán học của Đại học Tổng hợp Moscow.) Cho một tham số tam giác AA1BDAA_1BD, trong đó các cạnh AA1AA_1, ABAB và ADAD là cặp đôi đối xứng và độ dài của chúng tương ứng với a, b, c.

a) Chứng minh rằng đỉnh A của paramid, giao điểm của đường trung tuyến A1BDA_1BD và tâm của hình cầu ngoại tiếp cùng nằm trên một đường thẳng.

b) Tên bán kính của quả bóng được mô tả gần thông số này.

Chúng ta hãy xây dựng paramid AA1BDAA_1BD thành một hình bình hành (hình chữ nhật!), như trong Hình 1. Sau đó, quả bóng bao quanh paramid này đồng thời là một quả bóng ngoại tiếp cho toàn bộ hình bình hành. Bán kính của quả bóng này bằng một nửa đường chéo của hình bình hành, cụ thể là 12(a2+b2+c2)1/2\frac{1}{2} (a^2 + b^2 + c^2)^{1/2}, đây là đáp số ở bước 6).

Để chứng minh khẳng định ở điểm a), hãy xem xét hình chữ nhật AA1C1CAA_1C_1C (chúng tôi khuyên bạn nên vẽ riêng cho nó). Tâm O của quả bóng nằm trên đường chéo AC1AC_1, đường trung tuyến A1O1A_1O_1 của tam giác A1BDA_1BD cắt AC1AC_1 tại điểm M, và nếu chúng ta chứng minh rằng ∣A1M∣∣MO1∣=2\frac{|A_1M|}{|MO_1|} = 2 thì điều này có nghĩa M là giao điểm của đường trung tuyến của tam giác A1BDA_1BD; Như vậy ta sẽ chứng minh khẳng định ở điểm a). Từ sự giống nhau của tam giác AA1C1MAA_1C_1M và AO1MAO_1M

Tờ 64

tr. 62Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

62

Hình 2.

sau:

∣A1M∣∣MO1∣=∣A1C1∣∣AO1∣=2,\frac{|A_1M|}{|MO_1|} = \frac{|A_1C_1|}{|AO_1|} = 2,

Q.E.D.

Một cách phổ biến khác để xây dựng một khối tứ diện thành một hình bình hành như sau. Chúng ta vẽ một mặt phẳng đi qua mỗi cạnh của tứ diện song song với cạnh đối diện. Những mặt phẳng này sẽ giới hạn một hình bình hành nhất định (Hình 2), các đường chéo của các mặt của nó sẽ là các cạnh của tứ diện ban đầu.

Một lời khuyên thực tế nhỏ: sẽ thuận tiện hơn khi bắt đầu vẽ bằng hình ảnh một đường ống song song.

Bài 2. Bán kính Naimpi của một quả cầu chạm tất cả các cạnh của một tứ diện đều, độ dài cạnh Comorozo là aa.

Như có thể dễ dàng nhận thấy trong Hình 2, hình bình hành được xây dựng theo cách được mô tả sẽ là một khối lập phương có cạnh a/2a/\sqrt{2}; quả bóng được ghi trong khối này sẽ là quả bóng mong muốn. Đáp số: a/22a/2\sqrt{2}.

Phương pháp đầu tiên được đề xuất để hoàn thiện một tứ diện thành một hình bình hành là thuận tiện khi các góc đã cho bằng phẳng tại một trong các đỉnh của tứ diện (đặc biệt nếu chúng đều thẳng), phương pháp thứ hai được sử dụng trong các bài toán xuất hiện các cạnh cắt nhau của tứ diện.

Hình 3.

Bài 3. Độ dài hai cạnh chéo của tứ diện là aa, hai cạnh chéo còn lại là bb và hai cạnh còn lại là cc. Naimpi xét giữa tâm của một quả cầu nội tiếp trong một tứ diện và tâm của một quả cầu chạm vào một trong các mặt của tứ diện và kéo dài bởi các mặt còn lại.

Trong Hình 3, ABCD là một tứ diện đã cho và hình bình hành bị giới hạn bởi các mặt phẳng đi qua các cạnh của tứ diện song song với cạnh đối diện của tứ diện, theo điều kiện là bằng nhau, khi đó tất cả các mặt của hình bình hành đều là hình chữ nhật và bản thân hình bình hành đó là hình chữ nhật.

Tâm của quả bóng nội tiếp trong tứ diện ABCD trùng với giao điểm của các đường chéo của hình bình hành (chứng minh điều đó!), và tâm của quả bóng chạm vào mặt DCB của tứ diện (từ kết quả sau đây rõ ràng rằng đáp số không phụ thuộc vào việc chọn mặt) và mở rộng nó sang các mặt khác, trùng với đỉnh LL hình song song (cách đều các mặt DCB và ACD - chứng tỏ khoảng cách đó là hình chóp B′LCDB'LCD, Ở đâu ∣B′L∣=∣LB∣|B'L| = |LB|, bằng kim tự tháp BLCD; điểm A,D,B′A, D, B' Và CC nói dối

Tờ 65

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

63

trong một mặt phẳng; Tương tự, chứng minh điểm LL cách đều các mặt phẳng DCB và ACB, DCB và ADB).

Điều này có nghĩa là khoảng cách được đề cập trong điều kiện bài toán bằng một nửa chiều dài đường chéo của hình bình hành. Chúng ta hãy biểu thị bằng x,y,zx, y, z độ dài của các cạnh của hình bình hành (xem Hình 3). Sử dụng định lý Pythagore chúng ta thu được hệ ba phương trình

{x2+y2=a2,x2+z2=b2,y2+z2=c2,\begin{cases} x^2 + y^2 = a^2, \\ x^2 + z^2 = b^2, \\ y^2 + z^2 = c^2, \end{cases}

cộng chúng lại, chúng ta thấy rằng

∣AL∣2=12x2+y2+z2=12a2+b2+c2.\frac{|AL|}{2} = \frac{1}{2}\sqrt{x^2 + y^2 + z^2} = \frac{1}{2}\sqrt{a^2 + b^2 + c^2}.

Bài toán 4. Một phần của khối đa diện bởi một mặt phẳng song song với hai cạnh giao nhau của nó và cách đều các cạnh này, ta có diện tích SS. Khoảng cách giữa các cạnh giao nhau này của khối đa diện là hh. Tìm thể tích của khối đa diện.

Cho ABCD1B1C1D1ABCD_1B_1C_1D_1 là một hình bình hành được giới hạn bởi một mặt phẳng, đi qua các cạnh của khối trung diện song song với các cạnh đối diện (Hình 4). Khi đó thể tích của mét là

hedron A1BC1DA_1BC_1D bằng thể tích của hình bình hành trừ đi thể tích của các hình chóp tứ giác (một trong số chúng A1ABDA_1ABD), thể tích của mỗi hình chóp bằng 1/61/6 thể tích của hình bình hành (bao nhiêu?). Vì vậy, Vтетр=Vпар/3V_{\text{тетр}} = V_{\text{пар}}/3.

Đặt các cạnh cắt được đề cập trong các điều kiện là A1C1A_1C_1 và BDBD, và KLMNKLMN là phần của hình bình hành bởi mặt phẳng đi qua các trung điểm AA1,BB1,CC1AA_1, BB_1, CC_1 và DD1DD_1. Khi đó các đỉnh của phần nêu trong điều kiện sẽ là trung điểm của cạnh hình bình hành KLMNKLMN. Do đó, diện tích hình bình hành KLMNKLMN là 2SS và bằng diện tích đáy ABCDABCD của hình bình hành. Bây giờ chúng ta hãy tìm thể tích của hình bình hành và hình đa diện:

Vтетр=13Vпар=23Sh.V_{\text{тетр}} = \frac{1}{3}V_{\text{пар}} = \frac{2}{3}Sh.

Sử dụng bài toán vừa giải, không khó để chứng minh tính đúng đắn của công thức Simpson, công thức được sử dụng để tính thể tích các polytope thuộc một loại đặc biệt.

Cho một khối đa diện, tất cả các đỉnh nằm trong hai mặt phẳng song song, nằm cách nhau một khoảng hh. Gọi S1S_1 là diện tích của một mặt trong một mặt phẳng, S2S_2 là diện tích của một mặt nằm trong mặt phẳng thứ hai, aa ScpS_{cp} là diện tích mặt cắt ngang của một khối đa diện đến một mặt phẳng nằm cách mỗi mặt phẳng này một khoảng h2\frac{h}{2}. Khi đó công thức tính thể tích của khối đa diện là đúng:

V=h6(S1+S2+4Scp).V = \frac{h}{6}(S_1 + S_2 + 4S_{cp}).

Để chứng minh, kiểm tra công thức này đúng nếu khối đa diện là tứ diện, sau đó tách một khối đa diện tùy ý có các đỉnh nằm trên hai mặt phẳng song song thành tứ diện có các đỉnh nằm trong cùng một mặt phẳng: diện tích các mặt của các khối tứ diện nằm trong một mặt phẳng sẽ có tổng bằng S1S_1, các diện tích các mặt của tứ diện nằm trong mặt phẳng thứ hai có tổng bằng S2S_2, và tổng tích các mặt cắt của tứ diện bằng nhau đến ScpS_{cp} đa diện.

Để kết luận, chúng tôi đưa ra một ví dụ bài toán, trong đó việc xây dựng một khối tứ diện không phải là một hình bình hành mà là một lăng kính tam giác sẽ thuận tiện hơn.

Tờ 66

tr. 64Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

64

Hình 5.

Bài tập 5. Trong một khối đa diện, diện tích hai mặt là S1S_1 và S2S_2, góc hai chiều giữa là α\alpha, diện tích hai mặt còn lại là Q1Q_1 và Q2Q_2, góc giữa β\beta. Chứng minh rằng
S12+S22−2S1S2cos⁡α=Q12+Q22−2Q1Q2cos⁡β.S_1^2 + S_2^2 - 2S_1S_2 \cos \alpha = Q_1^2 + Q_2^2 - 2Q_1Q_2 \cos \beta.
Trước tiên chúng ta hãy chứng minh rằng nếu diện tích một mặt của hình tam giác là SS thì hai mặt còn lại có diện tích S1S_1 và S2S_2 và góc hai chiều nằm giữa α\alpha, thì
S12+S22−2S1S2cos⁡α=S2.S_1^2 + S_2^2 - 2S_1S_2 \cos \alpha = S^2.
Trên thực tế, hãy để mặt phẳng ABCABC (Hình 5) vuông góc với cạnh bên của bề mặt, ∠BAC=α\angle BAC = \alpha. Chúng ta hãy viết định lý cosin cho tam giác ABCABC
∣BC∣2=∣AB∣2+∣AC∣2−2∣AB∣⋅∣AC∣cos⁡α.|BC|^2 = |AB|^2 + |AC|^2 - 2|AB| \cdot |AC| \cos \alpha.
Vẫn còn nhân đẳng thức cuối cùng với l2l^2, trong đó ll là độ dài của cạnh bên của nhận dạng.

Bây giờ chúng ta chuyển sang lời giải bài toán 5. Giả sử ABCDABCD là tam giác đã cho, S△ABD=S1S_{\triangle ABD} = S_1, S△ADC=S2S_{\triangle ADC} = S_2, S△ABC=Q1S_{\triangle ABC} = Q_1, S△DBC=Q2S_{\triangle DBC} = Q_2, góc hai chiều ở cạnh ADAD là α\alpha và ở cạnh BCBC - β\beta. Hãy xem xét một đặc điểm hình tam giác có đáy ABCABC, một trong các cạnh bên của nó là ADAD (Hình 6). Chúng ta hãy biểu thị bằng SS diện tích hình bình hành

Hình 6.

BB1C1C,BB_1C_1C, thì theo công thức ta vừa chứng minh
4S12+4S22−8S1S2cos⁡α=S2,4S_1^2 + 4S_2^2 - 8S_1S_2 \cos \alpha = S^2,
Hơn nữa, SS có thể được biểu thị dễ dàng dưới dạng độ dài của các cạnh BCBC và ADAD và góc φ\varphi giữa chúng: S=∣AD∣⋅∣BC∣⋅sin⁡φS = |AD| \cdot |BC| \cdot \sin \varphi.
Nếu chúng ta xem xét một đặc điểm hình tam giác khác có đáy ACDACD và cạnh bên BCBC, chúng ta sẽ nhận được
4Q12+4Q22−8Q1Q2cos⁡β=S2.4Q_1^2 + 4Q_2^2 - 8Q_1Q_2 \cos \beta = S^2.
Điều này ngụ ý tuyên bố bài toán 5.

Bài tập

  1. Chứng minh rằng tổng bình phương độ dài các cạnh của một tam giác bằng 4 lần tổng bình phương khoảng cách giữa trung điểm các cạnh cắt của nó.
  2. (MSU, vật lý, 1964). Cho một hình tam giác ABCDABCD. Chứng minh rằng các cạnh ADAD và BCBC của nó vuông góc với nhau khi và chỉ khi đẳng thức ∣AB∣2+∣DC∣2=∣AC∣2+∣DB∣2|AB|^2 + |DC|^2 = |AC|^2 + |DB|^2 đúng.
  3. Độ dài hai cạnh đối diện của tam giác bằng aa, độ dài hai cạnh đối diện còn lại bằng bb và hai cạnh còn lại bằng cc. Tìm thấy
    a) thể tích của tam giác này;
    b) bán kính hình cầu ngoại tiếp nó.
  4. Độ dài của hai cạnh đối diện của một tam giác là aa và a1a_1, góc giữa chúng là α\alpha, độ dài của hai cạnh còn lại của tam giác tương ứng là bb và b1b_1, góc giữa chúng là β\beta, và cuối cùng, độ dài của hai cạnh tương đối là cc và c1c_1, góc giữa chúng γ(α,β,γ≤π2)\gamma(\alpha, \beta, \gamma \leq \frac{\pi}{2}).
    a) Chứng minh rằng một trong các số aa1cos⁡α,bb1cos⁡β,cc1cos⁡γaa_1 \cos \alpha, bb_1 \cos \beta, cc_1 \cos \gamma bằng tổng của hai số còn lại.
    b) Tìm các góc α,β\alpha, \beta và γ\gamma nếu dữ liệu là a,a1,b,b1,c,c1a, a_1, b, b_1, c, c_1.

Tờ 67

tr. 65Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

65

Viện Vật lý Kỹ thuật Moscow

Chúng tôi đã nói chi tiết về Huân chương Cờ đỏ Matxcơva của Viện Vật lý Kỹ thuật Lao động ở «Kvant» Số 1 năm 1973. Trong số này, chúng tôi trình bày các lựa chọn cho kỳ thi tuyển sinh môn toán và vé tham dự kỳ thi vật lý tại MEPhI năm 1975.

Toán học
Tùy chọn 1

  1. Ba vận động viên trượt băng bao quát khoảng cách, di chuyển đều nhau. Bởi vì mm phút sau khi bắt đầu một phần ba quãng đường, anh ta chỉ còn lại một phần quãng đường mà quãng đường đầu tiên có thể đi được. nn phút và giây - trong pp phút. Xác định xem sẽ mất bao nhiêu phút để đi hết quãng đường tổng cộng của mỗi người trượt tuyết, nếu tốc độ của người trượt thứ ba bằng tốc độ của người thứ nhất và thứ hai.
  2. Trong paramit tam giác SABCSABC, tất cả các góc phẳng của các góc tam giác có đỉnh tại các điểm AA và BB đều bằng α\alpha, AB=aAB=a. Xác định thể tích của paramid.
  3. Giải bất đẳng thức
    3log⁡ax+6log⁡a2x+2>1.\frac{3 \log_a x + 6}{\log_a^2 x + 2} > 1.
  4. Giải phương trình
    2cos⁡x⋅(cos⁡x−8⋅tgx)=5.2 \cos x \cdot (\cos x - \sqrt{8} \cdot \tg x) = 5.

Tùy chọn 2

  1. Một chiếc thuyền xuôi dòng một đoạn sông dài 10 km rồi ngược dòng nước đi một quãng đường 6 km. Vận tốc của dòng sông là 1km/h. Tốc độ riêng của thuyền có nên nằm trong mỗi giới hạn để toàn bộ chuyến đi mất từ ​​​​3 đến 4 giờ không?
  2. Tìm thể tích của một tham số tam giác đều, biết bán kính rr của quả cầu nội tiếp trong đó và góc nghiêng α\alpha của mặt bên của nó với mặt phẳng đáy.

Tùy chọn 3

  1. Nước có thể vào bể qua hai đường ống có dung tích khác nhau. Một ống nhỏ hơn truyền 1 m3m^3 nước trong 1 giây. Hồ bơi có một vòi mà qua đó 1 m3m^3 nước có thể chảy ra trong vòng một giây. Tìm, trong mỗi giới hạn, thông lượng của đường ống lớn hơn có thể thay đổi sao cho trong một thời gian không thay đổi 3 cc và không quá 4 cc, 16 m3m^3 vào bể bơi và 10 m3m^3 đi vào với hành động đồng thời của cả hai đường ống khi vòi đóng và 6 m3m^3 khi chỉ có đường ống lớn hơn và vòi mở.
  2. Đường chéo không cắt nhau của hai mặt cạnh liền kề của hình chữ nhật có hình bình hành nghiêng với mặt phẳng đáy của nó một góc α\alpha và β\beta. Tìm góc giữa các đường chéo này.
  3. Giải bất đẳng thức
    lg⁡2x−3lg⁡x+2100−x≥0.\frac{\lg^2 x - 3 \lg x + 2}{\sqrt{100-x}} \geq 0.
  4. Giải phương trình
    sin⁡4x−2cos⁡2x+a2=0.\sin^4 x - 2 \cos^2 x + a^2 = 0.

Vật lý
Bi yo 1

  1. Sự chuyển động của điện tích trong điện trường. Khái niệm về tiềm năng. Điện thế trường điện tích chính xác (không có đầu ra). Đơn vị của điện trường tiềm năng.

Hình 1.
Hình 2.

Tờ 68

tr. 66Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

66

Hình 3.

  1. Thang nhiệt độ tuyệt đối. Luật kết hợp Boyle-Mariotte-Gay-Llussk.
  2. Một khối nhỏ có khối lượng m=1,6m = 1,6 kg được đặt trên mép của một tấm ván có khối lượng M=3,2M = 3,2 kg nằm trên một mặt phẳng nằm ngang nhẵn (Hình 1). Hệ số ma sát giữa dầm và tấm ván là k=0,25k = 0,25. Công AA nào sẽ được thực hiện trên bảng trong khoảng thời gian sau đó khối sẽ chuyển động tương đối so với Trái đất từ ​​vị trí ban đầu đến một khoảng cách bằng chiều dài của tấm ván l=1l = 1 m, nếu một lực nằm ngang F=2F = 2 n tác dụng lên khối dọc theo tấm ván?

BiLET 2

  1. Áp lực. Định luật Pascal cho chất lỏng và chất khí. Chốt được đơn giản hóa bằng cách sử dụng máy ép thủy lực. Tỉ trọng. Áp suất của chất lỏng tác dụng lên đáy và thành bình. Luật thông tin liên lạc của tàu thuyền.
  2. Thông lượng cảm ứng từ. Cảm ứng điện từ. Sự xuất hiện của suất điện động cảm ứng. E.m.f. cảm ứng. Định luật Lenz.
  3. Một thanh dài có hình trụ ngắn kín ở đầu được quay với tốc độ góc ω=20\omega = 20 pad/s trong mặt phẳng nằm ngang quanh một trục đi qua đầu thanh. OO (Hình 2). Trong một hình trụ có diện tích hình cung S=100S = 100 cm², có không khí đồng nhất được ngăn cách bởi một pít-tông có khối lượng m=490m = 490 k. Trong quá trình quay, khoảng cách từ tâm piston đến điểm là Or=1,36O r = 1,36 m. Đối với các tỷ lệ thể tích V1/V2V_1/V_2 sinh ra trong hình trụ trong quá trình quay, nếu biết rằng khi không quay thì các thể tích bằng nhau và áp suất không khí trong chúng là p=1,1⋅105p = 1,1 \cdot 10^5 n/m2.

VÉ 3

  1. Các nguồn hiện tại. Sức mạnh điện của UES. Định luật Ohm cho mạch kín.
  2. Định luật vạn vật hấp dẫn. Hằng số hấp dẫn. Sức mạnh của trọng lực.
  3. Một hệ gồm hai quả bóng giống hệt nhau và tích điện trái dấu được nối với nhau bằng một thanh cách điện mỏng có chiều dài l=5l = 5 cm được đặt trong một điện trường đều có cường độ E=100E = 100 b/cm² (Hình 3). Khối lượng của mỗi quả bóng là m=2,5m = 2,5 k, giá trị tuyệt đối của điện tích là q=10−7q = 10^{-7} k. Hệ thống này ở góc nào của bề mặt nếu các quả bóng được cho vận tốc ban đầu bằng v0=0,1v_0 = 0,1 m/giây? Không có trường ngăn xếp nặng.

VÉ 4

  1. Động năng và thế năng. Sự chuyển hóa thế năng thành động năng và ngược lại. Định luật bảo toàn năng lượng trong cơ học.
  2. Sự phân tán ánh sáng. Quang phổ. Phổ phát xạ và hấp thụ. Quang phổ. Khái niệm phân tích quang phổ Các phần hồng ngoại và tử ngoại của quang phổ.
  3. Thanh dẫn OAOA quay trong mặt phẳng vuông góc với cảm ứng từ trường B=1B = 1 ml, với vận tốc góc ω=300\omega = 300 pad/giây quanh một trục đi qua đầu thanh. OO (Hình 2). Trong một hình trụ có diện tích hình cung S=100S = 100 cm2, có không khí đồng nhất được ngăn cách bởi một pít-tông có khối lượng m=490m = 490 k. Trong quá trình quay, khoảng cách từ tâm piston đến điểm là Or=1,36O r = 1,36 m. Đối với các tỷ lệ thể tích V1/V2V_1/V_2 sinh ra trong hình trụ trong quá trình quay, nếu biết rằng khi không quay thì các thể tích bằng nhau và áp suất không khí trong chúng là p=1,1⋅105p = 1,1 \cdot 10^5 n/m2.

Hình 4.

Tờ 69

tr. 67Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

67

Plasma là trạng thái thứ tư của vật chất

Đây là tên một cuốn sách khoa học phổ thông do Giáo sư D. A. Frank-Kamenetsky viết và được nhà xuất bản Atomizdat * xuất bản lần thứ tư năm 1975). David Albertovich Frank-Kamenetsky là một trong những nhà truyền bá vật lý hiện đại giỏi nhất. Thật không may, ông qua đời vào cùng năm “Kvant” ra đời và chúng tôi chỉ đăng được một bài báo của ông trên các trang tạp chí của chúng tôi (“Điện trở là một hiện tượng lượng tử”, “Kvant”, 1970, số 9). Nhiều người vẫn coi đây là một trong những bài báo hay nhất về vật lý được đăng trên tạp chí của chúng tôi trong suốt những năm tồn tại của nó.

Ý tưởng biên soạn cuốn sách này được đề xuất bởi tác giả, Viện sĩ I.V. Kurchatov. Ông yêu cầu D. A. Frank-Kamenetsky “giải thích các nguyên tắc cơ bản của vật lý plasma mà không cần đến toán học không cần thiết nhưng đủ rõ ràng”. Vào thời điểm này, đã là một chuyên gia lớn trong lĩnh vực vật lý plasma, tuy nhiên tác giả phải đối mặt với một nhiệm vụ rất khó khăn. Xét cho cùng, lĩnh vực thực hành vật lý non trẻ và đang phát triển nhanh chóng một cách bất thường này

*) D. A. Frank-Kamenetsky. Plasma là trạng thái thứ tư của vật chất. Phiên bản thứ 4. M., Atomizdat, 1975. Phát hành 80.000 bản, giá 26 kopecks.

Tôi vẫn chưa có tài liệu khoa học phổ biến của riêng mình. Và nhiều quá trình, hiện tượng xảy ra trong plasma hoàn toàn khác với các quá trình, hiện tượng xảy ra trong chất khí, chất lỏng và chất rắn. Và tác giả đã phải suy nghĩ cẩn thận về toàn bộ tính chất vật lý của plasma để giải thích tất cả các quá trình cơ bản trong đó mà không cần sử dụng bộ máy toán học phức tạp.

Cuốn sách có kích thước nhỏ - nó chỉ có một trang rưỡi. Nhưng nó bao gồm tất cả các quá trình cơ bản xảy ra ở cả plasma nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao.

Sau khi nói về cách sản xuất và nghiên cứu plasma, tác giả tiếp tục mô tả các loại mất ổn định khác nhau, vẫn không cho phép duy trì plasma nóng trong một khoảng thời gian đủ để thực hiện các phản ứng nhiệt hạch có kiểm soát trong đó. Anh ấy nói về sự mất ổn định thủy động lực, sự mất ổn định của cái gọi là “độ chụm” và sự mất ổn định của rãnh, do đó plasma được tính toán thông qua các bẫy từ tính cô lập nó và kết thúc trên thành bình chứa nó cứng lại. Cuốn sách cũng xem xét nhiều quá trình dao động xảy ra trong plasma, sự lan truyền của sóng xung kích trong đó và các lựa chọn khác nhau để tương tác các phần của plasma với nhau. Một số đoạn văn được dành cho các ứng dụng thực tế của plasma. Họ nói về máy bơm điện từ, thiết bị cộng hưởng plasma và ống dẫn sóng. Nói tóm lại, cuốn sách đang được giải là một bộ bách khoa toàn thư khoa học phổ biến nhỏ về vật lý plasma.

Khi tạo ra cuốn sách này, tác giả đã cố gắng làm cho nó có thể tiếp cận được ngay cả với những độc giả có trình độ học vấn trung học phổ thông. Cuốn sách không cung cấp bất kỳ kiến ​​thức nào về vật lý plasma cho độc giả tương lai. Bộ máy toán học được sử dụng trong nội dung chính của cuốn sách không vượt ra ngoài phạm vi đại số ở trường và phần vật lý của nó dựa trên lượng kiến ​​thức trong lĩnh vực vật lý phân tử, kỹ thuật điện và từ tính, hoàn toàn được đưa vào môn vật lý ở trường. Tác giả không né tránh các thuật ngữ khoa học kỹ thuật - ông nói chuyện với người đọc bằng ngôn ngữ của khoa học hiện đại. Tuy nhiên, mỗi thuật ngữ mới đều được giải thích chi tiết và nêu bật trong khóa học để nếu cần, bạn có thể dễ dàng tìm thấy thuật ngữ đó trong văn bản. Những chỗ khó làm quen ban đầu hơn sẽ được nêu bật trong cuốn sách bằng những câu nhỏ.

Vì vậy, cuốn sách khá dễ tiếp cận ngay cả đối với những độc giả hoàn toàn xa lạ với lĩnh vực vật lý này và đã học qua một khóa học về vật lý và toán học ở trường. Nhưng bạn cần đọc nó một cách chậm rãi và suy ngẫm, với bút chì và giấy trên tay. Cuốn sách chắc chắn sẽ mang lại sự hài lòng thực sự cho người đọc như vậy, giúp họ hiểu biết thêm về các hiện tượng Intersea hoàn toàn không được phản ánh trong sách giáo khoa ở trường.

Cuốn sách được viết rất sinh động, giàu trí tưởng tượng, dễ tiếp cận và thú vị. Tác giả sử dụng những so sánh bất ngờ, những so sánh vật lý sâu sắc và đánh giá cao những khía cạnh chính của hiện tượng đang được xem xét.

Giá trị không thể nghi ngờ của cuốn sách xuất sắc này đã cho phép tác giả của phần tái bút cho ấn bản thứ tư, Viện sĩ R. Z. Sagdeev (nhân tiện, một trong những sinh viên của D. A. Frank-Kamenetsky) nói với tôi rằng nó có thể được coi là một trong những nền tảng vàng của văn học khoa học đại chúng.

V. Leitskovets

Tờ 70

tr. 68Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

68

Ghi chú mới
tới thư từ của Liên minh
trường toán

Trường Toán học Tương ứng Toàn Liên minh của Viện Hàn lâm Khoa học Sư phạm Liên Xô tại Đại học Moscow (VZMSH) tiếp nhận sinh viên từ các lớp học ở nông thôn. Học sinh sống ở Moscow, Leningrad và các vùng ngoại ô không được nhận vào trường.
Các lớp học sẽ bắt đầu vào ngày 1 tháng 9 năm 1976. Giáo dục ở trường là miễn phí.
Học sinh được nhận vào trường sẽ thường xuyên nhận các bài tập có chứa các câu hỏi lý thuyết học tập và bài toán đến lời giải. Thời gian đào tạo là ba năm.
Nhiệm vụ của bài kiểm tra giới thiệu được công bố dưới đây. Những người muốn vào VZMSH phải nộp đơn lời giải trong số bài toán này không muộn hơn ngày 20 tháng 3 năm 1976. Sau khi công việc của bạn được xem xét (khoảng tháng 7 năm 1976), bạn sẽ được thông báo liệu bạn có được nhận vào trường hay không. Học sinh sống ở khu vực nông thôn và khu định cư của công nhân sẽ được ưu tiên nhập học.
Mặc dù một số bài tập nhập môn có hình thức khác với các bài tập thông thường ở trường nhưng chúng lời giải không yêu cầu bất kỳ kiến ​​thức bổ sung nào về toán học. Bạn không cần phải giải quyết mọi bài toán mà không có ngoại lệ để được nhận vào trường. Khi đánh giá công việc, người ta không chỉ tính đến số lượng giải được bài toán mà còn tính đến chất lượng của lời giải. Lời giải của mỗi bài toán phải chính đáng. Đáp số không có bất kỳ lời giải thích nào có thể không được đọc. Nếu có thể có đáp số khác nhau trong bài toán thì tất cả chúng đều phải được chỉ định.
Bài viết phải được hoàn thành bằng tiếng Nga dưới dạng văn bản của học sinh trong lớp. Tác phẩm giới thiệu không được xử lý và quyết định không phát hành.
Trong phong bì cùng với cuốn sổ, bạn cần đính kèm một mảnh giấy có kích thước 14x6 cm ghi địa chỉ gửi thư của bạn (chúng tôi sẽ dán lên phong bì khi đáp số gửi cho bạn).
Dán một mảnh giấy ca rô lên bìa vở, vẽ và điền theo mẫu sau (nếu không bài làm sẽ không được kiểm tra):
Vùng đất
Họ, tên
Năm sinh
Lớp học
Trường (tên đầy đủ)
Họ, tên, tên đệm của giáo viên dạy toán
Nơi làm việc và chức vụ của phụ huynh
Địa chỉ bưu điện đầy đủ

Voloodskaya
Ivanov Petr
1962
lớp 7A.
Trường số 2 Tomma
Nikanorov Vladimir Alekseevich
bố là tài xế xe buýt số. 3,
mẹ là một bà nội trợ
123456, Tomma, st. Lênin
3, thích hợp. 23.

Kết quả kiểm tra

Học sinh sống ở các vùng Arkhangelsk, Vologda, Kaliningrad, Leningrad, Murmansk, Novgorod và Pskov, Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Xô viết tự trị Komi và Karal, SCP của Belarus, Latvia, Litva và Estonia giao tác phẩm đến địa chỉ: e. Leningrad, P-228, st. Savushkina, 61. Đặc điểm kỹ thuật tại Đại học bang Leningrad. ZMSH. Để cạnh tranh.
Sinh viên sống ở các vùng Voronezh, Belgorod, Tambov, Kursk và Lipetsk gửi tác phẩm của mình đến địa chỉ: e. Voronezh, Đại học, FZMSH. Để cạnh tranh.
Học sinh sống ở các khu vực khác của RSFSR và các khu vực nguồn lực khác phải nộp bài theo địa chỉ: 117234, e. Moscow, V-234, Đại học quốc gia Moscow, fur-mam, VZMSH. Để cạnh tranh.

Tờ 71

tr. 69Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

69

Phân công quản lý giới thiệu công việc tại VZMSH năm 1976

  1. Một chiếc xe đẩy đang chạy dọc đường. Bánh xe năng động của nó - 1 mét. Một chiếc đinh được đóng vào một bánh xe. Mỗi lần một chiếc đinh rơi xuống đường, cái đầu sẽ vỡ ra. Các cú nhấp chuột được lặp lại mỗi giây. Xe đẩy chạy với tốc độ bao nhiêu?

  2. Ba vệt giao nhau tại một điểm sao cho mỗi hai vệt tạo thành một góc 60°. Điểm M nằm cách một đường thẳng 3 cm và cách đường kia 5 cm. Điểm M có thể nằm cách đường thứ ba bao nhiêu?

  3. Mỗi chữ cái M, I, L, A, N có nghĩa là số nào trong đẳng thức BALIM × 4 = LIMAN?

  4. Một đường đứt đoạn khép kín gồm 7 mắt xích có thể có tối đa bao nhiêu điểm tự giao nhau?

  5. Có bao nhiêu cặp số nguyên (x; y) thỏa mãn bất đẳng thức 2x² + 2y² < 21976?

  6. Ông nội cưỡi ngựa nằm trong nhà. Bà nội biết rằng tại cùng một nơi cả hai đang chuyển động với vận tốc 7 km/h; xuống dốc: ông nội - 8 km/h, bên trong - 20 km/h; lên dốc: ông nội - 6 km/h, bên trong - 4 km/h. Cả hai đều đi cùng một con đường.

Liệu bà có thể xác định được cái nào lớn hơn - sự đối lập của việc đi xuống hoặc đi lên trên đường đi - nếu bà là người đầu tiên quay trở lại?
a) bên trong
b) ông nội?

  1. Một đa giác có thể có bao nhiêu cạnh là:
    a) giao lộ;
    b) Sự kết hợp của một tam giác và một tứ giác lồi? (Cho tất cả các ý nghĩa có thể có và lấy ví dụ.)

  2. Bạn có thể ghép các số 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 vào các ô của bảng 3 × 3 sao cho cứ hai số ở các ô liền kề cách nhau không quá 2 không? (Các ô lân cận là những ô có chung một vương miện.)

  3. Có thể cắt một hình vuông thành nhiều hình tam giác nhọn không?

  4. Tìm ba số, mỗi số bằng bình phương hiệu của hai số còn lại.

  5. Chứng minh rằng với mọi số tự nhiên n thì n⁵ + n⁴ + 1 là hợp số.

  6. Ba đoạn hình nón được vẽ trên mặt phẳng. Tập hợp này có thể có bao nhiêu trục đối xứng (hợp của ba đoạn thẳng này)?

  7. Nhập ba chữ số cuối của tổng 1¹⁰⁰ + 2¹⁰⁰ + 3¹⁰⁰ + 4¹⁰⁰ + … + 99999⁹⁰ + 99999⁹⁰.

Dưới đây chúng tôi trình bày dưới dạng mẫu một lời giải được hoàn thành cẩn thận của một trong những bài viết giới thiệu bài toán từ năm ngoái. Chúng tôi hy vọng rằng lời giải được giao cho bạn cũng sẽ hợp lý.

Các phần tử của tập hợp A, B, C lần lượt là các số 1, 2, 3, …, 9. Đã biết:
A∩B = {1; 2}; B∩G = {3; 7}; A∪B = {1; 2; 3; 6; 7; 8}; A∪C = {1; 2; 3; 4; 5; 7; 9}.
Tìm các tập hợp A, B và C. (Ở đây A∩B là giao của các tập hợp A và B, A∪B là hợp của các tập hợp này.)

Lời giải. Trong bài toán này, bạn có thể nghĩ về từng số riêng biệt, về cơ bản là giải chín bài toán độc lập.

  1. Hãy bắt đầu với số 1. Vì 1 thuộc giao điểm của A và B nên 1 thuộc tập hợp chung A và B. Nếu 1 cũng thuộc C thì 1 sẽ thuộc giao điểm của B và C, nhưng trường hợp này không phải như vậy. Điều này có nghĩa là 1 không thuộc C.

  2. Số 2 được bao gồm trong các bộ giống hệt như số 1. Do đó, đối với 2, sự xa lánh như vậy xảy ra.

  3. Số 3 thuộc B∩C nên nó thuộc B và thuộc C. Nhưng 3 không thuộc A∩B nên 3 không thuộc A∩C nên chỉ thuộc C.

  4. Đối với 5, 6, 8, 9 sự khác biệt tương tự như đối với 4.

  5. Đối với 7, độ lệch tâm tương tự như đối với 3.
    Đáp số. A = {1; 2}; B = {1; 2; 3; 6; 7; 8}; C = {3; 4; 5; 7; 9}.

Nếu bạn hiểu rõ về lời giải đã cho, bạn sẽ dễ dàng hiểu rằng lời giải có thể được viết ngắn gọn hơn nhiều.

  1. Vì các tập hợp A∩B và B∩C không có các phần tử chung nên không có phần tử nào đồng thời thuộc tất cả các phần tử của tập hợp A, B và C. Suy ra các số 1, 2 thuộc về A và B nhưng không thuộc về C, các số 3 và 7 thuộc về B, C nhưng không thuộc về A.

  2. Nếu một phần tử không thuộc K∪L thì nó không thuộc K hoặc L, và nếu nó đồng thời thuộc K∪M thì nó thuộc M. Suy ra, các số 6 và 8 thuộc về B, nhưng không thuộc về A, C và các số 4, 5, 9 thuộc về C nhưng không thuộc về A, B.

J. Rabb

Tờ 72

tr. 70Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

70

Trường Đại học Vật lý và Công nghệ
tại Viện Vật lý và Công nghệ Mátxcơva thông báo tuyển sinh năm học 1976-77.

Đã là năm thứ 10, trường tương ứng vật lý và công nghệ thuộc Huân chương Cờ đỏ Lao động Mátxcơva của Viện Vật lý và Công nghệ đã công bố tuyển sinh năm học 1976-77.

Hình thức giảng dạy ở trường chúng tôi khác với cách bạn quen làm việc với giáo viên trong lớp. Giáo dục tương ứng rèn luyện các kỹ năng độc lập, dạy bạn làm việc với tài liệu bổ sung và bày tỏ suy nghĩ của mình một cách chính xác.

Sinh viên tốt nghiệp 3FTS nhận được kiến ​​thức bổ sung tốt về vật lý và toán học. Nhiều sinh viên tốt nghiệp 3FTS đến nhiều quốc gia khác nhau và học tập thành công ở đó.

3FTS tiếp nhận học sinh từ tám trường hè và trung học nằm chủ yếu trên lãnh thổ RSFSR.

Mục tiêu của trường chúng tôi là giúp học sinh học tập độc lập về vật lý và toán học. Đó là lý do tại sao, khi tiếp nhận học sinh vào các trường học, ưu tiên dành cho học sinh sống ở khu vực nông thôn và khu định cư của người lao động, những nơi đặc biệt cần sự hỗ trợ của 3FTS.

3FTS cũng chấp nhận các câu lạc bộ vật lý và công nghệ, có thể được tổ chức tại địa phương theo sáng kiến ​​của hai môn - vật lý và toán học. Những người đứng đầu vòng tròn tuyển dụng và ghi danh những sinh viên đã hoàn thành nhiệm vụ giới thiệu 3FTS. Một vòng tròn được chấp nhận vào 3FTSH nếu giám đốc trường báo cáo cho 3FTSH tên của người đứng đầu vòng tròn và danh sách vòng tròn được thay đổi theo lớp (cho biết điểm cuối cùng của nhiệm vụ giới thiệu).

Học sinh được nhận vào 3FTS và trưởng câu lạc bộ vật lý và công nghệ sẽ thường xuyên nhận các nhiệm vụ vật lý và toán học theo chương trình 3FTS, cũng như 3FTS lời giải được đề xuất của các nhiệm vụ này. Nhiệm vụ 3FTSH bao gồm tài liệu lý thuyết và phân tích đặc điểm bài toán về chủ đề, cũng như 10-14 bài toán cho lời giải độc lập. Các nhiệm vụ được lựa chọn có độ phức tạp khác nhau: từ đơn giản đến phức tạp (ở cấp độ cạnh tranh bài toán tại MIPT). Công việc của sinh viên tương ứng được kiểm tra bởi 3FTSH hoặc các tập tin của nó, và các thành viên của vòng kết nối được kiểm tra bởi người lãnh đạo của nó.

Học sinh Moscow nhận các lớp học vật lý và toán học 2 lần một tuần theo chương trình 3FTSH tại các trung tâm tư vấn buổi tối (ở một số trường học ở Moscow), việc tuyển sinh được thực hiện dựa trên kết quả của nhiệm vụ giới thiệu 3FTSH.

Mỗi học sinh hoàn thành nhiệm vụ giới thiệu một cách độc lập. Tác phẩm phải được thực hiện bằng tiếng Nga và được sao chép cẩn thận trên sân thượng của trường học. Thứ tự của bài toán phải giống như trong bài tập. Gửi cuốn sổ trong một phong bì lớn với một bưu kiện bưu kiện đơn giản. Cùng với quyết định của bạn, hãy nhớ gửi giấy chứng nhận từ trường nơi bạn học, cho biết lớp học của bạn. Dán giấy chứng nhận vào bìa bên trong của Terradi. Nếu không có chứng chỉ này lời giải sẽ không được xem xét.

Tờ 73

tr. 71Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

71

Ở mặt ngoài của bìa vở dán một tờ giấy đã điền thông tin theo mẫu:

  1. Vùng (vùng hoặc ACCR) vùng Kemerovo.
  2. Họ, tên, chữ viết tắt Valery Ivanovich Glukhov
  3. Lớp sáp trường học số 6, st. Shishchina, 26
  4. Số và địa chỉ trường học số 6, st. Shishchina, 26
  5. Nhà nước quốc gia Nga
  6. Nghề nghiệp phụ huynh và người nước ngoài
    vị trí đề xuất: thợ cơ khí, thạc sĩ tiếng Séc
    mẹ kế toán
  7. Địa chỉ nhà chi tiết 653023, Prokopyevsk,
    St. Urozhaynaya, 11 tuổi, thích hợp. 20

Ngày khởi hành lời giải - chậm nhất là ngày 10/3/1976 (theo dấu bưu điện nơi khởi hành). Giấy tờ dự thi sẽ không được gửi lại.

Việc tuyển sinh vào trường sẽ do hội đồng tuyển sinh của Viện Vật lý và Công nghệ Mátxcơva và theo lệnh của giám đốc ZFTSH thực hiện. Lời giải sẽ được thông báo tới hội đồng tuyển sinh chậm nhất là ngày 1 tháng 8 năm 1976.

Những cuốn sổ ghi bài tập đã hoàn thành được gửi đến địa chỉ: 141700, Dolgoprudny, Khu vực Mátxcơva, Viện Vật lý và Công nghệ Mátxcơva, cho ZFTSH.

Sinh viên của các vùng Arkhangelsk, Vologda, Kalinin, Kirov, Leningrad, Murmansk, Novgorod, Pskov, Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Xô viết tự trị Karelian và Komi, SSR của Latvia, Litva, Estonia và Belarus gửi tác phẩm đến địa chỉ: 198904, Old Peterf, st. Ngày 1 tháng 5 năm 100, Đại học bang Leningrad, chi nhánh ZFTSH tại MIPT.

Sinh viên các vùng Amur, Kamchatka, Irkutsk, Sakhalin, Chita, Krasnoyarsk, Primorsky, Khabarovsk, Buryat, Tuva, Yakut ASSR, Chukotka, Kazakhstan, Kirigiz, Tajik, Turkmen, Uzbek SSR gửi tác phẩm đến địa chỉ: 660607, Krasnoyarsk, st. Peresona, 7 tuổi, Học viện sư phạm, chi nhánh ZFTSH tại MIPT.

Dưới đây là một bài tập giới thiệu về vật lý và toán học. Trong bài tập vật lý bài toán 1-5 dành cho học sinh lớp 7, 3-8, 12 dành cho học sinh lớp 8, 6-12 dành cho học sinh lớp 9. Trong bài tập nhập môn môn toán bài toán 1-5 đối với lớp xám, 4-10 đối với lớp tám, 7-13 đối với lớp chín.

Bài tập mở đầu môn vật lý

  1. Phải phản ứng kịp thời bằng 100 e dầu thực vật hoặc mannol nguội nhưng trong nhà không có cân. Mô tả cách bạn quản lý để đối phó với nhiệm vụ này.
  2. Tìm tốc độ trung bình của đoàn tàu nếu biết rằng phần thứ nhất đi qua với tốc độ 50 km/h, phần thứ hai - 75 km/h và phần thứ ba cuối cùng - với tốc độ gấp đôi tốc độ trung bình ở hai đoạn đầu.
  3. Một hộp kín có khối lượng 0,1 kg, kích thước 5×10×10 cm nổi trên mặt nước. Dưới đáy hộp treo một vật nặng bằng nhôm sao cho hộp chìm hoàn toàn trong nước nhưng vẫn nổi trong đó. Tìm khối lượng của vật nặng nếu khối lượng riêng của nhôm là 2,7 e/cm³ và khối lượng riêng của nước là 1 e/cm³.
  4. Có thể sử dụng phong vũ biểu để xác định chiều cao của một tòa nhà? Thực hiện các phép đo, tính toán cần thiết và so sánh kết quả với chiều cao thực tế.
  5. Hỗn hợp nhiên liệu được điều chế từ mùn cưa khô, than bùn và than đá, khối lượng của chúng được lấy ở độ cao tương đối 1 thùng hỗn hợp đó, nếu nhiệt dung riêng khi đốt cháy của các chất dễ cháy tương ứng lấy là 10⁷, 1,4·10⁷ và 3·10⁷ J/kg?
  6. Hai điện trở mắc song song sẽ giải phóng một công suất 144 bm trong mạch điện có cường độ 4 a, và khi

Tờ 74

tr. 72Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

72

Kết nối tiếp theo sẽ giải phóng công suất 36 bt ở cường độ hiện tại là 1 a. Tìm giá trị của các điện trở này.

  1. Sử dụng dữ liệu thực nghiệm về gia tốc trọng trường và chiều dài đường xích đạo của Trái đất, hãy ước tính mật độ trung bình của Trái đất. Mô tả các khả năng khác để xác định mật độ trung bình của các kế hoạch.

  2. Một sợi dây nylon mỏng, căng theo chiều ngang, bằng nhau khi sợi dây ở giữa treo một vật nặng 2 kts. Khối lượng có thể được treo ở vị trí thẳng đứng là bao nhiêu? Hãy tính đến việc tại thời điểm đứt sợi chỉ tạo thành một góc 1° với đường chân trời. Hãy tính đến việc đối với các góc nhỏ sin α ≈ α.

  3. Trong một xi lanh có thể tích 2 lít đặt dưới một pít-tông không trọng lượng, chúng ta tìm thấy lượng khí lý tưởng lịch sử. Một tải trọng có khối lượng 20 kiloton được đặt lên piston làm cho piston giảm đi 40 cm. Sau khi chuyển động piston, nhiệt độ của khí thay đổi bao nhiêu lần? Diện tích mặt cắt ngang của piston 50 cm2, áp suất khí quyển 1 mm.

  4. Liệu một quả bóng chứa đầy gel có thể nâng được một vật có khối lượng 150 kt nếu thể tích của nó là 150 m³ và khối lượng vỏ của nó là 8 kt? Áp suất và nhiệt độ của gel bên trong quả bóng và không khí bên ngoài là như nhau và lần lượt bằng 1 mm và 15°C. Trọng lượng phân tử tương đối của helium là 4, không khí là 29.

  5. Khi nào 1 m³ không khí chứa nhiều độ ẩm hơn: vào mùa thu (mưa lạnh, nhiệt độ +3°C) hay vào mùa hè khô ráo (nhiệt độ +30°C, độ ẩm tương đối 20%)?

  6. Người ta đề xuất đo mật độ của một phần đường cát. Mô tả chi tiết phương pháp bạn đã sử dụng và kết quả đo của bạn. Những khả năng nào khác có thể được đưa ra để đo mật độ của một miếng đường cát?

Bài toán mở đầu

  1. Tìm giá trị của một biểu thức
    a+bx+a−bxa+bx−a−bx\frac{\sqrt{a+bx}+\sqrt{a-bx}}{\sqrt{a+bx}-\sqrt{a-bx}}
    Tại
    x=2amb(1+m2)(a>0,b>0,m>0).x = \frac{2am}{b(1+m^2)} (a>0, b>0, m>0).

  2. Người gửi tiền đầu tiên lấy từ ngân hàng tiết kiệm 1/6 số con của mình, sau đó là 50 rúp. và cuối cùng là 2/5 số tiền còn lại. Chỉ trong ba lần anh ta đã lấy được 510 rúp. Sau chuyện này ông ta còn lại bao nhiêu đứa con trên quả cầu này?

  3. Xây dựng một hình thoi dọc theo một cạnh có độ dài a cho trước, nếu biết độ dài của các đường chéo có liên hệ với nhau là m:n.

  4. Một số có hai chữ số chia cho tổng các chữ số của nó sẽ có phần là 4 và số dư là 3; Nếu các chữ số của số này được sắp xếp lại, bạn sẽ nhận được một số lớn hơn tổng thập lục phân của các chữ số của nó là 5. Tìm số này.

  5. Phân số 14m+321m+4\frac{14m+3}{21m+4} có thể hủy được không, trong đó m là số nguyên?

  6. Tìm tất cả các giá trị thực của a mà nghiệm của phương trình
    (a+1)x2+2ax+a+3=0(a+1)x^2+2ax+a+3=0
    đặt.

  7. Trong một tam giác vuông, hãy tìm tỉ số giữa độ dài hai chân nếu độ dài đường cao và đường trung bình tính từ góc vuông tỉ lệ 40:41.

  8. Tổng các số hạng và hiệu của các đối số lập trình là dương. Nếu bạn tăng chênh lệch của chương trình lên 2 mà không thay đổi số hạng đầu tiên thì tổng các số hạng của nó sẽ tăng gấp 3 lần. Nếu chênh lệch của chương trình ban đầu tăng lên 4 lần mà không thay đổi số hạng đầu tiên thì tổng các số hạng của chương trình sẽ tăng lên 5 lần. Xác định sự khác biệt của chương trình ban đầu.

  9. Trong tam giác đều ABC (∣AB∣=∣BC∣|AB|=|BC|), một đường tròn được dựng ở độ cao BD làm đường kính. Qua các điểm A và C kẻ các tiếp tuyến AM và CN với đường tròn, các phần mở rộng của chúng cắt nhau tại điểm O. Xác định tỉ số ∣AB∣∣AC∣\frac{|AB|}{|AC|} nếu ∣OM∣∣AC∣=k\frac{|OM|}{|AC|}=k và chiều cao BD lớn hơn đáy AC.

  10. Xe buýt từ điểm A được tự động hóa và di chuyển không ngừng với tốc độ không đổi giữa A và B. Cuộc gặp đầu tiên của họ xảy ra 42 phút sau khi bắt đầu chuyển động và 2 giờ 34 phút sau khi bắt đầu chuyển động, chiếc xe tự động lần đầu tiên đã vượt qua xe buýt. Sau bao lâu kể từ khi bắt đầu chuyển động thì xe và xe số tự động lần đầu tiên cùng đến điểm A?

  11. Chứng minh phương pháp quy nạp toán học herabenity
    11+12+⋯+1n>n\frac{1}{\sqrt{1}}+\frac{1}{\sqrt{2}}+\cdots+\frac{1}{\sqrt{n}}>\sqrt{n}
    cho n ≥2.

  12. Tìm số các số có ba chữ số được tạo thành từ các chữ số 1, 2, 3, 4, 5, 6 sao cho mỗi số có không quá hai chữ số giống nhau.

  13. Dãy số {xn}\{x_n\} được cho bởi công thức truy hồi
    x1=a2,xn=a2+xn2−12,n≥2x_1=\frac{a}{2}, x_n=\frac{a}{2}+\frac{x_n^2-1}{2}, n\geq 2
    và 0<a<1. Tìm giới hạn của dãy.
    B. Aslanyan, A. Kiryanov, T. Chugunova.

Tờ 75

tr. 73Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

73

Nhiệm vụ

  1. Ngôn ngữ Ododo chỉ có hai âm: “D” và “O”. Hai từ có nghĩa giống nhau nếu một từ được lấy từ từ kia bằng cách sử dụng một số thao tác nhất định sau: bỏ qua các âm DO hoặc OODD liên tiếp và thêm OD vào bất kỳ vị trí nào. Các từ ODD và DOO có nghĩa giống nhau không?

  2. Hai ống đồng được hạ xuống nước ở độ sâu lớn. Một ống được bịt kín ở cả hai đầu và ống còn lại có một đầu mở. Điều gì sẽ xảy ra với các đường ống ở độ sâu?

  3. Khôi phục ký hiệu chia trong đó một số chữ số “thoát” được thay thế bằng dấu hoa thị.

  4. Người ta biết rằng độ dài của bóng do một vật thể tạo ra thay đổi trong ngày. Bóng ngắn nhất là vào buổi trưa; vào buổi tối cái bóng “lớn lên”.
    Có nơi nào trên Trái đất mà độ dài của bóng không thay đổi trong ngày không?

  5. Trò chơi “Ai sẽ là người đầu tiên gọi tên số 100” có sự tham gia của hai người chơi. Một người gọi bất kỳ số nguyên nào từ 1 đến 9 mà mình thích và đặt tên cho số tiền đó. Với tổng này, người đầu tiên lại cộng bất kỳ số nguyên nào từ 1 đến 9 và đặt tên cho tổng mới, v.v. Người nào gọi tên số 100 trước sẽ thắng. Trong trò chơi này, người mới bắt đầu luôn thua nếu đối thủ chỉ tiết lộ một bí mật. Bí quyết, chìa khóa của trò chơi đảm bảo chiến thắng cho người chơi thứ hai là gì?

Tờ 76

tr. 74Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

74

A. Savin

Làm thế nào để vẽ một ngôi sao năm cánh?

Một ngôi sao năm cánh thông thường thật đẹp phải không? Chúng ta nhìn thấy nó trên quốc huy và lá cờ của Tổ quốc, nó tỏa sáng trên mũ quân đội và trên các ngọn tháp của điện Kremlin.

Ai đã không thử vẽ ngôi sao này khi còn nhỏ? Có lẽ là tất cả mọi người. Nhưng kết quả là có gì đó không cân đối và lúng túng, giống như Hình 1.

Lần thử đầu tiên
Ở trường, bạn đã làm quen với các công cụ xây dựng hình học - la bàn và thước kẻ.

Chúng ta hãy thử tiếp tục nỗ lực vẽ ngôi sao năm cánh chính xác. Đầu tiên chúng ta tự hỏi, đúng có nghĩa là gì? Có lẽ, năm đỉnh cần được nối với nhau bằng các đoạn có độ dài bằng nhau. Thước kẻ sẽ cho phép chúng ta làm cho các cạnh của ngôi sao thẳng và với sự trợ giúp của la bàn, chúng ta sẽ cố gắng làm cho chúng bằng nhau.

Hãy bắt đầu. Chúng ta dựng một góc có đỉnh A. Trên các cạnh của nó, chúng ta đặt các đoạn AB và AC bằng nhau (Hình 2). Có ba đỉnh. Chỉ còn hai cái nữa để tìm và mọi thứ đều ổn. Một trong số chúng (D) phải được đưa ra khỏi điểm B ở cùng khoảng cách với điểm A. Điều này có nghĩa là nó phải nằm trên một đường tròn có tâm tại điểm B bán kính AB. Hãy vẽ cung (2) của đường tròn này. Tương tự, chúng ta vẽ một cung (3) của một đường tròn có cùng bán kính có tâm tại điểm C. Đỉnh thứ hai trong số các đỉnh còn lại (E) phải nằm trên đó.

Hãy nhớ điều chúng ta muốn: khoảng cách giữa các đỉnh D và E phải bằng khoảng cách giữa các đỉnh khác. Do đó, không thay đổi khoảng cách của la bàn, chúng ta đặt một chân của nó tại một điểm D nào đó trên một cung (điều này sẽ chẵn

Hình 1.
Hình 2.

Tờ 77

tr. 75Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp


Hình 3.

đỉnh ngược của ngôi sao) và vẽ một đường tròn (4) sẽ cắt một đường tròn khác (3) tại điểm EE. Chúng tôi đã đạt được đỉnh thứ năm. Hãy kết nối các điểm kết quả với các phân đoạn. Vậy thì sao? Độ dài của các đoạn bằng nhau nhưng ngôi sao rõ ràng không đều.

Lần thử thứ hai

Sai lầm ở đâu? Nó có thể nhìn thấy ngay lập tức. Các cạnh của ngôi sao bằng nhau nhưng các góc ở các đỉnh thì không. Làm thế nào chúng ta có thể chắc chắn rằng tất cả các cạnh và mọi góc đều bằng nhau?

Hãy vẽ một vòng tròn. Hãy chia nó thành 5 cung bằng nhau, sau đó nối các đầu của cung thông qua một (Hình 3). Không còn nghi ngờ gì nữa, đây chính là ngôi sao chúng ta cần! Nhưng làm thế nào để chia hình tròn thành 5 phần bằng nhau? Sử dụng thước đo góc? Có 360∘360^\circ trong toàn bộ vòng tròn, nghĩa là có 72∘72^\circ trong mỗi phần. Chúng ta lấy thước đo góc… nó ở đâu? Anh lại biến mất ở đâu đó. Hoặc có lẽ chúng ta có thể làm mà không cần nó?

Phương pháp gần đúng

Hãy thử “bằng mắt” vẽ một góc 72∘72^\circ trên một đường tròn. Vậy… bảy mươi hai độ lớn hơn 60∘60^\circ, nhưng nhỏ hơn 90∘90^\circ. Đâu đó ở giữa, gần 60∘60^\circ hơn 90∘90^\circ một chút. Độc Cô


Hình 4.

không khó để đặt sang một bên trong 60∘60^\circ, vì độ dài của dây cung phụ nó bằng bán kính của hình tròn. Việc xây dựng một cung trong 90∘90^\circ thậm chí còn dễ dàng hơn. Hãy đánh dấu các điểm cuối của cung “cần thiết” (tại 72∘72^\circ) - các điểm AA và BB (Hình 4).

Hãy kiểm tra xem cung ABAB có thực sự bằng cung 15\frac{1}{5} của một đường tròn hay không. Sử dụng la bàn, chúng ta vẽ cung BCBC, bằng ABAB, sau đó là cung CDCD, rồi DEDE, và khi chúng ta đặt chân của la bàn tại điểm EE thì chân thứ hai của nó sẽ chạm điểm AA. Hiểu rồi? Không. Điều này có nghĩa là chúng tôi đã làm mọi thứ một cách vô ích? KHÔNG!

Hãy đánh dấu điểm FF nơi chân la bàn thứ hai chạm vào. Chúng tôi đã mắc lỗi trên cung AFAF, có nghĩa là mỗi lần chúng tôi mắc lỗi trên 15\frac{1}{5} của cung này và nếu điểm FF hóa ra nằm ở bên phải điểm AA, thì chúng tôi đã chọn một cung lớn hơn mức cần thiết và nếu ở bên trái thì ít hơn yêu cầu.

Hãy thực hiện một sửa đổi. “Bằng mắt,” hãy đặt phần thứ năm của nó trên cung AFAF— cung AGAG (Hình 5). Cung GBGB đã tiếp cận cung 15\frac{1}{5} của một đường tròn chính xác hơn nhiều so với cung ABAB. Bây giờ chúng ta hãy thực hiện lại việc kiểm tra tương tự như trước. Nếu sau năm lần trì hoãn, chân la bàn chạm vào điểm đen mà chúng ta đã đánh dấu điểm GG, thì việc xây dựng đã hoàn thành với độ chính xác cần thiết. Và es-

75

Tờ 78

tr. 76Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

76

Hoặc không, sau đó một lần nữa theo cách tương tự, chúng ta sẽ làm rõ kích thước của cung. Hai lời giải thích thực tế luôn là đủ.

Chính xác lời giải
Có thể lấy ngay chính xác lời giải không? Hóa ra là có thể.

Đây là một trong những “sàng” của công trình như vậy. Gọi BCBC là đường kính của hình tròn (1), AOAO là bán kính vuông góc với nó (Hình 6). Chúng ta hãy vẽ một đường tròn (2) bán kính BOBO có ​​tâm BB. Chúng ta vẽ một đường thẳng đi qua giao điểm của các đường tròn (1) và (2) và ký hiệu là DD điểm giao nhau của nó với đường kính. Sau đó, lấy tâm ở điểm DD và bán kính DADA, chúng ta vẽ một đường tròn khác (3). Điểm giao nhau của nó với đường kính sẽ được ký hiệu là EE. Vẽ đường tròn (4) bán kính AEAE tâm AA, tại giao điểm với đường tròn (1) ta được điểm MM và M′M'.

Cung AMAM bằng cung AM′AM' và bằng cung 1/51/5 của đường tròn thứ nhất.

Để chứng minh điều này, bạn cần có kiến ​​thức về toán trung học.

Bạn có thể tự mình nghĩ ra một lưới xây dựng được chỉ định nếu đọc bài viết của A. D. Bendukidze “Vàng lời giải” («Kvant», 1973, số 8). Nó nói về các đặc tính hình học cơ bản của một ngôi sao năm cánh thông thường.

Cuộc thảo luận
Một số độc giả sẽ hỏi: “Tại sao lại nói về

Hình 5.

Hình 6.

công trình gần đúng, nếu có công trình chính xác?” Nhưng tại sao.

Trước hết, “chính xác” nghĩa là gì? Nếu nó được thực hiện với những hướng dẫn hoàn hảo thì nó chắc chắn có giá trị. Nhưng bạn sẽ vẽ một cách chân thực bằng bút chì, compa và thước kẻ. Điều này rõ ràng sẽ dẫn đến một kết quả không chính xác.

Và thứ hai, phương pháp gần đúng phù hợp để chia một vòng tròn thành bất kỳ số phần bằng nhau nào, do đó, chỉ cần nhớ một phương pháp cho việc này là đủ.

Hơn nữa, phương pháp này đơn giản hơn phương pháp chính xác. Và sự đơn giản thường là một lý lẽ. Do đó, nhiều phép tính toán học trên máy tính điện tử (máy tính) được thực hiện bằng các phương pháp gần đúng (mặc dù cũng có những phương pháp chính xác) chỉ vì việc sử dụng chúng đơn giản hơn và trong một số trường hợp, máy móc có thể không cho phép sử dụng một phương pháp chính xác nhưng cồng kềnh.

Và một điều cuối cùng. Hóa ra không có và không thể có phương pháp chính xác để chia một vòng tròn thành 7, 9, 11, 13, 14, 18, 21, 22, 23, 25 và nhiều phần bằng nhau khác. Bằng chứng về thực tế này thuộc về nhà toán học nổi tiếng người Đức Carl Friedrich Gauss.

Tờ 79

tr. 77Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

77

Về bài viết “Khối đa diện bán đều”

  1. Bát diện. khối lập phương
  2. V=a323+2V = a^3 \sqrt{2\sqrt{3} + 2}.
  3. h=a615;sin⁡α=51118h = \frac{a\sqrt{6}}{15}; \sin \alpha = \frac{5\sqrt{11}}{18}.
  4. V=3a3220V = \frac{3a^3\sqrt{2}}{20}.
  5. tgψ2=23−33tg\frac{\psi}{2} = \frac{\sqrt{2\sqrt{3} - 3}}{3}.
  6. V=8a3227V = \frac{8a^3\sqrt{2}}{27}.
  7. sin⁡φ2=23\sin \frac{\varphi}{2} = \frac{2}{3}.

Về bài viết “Đạn khí bật lên và định luật Archimedes”

  1. Từ định luật bảo toàn năng lượng
    m+m′2v12=m+m′2v22,\frac{m + m'}{2} v_1^2 = \frac{m + m'}{2} v_2^2,
    trong đó m=Vρ0m = V\rho_0 (V là thể tích của thanh),
    m1′=Vρr2R12−r2m'_1 = V\rho \frac{r^2}{R_1^2 - r^2} (ρ – mật độ nước),
    m2′=Vρr2R22−r2m'_2 = V\rho \frac{r^2}{R_2^2 - r^2}, chúng tôi tìm thấy
    v2=v1ρ0(R12−r2)+ρr2ρ0(R22−r2)+ρr2.v_2 = v_1 \sqrt{\frac{\rho_0(R_1^2 - r^2) + \rho r^2}{\rho_0(R_2^2 - r^2) + \rho r^2}}.
  2. T=2πm+2/3πR3ρπr2ρgT = 2\pi \sqrt{\frac{m + 2/3\pi R^3\rho}{\pi r^2\rho g}}. (Lời giải bài toán xem, ví dụ, trong «Kvant», 1974, Số 6, trang 36. Bạn chỉ cần thay m bằng m+m′=m+12Vρ˙m + m' = m + \frac{1}{2}V\dot{\rho}.)
  3. Hãy viết định luật thứ hai của Newton cho thanh, cho khối lượng m1=π(R2−r2)lρm_1 = \pi(R^2 - r^2)l\rho nước chuyển động giữa thanh và thành ống, và cho khối lượng nước đứng yên còn lại m2=πR2(L−l)ρm_2 = \pi R^2(L - l)\rho:

ma=FBbT1+FBbT2−mg,ma = F_{BbT1} + F_{BbT2} - mg,
−m1a1=−m1g−FBbT1−F1,-m_1a_1 = -m_1g - F_{BbT1} - F_1,
0=−m2g−FBbT2+F1+F.0 = -m_2g - F_{BbT2} + F_1 + F.

Ở đây FBbT1(FBbT2)F_{BbT1}(F_{BbT2}) là lực do nước chuyển động (bất động) tác dụng lên thanh, F1F_1 là lực tương tác giữa nước chuyển động và nước đứng yên, FF là lực do đáy ống tác dụng lên nước bất động. Sau khi cộng cả ba phương trình, chúng ta loại bỏ các lực FBbT1,FBbT2F_{BbT1}, F_{BbT2} và F1F_1. Lưu ý rằng a1a=v1v=r2R2−r2\frac{a_1}{a} = \frac{v_1}{v} = \frac{r^2}{R^2 - r^2}. Sau đó, sau khi biến đổi đơn giản, chúng ta nhận được:

F=(m+m1+m2)g−a(Vρ−m)=π(R2L−r2l)ρg+mg−(Vρ−m)2m+Vρr2R2−r2.F = (m + m_1 + m_2)g - a(V\rho - m) = \pi(R^2L - r^2l)\rho g + mg - \frac{(V\rho - m)^2}{m + \frac{V\rho r^2}{R^2 - r^2}}.

Điều này chứng tỏ lực ép của nước tác dụng lên đáy (bằng số với lực F) nhỏ hơn tổng trọng lượng của nước và thanh. Hơn nữa, điều này đúng cả khi thanh nổi (Vρ>mV\rho > m) và khi nó chìm (m>Vρm > V\rho).

Đến bài viết “Hãy thêm dấu chấm”
4. Vị trí OO phải được chọn ở giữa đa giác bên phải; Hơn nữa, vị trí của cực này được xác định duy nhất bởi điều kiện bài toán.
8. A3=A2−A1,A4=−A1,A5=−A2,A6=A1−A2.A_3 = A_2 - A_1, A_4 = -A_1, A_5 = -A_2, A_6 = A_1 - A_2.
11. a) Dầm [BA]; 6) chùm [AB],
b) đoạn [AB],
d) Tia nằm trên đường thẳng BA, có đỉnh tại điểm B, không chứa điểm A.
15. Liên quan đến n:(n−1)n : (n - 1), tính từ trên xuống. Giao điểm của đoạn thẳng AE và BK nằm trên đường trung tuyến vẽ từ đỉnh C.
16. Liên quan đến 3:3:13:3:1, tính từ trên xuống.
17. Về 1:2.1:2.
18. Về 1:1:1.1:1:1.

Đến bài viết “Mở rộng khối terrahedra”

  1. Xây dựng khối tam giác thành một hình bình hành bằng phương pháp thứ hai và sử dụng cho mỗi mặt của hình bình hành định lý nối tổng bình phương với chiều dài một cạnh của hình bình hành và tổng bình phương với chiều dài các đường chéo của nó.
  2. Xây dựng khối đa diện thành một khối song song bằng phương pháp thứ hai; Để thỏa mãn điều kiện, điều cần và đủ là mặt tương ứng của hình bình hành thu được phải là hình thoi.
  3. a) 212(a2+b2−c2)×(a2−b2+c2)(−a2+b2+c2)\frac{\sqrt{2}}{12}\sqrt{(a^2 + b^2 - c^2)} \times \sqrt{(a^2 - b^2 + c^2)(-a^2 + b^2 + c^2)};

Tờ 80

tr. 78Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

78

  1. 12a2+b2+c22\frac{1}{2}\sqrt{\frac{a^2+b^2+c^2}{2}}.

Gợi ý e. Xem bài toán 3, 4 trong bài viết.

  1. Xây dựng khối tứ diện thành một khối song song bằng phương pháp thứ hai. Biểu thị bốn bình phương của chiều dài của mỗi cạnh song song bằng định lý cosine theo độ dài các đường chéo của mặt tương ứng và góc giữa chúng (một mặt trên một cạnh). Sau đó, đối với các cạnh của hình bình hành, áp dụng định lý về tổng bình phương độ dài các đường chéo của hình bình hành và tổng bình phương độ dài các cạnh của nó. Cộng tất cả các đẳng thức thu được, bạn sẽ có được kết quả cần thiết.

Đến bài viết “Viện Vật lý Kỹ thuật Moscow”

Toán học

Tùy chọn 1

  1. Chúng ta hãy biểu thị tốc độ của ba người trượt tuyết bằng các chữ cái vkv_k (k=1,2,3k=1, 2, 3) (m/μmm/\mu m) và toàn bộ quãng đường bằng SS (mm). Người trượt tuyết thứ ba sau mm (μm\mu m) tiếp tục vượt qua quãng đường (S−mv3S-mv_3) (mm). Theo điều kiện bài toán người trượt tuyết đầu tiên sẽ đi hết quãng đường này trong nn phút và người thứ hai trong pp phút.

Có tính đến các điều kiện này và sự tương ứng giữa các tốc độ, chúng ta thu được hệ phương trình:

{S−mv3v1=n,S−mv3v2=p,v1+v2=2v3.\begin{cases} \frac{S-mv_3}{v_1} = n, \\ \frac{S-mv_3}{v_2} = p, \\ v_1+v_2=2v_3. \end{cases}

Từ hệ (1) cần tìm quan hệ Svk\frac{S}{v_k} (k=1,2,3k=1, 2, 3). Loại bỏ S−mv3S-mv_3 khỏi hai phương trình đầu tiên của hệ, ta thu được

V=13BD⋅Q+13AD⋅Q=23⋅a2⋅Q,V = \frac{1}{3} BD \cdot Q + \frac{1}{3} AD \cdot Q = \frac{2}{3} \cdot \frac{a}{2} \cdot Q,

trong đó QQ là diện tích tam giác CDSCDS, BD=DA=12aBD = DA = \frac{1}{2} a (theo cách xây dựng). Vì vậy, để tìm thể tích của hình gốc, chỉ cần tính diện tích của tam giác CDSCDS là đủ.

Tam giác CDSCDS là tam giác đều, vì CD=SDCD = SD (điều này suy ra từ đẳng thức của các tam giác vuông CDBCDB và SDBSDB, DBDB là một cạnh chung, ⇒SBD=⇒CBD=α\Rightarrow SBD = \Rightarrow CBD = \alpha). Chúng ta hãy thực hiện DE⊥CSDE \perp CS (CE=ESCE = ES theo tính chất chiều cao của một tam giác đều). Kể từ đây,

Q=12CS⋅DE=CE⋅DE.Q = \frac{1}{2} CS \cdot DE = CE \cdot DE.

Giá trị của các đoạn CECE và DEDE có thể dễ dàng tìm thấy từ các tam giác vuông BECBEC

Tờ 81

tr. 79Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

79

và BDE: CE = BC sin α2\frac{\alpha}{2} = AB2cos⁡α⋅sin⁡α2\frac{AB}{2\cos\alpha} \cdot \sin \frac{\alpha}{2} = a⋅sin⁡α22cos⁡α\frac{a \cdot \sin \frac{\alpha}{2}}{2\cos\alpha}; DE = (BE)2−(BD)2\sqrt{(BE)^2 - (BD)^2} = (acos⁡α22cos⁡α)2−(a2)2=a2cos⁡α×cos⁡2α2−cos⁡2α\sqrt{\left(\frac{a \cos \frac{\alpha}{2}}{2\cos \alpha}\right)^2} - \left(\frac{a}{2}\right)^2 = \frac{a}{2\cos\alpha} \times \sqrt{\cos^2 \frac{\alpha}{2} - \cos^2 \alpha}.

Thay các giá trị thu được của CE và DE vào (2), ta tìm được:

Q=(a2cos⁡α)2⋅sin⁡α2⋅cos⁡2α2−cos⁡2αQ = \left(\frac{a}{2\cos\alpha}\right)^2 \cdot \sin \frac{\alpha}{2} \cdot \sqrt{\cos^2 \frac{\alpha}{2} - \cos^2 \alpha}

và đáp số:

V=a312⋅sin⁡α2⋅cos⁡2α2−cos⁡2α,V = \frac{a^3}{12} \cdot \sin \frac{\alpha}{2} \cdot \sqrt{\cos^2 \frac{\alpha}{2} - \cos^2 \alpha},

0<α<π2.0 < \alpha < \frac{\pi}{2}.

  1. ODZ: a>0,a≠1,x>0a > 0, a \neq 1, x > 0. Vì log⁡a2x+2>0\log_a^2 x + 2 > 0, bất đẳng thức ban đầu tương đương với sau:

log⁡a2x−3log⁡ax−4<0.\log_a^2 x - 3 \log_a x - 4 < 0.

Biểu thị y=log⁡axy = \log_a x, chúng ta nhận được y2−3y−4<0y^2 - 3y - 4 < 0, do đó −1<y<4-1 < y < 4. Trở lại xx, ta thu được bất đẳng thức kép −1<log⁡ax<4-1 < \log_a x < 4.

Đáp số: a4<x<1aa^4 < x < \frac{1}{a} tại 0<a<1;1a<x<a40 < a < 1; \frac{1}{a} < x < a^4 tại a>1a > 1.

  1. ODZ: cos x≠0x \neq 0. Bây giờ phương trình ban đầu tương đương với phương trình sau:

2sin⁡2x+28sin⁡x+3=0.2 \sin^2 x + 2 \sqrt{8} \sin x + 3 = 0.

Từ đây là:

a) sin⁡x=−322\sin x = -\frac{3 \sqrt{2}}{2};
b) sin⁡x=−22\sin x = -\frac{\sqrt{2}}{2}.

Trong trường hợp a) không có lời giải, vì −322<−1-\frac{3 \sqrt{2}}{2} < -1 và trong trường hợp b) nó dẫn đến đáp số x=(−1)k+1π4+πkx = (-1)^k + 1 \frac{\pi}{4} + \pi k (kk là số nguyên).

Tùy chọn 2

  1. 4κ/m⩽v⩽8+613κ/m4 \kappa/m \leqslant v \leqslant \frac{8 + \sqrt{61}}{3} \kappa/m, trong đó vv là tốc độ riêng của thuyền.
  2. 3r3ctg3α2tgα.\sqrt{3} r^3 \text{ctg}^3 \frac{\alpha}{2} \text{tg} \alpha. 3. 0<x<12,x>320 < x < \frac{1}{2}, x > 32.

Hình 2.

  1. −2;−12;1;−7±352-2; -\frac{1}{2}; 1; \frac{-7 \pm 3 \sqrt{5}}{2}.

Tùy chọn 3

  1. 4m3/c⩽x⩽8+613m3/c4 m^3/c \leqslant x \leqslant \frac{8 + \sqrt{61}}{3} m^3/c, trong đó xx là khả năng tìm kiếm của ống lớn hơn.
  2. arccos (sin⁡α⋅sin⁡β\sin \alpha \cdot \sin \beta). 3. 0<x⩽100 < x \leqslant 10.
  3. x1,2=±12x_{1,2} = \pm \frac{1}{2} arccos (3−23−a23 - 2 \sqrt{3 - a^2}) + πk\pi k tại ∣a∣<2|a| < \sqrt{2}; x=πkx = \pi k tại a=±2a = \pm \sqrt{2}, giải không tại ∣a∣>2|a| > \sqrt{2} (kk – số nguyên).

Vật lý

B và năm 1

  1. Trước hết, chúng ta hãy tìm hiểu xem có nhiều thanh trên bảng hay một hệ thống các thanh - bảng chuyển động như một tổng thể duy nhất. Giá trị cực đại của lực ma sát tĩnh Fтр.пmax⁡F_{\text{тр.п}} \max, khi đạt tới mức khối có thể bắt đầu trượt dọc theo tấm ván, bằng lực ma sát trượt: Fтр.пmax⁡=kmg≈3,9 нF_{\text{тр.п}} \max = kmg \approx 3,9 \text{ н}.

Ngoại lực F=2πmF = 2\pi m tác dụng lên khối nhỏ hơn Fтр.пmax⁡F_{\text{тр.п}} \max. Do đó, khối gỗ không trượt trên bảng, tức là hệ chuyển động của lực sống Aвн=FlA_{\text{вн}} = Fl làm tăng động năng của hệ: Fl=(M+m)v2/2Fl = (M + m)v^2/2. Trong trường hợp này, công AA được thực hiện trên bảng, bằng độ tăng động năng của nó: A=Mv2/2A = Mv^2/2.

Loại bỏ tốc độ vv khỏi các đẳng thức đã viết, ta tìm được

A=FlM/(M+m)≈1,3 дж.A = FlM/(M + m) \approx 1,3 \text{ дж.}

Bài toán có thể giải bằng cách khác. Hãy viết các phương trình chuyển động của khối và tấm ván, chuyển động của mạch có cùng gia tốc aa (xem Hình 2 chỉ hiển thị các lực ngang tác dụng lên khối và tấm ván):

ma=F−Fтр.п,Ma=Fтр.п.ma = F - F_{\text{тр.п}}, Ma = F_{\text{тр.п}}.

Từ đây ta tìm được lực ma sát tĩnh: Fтр.п=FM/(M+m)F_{\text{тр.п}} = FM/(M + m). Lực này tác dụng từ khối trên bảng sẽ thực hiện công lên bảng

A=Fтр.пl=FlM/(M+m).A = F_{\text{тр.п}} l = FlM/(M + m).

Tờ 82

tr. 80Chép lại từ bản quét · Bản dịch sơ bộ, chất lượng thấp

80

Hình 3.

Vé 2

  1. Chúng ta hãy biểu thị bằng p1p_1 và p2p_2 áp suất không khí trong các phần của hình trụ có thể tích lần lượt là V1V_1 và V2V_2. Viết phương trình chuyển động của piston:

mω2r=p2S−p1Sm\omega^2 r = p_2 S - p_1 S

(1)

(ω2r\omega^2 r - gia tốc hướng tâm, p2Sp_2 S và p1Sp_1 S - lực áp suất không khí tác dụng lên piston). Theo định luật Boyle-Mariotte

p1V1=p0V0p_1 V_1 = p_0 V_0 và p2V2=p0V0.p_2 V_2 = p_0 V_0.

(2)

Từ các đẳng thức (1), (2) và sự tương ứng hiển nhiên V1+V2=2V0V_1 + V_2 = 2V_0 ta tìm được

V1/V2=mω2rp0S+(mω2rp0S)2+1=1,28.V_1 / V_2 = \frac{m\omega^2 r}{p_0 S} + \sqrt{\left(\frac{m\omega^2 r}{p_0 S}\right)^2 + 1} = 1,28.

Vé 3

  1. Một hệ được đưa ra khỏi vị trí cân bằng ổn định sẽ chịu tác dụng hãm lại của các lực từ trường của nhà máy điện. Do đó, nó sẽ quay cho đến khi độ biến thiên động năng của hệ bằng công của các lực của nhà máy điện:

−2(mv02/2)=A.-2 \left(mv_0^2 / 2\right) = A.

(1)

Công A1A_1 được thực hiện bởi sân, chúng ta hãy trực tiếp, trên một quả bóng tích điện dương bằng A1=q(φ0−φ1)A_1 = q \left(\varphi_0 - \varphi_1\right), trong đó φ0\varphi_0 và φ1\varphi_1 là điện thế trường ở vị trí ban đầu và cuối cùng của quả bóng (xem Hình 3, trong đó các đường màu xanh biểu thị các bề mặt tương đương của một trường năng lượng đều). Đối với trường đồng nhất φ0−φ1=−Ed=−E(l/2)(1−cos⁡α)\varphi_0 - \varphi_1 = -Ed = -E (l / 2)(1 - \cos \alpha). Sau đó A1=−qEl(1−cos⁡α)/2A_1 = -qEl (1 - \cos \alpha) / 2. Sân sẽ thực hiện công tương tự đối với một quả bóng tích điện âm. Kể từ đây,

A=2A1=−qEl(1−cos⁡α).A = 2A_1 = -qEl (1 - \cos \alpha).

(2)

Từ (1) và (2)

cos⁡α=1−mv02qEl=0,5.\cos \alpha = 1 - \frac{mv_0^2}{qEl} = 0,5.

Do đó α=60∘\alpha = 60^\circ.

Vé 4

  1. U=Eинд=BR2ω/2=1,5 вU = \mathcal{E}_{\text{инд}} = BR^2 \omega / 2 = 1,5 \text{ в}.

Chỉ định và e. Để biết thêm chi tiết, xem lời giải bài toán F333 trong số tạp chí này.

K bài toán “Tù nhân của Vua Dadon”

(cm. c. 18)

Những căn phòng mà chìa khóa được xoay số lần lẻ sẽ được mở, tức là những căn phòng mà một số lẻ con cháu của Vua Dadon đã đến gần, hay nói cách khác, số lượng căn phòng đó có số ước là số lẻ.

Một ước số lẻ chỉ có các bình phương chính xác: 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100 (đối với những số không phải là x, mỗi ước số a tương ứng với một ước số x/a), đó là lý do tại sao Vua Dadon đã thả mười tù nhân.

Đến những câu đố

(cm. c. 43)

“Sáu nhân hai.” Sáu = 52647, Hai = 109.

“Điểm”. Doremifasol = 40275683109.

“Số nguyên tố.” 325×777=252525.

(cm. c. 23)

  1. 807×807=651 249.
  2. 459×459=210 681.
  3. 213×213=45 369.
  4. 209×209=43 681.
  5. 259×259=67 081.
  6. 157×157=24 649.

Đến ghi chú “Kỷ lục tò mò”

(cm. c. 59)

Trên hai. Bà Drew in được 7.388.894 ký tự, trung bình mỗi tờ 3.190 ký tự.

Căn phòng được thiết kế bởi: E. Verentinova, M. Zlatkovsky, B. Kartsev, G. Kraskova, E. Nazarov.

Người hiệu đính N. Rumyantseva

113035, Mátxcơva, Zh-35, st. B. Ordynka, 21/16, «Kvant», tel. 231-83-62. Được gửi thành một bộ vào ngày 17/X-75. Ký in ngày 11/XII-75. Giấy 70×100¹/16. Vật lý. lò nướng l. 5 điều kiện lò nướng l. 6.5 Biên tập học thuật. tôi. 7,24 T-21316 Giá 30 kopecks. Đặt hàng 2298 Lưu hành 324 840

Nhà máy in Chekhov Soyuzpoligraphproma trực thuộc Ủy ban Nhà nước của Hội đồng Bộ trưởng Liên Xô về Xuất bản, In ấn và Kinh doanh Sách, Chekhov, Khu vực Moscow

Người quản lý không trở lại

Tờ 83

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

Dự án quốc gia
thư viện ở Damacus

Dự án dựa trên nhiều
bộ đội biên phòng - “ngôi sao” (xem phần thứ tư
trang bìa).

Tác giả của dự án là các kiến ​​trúc sư
V. A. Somov và A. M. Breslaev.
Chuyên gia tư vấn khoa học
V. N. Gamalonov.

Tờ 84

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

Giá 30 kopecks.
Chỉ số 70345