Мир математики. т.20. Творчество в математике. По каким правилам ведутся игры разума - Микель Альберти

Нельзя избавиться от ощущения, что некоторые из этих фигур представляют собой изображения трехмерных многогранников на плоскости. Теорема Вариньона покидает пределы плоскости и выходит в пространство. Современные технологии помогли нам сломать незримые границы, поставленные исходной формулировкой задачи. Как следствие, возникли новые вопросы: верна ли теорема Вариньона, если стороны исходного четырехугольника пересекаются? А если одна из вершин четырехугольника совпадает с какой-либо из остальных и таким образом четырехугольник превращается в треугольник? Какими свойствами будет обладать этот треугольник и каким будет соотношение между ним и параллелограммом внутри него? При каких условиях теорема будет выполняться в пространстве, если мы заменим четырехугольник многогранником, а параллелограмм — параллелепипедом?

Степени двойки нельзя представить как сумму последовательных натуральных чисел

2000 год был объявлен Международным годом математики. В мире прошли многочисленные конгрессы, а в научных и учебных центрах состоялись различные мероприятия, посвященные математике. Эта дата навела автора на новый вопрос:

можно ли представить число 2000 в виде суммы последовательных натуральных чисел?

Так появилась теорема о числах, которая ранее не была известна автору этой книги и его коллегам. Год публикации первого издания этой книги — 2010. Это число достаточно круглое, чтобы можно было вновь задаться вопросом:

можно ли представить число 2010 в виде суммы последовательных натуральных чисел?

Оно не является суммой двух последовательных натуральных чисел:

2010 = 1005 +1005 = 1004 +1006.

Однако его можно представить как сумму трех или четырех последовательных чисел:

2010 = 669 + 670 + 671.

2010 = 501 + 502 + 503 + 504.

Можно ли представить любое натуральное число в виде суммы последовательных натуральных чисел? Очевидно, что всякое натуральное число можно представить как сумму одного последовательного числа — самого себя. Запишем сумму k последовательных натуральных чисел:

(n + 1) + (n + 2) +… + (n + k) = k·n + (1 + 2 + … + k).

Сумма чисел в скобках рассчитывается по формуле из предыдущей главы:

В нашем случае:

С одной стороны, если k — четное, то 2n + k также будет четным, а 2n + k + 1 будет нечетным. С другой стороны, если k — нечетное, то k + 1 четное, и 2n + k + 1 также будет четным.

В любом случае один из множителей в знаменателе будет нечетным.

Следовательно, сумма последовательных чисел имеет как минимум один нечетный делитель. Это означает, что в виде суммы последовательных натуральных чисел можно представить только числа, имеющие нечетный делитель. Так как у чисел, являющихся степенями 2, нет нечетных делителей, имеем следующую теорему:

только числа, которые являются степенями 2, нельзя представить как сумму последовательных натуральных чисел.

Приведя подобные слагаемые в суммах последовательных чисел, увидим, откуда появляется этот нечетный множитель:

Если число слагаемых n нечетное, этим нечетным множителем будет n, если же число слагаемых n четное, то этим нечетным множителем будет 2n + 1. В любом случае один из сомножителей будет нечетным.

* * *

КАРЛ ФРИДРИХ ГАУСС (1777–1855)

Этот немецкий математик, который родился в Брауншвейге и умер в Гёттингене, был вундеркиндом. Он получил хорошее образование благодаря не отцу, а матери. Гаусс никак не мог решить, что ему следует изучать — философию или математику. В начале весны 1796 года он сделал выбор в пользу математики, и наука весьма благодарна ему за это, так как Гаусс в итоге стал одним из величайших математиков всех времен. Несомненно, на его решение повлиял тот факт, что в тот самый весенний день ему удалось построить с помощью циркуля и линейки правильный 17-угольник. Как математик Гаусс совершил много важных открытий, но этим успехом он гордился больше всего — настолько, что попросил высечь этот многоугольник на своем надгробии, на что мастер возразил, что высечь эту фигуру будет очень сложно и ее будет почти невозможно отличить от окружности.

Портрет Гаусса.

Этот немецкий математик доказал, что правильный 17-угольник можно построить с помощью циркуля и линейки.

Глава 4

Межкультурное и творческое взаимодействие

До сих пор мы говорили о наиболее типичном аспекте математической деятельности — о том, как человек, сталкивающийся с событиями и явлениями, пытается объяснить их с точки зрения математики. Мы не углублялись в культурные и социальные аспекты математики, хотя в первой главе отметили, что именно они играют основную роль в ее развитии.

Математика формируется в рамках определенного социального и культурного контекста, который в значительной степени определяет ее развитие как внутри научной среды, так и вне ее. Следовательно, социокультурные факторы влияют на математическое творчество, так как придают одним задачам большую важность, чем другим, и если в одной культуре определенные задачи считаются очень важными, то в другой культурной среде им не уделяется никакого внимания.

Этноматематика — это раздел науки, изучающий развитие математики в определенных группах культур. Благодаря этноматематике мы знаем, что в разных частях света люди по-разному производят вычисления, по-своему воспринимают геометрические фигуры и используют для решения одних и тех же задач разные алгоритмы. С одной стороны, это доказывает творческую природу каждой культуры, с другой стороны — делает возможным межкультурное взаимодействие.

Далее мы вкратце расскажем о том, как автор этой книги накапливал новые математические знания вне своей научной среды и вне родной ему западной культуры. Надеемся, что читатель снисходительно отнесется к крайне субъективному характеру повествования.

Пока что мы всегда говорили об эвристике в рамках определенной культуры — как в пределах академической среды, так и за ними. Теперь мы выйдем за рамки нашей культурной парадигмы и посмотрим, как математическое творчество соотносится с различными культурными и социальными аспектами, как оно связано с ними.

Мы уже говорили, что первый шаг на пути к математическому творчеству — это начать задавать вопросы о том, что нас окружает. Что может быть лучше, чем выйти из дома и начать наблюдать, изучать новое, испытывать незнакомые ощущения?

Путешествие к другим культурам

Математики нечасто путешествуют. Мы не имеем в виду путешествия, связанные с научной работой, которые проходят в привычном для ученых контексте. Мы говорим о путешествиях с целью узнать что-то новое, познакомиться с новыми людьми, новыми культурами и обычаями, новым образом жизни и образом мыслей. К таким путешествиям не относятся организованные поездки, так как в них туриста окружает значительная часть привычной среды — хотя бы минимальные удобства, транспорт, гид-переводчик и попутчики, принадлежащие к родной культуре.

Погружения в другую культуру выглядят совершенно иначе: в них путешественник покидает привычный культурный контекст. В течение короткого промежутка времени он старается жить максимально похоже на то, как живут местные, вести себя так же, как они, есть ту же еду и в тех же ресторанах и кафе, он поселяется в тех же гостиницах, куда селятся местные жители, когда они отправляются в поездки.

В подобных путешествиях мы понимаем, что обычная жизнь представителей разных культур отличается: в разных странах люди говорят на разных языках, у них разные верования и обряды, социальная и политическая организация, система ценностей, гастрономия, архитектура, искусство, музыка, литература и многое другое, что составляет самобытность страны. Путешественник стремится найти сходства и различия между этой культурой и культурой родной страны. Так он не только близко знакомится с новой страной, но и лучше узнает самого себя и, как следствие, свою культуру.

Математика за городскими стенами

Кто-нибудь думал о математике во время путешествия? Когда лодка несет нас по водам Ганга, мы смотрим на клубы дыма, поднимающиеся от кремируемых тел, чей прах затем будет развеян по реке. Сидя на песке, мы смотрим на звездообразный силуэт пальмы в лучах закатного солнца, на то, как она колышется на ветру. Сидя на полу храма, мы восхищаемся неизмеримым множеством деталей: вот священник в клубах благовоний освящает подношения, служки в разноцветной одежде, повторяющаяся музыка гамелана, скульптуры внутри храма, декорации из бамбука и сплетенных листьев, корзины с экзотическими фруктами… Может ли кто-нибудь думать о математике, видя вокруг себя все это великолепие?